Vitali Geist Andreas Reinbold Sebastian Bärwolf Maurice Lange Stefan Heber Stefan Adam

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1 Vitali Geist Andreas Reinbold Sebastian Bärwolf Maurice Lange Stefan Heber Stefan Adam

2 Gliederung 1. Diesel-Motor seine Geschichte 2. Aufbau 2.1. Motorgehäuse 2.2. Kurbeltrieb 2.3. Motorsteuerung 2.4. Gemischbildungsanlage 2.5. Hilfseinrichtungen 3. Arbeitsweise Takt, 2-Takt 3.2. Ablauf 3.3. Duckverhältnis 4. Einleitung nach Art der Zylinderanordnung 4.1. Welche Zylinderanordnungen gibt es? 4.2. Vor und Nachteile 5. Quellenverzeichnis Stefan Adam, Maurice Lange, Sebastian Bärwolf Seite 2 von 25

3 1. Geschichte Rudolf Diesel präsentierte im Jahre 1895 zum ersten Mal einen Motor mit Kompressionszündung - den "Diesel". Dieser Motor verbrauchte weniger Sprit als der schon bekannte Otto-Motor und er erzielte höhere Leistungen. Ein Gesetz wurde er in Schiffs- und Stationärmotoren. Im Jahre 1922 befasste sich Robert Bosch mit der Entwicklung des Einspritzsystems; und 1927 verließen auch schon die ersten serienmäßig gefertigten Einspritzpumpen das Werk. Endlich schaffte auch der Dieselmotor den Durchbruch. Später wurde er auch im Kraftfahrzeugsektor eingesetzt..ein Dieselmotor ist ein Verbrennungsmotor, bei dem der Kraftstoff während der zweiten Hälfte des Verdichtungsvorgangs in die heiße Vor- oder Wirbelkammer, beim Direkteinspritzverfahren am Ende des Verdichtungsvorgangs in die im Verbrennungsraum enthaltene stark verdichtete Luft eingespritzt wird. Die Temperatur der verdichteten Luft ist so hoch, dass der eingespritzte Kraftstoff sich selbst entzündet. Eine Zündkerze wird deshalb nicht benötigt, dafür haben viele (Kammer-) Dieselmotoren zur Unterstützung des Kaltstarts eine Glühkerze. Der Dieselmotor wurde 1892 von Rudolf Diesel erfunden. Ursprünglich wurde er mit Pflanzenöl betrieben. Der aus Erdöl hergestellte Dieselkraftstoff wurde erst später massenproduziert und nach ihm benannt. Seit Ende des 20. Jahrhunderts wird zunehmend auch der so genannte Biodiesel RME (Rapsölmethylester) eingesetzt. Stefan Adam, Maurice Lange, Sebastian Bärwolf Seite 3 von 25

4 Natürlich können die meisten heutigen Dieselmotoren auch mit Pflanzenöl betrieben werden, insbesondere der verbesserte Elsbett -Motor. Beim Diesel-Verbrennungsverfahren wird im Gegensatz zum Verbrennungsverfahren beim Ottomotor kein brennbares Luft-Kraftstoff-Gemisch angesaugt. Dieselmotoren arbeiten im Gegensatz zu Ottomotoren mit einem starken Luftüberschuss. Es gibt verschiedene Einspritzverfahren, z.b. Vorkammereinspritzung, Wirbelkammereinspritzung, Direkteinspritzung, hierbei verschiedene Technologien zum Aufbau der hohen Einspritzdrücke ( bar) z.b. Common Rail, Pumpe-Düse-System. Vorteile des Dieselmotors gegenüber seinem nächsten Verwandten, dem Ottomotor, sind ein besserer Wirkungsgrad und der daraus resultierende geringere spezifische Kraftstoffverbrauch sowie billigere und ungefährlichere Kraftstoffe. Nachteilig sind die aufwendigere und infolge höherer Arbeitsdrücke massivere Konstruktion, das daraus resultierende schlechtere Masse- Leistungs-Verhältnis sowie die höhere Geräuschemission durch größere Druckgradienten bei der Verbrennung. Beim Betrieb von Dieselmotoren entsteht Dieselruß, der bei modernen Konstruktionen durch einen Russfilter aufgefangen wird. Der erste Hersteller von Kraftfahrzeugen, der einen Partikelfilter serienmäßig einbaute, war Peugeot in der 7-er Serie, wodurch er seit dem Jahr 2000 die ab gültige Abgasnorm EU 4 bereits übererfüllte. (0,001 g/km von 0,025 g/km). Erst 2003 beginnen langsam auch die anderen Hersteller zu reagieren. Stefan Adam, Maurice Lange, Sebastian Bärwolf Seite 4 von 25

