Was ist ein Verbrennungsmotor und wie funktioniert er?

Was ist ein Verbrennungsmotor?

Ein Verbrennungsmotor (ICE) ist eine Wärmekraftmaschine, bei der die Verbrennung eines Kraftstoffs mit einem Oxidationsmittel (normalerweise Luft) in einer Brennkammer erfolgt, die ein integraler Bestandteil des Arbeitsfluidströmungskreislaufs ist.

In einem Verbrennungsmotor übt die Expansion der durch Verbrennung erzeugten Hochtemperatur- und Hochdruckgase eine direkte Kraft auf einige Komponenten des Motors aus. Die Kraft wird typischerweise auf Kolben, Turbinenschaufeln, einen Rotor oder eine Düse aufgebracht.

Diese Kraft bewegt das Bauteil über eine Strecke, wandelt chemische Energie in nutzbare kinetische Energie um und wird verwendet, um den Motor anzutreiben, zu bewegen oder anzutreiben. Dies ersetzt den externen Verbrennungsmotor für Anwendungen, bei denen das Gewicht oder die Größe des Motors wichtig ist.

Der Begriff Verbrennungsmotor bezieht sich normalerweise auf einen Motor, bei dem die Verbrennung intermittierend ist, wie die populäreren Viertakt- und Zweitaktkolbenmotoren, zusammen mit Varianten wie dem Sechstaktkolbenmotor und dem Wankelmotor.

Die zweite Klasse von Verbrennungsmotoren verwendet eine kontinuierliche Verbrennung: Gasturbinen, Strahltriebwerke und die meisten Raketentriebwerke, von denen jedes ein Verbrennungsmotor nach dem gleichen Prinzip wie zuvor beschrieben ist. Schusswaffen sind auch eine Form eines Verbrennungsmotors, obwohl sie so spezialisiert sind, dass sie normalerweise als separate Kategorie behandelt werden.

Bei externen Verbrennungsmotoren, wie Dampf- oder Stirlingmotoren, wird dagegen Energie an ein Arbeitsmedium abgegeben, das nicht aus Verbrennungsprodukten besteht, mit diesen vermischt oder durch diese verunreinigt ist. Arbeitsflüssigkeiten für externe Verbrennungsmotoren umfassen Luft, heißes Wasser, Druckwasser oder sogar flüssiges Natrium, das in einem Kessel erhitzt wird.

Weiterlesen: Was ist ein externer Verbrennungsmotor?

ICEs werden in der Regel mit energiedichten Kraftstoffen wie Benzin oder Diesel betrieben, Flüssigkeiten aus fossilen Brennstoffen. Während es viele stationäre Anwendungen gibt, werden die meisten ICEs in mobilen Anwendungen eingesetzt und sind die dominierende Stromversorgung für Fahrzeuge wie Autos, Flugzeuge und Boote.

Wer hat den Verbrennungsmotor erfunden?

1823 patentierte Samuel Brown den ersten Verbrennungsmotor, der in den USA industriell eingesetzt wurde; Einer seiner Motoren pumpte von 1830 bis 1836 Wasser auf den Croydon-Kanal.

Der erste kommerziell erfolgreiche Verbrennungsmotor wurde um 1860 von Étienne Lenoir und der erste moderne Verbrennungsmotor 1876 von Nicolaus Otto entwickelt. Im Jahr 1872 erfand der Amerikaner George Brayton den ersten kommerziellen flüssigbetriebenen Verbrennungsmotor.

Étienne Lenoir wurde 1822 in Mussy-la-Ville geboren, das damals zu Luxemburg gehörte, heute aber zu Belgien gehört. In den frühen 1850er Jahren wanderte er nach Paris aus, wo er als Ingenieur arbeitete und mit Elektrizität experimentierte.

1860 patentierte er einen gasbefeuerten Einzylinder-Verbrennungsmotor, den er auf einem dreirädrigen Wagen montierte. Obwohl es einigermaßen gut funktionierte, war es nicht kraftstoffsparend, machte viel Lärm und überhitzte häufig. Der Motor würde vollständig heruntergefahren, wenn kein Wasser zugeführt würde, um ihn abzukühlen, und ein Tank war erforderlich, um den gasförmigen Kraftstoff zu halten.

