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Biogasanlagen

Gesamtantrieb von Gastankern

aus Umweltschutzgründen

1.Ansaugen 2. Verdichten 3. Zünden 4. Ausstoßen

Der Gaswechsel erfolgt großteils durch Volumenverdrängung im vierten und ersten Takt (Ausstoßen / Ansaugen), und nur zu einem geringen Teil durch Dynamik der Gassäule während der Ventilüberschneidung. Dadurch werden Frischgas und Abgas über einen weiten Drehzahlbereich gut voneinander getrennt, was den Treibstoffverbrauch verringert und das Abgasverhalten verbessert.

Eine geringere Leistungsdichte des Viertakt-Hubkolbenmotors. Grund dafür ist der Leerhub, jeder Zylinder liefert nur bei jeder zweiten Umdrehung einen Arbeitstakt und läuft eine Umdrehung als „Spülpumpe“. Daraus resultiert eine ungleichmäßige Abgabe des Drehmomentes. (Das trifft jedoch nicht auf den Wankelmotor zu.)
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Viertaktmotoren besitzen einen mechanisch aufwändigeren Aufbau als Zweitaktmotoren. Der Aufwand erklärt sich aus der Verwendung von gesteuerten Ventilen und der notwendigen Druckumlaufschmierung.
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Höhere Herstellungskosten für den Viertaktmotor
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Bei gleicher Leistung mehr Platzverbrauch (Hubraum) und mehr Gewicht. (war früher wichtig vor allem bei Motorrädern).

Ein günstigerer Wirkungsgrad bis in den Teillastbereich und der daraus resultierende geringere spezifische Kraftstoffverbrauch, welcher die um 12,5 % größere Kohlendioxid-Emission des Diesels pro verbrannter Stoffmengeneinheit wieder ausgleicht.
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im Vergleich zu einem Ottomotor ohne Abgasnachbehandlung geringerer Ausstoß von Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und Stickoxid
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Einsatz von einfacher herzustellenden, ungefährlicheren – weil langsamer verdampfenden – Kraftstoffen (der Flammpunkt von Dieselkraftstoff liegt deutlich über dem von Benzin)
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Notlaufeigenschaft durch das Selbstzünderprinzip (nur bei mechanischer Dieselpumpe)
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Die in der Praxis oft beobachtete höhere Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer
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Die wirtschaftlichen Vorteile eines Dieselmotors für den PKW-Antrieb hängen teilweise auch von den steuerlichen Randbedingungen ab. In zahlreichen Staaten ist durch Besteuerung Dieselkraftstoff günstiger als Ottokraftstoff, obwohl der Brennwert des Dieseltreibstoffs höher ist als der von Benzin, so dass sich die meist höheren Anschaffungskosten für ein Dieselfahrzeug über die Laufzeit amortisieren.

Höherer Ausstoß von Stickstoffoxiden gegenüber einem Benzinmotor mit 3-Wege-Katalysator
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Partikelausstoß (Dieselruß und andere), darunter auch lungengängiger Feinstaub, der jedoch mit einem Partikelfilter reduziert werden kann
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Höhere Produktionskosten
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Größere Geräuschemissionen (nicht mit dem 'Nageln' gleichzusetzen, welches die Folge eines fehlerhaften Brennverlaufs ist)
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Unkultivierter Motorlauf (insbesondere bei älteren direkteinspritzenden Motoren)
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Schlechteres Leistungsgewicht im Vergleich zum Ottomotor (gilt nur für Viertakt-Dieselmotoren)
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Eine begrenzte Höchstdrehzahl, die durch den Zündverzug des Dieselkraftstoffs begründet ist. Dadurch ist eine weitere Leistungssteigerung nur über eine Erhöhung des mittleren Verbrennungsdrucks (und damit des Drehmoments) möglich.
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Zur Erzielung hoher Leistungsdichten wird eine Aufladung benötigt (Turbolader oder Kompressor), bedingt durch höhere Pumpverluste und niedrigere maximale Drehzahl
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Aufwendige Abgasreinigung, katalytische Nachbehandlung der Stickoxide wegen des hohen Luftüberschusses nur schwer zu verwirklichen. Wobei ein mittlerer Luftüberschuss z. B. beim Betrieb mit einem stufenlosen Getriebe, einem Speicherkatalysator und einem Rußfilter nicht zwingend ist.
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Gelegentlicher Einsatz verschleißfesterer Materialien z. B. keramikbeschichtete Kolbenringe
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Andere Ansprüche an das Schmieröl (im Vergleich zu Ottomotoren), z. B. höhere Scherbelastung

1.,2.3,4.

