Motortechnik
 
Dieselmotor  
Zwei -oder Viertaktmotor (Verbrennungskraftmaschine), in dessen Zylinder im Unterschied zum Ottomotor reine Luft angesaugt und am Ende des Verdichtungshubes in die durch die Verdichtung hocherhitzte Luft Dieselkraftstoff eingespritzt wird, der sich selbst entzündet. Der Dieselmotor besitzt einen hohen thermischen Wirkungsgrad bei niedrigem Kraftstoffverbrauch. Die Wirtschaftlichkeit wird durch Verwendung von Kraftstoffen, wie Schweröle (im Ottomotor nicht anwendbar), weiter erhöht. Der Dieselscher Kreisprozess beschreibt die in einem Dieselmotor ablaufenden Prozesse in idealer Form: a) adiabatische Kompression atmosphärischer Luft, b) isobare Expansion (Einspritzen des Kraftstoffes und Verbrennung), c) adiabatische Expansion, d) isochore Abkühlung
Daten eines Schiffdieselmotors:
MAN-V-Motor, 10-18 Zylinder. Jeder Zylinder mit 520mm Bohrung und 550mm Hub (117 l Hubraum pro Zylinder !!!) leistet mit Abgasturboaufladung 1000 PS bei 430 U/Min. Der 18 Zylinder-V-Motor-10.30m lang, 3.70m breit und 4.40 m hoch wiegt knapp 170000 Kilogramm und leistet 16200 PS. Verdichtungsdruck: 110 bar, Einspritzdruck: 1300 bar
   
Ottomotor  
Verbrennungsmotor mit elektrischer Zündung (Fremdzündung) des Kraftstoff-Luft-Gemisches. Man unterscheidet Ottomotoren mit äußerer (Vergasermotoren) und innerer Gemischbildung (Zuführung des Kraftstoffes in den Verbrennungsraum durch Einspritzpumpe). Die Verteilung des Zündstromes auf die Zündkerzen der einzelnen Zylinder geschieht in regelmäßiger Folge mittels verschiedener Systeme: Zündverteiler mit Verteilerkappe und -finger, elektronische Zündung (EDIS) durch sog. OT-Geber und Zündmodule .
   
Arbeitstakte  
1.Takt (Saughub)
Der Kolben bewegt sich von OT (obere Totlage) nach UT (untere Totlage). Das Einlaßventil hat bereits 10°...15° (Kurbelstellung) vor OT zu öffnen begonnen, damit es bereits einen ausreichenden Querschnitt freigibt, wenn der Kolben im OT seine Bewegungsrichtung umkehrt. Der Kolben saugt ein Kraftstoff-Luftgemisch an, das dem Zylinder vom Vergaser über die Ansaugleitung zuströmt. Die äußere Gemischbildung kann auch vollzogen werden durch eine Kraftstoffeinspritzung in die Ansaugleitung oder direkt in den Zylinder (z.B. Mitsubishi GDI) vor Beginn der Verdichtung. Das Einlaßventil schliesst erst 40°...°60° hinter UT. Es ist also länger als eine halbe Kurbelwellenumdrehung geöffnet. Massenträgheit der einströmenden Gemischmasse und Unterdruck im Zylinder bewirken auch nach Überschreiten des UT noch eine Einströmung. Damit wird erreicht, daß sich der Zylinder möglichst vollständig mit Gemisch füllt.
2. Takt (Verdichtungshub)
Der Kolben bewegt sich von UT nach OT. Nach Schließen des Einlaßventils verdichtet der Kolben das im Zylinder befindliche Gemisch. Das Zylindervolumen wir im Verhältnis 1/e  verkleinert. Dabei steigt der Druck im Verhältnis ek-1 . Die Selbstzündungstemperatur des Gemisches muß auf jeden Fall höher liegen als die Verdichtungsendtemperatur bei erreichen des Zündpunktes. Die Zündung des verdichteten Gemisches erfolgt 40°...0° vor OT durch einen elektrischen Funken, der mit einer Spannung von mehr als 10000 Volt von der isolierten Mittelelektrode einer Zündkerze zur Masse der Maschine (Massenelektrode) überspringt. Eine Vorzündung vor OT ist notwendig, weil die Verbrennung der Zylinderfüllung, von der Zündkerze ausgehend, eine bestimmte Zeit erfordert und das Gemisch erst dann seine höchste Druckwirkung auf den Kolben hat, wenn es vollständig verbrannt ist. Der höchste Verbrennungsdruck soll im Brennraum herrschen, wenn der Kolben gerade den OT überschritten hat: Durch die entstehende Verbrennungswärme steigen Temperatur und Druck auf ihr Maximum.
3. Takt (Arbeitshub)
Die unter hohem Druck (30...60 bar) und hoher Temperatur (2000...2500°C) stehenden Verbrennungsgase dehnen sich aus und Treiben den Kolben von OT nach UT. Das Verbrennungsgas expandiert angenährt adiabat, wobei Druck und Temperatur absinken. An den Kolben wird Expansionsarbeit abgegeben. Die Arbeit wird über Kolbenzapfen, Pleulstange, Kurbelzapfen und Kurbel auf die Kurbelwelle übertragen. Ein Teil wird im Schwungrad gespeichert und dient zur Überwindung der drei arbeitsverbrauchenden Takte. Der überwiegende Rest kann als Drehmoment an der Wellenkupplung abgenommen werden. Das Auslassventil beginnt 60°...45° vor UT zu öffnen. Der im Zylinder noch vorhandene Überdruck 3...5 bar läßt die verbrannten Gase mit großer Geschwindigkeit auspuffen, so daß der im Zylinder verbliebene Rest bei Erreichen von UT nahezu vollständig entspannt ist.
4. Takt (Ausschubhub)
Der Kolben bewegt sich von UT nach OT. Er schiebt den entspannten Gasrest nach außen. Das Auslaßventil schließt erst 5°...20° hinter OT, damit die Massenträgheit der ausströmenden Gasmasse dei verbrannten Gase möglichst restlos aus dem Zylinderraum entfernt. Der Abgasstrom ruft bei dem bereits geöffneten Einlaßventil eine Injektorwirkung hervor, wodurch die Einströmung des frischen Gemisches begünstigt wird.
   
