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Hubkolben-Verbrennungsmotor: Welche Typen gibt es?

Motorquerschnitt
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Ein Hubkolben-Verbrennungsmotor ist eine Art Verbrennungsmotor, der mit einem Kolben ausgestattet ist, dessen Aufgabe es ist, die Umwandlung der durch eine chemische Reaktion erzeugten Wärmeenergie in die mechanische Arbeit des Motors zu vermitteln.

Unter dem Begriff Kolbenverbrennungsmotor kann man sich einen klassischen Motor mit hin- und hergehender Bewegung des Kolbens oder einen weniger verbreiteten Motor mit Rotationskolben und damit den Wankelmotor vorstellen.

Indholdsfortegnelse

Kolbenverbrennungsmotor

1. Je nach Ort, an dem die Verbrennung stattfindet:

  • Ein Verbrennungsmotor (zum Beispiel ein Benzin- oder Diesel-Motor)
  • Ein externer Verbrennungsmotor (zum Beispiel ein Stirlingmotor)

2. Ein Motor mit intermittierendem Arbeitszyklus, entweder:

3. Entsprechend der Bewegung des Kolbens:

  • Motor mit hin- und hergehender Kolbenbewegung
  • Motor mit rotierender Kolbenbewegung (Wankelmotor)

Um einen Motor jedoch als Hubkolben-Verbrennungsmotor zu qualifizieren, muss er mindestens eine Bedingung von jedem dieser drei Punkte erfüllen. Der derzeit am weitesten verbreitete Typ von Kolbenverbrennungsmotoren ist der Viertakt- und Zweitaktmotor mit innerer Verbrennung und geradliniger Hin- und Herbewegung.

Andere Arten von Kolbenverbrennungsmotoren werden nicht mehr oder nur noch in geringem Umfang eingesetzt.

Motoren mit externer Verbrennung und geradliniger Kolbenbewegung

Stirlingmotor

Dieser Motortyp wird unter den Kolbenverbrennungsmotoren am wenigsten verwendet. Stirlingmotor nutzt Wärme aus einer externen Quelle, um Energie für den Arbeitszyklus zu erzeugen.

Der Stirlingmotor nutzt chemische Energie aus der Verbrennung von Kraftstoff, um einen isolierten Arbeitsstoff zu erhitzen, der im Motor Arbeit verrichtet. Die Verbrennung findet immer außerhalb des Motors statt und der isolierte Arbeitsstoff ist oft Gas.

Motoren mit Verbrennungsmotor und Drehbewegung des Kolbens

Wankelmotor

Zu dieser Kategorie gehört der Wankelmotor, manchmal auch Rotationsmotor genannt. Dabei handelt es sich um einen Verbrennungsmotor mit Drehkolben, der Druck in Drehbewegung umwandelt. Im Gegensatz zu einem klassischen Kolbenverbrennungsmotor drehen sich beim Wankelmotor alle Teile in eine Richtung.

Der Viertaktzyklus: Einlass, Kompression, Verbrennung und Auslass findet zwischen dem ovalen Innengehäuse und dem dreieckigen Rotationskolben statt.

Die Kolben drehen sich um eine Welle, die sogenannte Exzenterwelle, und verlaufen durch die Mitte des Rotors. Für die kreisförmige Bewegung des Kolbens mit Innenverzahnung sorgt ein großes Zahnrad, das sich in der Mitte des Rotors (Kolbens) befindet. Ein kleines Zahnrad, das in das Rotorzahnrad eingreift, ist fest mit der Welle verbunden.

An den Stellen, an denen der rotierende Kolben auf den Innenmantel des Motordeckels trifft, sorgt eine Dichtung dafür, dass drei isolierte Räume zwischen Rotor und Mantel entstehen. Wenn sich der Kolben dreht, bewegen sich diese Räume in Drehrichtung und vergrößern und verkleinern ihr Volumen.

Motoren mit Verbrennungsmotor und geradliniger Kolbenbewegung:

Der Kolben-Verbrennungsmotor mit innerer Verbrennung und hin- und hergehender Bewegung des Kolbens gehört zu den am weitesten verbreiteten Motoren zum Antrieb von Autos, Motorrädern, Schiffen und Kleinflugzeugen.

Damit ist er der zahlreichste Vertreter nicht nur der Kolbenverbrennungsmotoren, sondern auch aller anderen Verbrennungsmotoren.

Diese Motoren können wir in die Kategorie aufnehmen:

  • Zweitakt-Benzinmotoren (das sind kleine Motoren, die hauptsächlich zum Antrieb von Motorrädern verwendet werden)
  • Zweitakt-Dieselmotoren (das sind Motoren, die am häufigsten in der Industrie eingesetzt werden, beispielsweise als Notstromgeneratoren für die Stromerzeugung)
  • Vier- Viertakt-Benzinmotoren (das sind Motoren unterschiedlichen Volumens, die am häufigsten zum Antrieb von Autos verwendet werden)
  • Viertakt-Dieselmotoren (das sind Motoren unterschiedlichen Volumens, die am häufigsten zum Antrieb von Autos, Bussen, Transportern oder Lastkraftwagen und anderen schweren Fahrzeugen verwendet werden Maschinen)

Das Konzept dieses Motors in Kürze:

Ein Kolben-Verbrennungsmotor mit innerer Verbrennung wandelt chemische Energie in mechanische Energie um, indem er das Gemisch verbrennt. Nach der Zündung des Gemisches entsteht im Brennraum, der perfekt abgedichtet sein muss, ein großer Druck, der auf den Kolben des Motors wirkt und ihn bewegt.

