Lernkarten

Die Leistung wird von der umgesetzten Kraftstoffmenge und damit wiederum von der im Brennraum befindlichen Frischluftmenge (Ladung) bestimmt. Man unterscheidet Saug- und Auflademotoren:

a) Saugmotor

Die frische Ladung wird durch den Unterdruck, der durch die Kolbenabwärtsbewegung erzeugt wird, direkt aus der Atmosphäre angesaugt.

Es gilt:  V_L=V_H

mit als Volumen der angesaugten Luft und als Hubvolumen.

Die Masse der Frischladung m_L ist gemäß der idealen Gasgleichung abhängig von dem herrschenden Luftdruck p_L und der Temperatur T_L:

          m_L= p_L *V_H /R * T_L

b) Auflademotor

Zur Erhöhung der Ladungsdichte und damit der Motorleistung können verschiedene Verfahren angewendet werden:

• Schwingsaugrohr (Saugmotor unter Ausnutzung der dynamischen Effekte im Saugrohr)
• mechanische Verdichter (Flügelzellenpumpe, Roots-Gebläse)
• Druckwellenverdichter (Comprex-Lader)
• Abgasturbolader

Bei Verbrennungsmotoren wird ansatzweise ein Drittel der zugeführten Energie in Form von Abwärme frei. Die restliche Energie teilt sich annähernd zu gleichen Teilen in Nutzarbeit und Abgasenergie auf. Die Abwärme kann in verschiedener Art und Weise aus dem Motorblock entfernt werden, was unterschiedliche Motorkonzepte zur Folge hat.

a) Luft- oder direkte Kühlung

Luft wird über die mit Kühlrippen versehene Oberfläche des Motors geführt. Die Verrippung ist so auszulegen, dass erstens jede einzelne Rippe optimal die Wärme nach außen ableitet (Rippenwirkungsgrad) und zweitens auch eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung am Brennraum vorliegt, siehe Abbildung 1-30.

Vorteile:

• Kühlmedium kann nicht gefrieren  
• Einfache, kostengünstige Bauweise
• Wartungsfrei
• Kurze Warmlaufzeit des Motors

Nachteile:

• Aufgrund des schlechteren Wärmetransportes begrenzte maximale Leistung
• Gleichmäßige Kühlung nicht immer gewährleistet (Problemzonen)
• Schlechte Innenraumheizung
• Lautes Motorengeräusch (Gebläsegeräusch und Kühlrippenschwingungen)

b) Flüssigkeits- oder indirekte Kühlung

Ein Kühlmedium (meist Wasser mit Frost- und Korrosionsschutz) entzieht dem Motor die Wärme. Aufgrund des günstigeren Wärmeübergangs von Wasser gegenüber Luft ist keine Verrippung notwendig. Dafür ist aber ein größerer Aufwand gegenüber der Luftkühlung erforderlich, siehe Abbildung 1-31. Nachteilig ist auch die größere Masse gegenüber der Luftkühlung beim Warmlauf des Motors, deshalb sind z.B. abschaltbare Kühlwasserpumpen u.Ä. in Entwicklung.

Der Thermostat hat die Aufgabe, den Kreislauf über den Kühler so zu regeln, dass eine konstante Kühlmitteltemperatur vorliegt. Die Wasserpumpe bewirkt nur zum Teil den Wasserumlauf. Die Thermosiphon-Wirkung (Wärmeaustausch durch Nutzung der natürlichen Konvektion) durch die Aufheizung des Kühlmediums im Motor bzw. dessen Abkühlung ist nicht zu vernachlässigen. Einige kleinere Motoren, insbesondere bei Motorrädern, arbeiten sogar ohne Pumpenunterstützung nur auf der Basis der Thermosiphon-Wirkung.

Kühlmedium Öl: Motoröl hat neben der Aufgabe der Schmierung auch Bedeutung für den Wärmetransport innerhalb des Motors. Es hat den Vorteil, dass es höhere Temperaturen verträgt und im Motor notwendigerweise vorhanden ist. Nachteilig sind die Alterung und die Viskositätsänderung des Öles.

Darüber hinaus gibt es weitere Merkmale wie z.B.:

Otto-/ Diesel

• Zylinderanzahl
• Hubvolumen V_H
• Leiztungs und Drehmoment

Aufgeladen/ nicht aufgeladen

Brennraumvolumen im OT (Vc) / Verdichtungsverhältnis

Zylinderblock

• Kolben
• Pleuel
• Kurbelwelle
• Kolbenstellung OT, UT

Zylinderkopf

• Zündkerzen (Otto)
• Einspritzdüsen
• Einlass-/ Auslassventil
• Einlass-/ Auslasskanal
• Nockenwelle

Wasser-/ Luftkühlung

Die Technik-Entwicklung anhand von Gemischaufbereitung, alternativen Antrieben und Indiziermesstechnik soll die rasante Steigerung der Leistungsfähigkeit des Verbrennungsmotors darstellen. Waren es anfänglich vor allem Fortschritte durch neue Konstruktionen, Werkstoffe und Bearbeitungsverfahren, so steht heute die Computertechnologie mit ihren nahezu unbegrenzten Möglichkeiten im Vordergrund.

Ursprünglich wurde der Kraftstoff tatsächlich verdampft und damit gasförmig dem Motor zugeführt (Abbildung 1-33). Die Regelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses erfolgte über Zusatzluft. Die späteren „richtigen" Vergaser saugten den Kraftstoff mit Unterdruck weitgehend flüssig in das Saugrohr. Die Verdampfung im Saugrohr war nur unvollständig. Um das Luft-Kraftstoffverhältnis genau und bei allen Betriebszuständen des Motors einzuhalten, wurde der Vergaser immer aufwendiger gestaltet (Abbildung 1-34).

Mit dem Einsatz der Abgasnachbehandlung in Form von 3-Wege-Katalysatoren beim Otto-Motor stiegen die Anforderungen an die Gemischaufbereitung weiter an. Mit Vergasern ist dies nur begrenzt darzustellen, so dass der Siegeszug der elektronischen Einspritzung begann. Hierzu gehört auch die sogenannte Lambda-Regel mit Hilfe von Lambda-Sonden.

1. Hybrid

2. Alternative Brennverfahren

3. Brennstoffzelle

Die am weitesten verbreitete Hybridvariante ist die Kombination aus Verbrennungsmotor als Hauptenergiequelle und elektrischer Maschine mit einem elektrischen Speicher in Form einer Batterie. Abbildung 1-36 zeigt die ersten Fahrzeuge mit Hybridantrieb.

1. Micro- 2-5kW
2. Mild-4-20kW
3. Full-Hybrid 15-80kW

Die Einteilung dieser Antriebe erfolgt in Abhängigkeit der elektrischen Antriebsleistung (siehe Abbildung 1-37).