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Benzinmotor

Benzinmotor

] Der Ottomotor ist ein Verbrennungsmotor, bei dem der Kraftstoff in die angesaugte Luft während des Ansaugvorganges eingebracht wird, was ein zündfähiges Gemisch im Zylinder ergibt. Das Einbringen des Kraftstoffs erfolgt durch einen Vergaser oder über eine (heute meist elektronisch gesteuerte) Einspritzung. Mit Hilfe einer Zündkerze wird kurzzeitig ein elektrischer Funkenüberschlag, der Zündfunke, erzeugt, mit dem das Gemisch zur kontrollierten Explosion gebracht wird. Die Kraftentfaltung wird dann in mechanische Arbeit umgesetzt. Als Kraftstoff dient hauptsächlich Benzin, aber auch Flüssiggas, Erdgas und sogar Wasserstoff kann abhängig von den Einstellungen verwendet werden. Ottomotoren können prinzipiell als Zweitaktmotor oder als Viertaktmotor ausgeführt sein, wobei der Viertaktmotor die gebräuchlichere Bauart ist. Klassische Merkmale des Ottomotors sind:
- Fremdzündung: Das Gemisch wird definiert gezündet.
- Äußere Gemischbildung: Kraftstoff und Luft werden vor dem Brennraum gemischt.
- Quantitätsregelung: Die Leistung wird über die Menge des zugeführten Kraftstoff-Luft Gemisches geregelt. An die letzten beiden Merkmale halten sich "Benzin-Direkteinspritzer" (FSI- und GDI-Motoren) allerdings nicht mehr so genau. Direkteinspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum ist nicht mehr an die Einlaßsteuerzeiten gebunden und kann auch in der Verdichtungsphase erfolgen. Außerdem werden Schichtladungen ermöglicht, siehe Magermotor, mit zündfreudigem stöchometrischem Gemisch (d.h. 14,7 Teile Luft : 1 Teil Kraftstoff) um die Zündkerze und mageren Gemischen im restlichen Brennraum. Der HCCI-Motor benötigt keine Fremdzündung mehr.

Geschichte

Der Ottomotor wurde Ende des 19. Jahrhunderts von Nikolaus August Otto, auf Basis des erheblich leistungsschwächeren 3- Takt Gasmotors von Lenoir entwickelt. Die wesentliche Neuerung war die Einführung eines Verdichtungstaktes. Ottos erste Konstruktion hatte allerdings mit den heutigen Motoren wenig Ähnlichkeit. Es handelte sich um einen atmosphärischen Motor, d.h. die Explosion schleuderte den Kolben hinaus, der frei wegflog. Erst auf dem Rückweg leistete er (bzw. der Atmosphärendruck) über eine Zahnstange Arbeit. 1876 erwarb Otto in Deutschland ein Patent auf einen Verbrennungsmotor, welches auch das Viertakt-Prinzip mit einschloss. Wegen älterer Ansprüche des Franzosen Alphonse Beau de Rochas wurde das Otto-Patent 10 Jahre später in Deutschland aufgehoben. Gottlieb Daimler und Carl Benz bauten 1886, unabhängig davon 1888 - 89 in Wien Siegfried Marcus die ersten Kraftfahrzeuge mit einem Ottomotor. Der Begriff Otto-Motor geht zurück auf eine Anregung des VDI aus dem Jahre 1936 und wurde erstmals im Jahre 1946 in der DIN Nr. 1940 verwendet.

Siehe auch


- Dieselmotor
- Elektronische Einspritzanlage
- Hybridmotor
- Otto-Prozess
- Wankelmotor (auch Kreiskolbenmotor genannt).
- HCCI (Homogenous Charge Compression Ignition)

Weblinks


- [http://www.k-wz.de/vmotor/v_omotor.html interaktive Animation des Ottomotor-Prozesses] Kategorie:Verbrennungsmotor ja:ガソリンエンジン

Verbrennungsmotor

Ein Verbrennungsmotor ist eine Wärmekraftmaschine, die durch innere Verbrennung von Treibstoff mechanische Arbeit verrichtet. Strömungsmaschinen mit Verbrennung, zum Beispiel Gasturbinen, und Motoren mit Verbrennung außerhalb des Zylinders, beispielsweise Dampfmaschinen und Stirlingmotoren, zählt man nicht zu den Verbrennungsmotoren im engeren Sinne.

Anwendung

Verbrennungsmotoren werden zum Antrieb von Kraftfahrzeugen, Schienenfahrzeugen, Luftfahrzeugen, Wasserfahrzeugen und stationären Maschinen verwendet. Verbrennungsmotoren können auch in der Kraft-Wärme-Kopplung Anwendung finden.

Grundsätzliche Funktionsweise

Bei einem Verbrennungsmotor wird ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in einem Zylinder entzündet und verbrannt. Der durch die Entwicklung und die temperaturbedingte Expansion der Verbrennungsgase entstandene Druck, wirkt sich auf einen Kolben aus, der dadurch verschoben wird. Es existiert eine Reihe unterschiedlicher Verbrennungsmotoren, die zum Teil unterschiedliche Kreisprozesse ausnutzen. Alle Verbrennungsmotoren wiederholen in einem Kreisprozess ständig den Arbeitszyklus, der aus vier Arbeitsschritten besteht: # Ansaugen # Verdichten # Leistung erbringen # Ausstoßen Ausstoßen und Ansaugen dienen dem Gaswechsel, das heißt dem Austausch von Abgas (Ausstoßen) gegen Frischgas (Ansaugen). Verdichten und Arbeiten dienen der Umwandlung von chemischer Energie (Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches).Der in Energie wie Wärme und Druck abgegeben wird. Die Arbeitsschritte werden oft als Takte bezeichnet. Allerdings ist diese Bezeichnung bei Zweitaktern nicht sinnvoll, da Zweitakter auch alle vier Arbeitsschritte ausführen.

Die Arbeitstakte, am Beispiel des 4-Takt-Hubkolbenmotors

Expansion # Im ersten Takt (Ansaugtakt - Einlassventil geöffnet, Auslassventil geschlossen) wird während der Abwärtsbewegung des Kolbens (vom oberen zum unteren Totpunkt) Kraftstoff-Luftgemisch oder Luft in den Zylinder "gesaugt". # Im zweiten Takt (Verdichtungstakt - beide Ventile geschlossen) verdichtet der Kolben in seiner Aufwärtsbewegung (vom unteren zum oberen Totpunkt) das Kraftstoff-Luftgemisch oder die Luft im Zylinder. Am Ende des zweiten Taktes (Kolben oberer Totpunkt) erfolgt die Zündung, bei Ottomotoren durch Fremdzündung (Zündkerze), bei Dieselmotoren durch Selbstzündung während der Einspritzung des Kraftstoffes. # Im dritten Takt (Arbeitstakt - beide Ventile bleiben geschlossen) verbrennt das Kraftstoff-Luft-Gemisch. Durch den Anstieg der Temperatur steigt auch der Druck des Gemisches und bewegt den Kolben im Zylinder nach unten in Richtung unterer Totpunkt (UT). Die Längsbewegung des Kolbens wird dabei über das Pleuel auf die Kurbelwelle weitergeleitet und in eine Drehbewegung umgesetzt. # Im vierten Takt (Auslasstakt - Einlassventil geschlossen, Auslassventil geöffnet) schiebt der sich nach oben in Richtung oberer Totpunkt (OT) bewegende Kolben die Abgase aus dem Zylinder durch den Auspuff in die Umwelt.
Die Bewegungen der Takte eins, zwei und vier erfolgen durch den Schwung, den die mit einem Schwungrad versehene Kurbelwelle durch den Arbeitstakt drei erhalten hat. Ein Einzylinderviertaktmotor hat somit einen Zündabstand von 720 Grad-Kurbelwelle d.h.alle zwei Umdrehungen erfolgt eine Zündung mit Arbeitstakt. Da eine Zunahme der Zylinderzahl den Zündabstand verringert, wird somit pro 720 Grad Kurbelwelle, Verbrennungsenergie proportional häufiger zugeführt und verbessert die Laufruhe des Motors. z.B. Vierzylinderviertakt: 720:4 = 180 Grad KW Zündabstand. Da während des Startvorgangs noch kein Schwung vorhanden ist, muss die Kurbelwelle von außen angetrieben werden. Hierzu dient eine Startvorrichtung, wie ein Seil (Kettensäge, Bootsmotor), eine Tretkurbel (Motorrad), eine Handkurbel (Oldtimer), oder ein kleiner Elektromotor- (Anlasser im KFZ). Große Motoren (Stationärmotoren und Lokomotiv- oder Schiffsdiesel) werden durch direkt in die Zylinder eingeführte Druckluft gestartet. Der Gaswechsel zwischen einströmenden Frischgasen und verbrannten Abgasen wird durch die Nockenwelle gesteuert. Diese läuft mit einer Untersetzung von 1:2 an die Kurbelwelle gekoppelt und öffnet und schließt die im Zylinderkopf des Motors angeordneten Ventile. Die Steuerzeiten der Nockenwelle sind je nach Ausführung so gelegt,dass eine Überschneidung des Ein- bzw. Auslassventils erfolgt d.h. beim Übergang des Auslasstaktes zum Ansaugtakt ,sind Ein- und Auslassventil für einen kurzen Zeitraum gleichzeitig geöffnet. Beim Gaswechsel (Abgase raus - Frischgase rein) sollen die mit hoher Geschwindigkeit ausströmenden Abgase die Frischgase in den Verbrennungsraum ziehen. Dies dient einer besseren Befüllung des Zylinder mit Frischgasen und erhöht den Verbrennungsdruck.

Einteilung der Verbrennungsmotoren

In der Geschichte des Motorenbaus sind viele Konzepte erdacht und realisiert worden, die nicht in das folgende Raster passen, zum Beispiel Ottomotoren mit Direkteinspritzung oder Vielstoffmotoren nach dem Dieselverfahren, aber mit Zündkerze. Im Sinne der Lesbarkeit verzichtet diese Übersicht auf Sonderfälle. Die Bauarten können in einer großen Vielfalt kombiniert sein, beispielsweise kleinvolumige Motoren mit Kreiskolben und Schlitzsteuerung nach dem Otto-Prinzip (Wankelmotor), oder großvolumige 2-Takt-Dieselmotoren mit Ventilsteuerung (Schiffsdiesel).

Einteilung nach dem thermodynamischen Prozess


- Ottomotoren
- Dieselmotoren

Einteilung nach dem Arbeitsverfahren


- 4-Takt-Verfahren: Jeder der vier Arbeitsschritte läuft während eines Taktes ab. Mit "Takt" ist in diesem Fall ein Kolbenhub gemeint, das heißt eine Aufwärts- oder eine Abwärtsbewegung des Kolbens. Während eines Arbeitsspieles mit vier Takten dreht sich die Kurbelwelle also zweimal. Der Gashub ist geschlossen, das heißt Frischgas und Abgas sind vollständig voneinander getrennt. In der Praxis kommt es aber doch zu einer kurzen Berührung während der so genannten Ventilüberschneidung.
- 2-Takt-Verfahren: Auch beim 2-Takt-Verfahren laufen alle vier Arbeitsschritte ab, aber während nur zwei Kolbenhüben (=Takte). Dies ist möglich, weil ein Teil des Ansaugens und der Verdichtung (das Vorverdichten) außerhalb des Zylinders stattfindet, und zwar im Kurbelgehäuse unter dem Kolben oder in einem Lader. Die Kurbelwelle dreht sich während eines Arbeitsspieles nur einmal. Der Gaswechsel ist offen, das heißt, es kommt zu einer partiellen Durchmischung von Frischgas und Abgas.