5 2. Der Motoraufbau: 2.1 Motorgehäuse: Zu Motorgehäuse gehören: Zylinderkopfhaube Zylinderkopf Zylinder Kurbelgehäuse Ölwanne Stefan Adam, Maurice Lange, Sebastian Bärwolf Seite 5 von 25

6 2.2 Kurbeltrieb Aufgabe: Das Pleuel soll die Hubbewegung des Kolbens auf die Drehbewegung der Kurbelwelle übertragen. Dabei kommt es sehr auf das Gewicht an. Zusätzlich stellt das Pleuel die Leitung für die Schmierung zur Verfügung. Funktion Pleuelstangen werden einerseits durch große Kräfte auf Zug/Druck und Biegung/Knickung beansprucht, sollen a- ber andererseits wegen der Massenkräfte leicht sein. Deshalb können sie auch aus einer Aluminium oder Titan- Legierung hergestellt sein, sehr selten aus Karbonfaser, öfter aus Kugelgraphitguss, Vergütungsstahl oder Sinterwerkstoffen. Bei hoher Beanspruchung werden sie im Gesenk geschmiedet. Pleuel haben einen Schaft mit Doppel- T- Querschnitt. Bei besonders Hochbelasteten Motoren gibt es auch Pleuel aus Titan oder Kohlefaser. Das Gewicht der Pleuel eines Kurbeltriebs sollte nicht nur insgesamt, sondern auch nach Anteilen am oberen kleinen und am unteren großen Pleuelauge gleich sein. Das große Pleuelauge ist bei Gleitlagern und selten noch bei Wälzlagern geteilt. Dabei wird es z.b. bei sintergeschmiedeten Pleuelstangen einteilig hergestellt und dann gezielt gebrochen (gecrackt). Die beiden Hälften werden durch Dehnschrauben zusammen gehalten. Bei groß dimensionierten Kurbelzapfen (Dieselmotoren) können sie schräg geteilt sein, um es trotz großem Durchmesser des Pleuellagers von oben durch den Zylinder schieben zu können. Die Schmierung des großen Pleuelauges erfolgt durch Bohrungen in der Kurbelwelle von den Hauptlagern aus, beim kleinen häufiger durch Spritzöl und durch eine Bohrung im Schaft. Stefan Adam, Maurice Lange, Sebastian Bärwolf Seite 6 von 25

7 2.3 Motorsteuerung: Gaswechsel Nocken Nockenwelle Zahnriemen (Montage) Steuerkettenantrieb Zahnriemenantrieb Steuerkette Steuerkettenantrieb Königswelle König Steuerdiagramm Steuerkette Steuerdiagramm Ventil u. s. w. Die Motorsteuerung soll den Zustrom von Frischgas und die Abfuhr von Altgas so regeln, dass in den einzelnen Betriebszuständen bestimmte Abgas-, Verbrauchs- und Drehmomentanforderungen erreicht werden. Funktion Außer bei den meisten Zweitaktmotoren werden beim Hubkolbenmotor Ventile für die Motorsteuerung eingesetzt, die von einer oder mehreren Nockenwellen betätigt werden. Bei Pkw-Motoren treibt die Kurbelwelle über Zahnriemen, Steuerkette und Stirnräder bzw. Königswelle(n) die Nockenwelle(n) im Zylinderkopf an. Bei größeren Lkw-Motoren ist eine Nockenwelle in den meisten Fällen noch im Zylinderblock gelagert und wird durch Stirnräder oder Steuerkette angetrieben. Wichtig Die Kurbelwelle hat beim Viertaktmotor gegenüber der Nockenwelle die doppelte Dreh zahl. 2.4 Gemischbildungsanlage Innere Gemischbildung Internal Mixture Formation Aufgabe: Bei der inneren Gemischbildung wird beim Dieselmotor eine geregelte Menge Kraftstoff gegen Ende der Verdichtung indirekt in den Nebenbrennraum oder in eine Vertiefung im Kolbenboden direkt eingespritzt und dadurch die Verbrennung eingeleitet. Die Gemischbildung erfolgt beim Dieselmotor immer erst im Brennraum, den Benzinmotor gibt es mit Stefan Adam, Maurice Lange, Sebastian Bärwolf Seite 7 von 25

