Lektion 1.2: Einteilung der Verbrennungskraftmaschinen (Teil 1 ...

Lektion 1.2: Einteilung der Verbrennungskraftmaschinen (Teil 1)
Das Ziel der Lektion:
Wichtige Informationen über die innenmotorischen Vorgänge und konstruktive Ausführungen
der Verbrennungskraftmaschinen verschiedener Art zu vermitteln.
Anforderungen:
Kenntnisse aneignen über
• verschiedene Arbeitsprozesse
• die Art der Verbrennung
• die Art des Arbeitskolbens
• die verschiedenen Arbeitsverfahren
• die möglichen Verbrennungsverfahren
Zeitaufwand:
Sie benötigen für die Erarbeitung des Lehrstoffes etwa 90 Minuten
Schlüsselbegriffe:
• Offener und geschlossener Arbeitsprozess
• Hubkolbenmotor, Drehkolbenmotor
• Otto-Motor, Dieselmotor
• 2-Takt Motor, 4-Takt Motor
• Indikatordiagramm
• Verbrennungsverfahren
• Ladungswechsel
Selbstständige Tätigkeit:
Machen Sie eigene Skizzen und ergänzen Sie diese mit eigenen Aufzeichnungen bzw. Notizen
aufgrund der Bilder:
1.7 - 1.8 - 1.9

1.2 Einteilung der Verbrennungskraftmaschinen
Die Möglichkeiten der Einteilung von Verbrennungskraftmaschinen sind sehr vielfältig und
nicht einheitlich . So unterscheidet man die Hubkolbenmaschinen nach:
Art des Arbeitsprozesses
Art der Kolbenbewegung
Verbrennungsverfahren
Arbeitsverfahren, Taktzahl
Gemischbildung
Last- oder Leistungsregelung
Art der Kühlung
Kraftstoff
Einsatzgebiet
Bauform (Zylinderanordnung und Zylinderzahl)
Einteilung nach Art des Arbeitsprozesses
a. Motoren mit einem offenen Arbeitsprozess
Arbeitsmittel ⇒ Luft (enthält den zur Verbrennung notwenigen Sauerstoff)
Der mit der Luft vermischter Kraftstoff ( ⇒ Kraftstoff – Luft Gemisch) wird
in einem geschlossenen Raum, dem Arbeitszylinder verbrannt
Der dabei entstehende Verbrennungsdruck bewegt den Kolben im
Zylinder und liefert über das Triebwerk mechanische Arbeit
( ⇒ Arbeitstakt)
Nach jedem Arbeitshub werden die verbrannten Gase gegen frisches
Kraftstoff-Luft-Gemisch ausgewechselt ( ⇒ Ladungswechsel)
b. Motoren mit geschlossenem Arbeitsprozess
Es gibt aber Motoren (Dampfmotor, Stirlingmotor), wo das Arbeitsmittel (z.B. Luft oder andere
Gase, Wasserdampf) in einem geschlossenen System die einzelnen Phasen der Zustandsänderung
durchlaufen.
Phasen des Arbeitsprozesses beim Stirlingmotor

Bild 1.6 Arbeitsweise des Stirling-Motors
Nachteile des Stirling-Motors:
Sehr hohe Arbeitsdrücke ⇒ teuere, aufwendige Bauweise
Lastregelaufwand ist sehr gross ⇒ grosse Kühlfläche und Lüfterleistung notwendig
Vorteile des Stirling-Motors:
Sehr gute Schadstoffkonzentrationen
Vielstoffbetrieb möglich
Niedriger Kraftstoffverbrauch
Leiser Lauf, ohne Verbrennungsgeräusche