Vergleich der Arbeitsverfahren

Ventilüberschneidung
- 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 zu läßt.
- 2-Takt-Motoren können wesentlich einfacher und billiger gebaut werden, weil sie im Gegensatz zu Viertakt-Hubkolbenmotoren keine Ventilsteuerung benötigen. Sie ist erforderlich, weil die Ein- und Auslassöffnungen für Frisch- und Abgas bei jeder zweiten Kurbelwellenumdrehung geöffnet beziehungsweise geschlossen werden müssen. Bei 2-Takt-Motoren kann der Kolben diese Aufgabe übernehmen, da Öffnen und Schließen bei jeder Kurbelwellenumdrehung stattfinden.
- Ohne Ventilsteuerung treten bei 2-Takt-Motoren geringere Massenkräfte auf, deshalb sind höhere Drehzahlen möglich. Dies erhöht die Leistungsdichte zusätzlich.
- 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.
- Der Wirkungsgrad eines 2-Takt-Motors ist geringer als der eines vergleichbaren modernen 4-Takt-Motors, weil der 2-Takt-Motor im Gegensatz zu diesem nicht mehr weiterentwickelt wurde. Wegen seines hohen Verbrauchs und seiner schlechten Abgaswerte wird er von den 4-Takt-Motoren verdrängt, auch wenn seine Leistungsdichte höher als die eines 4-Takt Motors gleichen Hubraums ist.

Anwendungen

Zweitakt-Motoren werden vorwiegend eingesetzt, wo der Preis des Motors (einfache Bauweise) und die hohe Leistungsdichte den Vorrang haben vor Kraftstoffverbrauch und Umweltschutz. Dies ür Motoren mit kleinem Hubraum: Mofa, Kleinkraftrad, Trabant, Motorsägen, Modellbau, Motorradrennsport und bei großen Schiffsmotoren, die übrigens auch als Zweitakt-Dieselmotoren gebaut werden. Wo Gesetzgeber und Verbraucherinteresse auf Umweltschutz und Kraftstoffverbrauch achten, haben sich Viertaktmotoren durchgesetzt.

Einteilung nach dem Bewegungsablauf


- Hubkolbenmotor (typ. in Kombination mit Pleuel und Kurbelwelle, teilweise auch mit Knick-Pleuel)
- Kreiskolbenmotor (typ. nach Wankel)
- Drehkolbenmotor (z.B. als Kugelkolbenmotor)
- Freikolbenmotor (typ. lineare Kolbenbewegung)

Einteilung nach dem Gemischbildungsverfahren

Vor der Verbrennung müssen Kraftstoff und Luft durchmischt werden. Der Kraftstoff muss verdampfen.
- Äußere Gemischbildung: Kraftstoff und Luft werden außerhalb des Zylinders vermischt, dann dem Zylinder zugeführt und verdichtet. Typische Vertreter sind der Ottomotor mit Vergaser oder der Zweitaktmotor. Durch überhöhte Motortemperatur, zu frühen Zündzeitpunkt, Selbstzündung oder ungeeignetes Gemisch kann es zu unkontrollierten, leistungsmindernden und motorschädigenden Detonationen kommen, die im Fall des Verbrennungsmotors speziell Klopfen genannt werden. Während der Verdichtung muss der Kraftstoff teilweise verdampfen, sodass die Verbrennung unmittelbar nach der Zündung sehr schnell erfolgen kann und eine hohe Drehzahl ermöglicht. Es handelt sich um eine Gleichraumverbrennung, weil der Brennraum seine Größe in der kurzen Zeit praktisch nicht ändert. Nach der Zündung kann die Verbrennung gewöhnlich nicht mehr beeinflusst werden.
- Innere Gemischbildung: Dem Zylinder wird nur Luft zugeführt und verdichtet, der Kraftstoff wird erst später in den Brennraum eingespritzt. Ohne Kraftstoff ist keine Selbstzündung möglich, deshalb kann der Wirkungsgrad durch höhere Verdichtung gesteigert werden. Die Zündung kann durch Selbstzündung (Dieselmotoren) oder Fremdzündung (Ottomotoren mit Direkteinspritzung oder Vielstoffmotoren) erfolgen. Nach Einspritzbeginn benötigt der Kraftstoff Zeit zum Verdampfen, wodurch die Drehzahl begrenzt wird. Da insbesondere bei Dieselmotoren mit höheren Drücken gearbeitet wird, sind diese Motoren massiver ausgeführt und haben somit mehr Schwungmasse, was ebenfalls die Drehzahl deutlich begrenzt. Die Verbrennung kann durch die Zufuhr des Kraftstoffes (siehe auch: Einspritzverfahren) beeinflusst werden, thermodynamisch ideal wäre eine Gleichdruckverbrennung.

Einteilung nach dem Zündverfahren


- Fremdzündung
- Selbstzündung Die Fremdzündung kommt beim Ottomotor vor. Bei der Fremdzündung wird das Entzünden des Kraftstoff- Luftgemisch durch eine Zündkerze eingeleitet, optimal kurz vor dem oberen Totpunkt. Die Selbstzündung kommt beim Dieselmotor vor. Bei der Selbstzündung wird erst reine Luft stark verdichtet und kurz vor dem oberen Totpunkt (OT) wird der Dieselkraftstoff eingespritzt. Durch die große Hitze entzündet sich der Kraftstoff selbst.

Einteilung nach der Füllungsart


- Saugmotor
- Ladermotor

Einteilung nach dem Kühlverfahren

Hauptartikel: Kühlung (Verbrennungsmotor)
- Wassergekühlt
- Luftgekühlt
- Ölgekühlt
- Kombinationen aus Luft-/Ölkühlung (SAME)

Einteilung nach Bauformen und Anzahl der Zylinder

Abhängig von der Anzahl der Zylinder werden Otto- und Dieselmotoren gebaut als
- Einzylinder (1)
- Reihenmotor (2, 3, 4, 5, 6, 8)
- V-Motor (2, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 16)
- VR-Motor (6, 8)
- W-Motor (3, 8, 12, 16)
- Boxermotor (2, 4, 6, 12)
- Sternmotor (3, 5, 7, 9)
- Gegenkolbenmotor (nur 2-Takt) Die Zahlen in Klammern sind typische Zylinderzahlen.
Im Rennsport werden, auch trotz der höheren Unwucht, V-Motoren mit drei Zylindern gebaut.

Exotische Bauarten von Motoren


- Der Wankelmotor ist ein Kreiskolbenmotor, benannt nach Felix Wankel. Beim Wankelmotor rotiert in einem oval-scheibenförmigen Gehäuse ein bogig-dreieckiger Kolben in einer nur leicht oszillierenden Bewegung. Durch die anhaltende Bewegung in immer gleichbleibender Drehrichtung ergibt sich ein sehr ruhiger Motorlauf. Der Kreiskolbenmotor ist sehr kompakt aufgebaut und benötigt keine Ventilsteuerung. Abgesehen von der unterschiedlichen Bewegungsart entspricht das Prinzip der Krafterzeugung dem des Ottomotors. Die vier Takte werden nicht während einer Auf- und Abwärtsbewegung eines Kolbens, sondern während der Drehbewegung in einer Scheibe ausgeführt. So wie beim Hubkolbenmotor mehrere Zylinder vorhanden sind, können auch beim Wankelmotor mehrere Scheiben kombiniert sein.
- Der Stelzer-Motor, benannt nach seinem Erfinder Frank Stelzer, ist ein Zweitakt-Freikolbenmotor. Im Stelzer-Motor wird während des gesamten Arbeitsablaufes nur der Kolben bewegt. Seine unterschiedlichen Kolbendurchmesser öffnen und schließen verschiedene Öffnungen im Gehäuse und steuern damit gleichzeitig den Gaswechsel.
- Beim Kugelkolbenmotor handelt es sich im Grundkonzept um einen Drehkolbenmotor, der als Besonderheit sowohl die Einlass-Steuerung wie auch die Brennraumgröße durch eine Taumelbewegung realisiert.
- Der Druckzellenmotor ist bis jetzt nur ein Konzept.

Kraftstoffe


- Ottokraftstoff (Siehe auch Oktanzahl)
- Dieselkraftstoff
- Pflanzenöl, Pflanzenöl nach Veresterung ist Biodiesel
- Methylester (als Beimischung zum Diesel)
- AutoGas (LPG)
- Erdgas (CNG)
- Methan (Biogas)
- Alkohol (rein oder als Beimischung)
- Teeröl (für Schiffsmotoren)
- Kohlenstaub
- Wasserstoff
- Generatorgas
- Gichtgas
- Silan (in Entwicklung)
- Nitromethan (meist nur als Kraftstoffzusatz)

Wichtige Motorenbauer


- Carl Benz
- Lebon d'Humbersim
- Rudolf Diesel
- Etienne Lenoir
- Nikolaus Otto
- Eugen Langen
- Gottlieb Daimler
- Wilhelm Maybach
- Siegfried Marcus
- Robert Stirling
- Felix Wankel
- Ludwig Elsbett
- Frank Stelzer

Siehe auch


- Stirlingmotor
- Motorelektronik
- Freikolbenmotor
- Abgasrückführung
- Big Block

Weblinks


- [http://www.niester.de/n_technik/motoren/motoren.html Motoren allgemein]
- [http://www.motorrad.de/v2.0/techniktipps/zweitakt/zweitakt.html Zweitaktmotor] Kategorie:Verbrennungsmotor ja:内燃機関

Kraftstoff

Ein Kraftstoff, häufig auch Treibstoff genannt, ist ein Stoff, dessen Energieinhalt durch Verbrennung oder andere Energieumwandlungsformen für technische Systeme nutzbar gemacht wird. Viele Kraftstoffe werden häufig in Fortbewegungsmitteln (Fahrzeug, Flugzeug, Schiff...) verwendet. Da sie in diesen mit transportiert werden müssen, werden dort häufig Stoffe mit einer hohen Energiedichte eingesetzt. Kraftstoffe werden Verbrennungsmotoren zugeführt, im Gegensatz dazu steht der Begriff Brennstoff, der auf die Verwendung zur Wärmegewinnung hinweist. Diese Definition der Begriffe ist unabhängig von der chemischen Zusammensetzung, so ist Diesel ein Kraftstoff, der chemisch fast unverändert unter der Bezeichnung 'Heizöl EL' als Brennstoff verwendet wird.

Arten von Kraftstoffen

Feste Kraftstoffe


- Biomasse (Holz, Stroh...)
- Kernbrennstoff (Uran, Plutonium)
- Kohle in der Dampflok/Dampfschiff
- Festbrennstoff (z.B. Feststoffrakete)
- Wachs
- Kohlestaub, wurde nach dem Dieselprinzip mittels Pressluft in den Brennraum eingeblasen und entzündete sich selbst. (Kohlestaubexplosion)

Flüssige Kraftstoffe


- Kerosin bzw. Petroleum
- Benzin (Ottokraftstoff)
- Diesel
- Alkylatbenzin
- Biodiesel
- Ethanol - Ethanol als Kraftstoff
- Flüssigerdgas (auch: LNG Liquified Natural Gas)
- Flüssiggas (auch: Autogas oder LPG bzw. Liquified Petroleum Gas)
- Methanol
- Pflanzenöl
- Silan (in Entwicklung)
- Emulsionskraftstoff (meist Wasser in Diesel, zur Schadstoffminderung durch Temperatursenkung)
- Schweröl

Gasförmige Kraftstoffe


- Blaugas
- Druckluft
- Erdgas (auch: CNG Compressed Natural Gas)
- Ethen = (auch Holzgas)
- Wasserstoff

Verfahren zur Herstellung oder Gewinnung von Kraftstoffen


- Kohlevergasung
- Elektrolyse (für Wasserstoffherstellung)
- Erdölraffinerie
- Gas-to-Liquids
- Alkoholische Gärung

Vergleich von Kraftstoffen


- Superbenzin: Dichte 740 kg/m³ flüssig, Heizwert 12,0 kWh/kg
- Diesel: Dichte 830 kg/m³ flüssig, Heizwert 11,8 kWh/kg
- Ethanol: Dichte 789 kg/m³ flüssig, Heizwert 7,44 kWh/kg
- Autogas (LPG/GPL): Dichte 540 kg/m³ flüssig, Heizwert 12,8 kWh/kg
- Erdgas H-Gas (CNG/GNV): Dichte 0,81 kg/Nm³ (Normkubikmeter) gasförmig, Heizwert 13,0 kWh/kg
- Erdgas L-Gas (CNG/GNV): Dichte 0,82 kg/Nm³ gasförmig, Heizwert 11,3 kWh/kg