1863 baute er einen dreirädrigen Wagen, der mit Benzin betrieben wurde. Bei einer Demonstration in Paris legte das Auto eine Strecke von 11 km in rund 3 Stunden zurück, was einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 3 km / h entspricht.

Gar nicht so schnell! Was war an einer Kutsche so beeindruckend, als sich so langsam zu bewegen? Nun, die Tatsache, dass es eher von einem Motor als von einem Pferd oder Maultier angetrieben wurde, machte es zu einer echten Innovation. Seine Motoren waren mit insgesamt rund 500 gebauten Motoren relativ erfolgreich, ließen aber Raum für Verbesserungen.

Lenoir wurde 1870 französischer Staatsbürger, weil er den Franzosen während des deutsch-Französischen Krieges geholfen hatte. 1881 erhielt er die Légion d’honneur, eine Auszeichnung für herausragende Leistungen, für seine Fortschritte in der Telegraphie. Obwohl Lenoir praktisch das Automobil erfunden, Lenoir war mittellos in seinen späteren Jahren. Er starb 1900 in Frankreich.

Wie funktioniert ein Verbrennungsmotor?

Bei einem Verbrennungsmotor (ICE) erfolgt die Zündung und Verbrennung des Kraftstoffs innerhalb des Motors selbst. Verbrennung, auch bekannt als Verbrennung, ist der grundlegende chemische Prozess zur Freisetzung von Energie aus einem Kraftstoff-Luft-Gemisch. Der Motor wandelt dann einen Teil der Energie aus der Verbrennung in Arbeit um.

Der Motor besteht aus einem festen Zylinder und einem beweglichen Kolben. Die expandierenden Verbrennungsgase drücken den Kolben, der wiederum die Kurbelwelle dreht. Nachdem der Kolben das Kraftstoff-Luft-Gemisch komprimiert hat, zündet der Funke es und verursacht eine Verbrennung. Die Expansion der Verbrennungsgase drückt den Kolben während des Arbeitstakts.

Letztendlich treibt diese Bewegung über ein Zahnradsystem im Antriebsstrang die Räder des Fahrzeugs an.

Derzeit werden zwei Arten von Verbrennungsmotoren hergestellt: der Benzinmotor mit Fremdzündung und der Dieselmotor mit Selbstzündung. Die meisten von ihnen sind Viertakt, was bedeutet, dass vier Kolbenhübe erforderlich sind, um einen Zyklus abzuschließen. Der Zyklus besteht aus vier verschiedenen Prozessen: Einlass, Verdichtung, Verbrennung und Arbeitstakt sowie Auslass.

Benzinmotoren mit Fremdzündung und Dieselmotoren mit Selbstzündung unterscheiden sich in der Art und Weise, wie sie Kraftstoff liefern und zünden. Bei einem Fremdzündungsmotor wird der Kraftstoff mit Luft gemischt und dann während des Ansaugvorgangs in den Zylinder gesaugt. Nachdem der Kolben das Kraftstoff-Luft-Gemisch komprimiert hat, zündet der Funke es und verursacht eine Verbrennung.

Die Expansion der Verbrennungsgase drückt den Kolben während des Arbeitstakts. Bei einem Dieselmotor wird die Luft einfach in den Motor gesaugt und dann komprimiert. Dieselmotoren sprühen den Kraftstoff dann in geeigneter, dosierter Menge in die heiße Druckluft, die ihn entzündet.

Anwendungen von Verbrennungsmotoren

Verbrennungsmotoren sind die am weitesten verbreiteten und am weitesten verbreiteten Stromerzeugungsvorrichtungen, die derzeit existieren. Beispiele hierfür sind Benzinmotoren, Dieselmotoren, Gasturbinentriebwerke und Raketenantriebssysteme.

