2 - Überblick

2.2 - Sonderfälle

2.2.2 - Mechanische Konfiguration der Verbrennungsmotoren

2.2.2.1 - Viertakt- und Zweitakt-Benzin-Kolbenmotoren

Der Benzin-Kolbenmotor ist ein Motor mit homogenem Luft-Brennstoff-Gemisch und gesteuerter Zündung.

Der Brennstoff ist hauptsächlich Benzin, kann aber auch ein Ersatzprodukt sein wie Autogas.

Die Mischung erfolgt im Vergaser oder indirekt im Saugrohr oder direkt im Zylinder, in den der Brennstoff zyklisch eingespritzt wird.

Das Gemisch wird regelmäßig in einem Arbeitszylinder bis auf eine Druck zwischen 15 und 25 bar komprimiert.

Die dabei entstehende Verdichtungstemperatur variiert zwischen 400° und 600° Celsius und liegt noch unter der Schwelle zur Selbstzündung, sodass das Gemisch entzündet werden muss, um die Umwandlung von Brennstoff in Wärmeenergie zu erreichen.

Die durch einen Funken ausgelöste Entzündung erfolgt unter sehr hoher Geschwindigkeit. Sie erzeugt eine Erhöhung des Drucks, bis er etwa siebenmal so hoch liegt wie der am Ende der Verdichtung, während der mittlere wirksame Druck ungefähr dem am Ende der Verdichtung erreichten Druck entspricht.

Diese Werte können aufgrund der gleichzeitig auftretenden Variablen nicht exakt berechnet werden. Dies ist einer der Gründe dafür, dass ein Benzinmotor weitestgehend auf der Basis empirischer Daten gebaut wird.

Der Austausch des Brennstoffs erfolgt in einem Viertaktmotor mit Hilfe einer Ventilvorrichtung oder in einem Zweitaktmotor über Öffnungen in der Nähe des unteren Totpunkts.

Die erzeugte Nutzarbeit wird mittels einer mit einer Kurbelwelle verbundenen Pleuelstange in ein am Ende der Kurbelwelle zur Verfügung stehendes Drehmoment verwandelt. Diese Kurbelwellen-Pleuelstangen-Einheit ist komplex und es ist erforderlich, dass der Motor im Leerlauf mit zwischen 800 und 1200 Umdrehungen pro Minute dreht, um nicht abgewürgt zu werden. Dies bedeutet einen hohen Brennstoffverbrauch, besonders bei nicht fließendem Verkehr.

Wir können jetzt sagen, dass:

- das Verhältnis zwischen maximaler Ermüdung der dem Spitzendruck unterliegenden mechanischen Teile und der mittleren Ermüdung eben dieser Teile gleich dem Spitzendruck zum wirksamen mittleren Druck ist;

- die Abmessungen dieser Teile bestimmt wird durch den Spitzendruck, zu dem ein Sicherheitsbereich hinzukommt und nicht durch den wirksamen mittleren Druck, was bedeutet, dass die Teile weit über Maß konzipiert werden.

Vorteile des Benzinmotors:

- Konzipierung seit Jahrzehnten im Griff;

- ökonomische Strukturen auf Basis dieses Motors;

- die Konfiguration Kolben/Zylinder begünstigt hohe Drücke.

Nachteile des Benzinmotors:

- hoch entwickelte Brennstoffe sind erforderlich;

- schlechtes Verhältnis Spitzendruck zu Mindestdruck

- schlechter Ertrag: nur etwa 30% der im Brennstoff enthaltenen Wärmeenergie wird in mechanische Energie umgewandelt;

- relativ hohe toxische Emissionen: NO, HC, CO;

- laut;

- Getriebe erforderlich.

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