Aufladung, allgemein  
Die Leistung eines Motors ist proportional dem Luftdurchsatz, denn je größer dieser, um so mehr Brennstoff kann verbrannt und um so mehr Wärme kann in einer Zeiteinheit umgesetzt werden. Führt man dem Motor vorverdichtete Luft durch einen "Lader" zu, so wird der Massenstrom größer. Gleichzeitig besteht die Möglichkeit auch den Volumenstrom zu vergrößern, nämlich durch zeitliche "Überschneidung" der Ventilöffnungszeiten, d.h. das Auslaßventil schließt etwas nach OT und das Einlaßventil öffnet etwas vor OT, so daß beide Ventile eine Zeitlang gemeinsam offen sind. Die Antriebsleistung für den Lader kann entweder a) über ein mechanisches Getriebe von der Motorwelle entnommen werden (Spirallader, COMPREX Druckwellenlader, ROOTS Gebläse) oder b) von einer Abgasturbine (Abgasturbolader ATL).
   
Abgasturbolader  
Der Abgasturbolader (ATL) ist der am häufigsten verwendete Lader. Der mit Abgasturboaufladung leistungs-/drehmomentgesteigerte Motor ist eine Verbundmaschine, bestehend aus dem Kolbenmotor und einer Strömungsmaschine, dem ATL. Der ATL hat ein Gebläse für die Verdichtung der Frischladung und eine Turbine auf der selben Welle, die durch die Abgase des Motors angetrieben wird. Üblich ist die Radialbauweise für Turbine und Verdichter, mit dem Ladedrücke bis zu 6 bar erreicht werden können. Die ATL laufen mit Drehzahlen bis zu 150000 U/min. Die aus hochwarmfesten Legierungen (mit hohen Nickelanteilen; Keramiken sind in der Entwicklung, die gleichzeitig das Trägheitsmoment senken) bestehenden Turbinenräder sind im Serienbetrieb Temperaturen bis fast 1000°C, wenn auch kurzfristig ausgesetzt. Abgasturbolader
   
Druckwellenlader  
Der Lader nutzt die kinetische Energie der schwingenden Abgassäule zur Verdichtung der Angesaugten Frischluft. Für diese Druckwellenaufladung strömt das Abgas (d) aus dem Auslaßkanal des Motors in eine Zelle eines in einem Gehäuse axial angeordneten Flügelrades (b) . Das Flügelrad, vom Motor über einen Keilriemen (c) angetrieben, dreht weiter, so daß dieser Abgasanteil auf der dem Auslaßkanal gegenüberliegenden Gehäusestirnseite reflektiert wird und in der Zelle zurückströmt. Durch die Weiterdrehung des Flügelrades gelangt diese Zelle nun zum eigentlichen Auslaß, der auf der gleichen Gehäuseseite wie der Motorauslaßkanal angeordnet ist. Die Energie des ausströmenden Gases erzeugt eine Saugwirkung auf die Frischladung (f), die auf der diesem Auslaß gegenüberliegenden Gehäuseseite durch eine Einlaßöffnung einfließen kann. Im weiteren Verlauf der Flügelraddrehung wird diese Frischladung im direkten Kontakt mit dem Abgas, das aus dem Auslaßkanal (g) des Motors in die Flügelradzelle strömt, verdichtet und bei weiterer Drehung des Flügelrades in den Einlaßkanal (e) des Motors gedrückt. COMPREX
   
Rotationsverdichter  
Für geringe Druckverhältnisse, z.B. p2/p1 < 1.5, wird oft das ROOTS-Gebläse verwendet, das im Prinzip eine Zahnradpumpe mit zwei Zahnrädern von je zwei Zähnen darstellt. Die beiden Lemniskaten dürfen weder sich noch das Gehäuse berühren, solllen aber mit sehr geringem Spiel laufen. Sie müssen durch äußere Zahnräder geführt werden. Das ROOTS-Gebläse ist z.B. im Mercedes CLK und SLK Kompressor zu finden. Rootsgebläse
   
Spirallader  
Spirallader nach dem Patent des Franzosen L. Creux von 1905. Sie debütierten bei VW als "G-Lader" an einem 1.3 l Benziner für eine Polo-Serie. Jede Gehäusehälfte aus Aluminium enthält eine G-förmige Spirale. Darin eingefügte Gegenstücke sitzen beiderseits auf einer Rotorplatte (unten links), die auf zwei Exzenterwellen eine kreiselnde Bewegung ausführt. Der Rotor erreicht ca. 10.000 U/min. Spirallader
Quelle: Text und Bilder aus "Helmut Hütten - Motoren ", 10. Auflage 1997  
 
30.12.2015
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