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Motor |
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Der Verbrennungsmotor - Funktion
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Wie funktioniert ein Verbrennungsmotor grundsätzlich?
Bei
einem Verbrennungsmotor wird ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in einem
Zylinder entzündet und verbrannt. Der durch die Entwicklung und die
temperaturbedingte Expansion der Verbrennungsgase entstandene Druck,
wirkt auf einen Kolben, der dadurch verschoben wird. Bei
Hubkolbenmotoren wird die Auf und Ab Bewegung des Kolbens (Hub),
meistens durch einen Kurbeltrieb in eine Drehbewegung umgewandelt.
Es existiert eine Reihe unterschiedlicher
Verbrennungsmotoren, die zum Teil unterschiedliche thermodynamische
Kreisprozesse ausnutzen.
Alle
Verbrennungsmotoren wiederholen in einem Kreisprozess, ständig den
Arbeitszyklus, der aus vier Arbeitsschritten besteht:
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1. Ansaugen
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Quelle: Wikipedia - Barbarossa |
Ausstoßen und Ansaugen dienen
dem Gaswechsel, das heißt, dem Austausch von Abgas (Ausstoßen) gegen
Frischgas (Ansaugen). Zuständig für
die technische Umsetzung ist hier die Motorsteuerung.
Verdichten und Arbeiten dienen der
Umwandlung von chemischer Energie (Verbrennung des
Kraftstoff-Luft-Gemisches) über thermische Energie (Wärme) und potentielle
Energie (Druck) in mechanische Energie (Drehmoment).
Die Arbeitsschritte werden oft als
Takte bezeichnet.
Allerdings ist diese Bezeichnung bei 2-Taktern nicht sinnvoll, da 2-Takter
auch alle vier Arbeitsschritte ausführen.
Sehen Sie hier den
Ablauf der 4 Takte
an einem Mitsubishi GDI Schnittmotor
Schöne
Animation zum
Viertaktprinzip
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2. Verdichten |
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3. Arbeiten
(= Leistung erbringen)
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4. Ausstoßen |
Beschreibung der vier Takte
- Im ersten Takt wird bei Ottomotoren
während der Abwärtsbewegung des Kolbens ein Kraftstoff-Luftgemisch in den
Zylinder "gesaugt". Bei Saugrohreinspritzern wird dabei in der Regel vor das
Einlassventil eingespritzt, bei Direkteinspritzern im Homogenmodus in den
Brennraum. Dieselmotoren saugen nur Luft an. Die Temperatur beim Ansaugen
liegt dabei bei ca. 100°C, der Druck in etwa 01 - 0,3 bar.
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Während des
zweiten Taktes verdichtet der Kolben in seiner
Aufwärtsbewegung das Kraftstoff-Luftgemisch im Zylinder. Bei
Direkteinspritzern im Schichtlademodus erfolgt erst jetzt die Einspritzung.
Die Verdichtungsendtemperatur liegt bei 350 - 500°C (Diesel 550 - 700°C),
der Druck steigt auf 10 bis zu bei 18 bar (Diesel 30 - 55 bar). Am Ende des
zweiten Taktes erfolgt die Zündung, bei Ottomotoren durch die Zündkerzen,
bei Dieselmotoren durch Selbstzündung.
- Im dritten Takt verbrennt das
Kraftstoff-Luft-Gemisch. Durch den Anstieg der Temperatur steigt auch der
Druck des Gemisches stark und bewegt den Kolben im Zylinder nach unten. Die
maximale Temperatur leigt bei 2000 - 2500°C, der Druck stei auf 30 bis 40
bar (Diesel bis 100 bar). Die Längsbewegung des Kolbens wird dabei über das
Pleuel auf die Kurbelwelle weitergeleitet und in eine Drehmoment-Bewegung
umgesetzt.
- Der sich nach oben bewegende Kolben schiebt im
vierten Takt die verbrannten Abgase aus dem Zylinder durch den
Auspuff in die Umwelt.
Die Abgastemperatur liegt bei 800°C im Leerlauf, bis 1000°C bei Volllast
(Diesel 250°C LL, 600°C VL)
Viertakt-Otto-Verfahren an einem Schnittmodell... von
kfztechde
weitere Animation
Prinzip des
Viertakt-Ottomotors (von Wikipedia - Lesen Sie auch den Hinweis
unten)
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(Quelle: UtzonBike - Animation von Wikipedia) |
Animation von teilehaber.de
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Weitere Links zu
Motoranimationen:
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Die Bewegungen der Takte eins, zwei und
vier erfolgen durch den Schwung, den die mit einem Schwungrad versehene
Kurbelwelle durch den Arbeitstakt erhalten hat. Da während des Startvorgangs
noch kein Schwung vorhanden ist, muss die Kurbelwelle von außen angetrieben
werden. Hierzu dient eine Startvorrichtung, wie ein Seil (Kettensäge,
Bootsmotor), eine Tretkurbel (Motorrad), eine Handkurbel (Oldtimer), oder ein
kleiner Elektromotor- (Anlasser im KFZ). Große Motoren (stationäre oder
Schiffs-) werden durch direkt in die Zylinder eingeführte Druckluft gestartet.