Alternative Kraftstoffe

Als alternative Kraftstoffe werden Kraftstoffe bezeichnet, die herkömmliche aus Mineralöl hergestellte Kraftstoffe ersetzen können.
- Bio-Ethanol wird aus Zuckerrüben oder Weizen gewonnen. Ab 2005 wird es dem normalen Benzin beigemischt. In Brasilien fahren bereits viele Automobile damit, siehe Flexible Fuel Vehicle und Ethanol als Kraftstoff. Problem: Erhöhte Abgaswerte.
- Biodiesel wird aus mit Methanol veresterten Pflanzenölen hergestellt. Basis der Pflanzenöle ist unter anderem der Samen der Rapspflanze. Er wird auch dem mineralischen Diesel aus Klimaschutzgründen beigemischt. Da die Eigenschaften von Biodiesel in vielen Punkten denen von mineralischem Diesel sehr ähnlich sind, können auch nicht umgerüstete Dieselmotoren mit diesem Kraftstoff betrieben werden. Da sich Biodiesel wie ein leichtes Lösungsmittel verhält, können unter Umständen Dichtungen und Schläuche im Kraftstoffsystem angegriffen werden, wenn diese nicht beständig gegen Biodiesel sind. Nachteilig ist der hohe Aufwand zur Herstellung und die geringe Dezentralität der in Deutschland betriebenen Biodieselanlagen. Zudem kann Biodiesel eine große Menge Wasser aufnehmen, was zu Korrosionsproblemen an der Einspritzausrüstung führen kann.
- Biogas kann wegen der Größe der Anlage zur Erzeugung bisher nur für stationäre Motoren und zu Heizzwecken eingesetzt werden.
- BtL-Kraftstoff (Biomass to Liquid) wird auch von der Firma CHOREN Industries GmbH unter dem Markennamen SunDiesel vertrieben. Er wird aus Holz, Stroh oder anderer Biomasse gewonnen. BtL befindet sich noch in der Testphase und hat noch einen großen Forschungsbedarf. Vorteil: Die ganze Pflanze kann genutzt werden. Auch konventionelle Dieselfahrzeuge können damit fahren. Eine Gesamtenergiebilanz der BTL-Prozesse liegt derzeit noch nicht vor.
- Reine Pflanzenöle z.B. aus Leindotter, Raps oder Sonnenblume, auch Pöl oder Naturdiesel genannt, können als Kraftstoff in Dieselmotoren eingesetzt werden. Insbesondere die höhere Viskosität gegenüber Dieselkraftstoff führt dazu, dass zum dauerhaften Betrieb von Dieselmotoren mit Pflanzenöl eine Anpassung des Kraftstoff- und Einspritzsystems notwendig wird. Die Vorteile von Pöl sind neben der CO2-Neutralität die Möglichkeit der dezentralen Herstellung, die hohe Energiedichte, das geringe Gefahrenpotential für Mensch und Umwelt (nicht wassergefährdend, kein Gefahrgut, ungiftig, hoher Flammpunkt).
- Wasserstoff kann auch aus regenerativen Energie mittels Elektolyse gewonnenwerden. Das Problem liegt beim Wasserstoff, für die Herstellung ist viel Energie nötig. Zudem ist ein Luft-Wasserstoffgemisch innerhalb eines weiten Mischungsverhältnisses explosiv. Als Abgas entsteht jeoch nur reines Wasser.
- Holzgas war in den 1940er Jahren eine verbreitete Alternative unter dem Druck von akutem Kraftstoffmangel. In Finnland sind Fahrzeuge mit abenteuerlich konstruierten Holzvergasern auch heute noch recht häufig anzutreffen. Bei dem Verfahren verschwelt normales Holz, oft Holzabfälle, unter Luftabschluß in einem Druckkessel. Die entstehenden brennbaren Gase (überwiegend Ethen) werden dem Motor zugeführt. Stationäre Anlagen werden zunehmend zu Heizzwecken und in Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen eingesetzt.

Literatur


- Geitmann, Sven: Erneuerbare Energien und alternative Kraftsotffe, 2. Auflage, Hydrogeit Verlag, Kremmen, Jan. 2005, ISBN 3937863052

Siehe auch


- Brennstoff
- Verbrennungsluftverhältnis
- Kraftstofftank
- Kraftstoffpreis
- Nutzpflanze
- Stöchiometrisches Kraftstoffverhältnis ! Kategorie:Biomasse ja:燃料 ko:연료 simple:Fuel

Vergaser

Der Vergaser ist ein Maschinenbauteil zum Vermischen von Kraftstoff und Luft, um ein brennbares Gemisch zum Betrieb von Otto-Verbrennungsmotoren zu erzeugen und um die dem Zylinder zugeführte Gemischmenge zu regulieren. Streng genommen ist der Vergaser ein Zerstäuber, denn der Kraftstoff erfährt keine Zuständsänderung (Vergasung), sondern wird feinstmöglich zerstäubt. Das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Mischungsverhältnis liegt für die heute üblichen Otto- und Dieselkraftstoffe bei ca. 14,7 kg Luft auf 1,0 kg Kraftstoff. Dieses Verhältnis stellt den Lambda-Wert 1 dar. Das Luftverhältnis errechnet sich aus der Luftmasse im Zylinder und der stöchiometrischen Luftmasse. Bei einer niedrigen Verhältniszahl (weniger Luft als beim stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Zylinder) spricht man von "fettem" Gemisch, bei einer höheren Verhältniszahl von "magerem" Gemisch. Um genau dieses Mischungsverhältnis zu erreichen, insbesondere hinsichtlich eines möglichst geringen Schadstoffausstoßes sowie möglichst niedrigem Verbrauch, ist der Vergaser zumindest im PKW-Bereich inzwischen praktisch komplett von Einspritzanlagen verdrängt worden. Der Vergaser spielt trotz allem noch eine Rolle im Zweitaktmotorenbau, insbesondere bei leichten Motoren für Roller, Kleingeräte und Kettensägen. Zweitaktmotor

Erste Vergaser

Die ersten Vergaser waren der Oberflächenvergaser und der Bürstenvergaser. Während beim Oberflächenvergaser einfach nur die Flüchtigkeit des Kraftstoffes ausgenutzt wurde - Schlaglöcher waren für die Gemischbildung hilfreich - war der Bürstenvergaser, der auf den deutsch-österreichischen Techniker Siegfried Marcus zurückgeht (div. Patente zwischen 1882 und 1887) und bei dem eine Bürste rotierend über einer offenen Wanne den Treibstoff zerstäubte, technisch aufwändiger. Diese Vergasertypen wurden, auch aufgrund ihrer Unzuverlässigkeit und Gefährlichkeit (Vergaserbrand), nur relativ kurze Zeit bei den ersten Verbrennungsmotoren verwendet. Sie wurden durch Vergaser mit Schwimmerkammer (Spritzdüsenvergaser) ersetzt. Die ersten Schwimmervergaser waren oftmals Steigstromvergaser. Aufgrund der schlechten Qualität der Vergaser kam es öfter zu Überfettungen; der Motor blieb stehen. Beim Steigstromvergaser kann der Kraftstoff dann aus dem Vergaser ins Freie auslaufen, statt in den Motor..

Verschiedene Vergasertypen

Bei der Kategorisierung unterscheidet man heute nach: 1. Richtung des Ansaugluftstromes (Durchströmungsrichtung)
- Fallstromvergaser
- Schrägstromvergaser
- Flach- oder Gleichstromvergaser
- Steigstromvergaser 2. Anzahl und Funktion der Mischkammern (Bauform)
- Einfachvergaser
- Doppelvergaser
- Dreifachvergaser
- Register- oder Stufenvergaser
- Doppelregistervergaser 3. Art des Drosselorganes (Funktionsprinzip)
- Kolbenschiebervergaser
- Drosselklappenvergaser
- Flachschiebervergaser 4. Vorherrschender Druck
- Gleichdruckvergaser - Hinter der Drosselklappe sitzt ein Kolben, der den Luftweg weitgehend versperrt. Dieser Kolben wird über eine Membrane bewegt und gibt so je nach Druckverhältnissen den gesamten Querschnitt frei. Damit wird verhindert, dass das Gemisch bei Vollgas und niedrigen Drehzahlen zu sehr abmagert. Der Gleichdruckvergaser wird besonders häufig bei Motorrädern eingesetzt. Die mechanische Rückkopplung im Gleichdruckvergaser sorgt für eine bessere Gemischbildung verglichen mit anderen Vergasertypen. ->weniger Verbrauch
- Unterdruckvergaser

Zusatzeinrichtungen

Tupfer (Kaltstarthilfe)

Besonders an einfachen Vergasern für 2-Takt-Motoren findet man oft einen sog. "Tupfer". Durch Drücken eines Hebels an der Schwimmerkammer wird der Schwimmer nach unten gedrückt. Damit wird die Schwimmerkammer mit Benzin überflutet und das Gemisch angefettet.

Vorwärmung

Um zu verhindern, dass die Düsen bei kühler Witterung vereisen, wurde vor allem bei PKW Vergaser die angesaugte Luft und das Vergasergehäuse vorgewärmt. Dies kann mit Hilfe der Kühlflüssigkeit oder einer elektrischen Heizung erreicht werden.

Choke

Weblinks


- http://www.motorrad.de/v2.0/techniktipps/vergaser/vergaser.html
- http://www.michu.ch/topic536.html
- http://www.rrr.de/~agento/technical/vergaser.htm
- http://www.kfz-tech.de/Einfachvergaser.htm Kategorie:Verbrennungsmotor ja:キャブレター

Zündkerze

Die Zündkerze ist ein Bauteil des Ottomotors. Sie entzündet das Kraftstoff-Luft-Gemisch innerhalb des Zylinders. Zündkerzen sind extremen mechanischen, thermischen, elektrischen und chemischen Belastungen ausgesetzt. Es treten z.B. Druckschwankungen zwischen 0,9 und 60 bar, Temperaturschwankungen zwischen 100°C und 2400°C, Zündspannungen bis zu 40kV und Stromspitzen bis zu ca. 300A auf, was zu Elektrodenerosion führt. Die Zündkerze wurde 1903 von Robert Bosch erfunden. Auf die herausschraubbare Zündkerze, wie sie seit Jahrzehnten Standard ist, hatte jedoch zunächst Renault in Frankreich ein Patent. Der von der Zündspule und dem Unterbrecher (heute elektronische Zündanlage) erzeugte Zündfunken springt zwischen einer keramisch isolierten Mittelelektrode und einer am Befestigungsgewinde fixierten Masseelektrode über und startet damit den Verbrennungsvorgang. Die Zündkerze sollte schnell ihre Selbstreinigungstemperatur zwischen 400 °C und 850 °C erreichen. Die Selbstreinigung verhindert durch Abbrennen von Verbrennungsrückständen einen Kurzschluss bzw. eine kürzere Funkenstrecke zwischen den Elektroden. Der die Mittelelektrode umgebende Isolatorfuß bestimmt durch seine Länge den Wärmewert einer Zündkerze. Bei einem kurzen Isolaturfuß kann die Wärme rasch über das Gewinde an den gekühlten Zylinderkopf abgegeben werden. Hier spricht man von einer "kalten" Kerze mit einem hohen Wärmewert. Diese wird für hochbeanspruchte Motoren eingesetzt. Zündkerzen müssen mit ihren Wärmewerten dem jeweiligen Motor angepasst sein. Bei einer zu "kalten" Zündkerze kann obige Fehlfunktion auftreten. Wurde dagegen eine zu "warme" Zündkerze gewählt, verbrennen die Elektroden zu schnell. Zündkerzen müssen wegen des Verschleißes der Elektroden gewechselt werden. In letzter Zeit werden zunehmend auch Gleitfunkenzündkerzen eingesetzt. Der Zündfunke springt dabei stets an einer anderen Stelle über den Isolator und brennt diesen dabei von Rückständen frei. Derzeit werden Versuche durchgeführt, das Zünden eines Benzin-Luftgemisches durch einen Laserstrahl durchzuführen. Dies muss durch eine Quarzglasscheibe erfolgen. Allerdings verursacht derzeit die laufende Verschmutzung des Glases Probleme. Siehe auch: Themenliste Fahrzeugtechnik

Weblinks

Kategorie:Verbrennungsmotor ja:点火プラグ

Benzin

Benzin ist eine Mischung aus verschiedenen leichten Kohlenwasserstoffen. Es wird als Kraftstoff für Kraftmaschinen verwendet, besonders für Ottomotoren. Es gibt verschiedene Arten von Benzinen, die sich in der Art Zusammensetzung der Kohlenwasserstoffe unterscheiden.