IC motor hat viele anwendungen wie,

• Benzinmotoren: Automobil, Marine, Flugzeug
• Gasmotoren: Industriekraft
• Dieselmotoren: Automobil, Eisenbahnen, Kraft, Marine
• Gasturbinen: Kraft, Flugzeug, Industrie, Marine

Klassifizierung von Verbrennungsmotoren

Derzeit werden zwei Arten von Verbrennungsmotoren hergestellt: der Benzinmotor mit Funkenzündung und der Dieselmotor mit Kompressionszündung motor. Die meisten davon sind Viertaktmotoren, was bedeutet, dass vier Kolbenhübe erforderlich sind, um einen Zyklus abzuschließen.

IC-Motoren können anhand des verwendeten Kraftstoffs, des thermodynamischen Zyklus, der Zündart, der Art des Kühlsystems, der Zylinderanordnung, der Lademethode usw. klassifiziert werden. Jetzt studieren wir es im Detail.

1) Nach Betriebszyklus:

Wir wissen, dass Motoren im zyklischen Betrieb chemische Energie in mechanische Energie umwandeln. Es gibt viele thermodynamische Zyklen, z. B. Carnot-Zyklus, Otto-Zyklus, Diesel-Zyklus, Rankine-Zyklus usw. IC-Motoren arbeiten mit drei Zyklen Otto-Zyklus und Diesel-Zyklus und dem Dual-Zyklus. Demnach können die IC-Motoren in die folgenden Typen eingeteilt werden.

1. Otto-Zyklus-Motor:

Es ist auch bekannt als Funkenzündungsmotor oder Wärmezugabemotor mit konstantem Volumen, Benzinmotor usw. In diesem Zyklus erfolgt die Wärmezufuhr (Kraftstoffverbrennung) und -abfuhr (Abgas) bei konstantem Volumen und Expansion und Kompression bei isentropen. Diese Motoren geben bei hoher Geschwindigkeit eine geringe Leistung.

2. Dieselzyklusmotor

Dies ist als Selbstzündungsmotor, Dieselmotor, Konstantdruckmotor usw. bekannt. In diesem Zyklus erfolgt die Wärmezufuhr (Brennstoffverbrennung) bei konstantem Druck und die Wärmeabfuhr bei konstantem Volumen. Dieser Motor bietet hohe Leistung bei niedriger Geschwindigkeit.

3. Duel Cycle Motor:

Der Dual Cycle ist eine Kombination aus dem Otto-Zyklus und dem Diesel-Zyklus. In diesem Motor erfolgt die Wärmezugabe sowohl bei konstantem Volumen als auch bei konstantem Druck in einem bestimmten Verhältnis.

Einige Motoren arbeiten nach dem Stirling-Zyklus und Ericsson-Zyklus, aber diese werden nicht kommerziell verwendet.

2) Je nach Art des verwendeten Kraftstoffs:

Die meisten von uns kennen diese Motoren. Dies sind Benzinmotoren und Dieselmotoren. Heutzutage gasförmiger Brennstoff wie LPG, CNG, Wasserstoff usw. wird auch in IC-Motoren verwendet. Diese Motoren werden als nicht traditionelle Motoren bezeichnet.

3) Nach der Art der Aufladung:

Die Aufladung bedeutet, wie die Aufnahme des Kraftstoff-Luft-Gemisches erfolgt. Dies kann wie folgt klassifiziert werden.

1. Saugmotor:

Bei diesem Motor erfolgt die Zufuhr des Luft-Kraftstoff-Gemisches (SI-Motor) oder der Luft allein (CI-Motor) aufgrund der Druckdifferenz im Zylinder und des atmosphärischen Drucks.

2. Aufgeladene Motoren:

Bei diesem Motor wird ein separater Kompressor zur Aufnahme von Ladung in den Zylinder verwendet. Dieser Kompressor wird mit Motorleistung betrieben (verbunden mit der Kurbelwelle mit Riemenantrieb).

3. Turbomotor:

Dieser Motor verwendet eine Turbine, die Luft in den Zylinder ansaugt und mit Abgasenergie läuft. Es ist auch wie Supercharge, aber der Kompressor wird von einer Turbine betrieben, die durch Abgase gedreht wird.