Einteilung der Wärmekraftmaschinen nach dem zeitlichen Verlauf der Verbrennung
Man unterscheidet zwischen :
intermittierender Verbrennung
(Bei Verbrennungsmotoren mit offenem Prozess)
kontinuierlicher Verbrennung
Bei Verbrennungsmotoren mit äußerer Verbrennung
(Stirling-Motor, Dampfmotor, Gasturbine)
Einteilung nach Art der Kolbenbewegung
Abhängig von der Bewegungsart des Kolbens unterscheidet man zwischen
a. Hubkolbenmaschinen
b. und Drehkolbenmaschinen
Bild 1.7 Hub- und Drehkolbenmotoren
Die Vor- und Nachteile der Drehkolbenmotoren wurden in der Tabelle zusammengestellt:
• einfacher Aufbau
• (kein Kurbeltrieb)
• niedriges Leistungsgewicht
• hohe Laufruhe
• hohe spezifische Leistung
• (bezogen auf Ansaugvolumen
Vorteile Nachteile
• Problematische Abdichtung
• Ungünstige Brennraumformen
• Schwierige Schmierung
• Hohe Herstellungskosten
• Wichtige Betriebsparameter wie Lebensdauer,
Schadstoffemission, Kraftstoffverbrauch
sind ungünstig

Im Weiteren werden nur für die Kraftfahrzeuge wichtigen Hubkolbenmotoren behandelt!
Einteilung nach Arbeitsverfahren (Taktzahl)
Sowohl Otto- als auch Dieselmotoren können entweder nach dem 4-Takt, oder nach dem 2-
Takt-Verfahren ausgelegt sein.
Beispiel 1: 4-Takt Otto-Motor
• Bei Viertaktmotoren erstreckt sich ein Arbeitsspiel auf zwei Kurbelwellenumdrehungen.
• Der Ladungswechsel wird durch die Verdrängerwirkung des Arbeitskolbens während
des Ausschub- und Ansaughubes bewirkt, indem das Auslass- und Einlassventil geöffnet
und geschlossen wird.
• Der Öffnungs- und Schließzeitpunkt der Ventile wird durch die Ventilsteuerung Der
Kolbenbewegung angepasst.
4-Takt Otto-Motor
Die innenmotorischen Vorgänge lassen sich anschaulich durch das so genannte Indikatordiagram
darstellen. Das Indikatordiagramm zeigt den Zylinderdruck in Abhängigkeit des Kolbenhubes.
1. Takt: Frische Ladung Ansaugen
2. Takt: Gemisch Verdichten
3. Takt: Zünden und Verbrennen
4. Takt: Abgase ausstoßen
Bild 1.8 Arbeitsweise und Indikatordiagramm eines 4-Takt Motors
Ansaugen: Der Kolben bewegt sich durch den Schwung des Motors nach unten und erzeugt
so im Brennraum einen Unterdruck. Durch das geöffnete Einlassventil wird frisches Luft-
Benzingemisch in den Brennraum gesaugt.
Gemisch verdichten: Der Kolben läuft nach oben, und das angesaugte Luft-Benzingemisch
wird verdichtet.
Zünden und Verbrennen: Kurz bevor der Kolben oben angekommen ist wird das verdichtete
Gemisch von der Zündkerze entzündet. Das verbrennende Gemisch erzeugt einen hohen

