Ein Verbrennungsmotor ist eine Wärmekraftmaschine, die durch die Verbrennung von Kraftstoff Wärmeenergie erzeugt. Anschließend wandelt es diese Energie in mechanische Arbeit bzw. einen Reaktionseffekt um.

Unter dem Begriff Verbrennungsmotor wird üblicherweise ein Kolben-Verbrennungsmotor verstanden, was jedoch falsch ist, da ein Verbrennungsmotor nicht immer nur ein Kolben-Verbrennungsmotor sein muss.

In diesem Artikel wird der Verbrennungsmotor im weiteren Sinne beleuchtet und seine Vor- und Nachteile sowie seine Klassifizierung und Funktion untersucht.

Wie funktioniert ein Verbrennungsmotor?

Ein Verbrennungsmotor verbrennt Kraftstoff, der durch eine chemische Reaktion in Wärme umgewandelt wird. Diese Wärme wiederum erwärmt das Arbeitsgas, wodurch sich sein Druck oder sein Volumen erhöht und es dem Motor ermöglicht, mechanische Arbeit oder Reaktionsvorgänge auszuführen.

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Motorkolben: Wie funktionieren sie?

Die mechanische Arbeit des Motors wird durch Druckausübung auf die beweglichen Teile des Motors (z. B. die Kolben) verrichtet. Bei einem Raketen- oder Strahltriebwerk wird die mechanische Arbeit der Maschine jedoch nicht für die Bewegung genutzt. Stattdessen wird die reaktive Wirkung der aus dem Motor austretenden Substanz genutzt, die für deren Bewegung in die entgegengesetzte Richtung sorgt.

Ein Verbrennungsmotor kann wie folgt funktionieren:

• Mit Brennstoffen, die fest, flüssig oder gasförmig sind.
• Die Umgebung, in der es funktioniert, ist oft Luftsauerstoff oder ein Stoff, der bei der Verbrennung Sauerstoff freisetzt.
• Die Verbrennung kann innerhalb (interne Verbrennung) oder außerhalb des Motors (externe Verbrennung) erfolgen.
• Der bewegliche Teil des Motors, der durch das Arbeitsgas gedrückt wird, kann sich in verschiedene Richtungen bewegen.
• Das Arbeitsgas kann getrennt sein, es kann aber auch Abgase enthalten.
• Das Arbeitsgas wird ständig ausgetauscht, es kann aber auch dauerhaft im Motor eingeschlossen sein.

Da es mehrere Arten von Verbrennungsmotoren in unterschiedlicher Bauart gibt, die nach unterschiedlichen Kriterien arbeiten, ist eine Aufteilung in mehrere unabhängige Punkte erforderlich.

Diese Einteilung ist jedoch nur kurz, da jeder Verbrennungsmotortyp in weitere Untergruppen unterteilt ist.

Abteilung Verbrennungsmotoren

Je nach Ort, an dem die Verbrennung stattfindet:

• Motoren mit innerer Verbrennung (z. B. Spark, Diesel, Wankelmotor und Verbrennungsturbine)
• Motoren mit äußerer Verbrennung, bei denen jedoch unterschieden werden muss, ob die Energie durch in den Arbeitsraum gelangt die Zufuhr von Arbeitsgasen (z. B. eine Gasturbine) oder durch Wärmeübertragung durch einen Erhitzer des Arbeitsstoffs (z. B. Stirlingmotor)

Nach dem Arbeitszyklus:

• Motoren mit kontinuierlichem Zyklus (zum Beispiel eine Verbrennungsturbine)
• Motoren mit unterbrochenem Zyklus (Zweitakt- und Viertaktmotoren)

Nach dem Funktionsprinzip:

• Hubkolben-Verbrennungsmotoren, genauer gesagt Hubkolbenmotoren (die meisten Hubkolben-Verbrennungsmotoren) und Hubkolbenmotoren (Wankelmotor)
• Schaufeltriebwerke (Turbinen)
• Reaktivmotoren (Raketenmotoren, bzw. Raketenmotoren) auch Strahltriebwerke)

Je nach Art der Verbrennungsauslösung:

• Ottomotoren – ein Funke einer Zündkerze löst die Verbrennung aus.
• Ottomotoren – die Verbrennung wird durch hohe Temperatur und Kompression des Arbeitsgemisches ausgelöst.
• Glühlampenmotoren – eine externe Wärmequelle kann es erwärmen
• Motoren mit Kombizündung

Eine weitere Abteilung für Verbrennungsmotoren

Je nach Art des verbrannten Brennstoffs:

• Gas (Verbrennung gasförmiger Brennstoffe, zum Beispiel CNG und damit Erdgas) – Flüssigkeit (Verbrennung von Benzin, Diesel oder anderen Stoffen)
• Feststoff (Kohlenstaub)
• Multibrennstoff (kann auf die Verbrennung verschiedener Arten von Brennstoffen umgestellt werden). Kraftstoff)
• Dual-Fuel (sie verbrennen verschiedene Arten von Kraftstoff gleichzeitig)

Der am häufigsten verwendete Kraftstoff für einen Verbrennungsmotor ist:

• Benzin
• Diesel
• Komprimiertes Erdgas (CNG)
• Flüssiggas (LPG)
• Alkohole (Methanol, Ethanol)
• Flüssiger Wasserstoff
• Kerosin
• und andere...

Neben dem Kraftstoff ist Luft ein wesentlicher Bestandteil des Gemisches der meisten Verbrennungsmotoren, da sie den für die Verbrennung notwendigen Sauerstoff enthält.

Je nach Herstellungsort der Mischung:

• Die Gemischbildung erfolgt außerhalb des Arbeitsraums (Vergaser, SPI, MPI)
• Die Gemischbildung erfolgt im Arbeitsraum (Direkteinspritzung, z. B. Common-Rail) )

Je nach Zubereitungsmethode der Mischung:

• Motoren mit Vergaser-Gemischaufbereitung
• Motoren mit Kraftstoffeinspritzung

Nach der Art des Lufttransports:

• Saugmotoren – der Ansaugtrakt erzeugt ein Vakuum, das durch die Bewegung des Kolbens im Zylinder entsteht.
• Aufgeladene Motoren – der Zylinder wird unter einem höheren Druck als die umgebende Atmosphäre gefüllt.

Jeder Verbrennungsmotortyp hat seine Vor- und Nachteile. Werfen wir einen Blick auf sie.

Vorteile von Verbrennungsmotoren

• Kolbenverbrennungsmotoren erreichen einen hohen Energieumwandlungswirkungsgrad (schneller Start)
• Sie können für die Verbrennung verschiedener Kraftstoffe, aber auch in verschiedenen Größen und für unterschiedliche Zwecke ausgelegt werden

Nachteile von Verbrennungsmotoren

• Ungünstige Auswirkungen auf die Umwelt und die Gesundheit von Menschen und anderen Organismen.
• Sie benötigen für ihren Start eine fremde Energiequelle – außer Raketentriebwerken.
• Kolbenverbrennungsmotoren haben nachteilige Leistungseigenschaften.