Der Gaswechsel zwischen einströmenden
Frischgasen und verbrannten Abgasen wird durch die Nockenwelle gesteuert. Diese
läuft mit einer Untersetzung von 1:2 an die Kurbelwelle gekoppelt und öffnet und
schließt die im Zylinderkopf des Motors angeordneten Ventile.
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4-Takt-Verfahren:
Jeder der vier Arbeitsschritte läuft während eines Taktes ab. Mit "Takt"
ist in diesem Fall ein Kolbenhub gemeint, das heißt eine Aufwärts- oder eine
Abwärtsbewegung des Kolbens. Während eines Arbeitsspieles mit vier Takten
dreht sich die Kurbelwelle also zweimal. Der Gashub ist geschlossen, das
heißt Frischgas und Abgas sind vollständig voneinander getrennt. In der
Praxis kommt es aber doch zu einer kurzen Berührung während der so genannten
Ventilüberschneidung. |
2-Takt-Verfahren:
Auch beim 2-Takt-Verfahren laufen alle vier Arbeitsschritte ab, aber
während nur zwei Kolbenhüben (=Takte). Dies ist möglich, weil ein Teil des
Ansaugens und der Verdichtung (das Vorverdichten) außerhalb des Zylinders
stattfindet, und zwar im Kurbelgehäuse unter dem Kolben oder in einem Lader.
Die Kurbelwelle dreht sich während eines Arbeitsspieles nur einmal. Der
Gaswechsel ist offen, das heißt, es kommt zu einer teilweisen Durchmischung
von Frischgas und Abgas. |
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mit: OpenOffice Draw
am: 24.10.2004
von: A. Schierwagen
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- 2-Takt-Motoren haben eine größere
Leistungsdichte, da sie bei jeder Kurbelwellenumdrehung Arbeit verrichten.
- 2-Takt-Motoren können wesentlich einfacher und
billiger gebaut werden, weil sie im Gegensatz zu Viertakt-Hubkolbenmotoren
keine Ventilsteuerung benötigen. Sie ist erforderlich, weil die Ein- und
Auslassöffnungen für Frisch- und Abgas bei jeder zweiten Kurbelwellenumdrehung
geöffnet beziehungsweise geschlossen werden müssen. Bei 2-Takt-Motoren kann
der Kolben diese Aufgabe übernehmen, da Öffnen und Schließen bei jeder
Kurbelwellenumdrehung stattfinden.
- Ohne Ventilsteuerung treten bei 2-Takt-Motoren
geringere Massenkräfte auf, deshalb sind höhere Drehzahlen möglich. Dies
erhöht die Leistungsdichte zusätzlich.
- 2-Takt-Motoren herkömmlicher Bauart haben
einen höheren spezifischen Verbrauch und schlechtere Abgaswerte, weil sie
einen Teil des Kraftstoff-Luftgemisches unverbrannt durch Überspülen
verlieren. Überspülen entsteht, wenn sich Frischgas mit dem Abgas mischt und
ausgestoßen wird. Durch eine Direkteinspritzung des Kraftstoffs (wie
beispielsweise beim Zweitakt-Dieselmotor) kann dieses verhindert werden.
- 2-Takt-Motoren haben nicht mehr die Leistung
wie heutige 4-Takt-Motoren, weil sie im Gegensatz zu den 4-Takt-Motoren nicht
weiterentwickelt wurden, sondern von den 4-Takt-Motoren verdrängt wurden wegen
ihres hohen Verbrauchs und schlechter Abgaswerte.
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Zweitakt-Motoren werden vorwiegend
eingesetzt, wo der Preis des Motors (einfache Bauweise) und die hohe
Leistungsdichte den Vorrang haben vor Kraftstoffverbrauch und Umweltschutz. Dies
gilt vor allem für Motoren mit kleinem Hubraum.
Hier einige Beispiele.
Bei den Zwei-Takt-Motorrädern
kann Simson beispielhaft angeführt werden. Sie repräsentiert
beispielhaft einen bedeutenden Teil der motorisierten Zweiradkultur in
der ehemaligen DDR. Aus der Notwendigkeit einen fahrbaren Untersatz zu
besitzen wurde im Lauf der Zeit ein Kult, der auch vor dem "Westen"
nicht halt gemacht hat. Wer
Ersatzteile
für Simson benötigt, kann hier fündig werden.
Wo Gesetzgeber und Verbraucherinteresse
auf Umweltschutz und Kraftstoffverbrauch achten, haben sich Viertaktmotoren
durchgesetzt.
Exotische Bauarten von Motoren
Kreiskolbenmotor
Der
Wankelmotor ist ein Kreiskolbenmotor, benannt nach Felix Wankel.
Beim Wankelmotor rotiert in einem oval-scheibenförmigen Gehäuse ein
bogig-dreieckiger Kolben in einer nur leicht oszillierenden Bewegung. Durch die
anhaltende Bewegung in immer gleichbleibender Drehrichtung ergibt sich ein sehr
ruhiger Motorlauf.