Druck im Brennraum wodurch der Kolben nach unten gedrückt wird. (Expansion) Dieser Arbeitstakt
erzeugt die Kraft des Motors!
Ausstossen: Durch den Schwung des Motors bewegt sich der Kolben wieder nach oben. Das
Auslassventil öffnet sich und das verbrannte Gemisch (Abgase) wird vom Kolben aus dem
Brennraum hinaus gedrückt und gelangt über den Auspuff ins Freie.
2-Takt Motoren
Bei Zweitaktmotoren erstreckt sich ein Arbeitsspiel auf eine Wellenumdrehung (2 Takte)
1. Takt: Überströmen (A) und Verdichten (B)
2. Takt: Verbrennen, Arbeiten (C) und Ausstoßen (D)
Das Verfahren im Einzelnen:
1. Takt:
Bild 1.9
Arbeitsweise des 2-Takt Motors
Vor- und Nachteile des Zweitaktmotors
Der Kolben bewegt sich vom UT zum OT.
Im unteren Totpunkt; strömt mit Druck frisches Gemisch in den
Zylinder und schiebt verbranntes Gemisch durch den Auslassschlitz
nach außen.
Das Gemisch im Zylinder wird verdichtet. Gleichzeitig entsteht an der
Unterseite des Kolbens ein Unterdruck.
Der Spülschlitz des Einlasses wird freigegeben und neues Gemisch
saugt sich ins Kurbelgehäuse.
Das Gemisch wird kurz vor OT gezündet.
2. Takt
Es erfolgt die Zündung und Verbrennung.
Der Kolben bewegt sich nach unten und verschließt den Einlassschlitz.
Jetzt wird das neue Gemisch verdichtet.
In dieser Phase gibt der Kolben den Auslassschlitz frei; die Verbrennungsgase
strömen aus.
Erreicht der Kolben den unteren Totpunkt, kann das unter Druck stehende
frische Gemisch in den Brennraum einströmen und den größten
Teil der Verbrennungsgase mit ausschieben.
Diesen Vorgang nennt man Kurzschlussspülung
• 2-Takt-Motoren haben eine größere Leistungsdichte, da sie bei jeder Kurbelwellenumdrehung
Arbeit verrichten.

• 2-Takt-Motoren können nicht den gesamten Hubraum zur Expansion nutzen, da ein
Teil des Hubraumes aufgrund der Ein- und Auslassschlitze einen Druckaufbau nicht
zulässt.
• 2-Takt-Motoren können wesentlich einfacher und billiger gebaut werden, weil sie im
Gegensatz zu Viertakt-Hubkolbenmotoren keine Ventilsteuerung benötigen.
• Ohne Ventilsteuerung treten bei 2-Takt-Motoren geringere Massenkräfte auf, deshalb
sind höhere Drehzahlen möglich. Dies erhöht die Leistungsdichte zusätzlich.
• Der Schmierstoff (Motorenöl) muss bei 2-Takt-Otto-Motoren dem Kraftstoff
beigemischt werden, da das Kurbelgehäuse ein Teil des Ladungswechsel-Systems
ist, und nicht wie beim 4-Takter durch eine getrennte Motorschmierung geschmiert
werden kann.
Dies trägt ebenfalls zur Verschlechterung der Abgaswerte bei und erzeugt eine charakteristische
blaue Rauchfahne.
• 2-Takt-Motoren herkömmlicher Bauart haben einen höheren spezifischen Verbrauch
und schlechtere Abgaswerte, weil sie einen Teil des Kraftstoff-Luftgemisches
unverbrannt durch Überspülen verlieren.
Überspülen entsteht, wenn sich Frischgas mit dem Abgas mischt und ausgestoßen
wird.
Durch eine Direkteinspritzung des Kraftstoffs (wie beispielsweise beim Zweitakt-
Dieselmotor) kann dieses verhindert werden.
Einteilung der Hubkolbenmotoren nach Verbrennungsverfahren
Nach dem Verbrennungsverfahren unterscheidet man zwischen:
a. Otto-Verfahren
Der Ottomotor ist ein Verbrennungsmotor, bei dem die Verbrennung des verdichteten Kraftstoff-Luft
Gemisches durch zeitlich gesteuerte Fremdzündung eingeleitet wird
b. Diesel-Verfahren
Beim Dieselmotor entzündet sich der in die stark verdichtete heiße Luft unter großem Druck
eingespritzte Kraftstoff durch Selbstzündung.
Früher gab es ausgeprägte Unterschiede in der Art der Gemischbildung. Im Zuge der Entwicklung
wurden sowohl bei Ottomotoren als auch bei Dieselmotoren neue Technologien für
die Gemischbildung entwickelt, die zu einer gewissen Annäherung beider Verfahren geführt
und wesentliche qualitative Verbesserungen im Verbrennungsprozess zur Folge hatten.
(niedrigerer Kraftstoffverbrauch, Senkung der Schadstoffemissionen)