2 - Geschichtlicher Überblick

2.2 - Spezifische Beispiele

2.2.1 - Thermodynamik der Verbrennungsmotoren

2.2.1.7 - Die Verbrennung

Die Verbrennung findet auf zwei verschiedene Arten statt:

- zyklisch in den Kolbenmotoren nach jedem Austausch des Gemischs;

- kontinuierlich bei den Gasturbinen.

Die zyklische Verbrennung stellt die meisten Probleme, und muss sogar in einer Rekordzeit stattfinden. So findet in einem Viertaktmotor mit 6000 Umdrehungen pro Minute eine Umdrehung in: 1/(6000/2/60) = 1/50 = 0,02 s statt.

Da aber eine Umdrehung Ansaugen, Verdichtung, Expansion und Auslass umfasst und die Verbrennung nur während der Expansionsphase stattfindet, darf diese nur: 0,02/4 = 0,005 s dauern.

Diese Zeiten werden bei einem Zweitaktmotor ungefähr durch drei geteilt.

Bei Motoren mit homogener Mischung und Fremdzündung ist die Zündungsphase zeitlich praktisch konstant und hängt nur von der Gemischzusammensetzung ab, während die Wärmeentwicklung vor allem durch die Form der Brennkammer und durch die Position des Zündzeitpunktes bestimmt wird.

Die Verbrennungsgeschwindigkeit wird durch die Ausbreitung der Flammenfront, durch die Intensität der Verwirbelungen und durch die Temperaturentwicklung im noch nicht verbrannten Teil der Mischung bestimmt.

Da die Zündungsdauer zeitlich konstant ist und diese vor der Expansion stattfinden muss, ist ein System zur Regelung des Zeitpunktes der Zündung notwendig, sodass die in dem Treibstoff gespeicherte Energie ihr Maximum erreicht, wenn sie in mechanische Energie umgewandelt wird (bei der Expansion).

Bei Motoren mit heterogener Mischung findet die Selbstzündung kurz vor Ende der Verdichtung statt. Der Treibstoff wird dann in stark komprimierte Luft eingespritzt und auf eine Temperatur zwischen 700° und 900° Celsius aufgeheizt.

Die Verbrennung findet in zwei Phasen statt, was beweist, dass es sich wirklich um eine Verbrennung nach dem Zyklus von Sabathé handelt:

- eine Phase, bei der sich der Treibstoff, der vor der Zündung eingespritzt wurde, entzündet: dies ist der isochore Wärmebeitrag nach dem Kreislauf von A. Beau von Rochas;

- eine Phase, bei dem sich der Treibstoff, der nach Beginn der Verbrennung eingespritzt wurde, verbrannt wird: dies ist der isobare Wärmebeitrag nach dem Kreislauf von R. Diesel.

Die kontinuierliche Verbrennung in der Gasturbine oder in Motoren mit externer Verbrennung muss stabil und regelmäßig sein. Dies ist die an diese Motorenarten gestellte Hauptanforderung.

2.2.1.8 - Thermodynamischer Wirkungsgrad

Der thermodynamische Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors hängt von der Menge der abgegebenen, also verlorenen Wärme ab. Er ist:

η = (θ′ - θ′′) / θ′′

wo	η	der Wirkungsgrad ist,
	θ′	die zugeführte Wärmemenge ist und
	θ′′	die abgegebene Wärmemenge ist.

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