Der Kreiskolbenmotor ist sehr kompakt
aufgebaut und benötigt keine Ventilsteuerung. Abgesehen von der
unterschiedlichen Bewegungsart entspricht das Prinzip der Krafterzeugung dem des
Ottomotors. Die vier Takte werden nicht während einer Auf- und Abwärtsbewegung
eines Kolbens, sondern während der Drehbewegung in einer Scheibe ausgeführt. So
wie beim Hubkolbenmotor mehrere Zylinder vorhanden sind, können auch beim
Wankelmotor mehrere Scheiben kombiniert sein.
zur Animation
viele weitere Informationen finden Sie
auf
http://www.der-wankelmotor.de/
Stelzer-Motor
Der Stelzer-Motor, benannt nach seinem Erfinder Frank
Stelzer, ist ein Zweitakt-Freikolbenmotor. Im Stelzer-Motor wird während des
gesamten Arbeitsablaufes nur der Kolben bewegt. Seine unterschiedlichen
Kolbendurchmesser öffnen und schließen verschiedene Öffnungen im Gehäuse und
steuern damit gleichzeitig den Gaswechsel.
Kugelkolbenmotor
Beim Kugelkolbenmotor handelt es sich im
Grundkonzept um einen Drehkolbenmotor, der als Besonderheit sowohl die
Einlass-Steuerung wie auch die Brennraumgröße durch eine Taumelbewegung
realisiert.
Zweitakt-Doppelkolbenmotor (Puch)
Der Puch-Zweitakt-Doppelkolbenmotor war ein
gleichstromgespülter Zweitaktmotor, bei dem zwei Kolben in direkt
beieinanderliegenden Zylindern den Brennraum gemeinsam haben und
über ein geteiltes Pleuel auf eine Kurbelwellenkröpfung wirken.
Wegen seiner technischen Eigenschaften und seines bescheidenen
Kraftstoffverbrauches wurde er in Motorrädern verwendet. Die
Puch-Werke in Graz stellten Motoren dieser Bauart von 1923 bis 1970
her. Quelle:
Wikipedia
kurzes Video zum
Doppelkolbenmotor (Deutsches
Museum)
5-Takt-Motor, Miller-Zyklus, Atkinson-Zyklus, Knick-Pleuel sind weitere
interessante Motorenvarianten.
mehr zum
Verbrennungsmotor
*Dieser
Artikel basiert auf dem Artikel 'Verbrennungsmotor' aus der Wikipedia und
steht unter der GNU Lizenz freie Dokumentation.
mehr zum Motor: |
PS |
Motorinstandsetzung | Steuerung
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Etwas Geschichtlicher Hintergrund
125 Jahre Benzinmotor von Daimler
Gottlieb
Wilhelm Daimler
entwickelte
1883 den ersten schnell laufenden Benzinmotor, worauf er am 3. April
1885 das Patent erhielt und baute ebenfalls 1885, also vor 125 Jahren,
das erste Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor.
Er wurde am 17. März 1834 in Schorndorf geboren und
starb am 6. März 1900 in Cannstatt bei Stuttgart. Er war ein deutscher
Ingenieur, Konstrukteur und Industrieller.
Sein Ziel war immer die Entwicklung kleiner, schnell
laufender Verbrennungsmotoren, die überall einsetzbar sein sollten und
Fahrzeuge aller Art zu Lande und zu Wasser antreiben konnten. 1883
meldete er einen gemeinsam mit, dem bei ihm angestellten Maybach, einen
Einzylinder-Viertaktmotor beim Patentamt an, der anders als bei den bis
dahin üblichen stationär eingesetzten gasangetriebenen Viertaktmotoren
durch Verbrennung von Benzin angetrieben wurde. Die Verbrennung erfolgte
nach Vergasung des Benzins im Schwimmervergaser und über Glührohrzündung
des im Zylinder vorkomprimierten Benzin-Luft-Gemisches. Der 1885 fertig
gestellte aus Gusseisen und Messing bestehende einzylindrige Motor wog
nur 60 Kilogramm, hatte einen Hubraum von 264 cm³ und leistete bei 650
Umdrehungen pro Minute weniger als 1 PS. Am 3. April 1885 erhielt
Daimler das Reichspatent Nr. 43926 auf seine Kraftmaschine, die als
Standuhr-Motor in die Technikgeschichte einging.
Eine weitere Erfindung von Daimler und Maybach war
der 1885 konstruierte Reitwagen, das erste Motorrad mit Benzinmotor.
Darauf folgte der Einbau des Ottomotors in ein Boot und damit die
Erfindung des Motorbootes. Im Oktober 1886 baute Daimler seinen Motor in
eine Kutsche, womit er auch als Erfinder des vierrädrigen Kraftwagens
gilt.
Daimlers und Maybachs Motor (wie auch der von
Diesel) gehört zu den Erfindungen, die die Welt für immer verändert
haben.
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Quelle: Wikipedia user:Enslin |
Johannes Wiesinger
bearbeitet:
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