Bestandteile

Die für Benzin benötigten Kohlenwasserstoffe werden normalerweise aus Erdöl durch fraktionierte Destillation und Cracken gewonnen. Benzin kann auch aus Kohle durch Kohleverflüssigung gewonnen werden. Dabei wird der Wasserstoffbedarf durch die endotherme Reaktion von Kohle und Wasser gedeckt (Kohlevergasung). Der hohe Energieaufwand und der hohe CO2-Ausstoß machen das Verfahren unwirtschaftlich, solange billiges Erdgas und Erdöl zur Verfügung stehen. Die Kohlenwasserstoff-Moleküle im Otto-Kraftstoff haben eine Größe von 5-11 Kohlenstoffatomen. Bestandteile des Normalbenzins: # verschiedene Kohlenwasserstoffe # Ether # höhere Alkohole (verhindern Einspritzvereisung) # Phenole (gegen Benzinalterung durch Autoxidation (Oxidation an Luft) # Komplexbildner (verhindern, dass freie Metallionen im Benzin vorkommen) # Amine - (Korrosionsschutz) Für die Verwendung in Ottomotoren ist die Oktanzahl (ROZ) von Bedeutung. Zur Veredelung des Rohbenzins werden Additive hinzugesetzt. Das Rohbenzin unterscheidet sich hierbei bei den verschiedenen Mineralölkonzernen nicht, es stammt häufig sogar aus derselben Raffinerie. Dem Rohbenzin wird dann das jeweilige Additivpaket des belieferten Konzerns beigemischt. Die wichtigsten Benzinarten sind in der Norm DIN EN 228 festgelegt.

Arten von Benzin


- Normalbenzin (ROZ 91) (In der Schweiz, Spanien, Schweden und anderen Ländern nicht erhältlich)
- Super(benzin)/Eurosuper (ROZ 95) (Schweiz: 'Bleifrei 95')
- Super plus (ROZ 98) (Schweiz: 'Bleifrei 98')
- V-Power/ultimate 100 (ROZ 100) (nur bei Shell/Aral-Tankstellen)
- Flugbenzin (ROZ 100) (bleihaltig)

Daten


- UN-Nummer 1203
- Gefahrennummer 33
- Flammpunkt < 21°C ( Gefahrstoff der Klasse A1)
- Siedebereich 0-210°C ( homogenes Gemisch verschiedener Kohlenwasserstoffe )
- Gefrierpunkt ca. -45 °C
- Zündtemperatur 200 °C
- Dichte \varrho= 0,70 - 0,74 kg/l
- Energiedichte pro kg = 12 kWh/kg = 43 MJ/kg
- Energiedichte pro Liter = 8,9 kWh/l = 32 MJ/l

Etymologische Herkunft

Der Name Benzin geht auf den deutschen Chemiker Eilhard Mitscherlich zurück. Er bezeichnete damit allerdings unser heutiges Benzol. Mitscherlich benannte den Stoff nach dem von ihm benutzten Ausgangsstoff, dem Benzoeharz. Die Zuordnung zu unserem heutigen Benzin geschah durch Justus von Liebig. Der ursprüngliche Name stammt von dem arabischen Wort luban dschawi - "Weihrauch aus Java". Dieser Begriff gelangte durch arabische Handelsbeziehungen mit Katalonien nach Europa. Mit dem Wegfall der ersten Silbe und der Änderung des ersten a zu e entstand im Italienischen benjuì, im Mittellateinischen benzoë, woraus sich das deutsche Wort Benzol entwickelte. Im Jahr 1833 erfand Michael Faraday die Herstellung von Benzin, er nannte es damals bicarbure d'hydrogène, bevor es von Eilhard Mitscherlich in Benzin umgetauft wurde. Die Bezeichnung Benzin steht demnach (wie manchmal fälschlicherweise angenommen) in keinem Zusammenhang mit dem Motorenbauer Carl Benz.

Bleifrei

Bleifrei heißt eine Motorenbenzinsorte, wenn ihr zur Verbesserung der Oktanzahl keine bleihaltigen Klopfschutzmittel zugesetzt wurde. Bleifreies Benzin wurde in den 1980er Jahren in Deutschland eingeführt, als die PKW zunehmend mit Katalysatoren ausgerüstet wurden. 1988 wurde der Verkauf von verbleitem Normalbenzin in der BRD verboten, ab 1996 verzichtete die Mineralölindustrie auf den Verkauf von verbleitem Superbenzin und seit dem Jahr 2000 darf in der EU kein verbleiter Ottokraftstoff mehr angeboten werden.

Preisentwicklung in Deutschland

Preisentwicklung Preisentwicklung

Siehe auch


- V-Power
- Erdölraffinerie
- Dieselkraftstoff
- Testbenzin
- Alkylatbenzin Kategorie:Kraftstoff Kategorie:Stoffgemisch Kategorie:Mineralöl ja:ガソリン

Erdgas

Erdgas ist ein brennbares Naturgas, das in unterirdischen Lagerstätten vorkommt. Häufig tritt es zusammen mit Erdöl auf, da es auf ähnliche Weise entsteht. Erdgase unterscheiden sich örtlich in ihrer Zusammensetzung, Hauptbestandteil ist aber immer Methan.

Zusammensetzung und Verarbeitung

Erdgas ist kein Stoff oder chemisches Element, sondern ein Gemisch von Gasen. Die chemische Zusammensetzung schwankt je nach Fundstätte beträchtlich. Der Hauptbestandteil ist immer Methan. Häufig enthält Erdgas auch größere Anteile höherer Kohlenwasserstoffe wie Ethan, Propan, Butan und Ethen, dieses Erdgas wird nasses Erdgas genannt (dies hat nichts mit dem meist auch vorhandenen Wasserdampfanteil zu tun, sondern beschreibt allgemein den Anteil an leichter kondensierbaren Gasen). Ein weiterer Nebenbestandteil ist Schwefelwasserstoff, der durch Entschwefelung des Erdgases entfernt wird, und bis zu neun Prozent Kohlendioxid. Da letzteres für die Energiegewinnung wertlos ist, wird es in die Luft abgegeben. Das können für eine Bohrinsel bis zu 28.000 Tonnen pro Tag sein. Von großem Wert sind Erdgase, die bis zu sieben Prozent Helium enthalten. Diese sind die Hauptquelle der Heliumgewinnung.

Entstehung

Erdgas entsteht auf ähnliche Art wie Erdöl und wird daher auch oft mit diesem zusammen gefunden. Es bildet sich unter Luftabschluß und hohen Drücken aus abgestorbenen und abgesunkenen Kleinstlebewesen (Mikroorganismen, Algen, Plankton). Diese sind auf den Grund der damaligen Ozeane abgesunken und anschließend von undurchlässigen Schichten überdeckt wurden. Der dann einsetzende chemische Prozess hat unser heutiges Erdgas gebildet. Ein Großteil des heute verfügbaren Erdgases ist vor 15 bis 600 Millionen Jahren entstanden.

Eigenschaften

Erdgas ist ein ungiftiges, brennbares, farb- und in der Regel geruchloses Gas mit einer Zündtemperatur von rund 600°C. Es ist zudem leichter als Luft und 1 m³ Erdgas benötigt zur Verbrennung rund 10 m³ Luft. Um eventuell austretendes Erdgas orten zu können, wird es mit einem Duftstoff (meist geringe Mengen Ethanthiol) versehen, der für den klassischen Gasgeruch verantwortlich ist - dieser Vorgang wird Odorierung genannt. Je nach Herkunft des Erdgases kann sich darin ein erheblicher Anteil an organischen Schwefelverbindungen befinden, die eine Beseitigung dieser äußerst intensiv riechenden Erdgasbegleiter notwendig machen. Man unterscheidet die Erdgasqualitäten L (low) und H (high). Erdgas H hat einen höheren Methangehalt (87 bis 99 Vol. %), während Erdgas L bei Methananteilen von 80 bis 87 Vol. % größere Mengen an Stickstoff und Kohlendioxid enthält.
- Energiedichte (Erdgas L - Erdgas H)
  - Brennwert Hs Masse : 10 - 14 kWh/kg = 36 - 50 MJ/kg
  - Brennwert Hs Volumen: 8,2 - 11,1 kWh/m³ = 30 - 40 MJ/m³
  - Der Heizwert Hu liegt jeweils etwa 10 % unter diesen Werten.
- Dichte \varrho = 0,800 - 0,820 kg/m³
- Siedepunkt = -161°C.

Transport

Erdgas kann durch technische Verfahren auch in andere Aggregatzustände versetzt werden, die einen Transport ohne Pipelines ermöglichen. Gemein ist allen Verfahren eine Verringerung des Volumens, wodurch sie sich unter anderem auch besser als Ersatz für Kraftstoff aus Mineralöl eignen.
- Komprimiertes Erdgas (CNG) (Komprimierung, Druckbehälter)
- Flüssigerdgas (LNG) (Gasverflüssigung durch Kompression und/oder Kühlung)
- Gas-to-Liquids (Umwandlung in flüssige Kohlenwasserstoffe) In Europa gibt es die:
- Erdgastrasse Urengoi - Uschhorod
- Transeuropäische Naturgas-Pipeline.

Trocknung von Erdgas mittels Molekularsieb

Damit Erdgas komprimiert und damit für den Transport "reisefertig" gemacht werden kann, muss dem Gas die darin enthaltene Feuchtigkeit entzogen werden. Würde dies nicht geschehen, würden diese Restmenen an Wasser im Gas bei der Verdichtung gefrieren, was ein Verladen und Transportieren in Pipelines oder Schiffscontainern unmöglich machen würde. Der Trocknungsprozess von Gasen erfolgt in der Regel in verschiedenen Stufen: Stufe 1: Vortrocknung durch Wärmetauscher oder andere Arten von Wasserabscheidern. Dadurch wird das Gas gekühlt es werden bereits grosse Mengen an Wasser entzogen. Der Restwassergehalt im Gas ist nach diesem Prozess allerdings noch zu hoch um es genügend komprimieren und damit verflüssigen zu können. Stufe 2: Nachdem Stufe 1 durchgeführt worden ist, gelangt das Gas in sogenannte Adsorberkessel. Dies sind mindestens zwei Tanks welche mit Molekuarsieb gefüllt sind. Das Gas wird nun durch Adsorber Nr.1 gepresst. Der restliche Wasseranteile wird nun vom Molekularsieb (in der Regel ein 4A) aufgenommen (adsorbiert) und zwar in einem solchen Ausmass, dass beim Gasaustritt ein Taupunkt von bis zu -110°C erreicht wird. Dieser Adsorptionsprozess kann bis zu 12 Stunden oder mehr dauern. Danach wird der Gasstrom auf Adsorber Nr. 2 umgeleitet, und Adsorber Nr. 1 geht in die Regenerationsphase. Bei der Regenerieren wird sehr trockene, heisse Luft oder Stickstoff mit einer Temperatur von ca. 300°C von der Gegenseite her durch den Kessel gepresst und damit die vom Molekularsieb zurückgehaltenen Wassermoleküle herausgelöst und aus dem Kessel befördert. Danach erfolgt die Kühlung des Bettes über mehrere Stunden bevor der Adsorptionsprozess von Kessel Nr 2 wieder auf Kessel Nr. 1 umgeschaltet wird. Eine solche Adsorptions- und Regenerationsphase nennt man Zyklus.