Die Kurbelwelle

Die Gleitbewegung des Kolbens wird über die Pleuelstange auf die Kurbelwelle übertragen und so in eine Drehbewegung umgewandelt, wodurch das Fahren eines Autos oder einer anderen Maschine gewährleistet ist.

Ein Arbeitszyklus des Motors besteht aus folgenden Phasen:

  1. Ansaugung – die Phase der Befüllung des Zylinders mit frischer Ladung
  2. Kompression – die Phase der Verdichtung des Gemisches
  3. Verbrennung – die Phase der Verbrennung, in der die Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Arbeit erfolgt
  4. Auspuff – die Phase, in der Abgase aus dem Zylinder gedrückt werden

Hubkolben-Verbrennungsmotor und sein Aufbau:

Motorkolben

Kolbenverbrennungsmotoren mit geradliniger Kolben-Bewegung und innerer Verbrennung können nach mehreren Konstruktionsmerkmalen in mehrere Gruppen eingeteilt werden, nämlich:

Je nach Kühlmethode:

Wir unterteilen Kolbenverbrennungsmotoren nach Anzahl und Anordnung der Zylinder und Kurbelwellen in:

Einwellenmotoren:

Ein Einwellenmotor ist ein Kolbenverbrennungsmotor, der nur mit einer Kurbelwelle ausgestattet ist. Dieser Motortyp ist im Bau von Kolbenverbrennungsmotoren am häufigsten vertreten.

Zur Gruppe der Einwellenmotoren gehören:

  • Einzylindermotoren
  • Reihenmotoren – bzw. einreihig, bei denen alle Zylinder in einer Reihe liegen
  • Zweireihige Motoren – V-Motoren mit V-förmigen Zylindern, Motoren mit A-Zylindern oder VR-Motoren
  • Dreireihige Motoren – W-Motoren
  • Lüftermotoren
  • Vierreihige Motoren – X-Motoren
  • Sternmotoren – mit um die Kurbelwelle angeordneten Zylindern
  • Multiradialmotoren – zwei-, Drei-, Vierzylinder-Sternmotoren usw.

Einige der oben genannten Typen gehören entsprechend der Zylinderzahl zur Gruppe der Boxermotoren.

Mehrwellenmotoren:

BRM P75

Ein Mehrwellenmotor ist ein Kolbenverbrennungsmotor, der mit mehreren Kurbelwellen ausgestattet ist. Je nach Anzahl der Wellen werden Mehrwellenmotoren als Zweiwellenmotoren, Dreiwellenmotoren usw. bezeichnet.

Der Mehrwellenaufbau des Motors ermöglicht die Realisierung von Einkolben-, Zweikolben- und Mehrkolbenmotoren.

Zu dieser Gruppe gehören:

  • Motoren mit gegenläufigen Kolben
  • Motoren mit parallelen Zylindern – U-Motoren
  • Dreiecksmotor
  • Y-Motoren
  • Vierecksmotor
  • H-Motoren

Einige der oben genannten Typen gehören entsprechend der Zylinderzahl zur Gruppe der Boxermotoren.

Einteilung der Kolbenverbrennungsmotoren nach der Vertriebsart:

  1. Motor mit Kanalverteilung
  2. Motor mit Schieberverteilung
  3. Motor mit Ventilverteilung:
  • Ventilverteilung F – mit einem Ventil auf der Seite des Zylinders und dem anderen im Kopf (veraltetes Design)
  • Ventilverteilung SV (Seitenventil) – mit einem Ventil auf der Seite des Zylinders (veraltetes Design)
  • Ventilverteilung OHV (Overhead Valve) – mit Ventilen im Zylinderkopf
  • OHC-Ventiltrieb (Overhead Camshaft) – mit Ventilen und einer Nockenwelle im Zylinderkopf
  • DOHC- oder 2xOHC-Ventiltrieb – mit zwei Nockenwellen im Zylinderkopf
  • Motor mit kombinierter Verteilung – ein Kanal, der Auslass durch ein Ventil übernimmt üblicherweise den Einlass des Gemisches.

Die charakteristischen Parameter eines Hubkolben-Verbrennungsmotors mit hin- und hergehender Kolbenbewegung sind:

  • Hub – der Abstand zwischen der unteren und oberen Mitte des Kolbens
  • Hubvolumen – die Differenz der Volumina der Brennkammer zwischen der unteren und oberen Mitte des Kolbens in cm3
  • Das Volumen der Kompression Raum – das Volumen, das im Zylinder in cm3 verbleibt, wenn sich der Kolben im oberen Totpunkt befindet
  • Kompressionsverhältnis – das Verhältnis des Volumens des Zylinders, wenn sich der Kolben im unteren Totpunkt befindet, zum Volumen, wenn der Kolben steht im oberen Totpunkt

Grundparameter eines Kolbenverbrennungsmotors:

Zu den grundlegenden technischen Parametern eines Kolbenverbrennungsmotors gehören Leistung und Drehmoment. Die maximale Geschwindigkeit und Beschleunigung des Autos hängen von diesen Parametern, dem Kraftstoffverbrauch oder der Fähigkeit, Hügel zu besteigen, ab.

Die Motorleistung wird in Kilowatt (kW) und Pferdestärke (PS, HP, ks) angegeben. Die Einheit des Drehmoments ist Newtonmeter (Nm) oder Pfund pro Fuß (ft-lbs).