Verbrennungsmotor - Begriffe und Einteilungen

Was ist eigentlich ein Motor bzw. Verbrennungsmotor?

*Ein Motor (vvon lat. movēre, mōvī, mōtum: bewegen) ist eine Kraftmaschine die zum Bewegen und Antreiben von mechanischen Geräten Verwendung findet. Er wandelt Energieformen wie thermische oder elektrische Energie in mechanische Energie bzw. Arbeit um. Die Spezifikation von Motoren sollte mindestens die Leistung (Eingangs oder Ausgangsleistung) und den Wirkungsgrad beinhalten. Seit der Erfindung der Automobile werden meist Verbrennungsmotoren eingesetzt, die fossile Brennstoffenergie in thermodynamischen Zyklen in rotationale mechanische Energie umwandeln. Diese arbeiten entweder nach dem Otto- oder Dieselprozess.

Der Verbrennungsmotor ist eine Wärmekraftmaschine, die durch innere Verbrennung von Treibstoff mechanische Arbeit verrichtet. Strömungsmaschinen mit Verbrennung, zum Beispiel Gasturbinen, und Motoren mit Verbrennung außerhalb des Zylinders, beispielsweise Dampfmaschinen und Stirlingmotoren, zählt man nicht zu den Verbrennungsmotoren im engeren Sinne.

Audi A8 3.0 l V6 Motor

AUDI A8 3l V6

Wie werden Motoren unterschieden bzw. eingeteilt?

In der Geschichte des Motorenbaus sind viele Konzepte erdacht und realisiert worden, die nicht in das folgende Raster passen, zum Beispiel Ottomotoren mit Direkteinspritzung oder Vielstoffmotoren nach dem Dieselverfahren, aber mit Zündkerze. Im Sinne der Lesbarkeit verzichtet diese Übersicht auf Sonderfälle.

Die Bauarten können in einer großen Vielfalt kombiniert sein, beispielsweise kleinvolumige Motoren mit Kreiskolben und Schlitzsteuerung nach dem Otto-Prinzip (Wankelmotor), oder großvolumige 2-Takt-Dieselmotoren mit Ventilsteuerung (Schiffsdiesel).

Einteilung nach dem thermodynamischen Prozess

Ottomotoren
Dieselmotoren

Einteilung nach dem Arbeitsverfahren

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.

V8-Motor BMW

Einteilung nach dem Bewegungsablauf

Hubkolbenmotor (typ. in Kombination mit Pleuel und Kurbelwelle, teilweise auch mit Knick-Pleuel)
Kreiskolbenmotor (typ. nach Wankel)
Drehkolbenmotor (z.B. als Kugelkolbenmotor)
Freikolbenmotor (typ. lineare Kolbenbewegung)

Wankelmotor (Funktionsmodell aus dem Christiani-Shop)

Einteilung nach dem Gemischbildungsverfahren

Vor der Verbrennung müssen Kraftstoff und Luft durchmischt werden. Der Kraftstoff muss verdampfen.

Äußere Gemischbildung: Kraftstoff und Luft werden außerhalb des Zylinders vermischt, dann dem Zylinder zugeführt und verdichtet. Typische Vertreter sind der Ottomotor mit Vergaser oder der Zweitaktmotor. Durch überhöhte Motortemperatur, zu frühen Zündzeitpunkt, Selbstzündung oder ungeeignetes Gemisch kann es zu unkontrollierten, leistungsmindernden und motorschädigenden Detonationen kommen, die im Fall des Verbrennungsmotors speziell Klopfen genannt werden. Während der Verdichtung muss der Kraftstoff teilweise verdampfen, sodass die Verbrennung unmittelbar nach der Zündung sehr schnell erfolgen kann und eine hohe Drehzahl ermöglicht. Es handelt sich um eine Gleichraumverbrennung, weil der Brennraum seine Größe in der kurzen Zeit praktisch nicht ändert. Nach der Zündung kann die Verbrennung gewöhnlich nicht mehr beeinflusst werden.

Innere Gemischbildung: Dem Zylinder wird nur Luft zugeführt und verdichtet, der Kraftstoff wird erst später in den Brennraum eingespritzt. Ohne Kraftstoff ist keine Selbstzündung möglich, deshalb kann der Wirkungsgrad durch höhere Verdichtung gesteigert werden. Die Zündung kann durch Selbstzündung (Dieselmotoren) oder Fremdzündung (Ottomotoren mit Direkteinspritzung oder Vielstoffmotoren) erfolgen. Nach Einspritzbeginn benötigt der Kraftstoff Zeit zum Verdampfen, wodurch die Drehzahl begrenzt wird. Da insbesondere bei Dieselmotoren mit höheren Drücken gearbeitet wird, sind diese Motoren massiver ausgeführt und haben somit mehr Schwungmasse, was ebenfalls die Drehzahl deutlich begrenzt. Die Verbrennung kann durch die Zufuhr des Kraftstoffes (siehe auch: Einspritzverfahren) beeinflusst werden, thermodynamisch ideal wäre eine Gleichdruckverbrennung.

Mercedes Benz Vierzylinder Motor