Weltproduktion von Erdgas

Molekuarsieb Die Netto-Weltförderung von Erdgas (Naturgas) einschließlich Erdölgas, abzüglich zurückgepresstes und abgefackeltes Gas und abzüglich Eigenverbrauch betrug im Jahr 2004 rund 2.689 Milliarden m³, davon waren Russland mit 22 % und die USA mit 20 % Weltanteil die Hauptförderländer. Russland förderte 2004 589,1 Milliarden m³, die USA 542,9 Milliarden m³ Erdgas. Weitere bedeutende Förderstaaten sind Kanada (182,8 Mrd. m³), Großbritannien (95,9 Mrd. m³), Algerien (82,0 Mrd m³), Indonesien, Niederlande, Norwegen, Usbekistan, Iran, Argentinien, Mexiko, Saudi-Arabien, Vereinigte Arabische Emirate und Malaysia. Deutschland förderte 17,2 Milliarden m³, Österreich 2,0 Milliarden m³. Damit deckt Erdgas etwa 24 % des weltweiten Energieverbrauchs. Da das Erdgas in der Regel unter hohem Druck steht, fördert es sich sozusagen von selbst, sobald das Reservoir einmal geöffnet ist. Die nachgewiesenen Welterdgasreserven beliefen sich 2004 auf 179.530 Milliarden m³. Diese Erdgasreserven sollten nach Hochrechnungen aus dem Jahr 2004 noch knapp 67 Jahre reichen. Dabei sind diese geschätzt wie folgt verteilt: Naher Osten 72.830 Milliarden m³, Europa und GUS-Staaten 64.020 Milliarden m³, Asien und Australien 14.210 Milliarden m³, Afrika 14.060 Milliarden m³, Nordamerika 7.320 Milliarden m³ und Südamerika 7.100 Milliarden m³. Bedeutende Importländer von Erdgas sind Russland, USA, Deutschland, Japan, die Ukraine, Italien, Frankreich und Weißrussland.

Versorgung in Deutschland

In den 1980er und 1990er Jahren wurde die Gasversorgung der meisten deutschen Städte von Stadtgas auf Erdgas umgestellt. Dies war ohne größere Umbauten möglich. In Deutschland betrug der Erdgas-Anteil am Gesamtenergieverbrauch etwa 22,5%. Im Jahre 2003 wurden etwa 53 % aller Privathaushalte mit Erdgas beheizt. Für Deutschland sind die wichtigsten Lieferländer: Russland 32%; Norwegen 26%; Niederlande 19%. Zur Spitzendeckung, zum Ausgleich kurzfristiger Importstörungen und Bedarfschwankungen werden in Deutschland ca. 18,6 Milliarden Kubikmeter Erdgas in Untergrundspeichern gelagert. Die Verwendung von Erdgas unterliegt in Deutschland einer Erdgassteuer, deren Normalsatz zur Zeit bei 5,50 € je Megawattstunde liegt. Bei der Preisbildung für Erdgas spielt in Deutschland die Ölpreisbindung eine große Rolle.

Einsatz im Kraftwerk

Eine wichtige Anwendung für Erdgas ist sein Einsatz im Gaskraftwerk. Diese Anlagen werden in Deutschland in erster Linie zur Deckung von Spitzenlast verwendet, da die dort genutzten Gasturbinen eine hohe Schnellstartfähigkeit besitzen und daher als Betriebsreserve für die weniger schnell ersetzbaren Dampfkraftwerke dienen. Im GuD-Kraftwerk und im Kombikraftwerk dient Erdgas zum Antrieb von Turbinen, die im Grundlastbereich arbeiten.

Erdgas als Kraftstoff für Kraftfahrzeuge

Grundlast Erdgas wird seit einigen Jahren auch verstärkt als Kraftstoff für Kraftfahrzeuge verwendet. Entweder als CNG Compressed Natural Gas (komprimiertes Erdgas) oder LNG Liquefied Natural Gas (Flüssigerdgas). An Tankstellen ist Erdgas als H-Gas (High Gas) und/oder L-Gas (Low Gas) erhältlich, wobei das H-Gas einen etwas höheren Energiegehalt als das L-Gas hat. (Siehe Daten) Der Energiegehalt von 1 kg Erdgas (H-Gas) entspricht etwa 1,5 Liter Benzin beziehungsweise 1,33 Liter Diesel. Im Januar 2005 waren 28.200 mit Erdgas betriebene Fahrzeuge in Deutschland zugelassen, Tendenz steigend. Im November 2005 gab es in Deutschland bereits 639 Erdgastankstellen. Bis 2007 sollen über 1.000 Tankstellen Erdgas als Kraftstoff anbieten. Alternativ kann auch bei CNG-Fahrzeugen Biogas getankt werden. Der Vorteil von Erdgas liegt in der Steuerbegünstigung. Die deutsche Bundesregierung senkte mit dem "Gesetz zur Fortentwicklung der ökologischen Steuerreform" aus dem Jahre 2002 für alle Fahrzeuge im öffentlichen Strassenverkehr den Mineralöl-Steuersatz auf Erdgas bis zum 31. Dezember 2020 und für Flüssiggas bis zum 31. Dezember 2009. Dadurch reduziert sich der Preis für Erdgas auf z. Zt. rund 40 Cent im Vergleich zu einem Liter bleifreiem Benzin. Die Automobilindustrie bietet serienmäßige Erdgas-Modelle seit 1995 an. Marktführer in Deutschland ist 2004 die Adam Opel AG. Jedoch ist nicht jedes Modell als Erdgasfahrzeug erhältlich. Eine Nachrüstung von Benzinfahrzeugen ist relativ aufwändig, der Umbau kostet zwischen 2000 - 4000 Euro. Bei den meisten serienmäßigen Fahrzeugen sind die Tanks bereits unterflur angeordnet, wodurch keine Einschränkungen in der Nutzung des Kofferraums bestehen. Erdgastankstellen entnehmen das Gas dem Erdgasnetz und komprimieren es auf einen Druck von 200 bar. Durch die vorhandene Infrastruktur des Erdgasnetzes entfällt der Aufbau eines aufwändigen Transport- und Verteilnetzes. Es gibt zahlreiche lokale Verkehrsunternehmen im ÖPNV, die ihre Omnibusse mit Erdgas betreiben, aber auch Taxi-Unternehmen und Logistikunternehmen wie TNT. Neben Erdgas ist auch - mit passender Fahrzeugausrüstung - Flüssiggas als Kraftstoff in Anwendung.

Gasfelder

Große Gasfelder sind das Nord-Feld in Katar und das Gasfeld Urengoi in Russland.

Siehe auch


- Erdgas/Tabellen_und_Grafiken Kategorie:Geologie Kategorie:Gas ja:天然ガス ms:Gas asli simple:Natural gas

Zweitaktmotor

Ein Zweitaktmotor ist ein Verbrennungsmotor, üblicherweise in der Bauart als Hubkolbenmotor, der die zur Leistungserzeugung erforderlichen beiden Takte im Gegensatz zum Viertaktmotor während einer Umdrehung der Kurbelwelle bewältigt. Ein Takt ist die Bewegung des Kolbens vom Stillstand in eine Richtung bis zum erneuten Stillstand (die Bewegung von einem so genannten Totpunkt zum anderen). Die Kurbelwelle vollführt daher eine halbe Umdrehung während eines Taktes.
Bekannteste Anwendungsbeispiele für einen Zweitakter dürften Motorräder, Fahrzeuge der Marke DKW sowie der Trabant sein. Immer noch beliebt sind Zweitaktmotoren in der Dieselausführung bei Schiffen, Lokomotiven und Notstromgeneratoren - in der Benzinausführung (Ottoprozess) bei Kleinfahrzeugen mit 50 cm³, Rasenmähern, Motorsägen Kartsport oder bei Rollern (Scootern).

Prozessablauf im Zweitaktmotor

Kartsport






Otto-Zweitaktmotor


- 1. Takt, Arbeitstakt und Vorverdichten:
  - Der Kolben durchläuft den oberen Totpunkt. Die Zündkerze entzündet das Gemisch im Brennraum über dem Kolben, wodurch infolge Temperaturerhöhung der Druck im Brennraum steigt. Der Kolben bewegt sich nach unten und verrichtet dabei mechanische Arbeit.
  - Im Raum unter dem Kolben wird das angesaugte Frischgas durch die Abwärtsbewegung des Kolbens verdichtet (Ladepumpen-Funktion des Kurbelraums).
  - Im unteren Teil der von der Kolbenoberkante überstrichenen Zylinderfläche liegen in der Zylinderwand die Überströmkanäle und die Auslassöffnung. Während der letzten Phase der Kolbenabwärtsbewegung werden die Auslassöffnung und die Überströmkanäle freigegeben. Das unter Überdruck stehende Frischgas strömt vom Vorverdichtungsraum unter dem Kolben durch die Überströmkanäle in den Zylinder und spült das verbrannte Abgas durch die Auslassöffnung in den Auspufftrakt hinaus.
- 2. Takt, Verdichten und Ansaugen:
  - Während der Aufwärtsbewegung des Kolbens wird zunächst die Auslassöffnung später der Überströmkanal verschlossen.
  - Während der weiteren Aufwärtsbewegung des Kolbens wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Zylinder weiter verdichtet und kurz vor Erreichen des oberen Totpunkts bereits entzündet (siehe hierzu Verdichtungsverhältnis, Kompressionsdruck).
  - Im Vorverdichtungsraum unter dem Kolben wird neues Frischgas durch den Einlasskanal angesaugt. Bei genauerer Betrachtung umfasst die Arbeitsweise des Zweitakters folgende 6 Takte: (OT - oberer Totpunkt; UT - unterer Totpunkt)
- 1. Takt (Ansaugen): Der Kolben bewegt sich von UT nach OT und erzeugt dadurch einen Unterdruck im Kurbelwellengehäuse. Dieser Unterdruck bewirkt bei geöffnetem Einlasskanal ein Ansaugen des Kraftstoff-Luft-Gemisches.
- 2. Takt (Vorverdichten): Der Kolben bewegt sich von OT nach UT, nach dem Schließen des Einlasskanals wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch vorverdichtet.
- 3. Takt (Überströmen): Auf dem Weg von OT nach UT wird nicht nur der Einlasskanal verschlossen, sondern auch die Überströmkanäle geöffnet. Es erfolgt die Spülung des Brennraumes, bei der Abgas durch Frischgas ersetzt wird.
- 4. Takt (Verdichten): Der Kolben bewegt sich von UT nach OT, es werden zuerst die Überströmkanäle, dann der Auslass verschlossen. Danach erfolgt durch die weitere Hubbewegung die Verdichtung des Kraftstoff-Luft-Gemischs.
- 5. Takt (Arbeiten): Das Gemisch wird entzündet und verbrennt. Die dabei entstehende Flammenwand innerhalb des Brennraumes breitet sich dabei mit ungefähr zweifacher Schallgeschwindigkeit aus. Durch die Reaktionswärme dehnen sich die Gase aus und erzeugen den Arbeitsdruck, der den Kolben in Richtung UT drückt. Der Arbeitstakt ist der einzige Takt, bei dem nutzbare Energie freigesetzt wird.
- 6. Takt (Auslassen): Auf dem Weg von OT zu UT wird der Auslass geöffnet, die Abgase können entweichen. Die einzelnen Takte laufen teilweise parallel ab und umfassen nicht ganze Hubbewegungen. Alle 6 Takte finden während einer Umdrehung der Kurbelwelle statt. Die Steuerung des Öffnens und Schließens der Kanäle erfolgt vor allem durch den Kolben, kann aber auch durch Drehschieber, Membranen und Ventile (wie beim Viertakter) erfolgen. Der Auspuff ist als Resonanzauspuff konstruiert. Bei Erfüllung der Resonanzbedingung entsteht am Diffusor eine Unterdruckwelle, die den Spülvorgang unterstützt. Im weiteren Verlauf wird der Schall am Gegenkonus reflektiert. Die reflektierte Welle drückt zuviel herausgespültes Frischgas wieder in den sich schließenden Auslaß zurück. Dies bewirkt eine Überladung und eine Leistungssteigerung im Resonanzbereich.

Diesel-Zweitaktmotor

Bei einem Zweitakt-Dieselmotor wird statt des Kraftstoff-Luft-Gemisches im unteren Totpunkt Pressluft in den Zylinder eingeblasen und dadurch das Verbrennungsabgas in den Auspufftrakt gedrückt. Der Kraftstoff wird wie bei einem Viertakt-Dieselmotor in die verdichtete und dadurch über die Selbstentzündungstemperatur des Kraftstoffs erhitzte Luft, je nach Abstimmung des Motors vor dem oberen Totpunkt, eingespritzt. Die Auslassöffnung liegt ebenfalls am Zylinderkopf.

