Hubkolben-Verbrennungsmotor: Definition, Klassifizierung und Funktionsprinzip

2024 Autor: Erin Ralphs | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-02-19 13:40

Seit mehr als hundert Jahren ist die Hauptantriebseinheit in allen Radfahrzeugen ein Kolbenverbrennungsmotor. Anfang des 20. Jahrhunderts erschienen und die Dampfmaschine ablösend, bleibt der Verbrennungsmotor auch im 21. Jahrhundert die rentabelste Antriebsart hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Effizienz. Schauen wir uns genauer an, wie diese Art von Verbrennungsmotor funktioniert, wie er funktioniert, und finden Sie heraus, was andere Kolbenmotoren sind.

Definition, ICE-Features

Im Laufe der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie wurde das Design von Verbrennungsmotoren ständig verbessert. Die Motoren konnten ihre Leistungsfähigkeit unter Beweis stellen. So entstanden Kolben-Verbrennungsmotoren und als Unterart Vergaser- und Einspritzmotoren. Es werden Dieselmotoren, Rotationskolben- und Gasturbinenaggregate unterschieden.

Benzin-ICEs

Herkömmliche Kolbenmotoren sind mit einer internen Verbrennungskammer ausgestattet. Das ist der Zylinder im Motorblock. Bei der Verbrennung des Kraftstoffs wird Energie freigesetzt, die dann in eine mechanische Bewegung der Kurbelwelle umgewandelt wird. Durch die translatorische Bewegung der Kolben, die auf das System aus Pleuel und Kurbelwelle wirken, wird das Schwungrad gedreht. Mehr über die Konstruktion erfahren Sie im entsprechenden GOST-Kolben-Verbrennungsmotor.

Der Vergaser-Verbrennungsmotor unterscheidet sich dadurch, dass das Arbeitsgemisch aus Kraftstoff und Luft in einem speziellen Gerät - einem Vergaser - hergestellt wird. Die Mischung wird durch Vakuum in die Zylinder eingespritzt. Es wird dann von der Zündkerze gezündet.

Injection ICE hat ein moderneres Design. Hier verfügt das Antriebssystem anstelle des herkömmlichen mechanischen Geräts über elektronische Düsen. Sie sind dafür verantwortlich, präzise Kraftstoffmengen direkt in die Zylinder des Motors einzuspritzen.

Diesel-ICEs

Der Diesel-Kolben-Verbrennungsmotor hat gewisse strukturelle und grundlegende Unterschiede zu Benzin-Verbrennungsmotoren.

Wenn in einem Benziner ein Kerzenfunke zur Zündung verwendet wird, dann funktioniert bei Dieselmotoren ein anderes Prinzip und es gibt keine Kerzen außer Glühen. Dieselkraftstoff tritt durch Einspritzdüsen in die Zylinder ein, vermischt sich mit Luft und dann wird das gesamte Gemisch komprimiert, wodurch es sich auf Verbrennungstemperatur erwärmt.

Rotorkolben

Rotationskolbenmotor unerlässlichunterscheidet sich von herkömmlichen ICE. Gase wirken auf spezielle Teile und Elemente. Unter dem Einfluss von Gasen bewegt sich der bewegliche Rotor in einer speziellen Kammer in Form einer Acht. Die Kammer erfüllt die Funktionen von Kolben, Steuerzeiten und Kurbelwelle. Die Kamera hat die Form einer Acht.

Kombinierte Einheiten

In Gasturbinen-Verbrennungsmotoren wird thermische Energie durch die Drehung eines speziellen Rotors mit speziellen Schaufeln in mechanische Energie umgewandelt. Dieser Rotor treibt die Turbinenwelle an.

Spezielle Kolben- und kombinierte Verbrennungsmotoren (und das sind Gasturbinenmotoren und Rotationsmotoren) können sicher in das Rote Buch eingetragen werden. Heute stellt nur der japanische Mazda einen Rotationskolbenmotor her. Crysler produzierte einst eine experimentelle Serie von Gasturbinen-Verbrennungsmotoren, aber das war in den 60er Jahren, und keiner der Autohersteller hat sich bis heute diesem Thema angenommen.

In der Sowjetunion wurden Gasturbinen-Verbrennungsmotoren auf Panzern und Landungsschiffen installiert, aber auch dort wurde später entschieden, auf Einheiten dieser Bauart zu verzichten.

ICE-Gerät

Der Motor ist ein einzelner Mechanismus. Es besteht aus einem Zylinderblock, Kurbeltriebteilen, Steuertrieb, Einspritz- und Abgasanlage.

Die Brennkammer befindet sich im Zylinderblock, wo das Kraftstoff-Luft-Gemisch direkt gezündet wird und die Verbrennungsprodukte die Kolben betätigen. Mittels einer KurbelMechanismus wird die Energie der Kraftstoffverbrennung auf die Kurbelwelle übertragen. Der Steuermechanismus ist notwendig, um das rechtzeitige Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile sicherzustellen.