Der Zweitakter hat doppelt so viele Arbeitstakte pro Zeiteinheit wie der Viertakter, wenn auch, wegen der Nutzung eines Teils der Takte für die Spülphase, nur 70 bis 80 % der Energieabgabe pro Arbeitstakt. Hierdurch allein entstehen eine Reihe von Vorteilen:
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geringerer Hubraum, dadurch geringere thermische und Reibungsverluste und Potential zu geringerem Verbrauch;
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geringere Masse,
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gleichförmigeres Drehmoment,
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geringere bewegte Masse, dies ist eine Folge der geringeren Gesamtmasse und hat den positiven Effekt eines geringeren Drehimpulses; dies macht den Motor elastischer;
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hohe Drehzahlen sind bei den ventillosen Varianten einfacher möglich.

Je nach Bauart eine gewisse Vermischung von Frisch- und Abgas. Dadurch Abwägung zwischen hohen Spülverlusten und hohem Abgasanteil in der Zylinderfüllung notwendig.
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Hohe thermische Belastung von Kolben und Auslassöffnung
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Unruhiger Lauf im Schubbetrieb
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Geringere Motorbremswirkung als bei Viertaktmotoren
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Je nach Bauart mehr oder weniger hoher Ölverbrauch
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Emissionsprobleme
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Schmierung bei geringen Drehzahlen problematisch, da die Temperatur nicht hoch genug wird.
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Hoher mechanischer Verschleiß des Kolbens und der Kolbenringe bei Zylinderwänden mit Öffnungen

1,

1⇒2: isentrope Verdichtung
2⇒3: isochore Wärmezufuhr (Verbrennung)
3⇒4: isentrope Expansion (Arbeitsleistung)
4⇒1: isochore Wärmeabfuhr

1⇒2: isentrope Verdichtung 2⇒3: isobare Wärmezufuhr (Verbrennung) 3⇒4: isentrope Expansion (Arbeitsleistung) 4⇒1: isochore Wärmeabfuhr

1 ⇒ 2 : isentrope Verdichtung 2 ⇒ 3 : isochore Wärmezufuhr (Verbrennung) 3 ⇒ 3‘: isobare Wärezufuhr (Verbrennung) 3‘⇒ 4 : isentrope Expansion (Arbeitsleistung) 4 ⇒ 1 : isochore Wärmeabfuhr

Keine konstanten Stoffwerte (κ≠const)
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Wärmeabfuhr an die Umgebung (Bauteilschutz -> Kühlwasser)
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Wärmezufuhr weder isochor noch isobar
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Reibung des Kolbens, Kurbelwelle, Ventiltrieb….
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Ladungswechselarbeit
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Strömungsverluste beim Ladungswechsel
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Unvollständige Verbrennung
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Blow-By (undichte Kolbenringe)

siehe BIld

Höherer Nutzmitteldruck (pe), da höhere Füllung
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geringeres Leistungsgewicht
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Höhere Bauraumleistung („Downsizing“)
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Besserer Wirkungsgrad
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Preisvorteil bezogen auf die Literleistung im Vergleich zur Hubraumsteigerung

Höhere mechanische und thermische Belastung (pZ höher)
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Stärkeres Triebwerk (Kolben) wegen höhere Belastung nötig
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kleinere Verdichtung wegen höherer Drücke (Klopfen bei Ottomotoren)
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Bessere Kühlung (Kolbenkühlung), höherwertige Werkstoffe notwendig
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Höherer Preis bei gleichem Hubraum
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Aufgrund des schlechten Wirkungsgrades des Verdichters und der Turbine bei geringen Volumenströmen kann sich ohne weitere Maßnahmen der Drehmomentverlauf bei geringeren Motordrehzahlen verschlechtern („Turboloch“). Abhilfe sind Schaltbare Turbolader oder variable Leitschaufeln.

Diesel: Selbstzündung, Schritt 2-3 Isobare Expansion(Verbrennung), höherer Ausstoß (Stickstoff), besserer Wirkungsgrad im Teillastbereich, geringerer Kraftstoffverbrauch, Begrenzung durch ertragbare Spitzendrücke, Wirkungsgrad ist abhängig von Verdichtungsverhältnis UND Einspritzverhältnis, Untergranze Verdichtungsverhältnis > um Selbstentzündung zu ermöglichen

Otto: Zündung extern, Schritt 2-3 isochore Expansion, Obergrenze des Verdichtungsverhältnis > Gefahr der Selbstentzündung(klopfende Verbrennung), Wirkungsgrad ist abhängig von Verdichtungsverhältnis

e=Gesamtvolumen/Restvolumen=(Hubraum+Kompressionsvolume)/Kompressionsvolumen