Vor- und Nachteile

Theoretischer Vorteil des Zweitaktmotors ist in jeder Ausführung eine höhere spezifische Leistung (Leistung pro Hubraum) als bei Viertaktmotoren, da pro Kurbelwellenumdrehung ein Arbeitstakt erfolgt (beim Viertaktmotor: Ein Arbeitstakt während zwei Kurbelwellenumdrehungen). In der Praxis zeigt sich allerdings, dass die Viertaktmotoren hier stark aufgeholt haben (etwa durch Aufladung und verbesserte Einspritzsysteme), so dass zum Beispiel bei Motorrädern und Motorrollern die Viertakter gar nicht mehr langsamer oder spurtschwächer sind als die Zweitakter. Leistungsbegrenzend sind die gegenüber Viertaktern geringeren möglichen Kolbengeschwindigkeiten durch Überstömkanäle im Zylinder sowie die möglichst quadratische Auslegung von Hub zu Bohrung, die gegenüber extrem kurzhubigen Viertaktmotoren nachteilig ist. Da in erster Näherung am Ende des Ansaugvorganges immer atmosphärischer Druck im Zylinder ist, kann beim Otto-Zweitaktmotor von Qualitätsregelung gesprochen werden. Variiert über die Drosselklappe des Einlaßsystemes wird nur das Verhältnis von Gemisch zu Restabgas im Zylinder. Der im Teillastbereich hohe Anteil von Abgasen im Zylinder führt zu schlechten Verbrennungsgüten und hohen CO- und CH- Gehalten. Auf einen Lastpunkt z.B. in stationären Betrieb sind die Strömungsverhältnisse optimal abstimmbar mit entsprechend hohen Wirkungsgraden und gutem Abgasverhalten. Der einfache Aufbau des Zweitaktmotors bietet weitere Vorteile. So ist er zum einen wartungsfreundlicher und hat zum anderen eine wesentlich geringere bewegte Masse (also Kurbelwelle, Kolben, Schwungscheibe..) als ein vergleichbarer Viertaktmotor. Dies hat den positiven Effekt eines geringeren Drehimpulses. Dies ist unter anderem bei Crossmotorrädern interessant, wo Zweitaktmotoren eine höhere Beweglichkeit im Sprung ermöglichen, nicht zuletzt auch durch das niedrigere Leistungsgewicht gegenüber dem Viertaktmotor. Motoren mit extrem großen Hubräumen (Schiffsdiesel) arbeiten überwiegend nach dem Zweitaktprinzip. Auch Kolben-Motoren nach dem Diesel-Zweitaktprinzip werden hergestellt. Das Abgasverhalten der Zweitaktmotoren wird durch optimale Gemischverwirbelung und freie Brenngeometrie positiv beeinflußt, die zum Teil erheblichen Ölmengen in der Ansaugluft und der hohe Abgasgehalt im Brennraum führen aber zu hohen Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxidgehalten im Abgas. Die geringen Verbrennungstemperaturen erschweren die Entstehung der für den sauren Regen mitverantwortlichen Stickoxide.

Otto-Zweitaktmotor

Nachteilig sind speziell beim Otto-Zweitaktmotor die so genannten Spülverluste durch die teilweise Vermischung von Frischgas und Abgas während des Gaswechsels beim Otto-Zweitakter. Dadurch geht ein Teil des Frischgases unverbrannt in den Auspuff, was zu erheblichen Umweltbelastungen führt. Man versuchte die Spülverluste durch eine Nase auf der Kolbenstirnfläche zu minimieren. Diese Nase lenkt das einströmende Frischgas in einen Wirbel, so dass es sich nicht direkt auf den Auslasskanal zu bewegen kann. Im Jahr 1925 entwickelte Adolf Schnürle die Umkehrspülung, die die Frischgasverluste minimierte. Ein weiterer Nachteil bei Otto-Zweitaktmotoren ist die höhere thermische Belastung von Kolben und Zylinder durch die doppelte Zündfolge. Ohne diese Nachteile hätte der Otto-Zweitaktmotor eine weitaus höhere Leistung gegenüber dem Otto-Viertaktmotor. Der Otto-Zweitaktmotor hat im Gegensatz zu Viertaktern und dem Diesel-Zweitakter in der Regel kein permanentes Motoröl, sondern bekommt stattdessen ein Zweitaktgemisch zur Gemischschmierung aus Benzin und Öl, das als Brenn- und Schmierstoff dient. Große Motoren arbeiten mit gekapselten Lagern im Kurbelgehäuse und Direktschmierung der Kolben. Durch die nur teilweise Verbrennung des Öls im Teillastbereich ergeben sich höhere Umweltbelastungen als beim Viertakter. Diese Art von Schmierung ist bei Motoren von Vorteil, die oft ihre Lage ändern, wie Motorsägen oder Rasenmähern auf Böschungen, da hier die Schmierung immer gewährleistet ist. Die geringeren thermischen Belastungen an das Öl machen den Einsatz von gut verbrennbaren niedrig legierten biologisch abbaubaren Ölen möglich. Es gab/gibt verschiedene Lösungsansätze, die oben angegebenen Probleme zu lösen: Angefangen mit Motoren mit Drehschiebersteuerungen oder Membransteuerungen bei der Motorsteuerung, über die sog. Getrenntschmierung mittels extra lastabhängiger Schmierstoffzuführung bis hin zum aktuellen Stand der DEFI, moderner direkteinspritzender Zweitaktmotore, welche wieder ihre prinzipbedingte Überlegenheit über den Viertaktmotor beweisen und nur durch Absatzinteressen verschiedener Hersteller nicht verbreitet sind (siehe z.B. Orbital Motor).

Diesel-Zweitaktmotor

Die heute zum Einsatz kommenden Diesel-Zweitakter im Schiffbau sind in Bau und Steuerung teils komplizierter als ein Otto-Zweitakter. Sie arbeiten nach dem Gleichstromprinzip, besitzen ein Einspritzsystem sowie Auslaßventile im Zylinderkopf. Teils werden mehrere Auslassventile parallel geöffnet. Die notwendige Ansaugluft wird durch eine geeignete Vorrichtung (zum Beispiel einen Turbolader) erzeugt und in den Zylinder eingepresst. Somit ist der Diesel-Zweitaktmotor für kleinformatige Anwendungen eher uninteressant. Der große Zweitakter-Schiffsdieselantrieb (mit Bohrungen von einen Meter und Hüben von ca. drei Metern) ist in Bezug auf den thermischen Wirkungsgrad unter den Wärmekraftmaschinen unübertroffen: es gelingt mit ihm, bis zu 65% der chemisch gebundenen Energie des Kraftstoffs in nutzbare mechanische Arbeit zu verwandeln. Im Vergleich hierzu werden bei PKW-Ottomotoren selten mehr als 30% herausgeholt, und bei PKWs haben nur moderne Turbodiesel mehr als 40% Wirkungsgrad. Eine interessante Bauform ist der Gegenkolbenmotor mit zwei Kurbeltrieben pro Zylinder, der als schlitzgesteuerter Motor eine Gleichströmung ermöglicht.

Zur Geschichte des Zweitaktmotors

Gegenkolbenmotor Die ersten, heute als verdichtungslose oder atmosphärische Zweitaktmotoren bezeichneten, arbeiteten nach einem vollig anderen Prinzip und werden nur deshalb so genannt, weil sie bei jeder Kurbelwellenumdrehung zündeten - wie auch der moderne Zweitakter. Versuche von Jean Joseph Etienne Lenoir, Siegfried Marcus, u.a., sie für mobile Zwecke zu verwenden (zwischen 1860 und 1870), scheiterten nicht zu letzt am ungünstigen Leistungsgewicht. Als stationäre Gasmotoren waren sie jedoch zu Beginn der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts zu Tausenden in Verwendung. Der heutige, ventillose 2-Takter stammt von John Day (GB). Er wurde 1888 entwickelt und 1889 patentiert.

Weblinks


- [http://www.motorrad.de/v2.0/techniktipps/zweitakt/zweitakt.html Zweitaktmotor 2]
- [http://www.schwabenkart.de/knowhow/2Takte.html Zweitaktprinzip] Kategorie:Verbrennungsmotor
- [http://www.k-wz.de/vmotor/z_omotor.htm interaktiver Zweitaktprozess] ja:2サイクル機関

Viertaktmotor

Ein Viertaktmotor ist ein Hubkolbenmotor, der den Kreisprozess in vier Takten bewältigt. Ein Takt ist die Bewegung des Kolbens vom Stillstand in eine Richtung bis zum erneuten Stillstand. Die Kurbelwelle vollführt daher eine halbe Umdrehung während eines Taktes. Folgender Ablauf beschreibt den Viertaktprozess:

- 1. Takt, Ansaugen: Der Kolben steht im oberen Totpunkt und beginnt, sich abwärts zu bewegen. Das Einlassventil öffnet und Luft (bei Motoren mit innerer Gemischbildung, z. B. Dieselmotor oder Benzin-Direkteinspritzer) oder brennbares Gemisch (bei Motoren mit äußerer Gemischbildung, z. B. Vergaser-Ottomotor oder indirekter Benzineinspritzer) wird in den Zylinder gesaugt. Wenn der Kolben den unteren Totpunkt erreicht, wird das Einlassventil geschlossen.
- 2. Takt, Verdichten: Der Kolben bewegt sich nun nach oben und verdichtet dabei das im Zylinder befindliche Gas (siehe hierzu auch Kompressionsdruck, Verdichtungsverhältnis). Ist der Kolben beim Otto-Motor mit Vergaser oder indirekter Benzineinspritzung nahe am oberen Totpunkt angelangt, wird die Zündkerze gezündet; beim Direkteinspritzer wird kurz zuvor der Kraftstoff eingespritzt. Ebenso beim Dieselmotor: kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes wird der Dieselkraftstoff eingespritzt. Durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens wird das Luft-Kraftstoffgemisch verdichtet. Das Gas erwärmt sich, der Druck steigt bis zur Entzündung.
- 3. Takt, Arbeiten: Das verbrennende Gas dehnt sich aus und schiebt den Kolben nach unten, so dass dabei mechanische Arbeit verrichtet wird.
- 4. Takt, Ausstoßen: Wenn der Kolben den unteren Totpunkt erreicht, wird das Auslassventil geöffnet. Durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens wird das Abgas aus dem Zylinder geschoben. Am Ende des Ausstoßtaktes kommt es zur sogenannten Ventilüberschneidung. Das Einlassventil wird geöffnet, bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht hat. Durch den Sog der ausströmenden Abgase entsteht ein Unterdruck, durch den das Gemisch oder die Ansaugluft gegen die Kolbenbewegung einströmen kann. Hierdurch soll der Füllungsgrad verbessert werden. Das Auslassventil schließt, kurz nachdem der Kolben den oberen Totpunkt erreicht hat. Füllungsgrad Pro Zylinder gibt es mindestens ein Einlass- und ein Auslass-Ventil, aber auch 3 oder 4 Ventile pro Zylinder sind gängig, manchmal 5 Ventile (Audi). 4-Ventil-Motoren gelten im Vergleich zu Zweiventilern als leistungsstärker, weil der Gasaustausch leichter stattfindet. So genannte 16-V-Motoren sind meist 4-Zylinder-Motoren mit je 4 Ventilen pro Zylinder. Die Ventilsteuerung erfolgt über die Nockenwelle(n). Diese wird von der Kurbelwelle, heute zumeist über einen Zahnriemen oder eine Steuerkette, angetrieben und läuft mit halber Kurbelwellendrehzahl. Liegt die Nockenwelle unten (d.h. nicht über den Ventilen), werden die Ventile über sogenannte Stößelstangen betätigt, meist im Zusammenspiel mit Kipphebeln zur Betätigung der hängend angeordneten Ventile (OHV-Motor, overhead valves). Die Stößelstangen können entfallen, wenn die Nockenwelle oben liegt (OHC-Motor, overhead camshaft, aktuell die im PKW-Motorenbau am häufigsten verwendete Variante), die Ventile werden dann über Kipphebel oder Schlepphebel gesteuert. Die Verwendung von zwei obenliegenden Nockenwellen (DOHC-Motor, double overhead camshaft) ermöglicht durch die günstigere Anordnung der Ventile eine optimale, halbkugelförmige Brennkammerform des Zylinderkopfes und erlaubt die direkte, massearme Betätigung der Ventile über Tassenstößel. Vorteil des Viertaktmotors gegenüber dem Zweitaktmotor ist ein geordneter Gaswechsel durch die nahezu perfekte Trennung von Frischgas und Abgas, was auch einen geringeren Treibstoffverbrauch und besseres Abgasverhalten bedeutet. Im Gegensatz zum Zweitaktmotor verbrennt der Viertakter sein Schmieröl nicht. Es wird in einem geschlossenen Kreislauf von der Kurbelwellengetriegenen Ölpumpe zu den Schmierstellen gepumpt und fließt über Kanäle und Rohe zurück in die Ölwanne. Nachteil ist eine (zumindest theoretisch) geringere Leistungsdichte als bei Zweitakt- oder Kreiskolbenmotoren und der mechanisch aufwändigere Aufbau des Motors. Viertaktmotoren dominieren heute im gesamten Automobil- und Motorradbau, sogar bei Kleinstmotorrädern ab 50 cm³ kommen sie zum Einsatz. Kategorie:Verbrennungsmotor ja:4サイクル機関

Direkteinspritzung

Der Begriff Direkteinspritzung bezeichnet ein Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung, welches bei Dieselmotoren und Ottomotoren zum Einsatz kommen kann.