4) Je nach Zündung:

Im IC-Motor kann die Zündung der Ladung auf zwei Arten erfolgen. In der ersten wird eine separate Zündkerze oder eine andere Vorrichtung verwendet, um den Kraftstoff zu zünden (Funkenzündungsmotor), und die andere ist Kraftstoffzündung aufgrund von Wärme, die während der Kompression oder des Kraftstoffs erzeugt wird (Kompressionszündungsmotor).

Nach diesen Verfahren stehen also zwei Motoren zur Verfügung Zündmotor oder SI-Motor (Benzinmotor) und Kompressionszündungsmotor oder CI-Motor (Dieselmotor).

5) Entsprechend einer Art Zündsystem:

Bei Benzinmotoren haben wir eine Zündkerze verwendet, um den Kraftstoff zu zünden. Dieser Funke an der Zündkerze, erzeugen durch ein Zündsystem. Je nach Zündsystem gibt es zwei Arten von Motoren. Die erste ist die batterie zündung motor (verwenden eine batterie zu erzeugen funken) und eine andere ist eine magneto zündung motor (verwenden eine kleine generator zu erzeugen funken).

6) entsprechend Entwurf der Maschine:

1. Kolbenmotor:

Bei diesem Motortyp wird ein Kolben verwendet, der sich unter Verwendung der durch die Verbrennung von Kraftstoff erzeugten Druckkraft hin und her bewegt. Die Kurbelwelle wandelt diese Hin- und Herbewegung in eine Drehbewegung um. Die meisten Automotoren sind Hubkolbenmotoren.

Weiterlesen: Was ist Hubkolbenmotor?

2. Rotationsmotor:

In einem Rotationsmotor wird ein Rotor verwendet. Die durch die Verbrennung von Kraftstoff erzeugte Druckkraft wird auf diesen Rotor ausgeübt, der das Rad weiter dreht. Der Wankelmotor ist eine Art Rotationsmotor. Diese Motoren werden derzeit nicht in Kraftfahrzeugmotoren verwendet.

7) nach kühlung:

Zwei arten von kühlung sind verwendet in IC motoren, luftkühlung, und wasser kühlung. Die Motoren sind also luftgekühlte Motoren oder wassergekühlte Motoren. Beide Kühlsysteme haben ihre eigenen Vorteile, auf die wir später eingehen werden. Motoröl dient auch als Kühlmedium.

8) Je nach Hub des Motors:

Wir wissen, dass der Hub der maximale Abstand ist, den ein Kolben innerhalb eines Zylinders oder zwischen OT und UT zurücklegen kann. Wenn sich ein Motor von OT zu BDC bewegt, spricht man von einem Hub. Wenn es zu BDC zurückkehrt, spricht man von zwei Strichen. Eine Kurbelwelle macht eine Umdrehung in zwei Hüben. Demnach wurden drei Arten von Motoren erfunden.

1. Zweitaktmotor:

Bei diesem Motor macht die Kurbelwelle eine Umdrehung in einem Arbeitstakt. Dieser Motor gibt mehr Leistung im Vergleich zu anderen. Es wird in Schützen, Schiffen, Generatoren usw. verwendet.

Lesen Sie mehr: Was ist Zweitaktmotor? und was ist ein Viertaktmotor?

2. Viertaktmotoren:

Dieser Motor liefert zwei Kurbelwellendrehungen in einem Arbeitstakt. Sie geben geringe Leistung, aber hohe Effizienz. Es wird in Autos, Lastwagen, Fahrrädern usw. verwendet.

3. Sechstaktmotoren:

Diese Motoren befinden sich im Entwicklungsprozess. Wie der Name schon sagt, drehen sich drei Kurbelwellen in einem Arbeitstakt.

9) Gemäß einer Anordnung von:

Diese Motoren können durch Diagramme im Vergleich zu Wörtern besser verstanden werden.

Häufig gestellte Fragen.