Funktionsprinzip

Wenn der Motor gestartet wird, wird ein Kraftstoff-Luft-Gemisch durch das Einlassventil in die Zylinder eingespritzt und durch einen vom Zündsystem erzeugten Funken an der Zündkerze gezündet. Bei der Verbrennung entstehen Gase. Bei Wärmeausdehnung bewirkt der Überdruck, dass sich der Kolben bewegt und dadurch die Kurbelwelle dreht.

Der Betrieb von Kolbenmotoren ist zyklisch. Im Zyklus eines Kolbenverbrennungsmotors können zwei bis vier Zyklen vorhanden sein. Zyklen während des Betriebs des Motors werden mehrere hundert Mal in einer Minute wiederholt. So kann sich die Kurbelwelle endlos drehen.

Zweitakt-ICE

Wenn der Motor startet, wird der Kolben durch die Drehung der Kurbelwelle angetrieben. Wenn der Kolben den unteren Totpunkt erreicht und beginnt, sich nach oben zu bewegen, wird der Zylinder mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch versorgt.

Beim Hochfahren beginnt der Kolben das Gemisch zu komprimieren. Wenn der Kolben seine obere Position erreicht, wird ein Funke erzeugt. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch entzündet sich. Beim Ausdehnen drücken die Gase den Kolben nach unten.

In diesem Moment öffnet sich das Auslassventil, wodurch die Verbrennungsprodukte die Kammer verlassen können. Wenn der Kolben dann wieder den unteren Totpunkt erreicht, beginnt er seine Reise zum OT. All diese Vorgänge finden in einer Umdrehung der Kurbelwelle statt.

WannDer Kolben beginnt eine neue Bewegung, das Einlassventil öffnet sich und ein neuer Teil des Kraftstoff-Luft-Gemisches ersetzt die Abgase. Der gesamte Prozess beginnt von vorne. Ein Zweitakt-Kolben-Verbrennungsmotor macht weniger Bewegungen als ein Viertakt-Verbrennungsmotor. Reduzierter Reibungsverlust, erzeugt aber mehr Wärme.

Der Gasverteilungsmechanismus wird durch einen Kolben ersetzt. Wenn sich der Kolben bewegt, öffnen und schließen sich die Einlass- und Auslassöffnungen im Zylinderblock. Im Vergleich zu einem Viertaktmotor ist der Ladungswechsel bei einem Zweitaktmotor ein großer Nachteil. Effizienz und Leistung gehen verloren, wenn Abgase freigesetzt werden.

Trotz dieses Nachteils werden Zweitakt-Kolben-Verbrennungsmotoren in Mopeds, Motorrollern, als Außenbordmotoren, in Kettensägen eingesetzt.

Viertakt-Verbrennungsmotor

Viertakt-ICE hat keine Nachteile eines Zweitaktmotors. Solche Motoren sind in den meisten Autos und anderen Geräten installiert. Das Ansaugen und Auslassen von Abgasen ist ein separater Prozess und wird nicht mit der Verdichtung kombiniert, obwohl der Kolbenverbrennungsmotor mit der Zündung des Gemischs arbeitet. Der Betrieb des Motors wird durch den Gasverteilungsmechanismus synchronisiert - die Ventile öffnen und schließen synchron mit der Kurbelwellendrehzahl. Die Ansaugung des Kraftstoffgemisches erfolgt erst nach dem vollständigen Austritt der Abgase.

Vorteile von Verbrennungsmotoren

Es lohnt sich, mit den beliebtesten Engines zu beginnen - inlineVierzylinder-Aggregate. Zu den Vorteilen gehören Kompaktheit, geringes Gewicht, ein Zylinderkopf, hohe Wartbarkeit.

Unter allen Arten von Verbrennungsmotoren lassen sich auch Boxermotoren unterscheiden. Sie sind aufgrund des komplexeren Designs nicht sehr beliebt. Sie werden hauptsächlich in Rennwagen eingesetzt. Zu den Vorteilen - hervorragendes primäres und sekundäres Auswuchten und damit die weiche Arbeit. Die Kurbelwelle wird weniger belastet. Dadurch gibt es wenig Leistungsverlust. Der Motor hat einen niedrigen Schwerpunkt und das Auto fährt sich besser.

Reihensechszylindermotoren sind perfekt ausbalanciert und das Aggregat selbst läuft sehr ruhig. Trotz der großen Anzahl von Zylindern sind die Herstellungskosten nicht sehr hoch. Sie können auch die Wartbarkeit hervorheben.

Nachteile von Verbrennungsmotoren

Der Hauptnachteil von Hubkolben-Verbrennungsmotoren ist immer noch nicht Toxizität und Lärm, sondern ein schlechter Wirkungsgrad. Bei einem Verbrennungsmotor werden nur 20 % der Energie für die eigentliche mechanische Arbeit aufgewendet. Alles andere wird für Heizung und andere Prozesse ausgegeben. Motoren setzen auch Schadstoffe wie Stickoxide, Kohlenmonoxid und verschiedene Aldehyde in die Atmosphäre frei.