Direkteinspritzung bei Dieselmotoren

Prinzip

Bei der Direkteinspritzung wird der Kraftstoff zum Ende des zweiten Arbeitstaktes (Kompressionstakt) durch eine direkt in den Brennraum reichende Mehrloch-Einspritzdüse des Motors eingespritzt und feinst verteilt (vernebelt), anstatt in eine Vor- oder Wirbelkammer wie bei einem klassischen (Kammer-)diesel.

Zweck

Ziel der Direkteinspritzung ist, den spezifischen Kraftstoffbedarf zu reduzieren. Ebenso entfällt die (leistungszehrende) Vor- oder Wirbelkammer.

Ausführung

Eine Mehrloch-Düse (Injektor) ist das Kernstück der Diesel-Direkteinspritzung. Diese ermöglicht es, ein möglichst feinverteiltes Kraftstoff-Luft-Gemisch in kurzer Zeit zu erreichen. Dafür sind Hochdruckeinspritzpumpen notwendig. Derzeit sind Einspritzdrücke von bis zu 1800 bar bei der Common-Rail-Technik und 2500 bar beim Pumpe-Düse-System möglich (Stand 2005). In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, das die langläufige Regel eines möglichst hohen Eipspritzdruckes in der Praxis nicht die erwarteten Vorteile erbringt. So besteht ein großes Problem bei sehr hohen Drücken in der Stabilität des Kraftstoffstrahls. Die Zukunft zielt auf Drücke um 1500 Bar - jedoch kombiniert mit zusätzlichen Injektoren - Stichwort Multijet-Einspritzung.

Vorteile


- Im Vergleich zum Vorkammer- oder Wirbelkammerverfahren bietet das Direkteinspritzverfahren einen 5 bis 10% niedrigeren Energieverbrauch.
- Es entfallen die Verluste durch das Überströmen zwischen Kammer und Hauptbrennraum, ebenso sind die wärmeverlusterhöhenden Strömungsgeschwindigkeiten des Gemischs niedriger.
- Die Direkteinspritzung beim Diesel erlaubt kaltstartende Motoren und höhere Drehzahlen, weil die notwendige Verbrennungszeit geringer ist.
- Der Voreinspritzwinkel ist geringer und damit sind längere Gaswechselzeiten möglich.

Nachteile


- Ein Nachteil des Direkteinspritzers beim Diesel ist das lautere Verbrennungsgeräusch, wegen des großen Druckanstiegs stärker als "nagelnd" empfunden, als bei Kammermotoren. Aus diesem Grund wurden vor 1988 direkteinspritzende Dieselmotoren nahezu ausschließlich in LKW verwendet, trotz ihres besseren Wirkungsgrades gab es keine Großserien-PKW mit solchen Motoren.
- Die Kraftstoffverteilung ist eines der wesentlichen Probleme bei der Verbrennung. Um den spezifischen Brennstoffbedarf zu optimieren und Abgasemmissionen durch Dieselruß, Stickoxiden und anderen Verbrennungsrückständen gering zu halten, werden verschiedenste Formen der sogenannten Kolbenmulde angewandt. Durch deren Gestaltung soll eine bessere Durchmischung von Kraftstoff und Luft im Verbrennungsraum erzielt werden. Ebenso wird meist ein Drall erzeugender Einlasskanal realisiert, durch dessen wendelartige Form die in den Zylinder einströmende Luft für den Verbrennungsprozess günstig verwirbelt wird.
- Im Winterbetrieb stark verzögerte Heizwirkung.

Anwendung im PKW

Die erste Serienfertigung von Diesel-Direkteinspritzmotoren für PKW erfolgte - wenn auch in kleinem Rahmen - durch Ludwig Elsbett. Der erste Anwender in der Großserie war Fiat mit dem Modell Fiat Croma TD i.d. im Jahr 1988. Dieses Fahrzeug war mit einem Turbo-Dieselmotor mit 1929 cm³ Hubraum und 66 kW /90 PS Leistung ausgestattet. Audi und VW zogen bald nach und setzten das Diesel-Direkteinspritzverfahren 1990 in Großserien-PKW-Dieselmotoren mit der geschützten Marketingbezeichnung "TDI" (Turbodiesel Direct Injection) ein. Heute bieten zahlreiche Hersteller derartige Motoren unter verschiedenen Markenbezeichnungen an: Bei Peugeot heißt das System "HDI" (High pressure Direct Injection), bei Ford "TDCI" (Turbo Diesel Common Rail Injection), bei Mercedes-Benz "CDI" (Common Rail Direct Injection), etc.

Direkteinspritzung bei Ottomotoren

Prinzip

Im Gegensatz zum Dieselmotor, in dem der Einspritzvorgang in der Theorie zu Beginn des dritten Arbeitstaktes erfolgt, in der Praxis jedoch schon davor, wird beim direkteinspritzenden Ottomotor die Haupteinspritzmenge im zweiten Takt zugeführt. Für die im Ottomotor verwendete Gleichraumverbrennung muss die Gemischbildung zum Zeitpunkt der Zündung abgeschlossen sein um eine gleichmässige Verbrennung zu gewährleisten. Durch die direkte Einspritzung kann jedoch eine Ladungsschichtung erreicht werden, was insbesondere im Teillastbereich den Wirkungsgrad erhöht.

Zweck

Durch das Verfahren der Benzin-Direkteinspritzung wird bei Teillast ein zündfähiges Benzin-Luftgemisch nur um die Zündkerze erzeugt, während im Rest des Brennraumes ein (sehr) mageres Gemisch vorliegt (inhomogene Gemischverteilung im Brennraum). Bei Vollast beginnt der Einspritzvorgang bereits im ersten Arbeitstakt.

Vorteile


- Durch dieses Verfahren soll sich der spezifische Verbrauch im Teillastbereich dem des Dieselmotors annähern.

Nachteile


- Der Luftüberschuss bei Teillast führt zu einem höheren Stickoxid (NOx)-Anteil im Abgas, der mit hohem Technikaufwand wieder reduziert werden muss.
- Der Luftüberschuss stellt weiterhin ein Problem für die Abgasnachbehandlung im Katalysator dar, weil bei Teillast das Abgas prinzipbedingt einen zu hohen Restsauerstoffgehalt aufweist. Ferner sind die Abgastemperaturen niedriger, was die chemischen Reaktionen im Katalysator verlangsamt oder gar nicht in Gang kommen lässt.
- Die Praxis hat in den ersten Jahren der Einführung der Benzin-Direkteinspritzer gezeigt, dass die versprochenen Verbrauchs-Einsparungen nicht gehalten werden konnten.

Anwendung im PKW

Der erste Einsatz einer Otto-Direkteinspritzung bei einem PKW erfolgte 1951 bei den Modellen Gutbrod Superior und Goliath GT 700. Beide Fahrzeuge verwendeten einen seit 1949 unter der Leitung von Hans Scherenberg entwickelten Zweitaktmotor von 600 cm³ und 26 PS, die mit einer modifizierten Dieseleinspritzanlage von Bosch ausgerüstet waren. Die Fahrzeuge zeigten sehr gute Fahrleistungen und einen günstigen Benzinverbrauch, 30% weniger als die Vergaservariante. Scherenberg wechselte dann zu Mercedes-Benz. Ab 1952 wurde dort im Rennsport die Direkteinspritzung, ebenfalls von Bosch, verwendet. Von 1954 ab bot Mercedes-Benz die Technik im Modell 300 SL und 300 SC an. Ab 1957 wechselte man zur Saugrohreinspritzung, weil das Direkteinspritzverfahren Probleme mit der Ölverdünnung verursachte. Die erste Großserien-Anwendung eines direkteinspritzenden Ottomotors erfolgte 1997 durch Mitsubishi. Gasoline Direct Injection (GDI) ist seitdem die Marketingbezeichnung des japanischen Automobilherstellers. Der Volkswagen-Konzern folgte im Jahr 2000 mit dem FSI-Konzept (Fuel Stratified Injection, geschichtete Benzin-Direkteinspritzung). Daneben verfolgen auch andere Hersteller mit fantasievollen Kürzeln diesen Weg:
- Volkswagen mit TSI (Twincharged Stratified Injection),
- Renault mit IDE (Injection Directe Essence),
- Alfa Romeo mit JTS (Jet Thrust Stoichiometric),
- BMW ohne Kürzel im Modell 760 Li
- der Peugeot Citroën SA (PSA)-Konzern im Citroën C5/Peugeot 406) mit HPi (High-Pressure Direct-Injection Petrol Engine) mit Hochdruckeinspritzung und Schichtladung im Teillastbereich, ein "echter" Magermotor im Gegensatz zu Renault
- Daimler-Chrysler mit Stratified Charged Gasoline Injection (CGI) in einem Ottomotor mit 1,8 Liter Hubraum, mit Kompressorlader, Ladeluftkühler, Schichtladung sowie
- Ford mit SCi (Smart Charged injection).

Siehe auch


- TDI-Motorentechnik
- Elsbett-Motor
- Wirbelkammereinspritzung
- Vorkammereinspritzung

Weblinks


- [http://www.kfztech.de/kfztechnik/motor/otto/fsi.htm Die Benzin Direkteinspritzung - FSI] Kategorie:Einspritztechnik ja:燃料噴射装置

Nikolaus August Otto

Dr. phil. hc. Nicolaus August Otto (
- 14. Juni 1832 in Holzhausen an der Haide/Taunus, † 26. Januar 1891 in Köln) war ein deutscher Maschinenbauer und Erfinder des Ottomotors. Otto war Sohn eines Bauern, sein Vater hatte auch die Posthalterei des Ortes. Er durchlief eine Lehre als Kaufmann und verdiente seinen Lebensunterhalt nach seiner Lehrzeit als Handlungsgehilfe in den Städten Frankfurt am Main und in Köln. Bereits 1862 begann er erste Experimente mit Viertaktmotoren. 1863 baute er seine erste Gaskraftmaschine. 1864 gründete er zusammen mit dem Ingenieur Eugen Langen zunächst die erste Motorenfabrik der Welt, "N.A.Otto Cie", dann 1869 die "Gasmotorenfabrik Deutz", der heutigen DEUTZ AG. Gemeinsam erfanden sie einen nach dem Viertaktprinzip funktionierenden Gasverbrennungsmotor. Dabei benutzen sie als Grundlage ihrer Erfindung den von Lenoir erstmals entwickelten Gasmotor. Auf der Pariser Weltausstellung im Jahre 1867 präsentierten sie ihre Version eines Gasmotors zum ersten Mal der Öffentlichkeit. Diese neue Motorenentwicklung benötigte nur ein Drittel des Kraftstoffverbrauchs der bis dahin bekannten Motoren. Sie wurde mit einer Goldmedaille ausgezeichnet. Kraftstoffverbrauch Im Jahre 1876 gelang es Otto, einen Viertaktgasmotor mit verdichteter Ladung zu entwickeln. Dieser Motorentyp ist die Grundlage für den Bau von Verbrennungsmotoren bis zum heutigen Tag (deshalb auch immer noch der Name Ottomotor für alle Benzinmotoren mit Fremdzündung und Hubkolbenantrieb). 1884 erfand er die elektrische Zündung für seine Gasmotoren. Durch diese Neuerung wurde es möglich, auch flüssige Brennstoffe alternativ zum bisher ausschließlich verwendeten Gas zu benutzen. Weiterhin ist er der Namensgeber für den Otto-Prozess. Otto war mit Anna Gossi verheiratet, mit der er sieben Kinder hatte. Vor dem Bahnhof Köln-Deutz steht ein Denkmal für Nikolaus August Otto und Eugen Langen.

