• Verbrennungsmotoren
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  • 01.07.2023
  • Naturwissenschaft
  • 9
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Hinweis zum Einsatz im Unterricht

Verbrennungsmotoren

Ver­bren­nungs­mo­to­ren

Ot­to­mo­to­ren:

Be­nannt nach Ni­co­laus Au­gust Otto.

4-​Takt-Motor:

1. An­saug­takt:

An­saug­ven­til ist offen, Brennstoff-​Gas-Gemisch wird bei der Ab­wärts­be­we­gung des Kol­bens an­ge­saugt.



2. Ver­dich­tungs­takt:

Ven­ti­le sind ge­schlos­sen, Brennstoff-​Gas-Gemisch wird bei der Auf­wärts­be­we­gung des Kol­bens ver­dich­tet.



3. Ar­beits­takt:

Ven­ti­le sind ge­schlos­sen, Brennstoff-​Gas-Gemisch wird durch die Zünd­ker­ze zur Ex­plo­si­on ge­bracht. Kol­ben schlägt nach unten aus.



4. Aus­puff­takt:

Aus­puff­ven­til ist offen, Ab­ga­se wer­den bei der Auf­wärts­be­we­gung des Kol­bens aus dem Zy­lin­der hin­aus­ge­drückt.

2-​Takt-Motor:

Der Zwei­takt­mo­tor be­sitzt keine Ven­ti­le und ver­brennt daher das Brennstoff-​Gas-Gemisch nicht so ef­fi­zi­ent wie ein Vier­tak­ter. Wir fin­den Zwei­takt­mo­to­ren

z. B. in Mo­peds oder Ra­sen­mä­hern.

1. An­sau­gen und Ver­dich­ten:

Das Brennstoff-​Gas-Gemisch wird bei der Auf­wärts­be­we­gung des Kol­bens ver­dich­tet, wäh­rend neues Ge­misch an­ge­saugt wird.



2. Ar­bei­ten und Aus­puf­fen:

Das Brennstoff-​Gas-Gemisch wird ge­zün­det und bei der Ab­wärts­be­we­gung des Kol­bens aus­ge­pufft.

Wan­kel­mo­tor:

Be­nannt nach sei­nem Er­fin­der Felix Wan­kel.

Der Wan­kel­mo­tor ar­bei­tet nach dem Viertakt-​Prinzip. Auf­grund sei­ner Bau­wei­se kann auf Ven­ti­le ver­zich­tet wer­den, ohne auf die Ef­fi­zi­enz eines Vier­takt­mo­tors zu ver­zich­ten.

Die­sel­mo­tor:

Be­nannt nach sei­nem Er­fin­der Ru­dolf Die­sel.

Der Die­sel­mo­tor ar­bei­tet nach dem Viertakt-​Prinzip. Es gibt al­ler­dings ein paar Un­ter­schie­de.



Beim Die­sel­mo­tor wird im Ge­gen­satz zum Ot­to­mo­tor kein zünd­fä­hi­ges Luft-​Kraftstoff-Gemisch zu­ge­führt, son­dern aus­schließ­lich Luft.



Diese Luft wird zu­nächst im Zy­lin­der hoch ver­dich­tet, wo­durch sie sich auf etwa 700° bis 900°C er­hitzt. Kurz bevor der Kol­ben den höchs­ten Punkt im Zy­lin­der er­reicht, be­ginnt die Ein­sprit­zung und Feinst­ver­tei­lung des Kraft­stof­fes in der hei­ßen Luft im Brenn­raum.



Die hohe Tem­pe­ra­tur ist aus­rei­chend, um den Kraft­stoff zu ver­damp­fen und das Dampf-​Luft-Gemisch zu zün­den.



An­ders aus­ge­drückt: Ein Die­sel­mo­tor be­nö­tigt keine Zünd­ker­ze, son­dern ver­brennt den Kraft­stoff durch Selbst­ent­zün­dung.

Ni­co­laus Au­gust Otto
Ru­dolf Die­sel
Felix Wan­kel

Was ler­nen wir aus dem Bei­spiel „Ver­bren­nungs­mo­tor“?

Ver­bren­nungs­mo­to­ren zei­gen, wie mechanisch-​physikalische Grund­ge­set­ze,

z. B. Ver­hal­ten der Gase, En­er­gie­um­wand­lung, Ge­schwin­dig­keit, Kraft­über­tra­gung usw. zu­sam­men­wir­ken:



Kraftstoff-​Luft-Gemisch wird im Mo­tor­zy­lin­der an­ge­saugt, ver­dich­tet und ge­zün­det. Es ent­steht eine hohe Druck­kraft, die den Kol­ben nach unten drückt.



Beim Aus­stoß des ver­brann­ten Gases kehrt der Kol­ben wie­der in seine Aus­gangs­la­ge zu­rück (Hub). Dabei ist er stän­dig einer ge­rad­li­nig be­schleu­nig­ten und ver­zö­ger­ten Be­we­gung aus­ge­setzt.



Die che­mi­sche En­er­gie des Kraft­stof­fes wird im Motor in me­cha­ni­sche En­er­gie um­ge­wan­delt (En­er­gie­um­wand­lung).



Über ein me­cha­ni­sches Kur­bel­sys­tem wird die ge­rad­li­ni­ge Kol­ben­kraft in ein dre­hen­des Kraft­mo­ment (Dreh­mo­ment) um­ge­wan­delt.



Über wei­te­re me­cha­ni­sche Bau­tei­le (Kupp­lung, Ge­trie­be, Kar­dan­wel­le, Dif­fe­ren­ti­al) wirkt diese Kraft schließ­lich auf die An­triebs­rä­der. Wie stark hängt vom Wir­kungs­grad der ein­zel­nen Bau­tei­le ab.

Ver­bren­nungs­mo­tor

Und jetzt du:

1
Bei welchen Motoren wird auf Ventile verzichtet?
2
Bei welchem Motor wird keine Zündkerze benötigt?
3
Verbinde die Vor- und Nachnamen der jeweiligen Erfinder.
  • Nicolaus August
  • Felix
  • Rudolf
  • Wankel
  • Otto
  • Diesel
4
Ordne die vier Takte eines 4-Takt-Motors in der richtigen Reihenfolge.
(1-4)
  • 3
    Arbeitstakt
  • 1
    Ansaugtakt
  • 2
    Verdichtungstakt
  • 4
    Auspufftakt
5
Auf wel­che Tem­pe­ra­tur wird die Luft durch Kom­pres­si­on (=Ver­dich­tung) in einem Die­sel­mo­tor er­hitzt?

Die Luft wird auf 700° bis 900° Cel­si­us er­hitzt.

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