Thermische Maschinen, Verbrennungsmotoren & Kraftstoffe

Thermische Maschinen und Motortypen

Maschinen wandeln thermisch-mechanische Energie in Wärme um oder umgekehrt.

Wärmekraftmaschinen (Externe Verbrennung)

Bei der externen Verbrennung wird der Brennstoff außerhalb des Arbeitsraumes verbrannt. Die dabei entstehende Wärme wird genutzt, um Wasser zu verdampfen. Die Gase treiben dann über eine Vorrichtung (z. B. Kolben) die Arbeit an.

Interne Verbrennungsmotoren

Bei Verbrennungsmotoren findet die Verbrennung intern statt. Die entstehenden Gasprodukte sind für den Antrieb der Arbeit verantwortlich.

Klassifizierung nach Bewegung

• Hubkolbenmaschinen (Alternative Maschinen): Verfügen über einen Kolben, der eine geradlinige Hin- und Herbewegung ausführt. Ein Kurbelmechanismus wandelt diese Bewegung in eine Drehbewegung um.
• Rotationsmaschinen (Rotary Maschinen): Erzeugen die Drehbewegung direkt.

Funktionsweise der Dampfmaschine

1. Dampferzeugung: Dampf tritt im Kessel ein.
2. Dampfleitung: Der Wasserdampf gelangt unter hohem Druck zum Zylinder und zur Steuerung (Distributor).
3. Arbeitshub: Die Steuerung verteilt den Dampf im Zylinder, wodurch der Kolben die abwechselnde (Hin- und Her-) Bewegung ausführt.

Wankel-Motor

Der Wankelmotor führt die vier Takte (Ansaugen, Kompression, Expansion/Arbeit, Ausstoßen) in drei Kammern durch.

Der 4-Takt-Otto-Motor

Der Otto-Motor ist ein 4-Takt-Motor, der die geradlinige Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung umwandelt.

1. 1. Takt (Ansaugen/Eintritt): Der Kolben erreicht den oberen Totpunkt (OT). Das Einlassventil wird durch die Nockenwelle und die Steuerkette geöffnet. Durch den entstehenden Unterdruck wird Luft von außen angesaugt und der Zylinder gefüllt. Benzin wird mittels elektronischer Einspritzung (gesteuert durch einen Mikroprozessor) dosiert eingespritzt.
2. 2. Takt (Kompression): Der Kolben bewegt sich nach oben und komprimiert das Luft-Kraftstoff-Gemisch.
3. 3. Takt (Arbeit/Explosion): Die Zündkerze entzündet das komprimierte Gemisch und verursacht die Explosion.
4. 4. Takt (Ausstoßen/Auslass): Das Auslassventil öffnet sich. Die Abgase werden durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens ausgestoßen.

Kraftstoffe (Combustibles)

• Benzin: Leicht entzündlich und sehr flüchtig. Die Zahlen 95 oder 98 beziehen sich auf die Oktanzahl (ROZ), welche die Klopffestigkeit (antidetonierende Wirkung) misst.
• Dieselkraftstoffe: Sind ähnlich in der Zusammensetzung wie Benzin, jedoch dichter und weniger flüchtig. Sie müssen gut gefiltert werden, da Verunreinigungen den Dieselmotor beschädigen können.
• Biokraftstoffe: Werden durch die Umwandlung von Biomasse gewonnen.
  • Biodiesel: Wird aus verschiedenen Pflanzenölen gewonnen und kann rein oder beigemischt verwendet werden.
  • Bioalkohole: Werden ebenfalls aus Biomasse gewonnen. Die wichtigsten sind Methanol und Ethanol.

Umweltaspekte und Emissionsreduzierung

Saurer Regen

Schwefel- und Stickoxide reagieren chemisch in der Atmosphäre und werden in Säuren umgewandelt, die sich mit Wasserdampf in den Wolken vermischen und als Saurer Regen niedergehen.

Maßnahmen zur Verringerung schädlicher Auswirkungen

• Verbesserung der Motorleistung, um den Kraftstoffverbrauch zu senken.
• Optimierung der Abgassysteme und Mechanismen zur Emissionsreduzierung.
• Entwicklung alternativer, umweltfreundlicher Antriebssysteme.
• Reduzierung des Wärmeverlusts zur Steigerung der Effizienz der Maschine.