Siehe auch

Gustav Otto, Sohn von Nikolaus Otto

Weblinks


-
- [http://www.nicolaus-august-otto.de Nicolaus August Otto e.V.]
- [http://www.loreley.de/otto-museum/Default.htm N.-A.-Otto-Museum in Holzhausen] Otto, Nikolaus Otto, Nikolaus Otto, Nikolaus Otto, Nikolaus Otto, Nikolaus Otto, Nikolaus

Etienne Lenoir

Jean Joseph Étienne Lenoir (
- 12. Januar 1822 in Mussy-la-Ville (deutsche Bezeichnung: Mutzich, Mutzig oder Missach), Luxemburg, seit 1839 Belgien; † 7. August 1900 in La Varenne bei Paris, Frankreich) war ein Erfinder (80 Patente) und Geschäftsmann. Lenoir wurde Ritter der Ehrenlegion (Chevalier de la Légion d’Honneur) und erhielt die französische Staatsbürgerschaft. Er konstruierte 1860 den ersten brauchbaren Gasmotor, 1863 das erste damit angetriebene Straßenfahrzeug und 1866 ein gasbetriebenes Motorboot. Mit dem Straßenfahrzeug (Gasmotorwagen) legte er die 9 km lange Strecke von Paris nach Joinville-le-Pont und zurück in etwa 3 Stunden zurück. Die gesamte europäische Presse berichtete über den Lenoirschen Gasmotorwagen. Der russische Zar Alexander II. kaufte daraufhin ein solches Fahrzeug. Nikolaus Otto orientierte sich bei der Entwicklung seines Ottomotors am Gasmotor von Lenoir. Lenoir, Etienne Lenoir, Etienne Lenoir, Etienne Lenoir, Etienne Lenoir, Etienne

Gottlieb Daimler

] Gottlieb Daimler (eigentlich Däumler,
- 17. März 1834 in Schorndorf; † 6. März 1900 in Cannstatt bei Stuttgart) war ein deutscher Ingenieur, Konstrukteur und Industrieller. Daimler entwickelte das erste funktionsfähige Kraftfahrzeug modernen Typs.

Leben

Daimler wurde am 17. März 1834 in Schorndorf, als Sohn des Bäckermeisters Johannes Däumler und dessen Ehefrau Frederika geboren. Nachdem er die Realschule 1848 abgeschlossen hatte, ließ sich Daimler zum Büchsenmacher ausbilden. 1852 beendete er die Ausbildung mit der Gesellenprüfung. 1853 begann er durch Vermittlung des württembergischen Wirtschaftsförderers Ferdinand von Steinbeis in einer Maschinenbaufirma im elsässischen Graffenstaden zu arbeiten. 1857 verließ er die Firma und begann ein Maschinenbaustudium an der Polytechnischen Schule in Stuttgart, wo er sich dem Corps Stauffia anschloss. Nach Ende seines Studiums und mehreren von Steinbeis initiierten Studienreisen ins Ausland begann er 1862 als Konstrukteur für die Metallwarenfabrik Straub in Geislingen an der Steige zu arbeiten. 1865 wurde ihm die Leitung der Maschinenfabrik eines Waisenheims in Reutlingen übertragen, wo er zum ersten Mal mit Wilhelm Maybach zusammentraf. 1867 heiratete Daimler die Apothekerstochter Emma Kunz, mit der er fünf Kinder hatte, darunter Sohn Paul Daimler. 1869 übernahm Daimler den Vorstand der Werkstätten der Karlsruher Maschinenbaugesellschaft. Kurze Zeit später fing auch Maybach an, als Technischer Zeichner in der Firma zu arbeiten. Nach drei Jahren wechselte Daimler von der Maschinenbaugesellschaft zur Gasmotorenfabrik Deutz, wo er von Nikolaus Otto die Leitung der Werkstätten übertragen bekam. Auch Maybach wechselte zu Deutz und brachte 1872 unter der Leitung Daimlers den Ottomotor zur Serienreife. Unter der Leitung Daimlers entwickelte sich die Firma von einer kleinen Werkstatt zu einem seinerzeitigen Weltunternehmen. Ottomotor Nach einem Streit zwischen Daimler und Otto verließ Daimler 1882 die Firma Deutz und gründete in Cannstatt eine Versuchswerkstatt. Sein Ziel war die Entwicklung kleiner, schnell laufender Verbrennungsmotoren, die universell einsetzbar sein sollten und Fahrzeuge aller Art zu Lande, zu Wasser und in der Luft antreiben konnten. Nach einem Jahr (1883) meldete er einen gemeinsam mit Maybach entwickelten Einzylinder-Viertaktmotor an und optimierte den Einsatz von Benzin als Treibstoff. Eine weitere Erfindung von Daimler und Maybach war der 1885 konstruierte "Reitwagen", das erste Motorrad der Welt. Daurauf folte der Einbau des "Ottomotors" in ein Boot und damit die Erfindung des Motorbootes. Im Oktober 1886 baute Daimler seinen Motor in eine von Wilhelm Wimpff gefertigte Kutsche, womit er als Erfinder der 4-rädrigen Kraftwagens gilt. (Die "Kraftdroschke" von Carl Benz besaß nur 3 Räder.) 1887 baute Daimler einen Motor in eine Ausstellungsbahn (Straßenbahn) ein. Nicht lange danach "erfand" Daimler den Lastwagen. Straßenbahn Straßenbahn Um die entwickelten Motoren vertreiben zu können, ließ Daimler in den Jahren 1886-1889 einen Motorwagen von Maybach konstruieren, der auf der Pariser Weltausstellung vorgeführt wurde. Zeitgleich konstruierte Carl Friedrich Benz das erste Automobil. 1887 gründete Daimler eine Fabrik in Cannstatt und rüstete 1888 die Gondel eines Gasballons mit einem Motor aus. So entstand eines der ersten Luftschiffe. 1890 geriet die Firma in Schwierigkeiten, da sie nicht genügend Fahrzeuge verkaufen konnte. Zur Sanierung des Betriebs gründete Daimler die Daimler-Motoren-Gesellschaft, an der neben ihm und Wilhelm Maybach die Indstriellen Max Duttenhofer und Wilhelm Lorenz beteiligt waren. Wegen Streitigkeiten mit Lorenz trat Daimler 1893 aus der Gesellschaft aus. In der Zwischenzeit hatte er zusammen mit Maybach 1892 den ersten Zweizylinder-Reihenmotor entwickelt. Nach dem Tod seiner Frau 1889 heiratete er 1893 Lina Schwend, mit der er zwei Kinder hatte. Durch die Unterstützung des britischen Industriellen Frederick R. Simms, der die Rechte am Phönix-Motor nur bei einer Rückkehr Daimlers in die Daimler-Motoren-Gesellschaft erwerben wollte, wurde Daimler 1894/95 wieder Anteilseigner und schließlich Vorsitzender des Aufsichtsrats. Er ließ 1899 von Maybach einen Rennwagen bauen, der auf den Namen Mercedes getauft wurde (nach dem Vornamen der Tochter von Daimlers Fahrer, Konstrukteur und Händler Emil Jellinek). Emil Jellinek] 1900 starb Gottlieb Daimler in Cannstatt bei Stuttgart und wurde dort auf dem Uff-Kirchhof beerdigt. Seiner Familie hinterließ er etwa ein Viertel des Aktienkapitals der Daimler-Motoren-Gesellschaft. Daimler hatte Lizenzgebühren aus Frankreich unterschlagen und Duttenhofer erwirkte, mit der Androhung eines Skandals, von der Familie einen Verzicht auf alle Führungsansprüche. Kurz darauf wurde eine Kapitalerhöhung beschlossen, durch die die Familie Daimler in die Rolle eines Kleinaktionärs der Daimler-Motoren-Gesellschaft zurückgedrängt wurde, und keinerlei Einfluss auf deren weitere Entwicklung mehr nahm. 1926 wurde die Daimler-Motoren-Gesellschaft mit der Firma von Carl Benz zur Daimler-Benz AG verschmolzen.

Siehe auch


- Mercedes-Benz Museum in Stuttgart-Untertürkheim
- 1993 wird das Neckarstadion in Bad Cannstatt in Gottlieb-Daimler-Stadion Stuttgart umbenannt
- Daimler Motor Company

Literatur


- Harry Niemann: Gottlieb Daimler. Fabriken, Banken und Motoren. 1. Auflage. Delius Klasing, Bielefeld 2000, ISBN 3-7688-1210-3

Weblinks


-
- [http://www.dhm.de/lemo/html/biografien/DaimlerGottlieb/ Biografie Gottlieb Daimlers im LeMO]
- [http://automarken.net/biografien/daimler.shtml Biografie Gottlieb Daimlers bei automarken.info]
- http://www.proaltcannstatt.de/Daimler.htm
- http://www.mercedes-benz.com/com/d/home/heritage/museum/index.html - Das Mercedes-Benz Museum
- http://www.daimler.co.uk/ „Daimler - Britains oldest Automobile Marqué“
- http://www.daimler-benz-stiftung.de/home/de/start.html
- http://www.seelberg.de/mobil/daimler/index.html Seelberg.de - Gottlieb Daimler in Cannstatt
- http://www.mb-portal.net/html/story/story0.htm Pioniere des Automobilbaus
- http://www.zeit.de/2004/15/M-Daimler "Die Zeit": Der Tüftler im Glashaus Daimler, Gottlieb Daimler, Gottlieb Daimler, Gottlieb Daimler, Gottlieb Daimler, Gottlieb Daimler, Gottlieb Daimler, Gottlieb Daimler, Gottlieb

Carl Benz

Carl Friedrich Benz (Karl Friedrich Michael Benz) (
- 25. November 1844 in Karlsruhe; † 4. April 1929 in Ladenburg) war ein deutscher Ingenieur und Automobilpionier.

Leben

Benz wurde am 25. November 1844 als Karl Friedrich Michael Vaillant im heutigen Karlsruher Stadtteil Mühlburg geboren. Ein Jahr nach seiner Geburt heiratete seine Mutter Josephine Vaillant den Vater Johann Georg Benz. Der Lokomotivführer starb 1846, ein Jahr nach der Hochzeit. Danach war sein Name Karl Friedrich Michael Benz, den er später in Carl Friedrich Benz änderte. Ab 1853 besucht er das naturwissenschaftlich orientierte Lyzeum in Karlsruhe. Mit 15 Jahren besteht Carl Friedrich am 30. September 1860 die Aufnahmeprüfung an der Polytechnischen Hochschule (später Technische Hochschule) in Karlsruhe. Nach vier Jahren beendet er am 9. Juli 1864 mit Erfolg sein Studium. Am 20. Juli 1872 heiratet er Bertha Ringer. Der deutsche Maschinenbauingenieur wurde zum Pionier der Automobilindustrie. Am 25. November 1914 verleiht die Technische Hochschule Karlsruhe Carl Friedrich Benz den Ehrendoktortitel. Benz stirbt am 4. April 1929 im Alter von 84 Jahren in Ladenburg an den Folgen eines Bronchialkatarrhs (Entzündung der Bronchien).