8 innerer und äußerer Gemischbildung. Funktion. Beim Dieselmotor ist in jedem Betriebszustand mindestens 30 bis 40% mehr Luft als für die Verbrennung notwendig vorhanden. Da diese hoch verdichtet ist, wird mit sehr hohem Druck (z. T. über 2000 C) eingespritzt. Wegen der immer schärferen Abgasbestimmungen wurden mechanischhydraulische Systeme für die Regelung von Einspritzmenge und Einspritzzeitpunkt durch elektronische ersetzt. Eine vom Motor mechanisch angetriebene Pumpe erzeugt auch weiterhin den hohen Einspritzdruck. Im Prinzip unterscheiden sich die innere Gemischbildung des Diesel- und des Benzinmotors nur durch die Zündanlage, die der Benzinmotor weiterhin braucht. Dadurch kann seine Direkteinspritzung auch am Anfang des Verdichtungstaktes oder im Ansaugtakt erfolgen. Hinzu kommen die mit ca. 100 bar wesentlich geringeren Einspritzdrücke. 2.5 Hilfseinrichtungen: -ZÜNDANLAGE -HUBSCHIEBERPUMPE - VERTEILERPUMPE - COMMON RAILS -PUMPE-DÜSE -PUMPE-LEITUNG-DÜSE -MOTORSCHMIERUNG -MOTORKÜHLUNG AUSPUFFANLAGE Zündanlage: Aufgabe Luft muss beim Dieselmotor so heiß sein, dass sich der Dieselkraftstoff beim Einspritzen unter hohem Druck entzündet. Funktion Wenn reine Luft hoch genug verdichtet wird, erreicht sie eine ausreichende Zündungstemperatur für Kraftstoff, der eingespritzt wird. Bei laufendem Motor wird diese Wärme auch bei niedrigen Außentemperaturen bei einer Verdichtung von mindestens 18:1 (ohne Aufladung) erreicht. Beim Kaltstart ist bei be- Stefan Adam, Maurice Lange, Sebastian Bärwolf Seite 8 von 25

9 stimmten Systemen (z.b. Nebenbrennraum-Verfahren) eine elektrische Glühanlage erforderlich. Wichtig Wenn auch die Unterschiede zwischen Otto- und Dieselmotor langsam verschwinden, die Selbstzündung ist und bleibt typisch für den Dieselmotor. Pumpe-Düse-System: Das Pumpe-Düse-System ist die derzeit neueste Entwicklung auf dem Gebiet der Gemischaufbereitung in Kraftfahrzeugen. Mit dem Pumpe-Düse-System (kurz: PD) erreicht man heute auch weit höhere Einspritzdrücke als noch bei der Common-Rail-Technik. Hierbei bilden Pumpe und Einspritzventil eine Einheit. Es wird dadurch an jedem Zylinder separat der maximale Einspritzdruck von derzeit bar erzeugt. Das Einspritzsystem ist in den Zylinderkopf integriert. Der Druckaufbau geschieht mechanisch. Durch einen zusätzlichen Nocken wird über Rollenkipphebel und Stössel ein kleiner Plunger (hier: eine Art Kolben) betätigt. Der Nocken ist so geformt, dass dies mit Hochgeschwindigkeit geschieht, um den benötigten Hochdruck schnell aufzubauen. Der Druckaufbau im so genannten Plungerraum unter dem Kolben und damit der Einspritzverlauf wird von einem Magnetventil zeitlich gesteuert. Der Druckaufbau kann erst entstehen, wenn das Magnetventil (elektrisch) geschlossen wird. Das schnelle Öffnen des Magnetventils sorgt für ein scharfes Ende der Einspritzung, was für eine vollständige und saubere Verbrennung sehr wichtig ist. Hubschieberpumpe Mit Hilfe des Hubschiebers, der über ein Gestänge von einem Magnet verschoben wird, können der Spritzbeginn und das Spritzende vom Steuergerät bestimmt werden. Überdeckt der Pumpenkolben die Bohrung im Steuerschieber, ist Förderbeginn. Stefan Adam, Maurice Lange, Sebastian Bärwolf Seite 9 von 25

10 Pumpenelement Verteilerpumpe Betätigen der Hubscheibe (gestreckt dargestellt), Hubbewegung des Steuerkolbens. Betätigen des Regelschiebers. Eignet sich optimal zur Erarbeitung von Füllung, Verteilung, Abreglung. Common rail Hochdruckpumpe Durch Drehen des Betätigungshebels sieht man die Funktion des Exzenternockens und die Pumpwirkung der Pumpenkolben. Des Weiteren kann das Ansaugen des Kraftstoffes über das Blättchenventil aus dem Pumpeninnenraum. Pumpe-Düse-Einspritzsystem Funktion des Magnetventils Voreinspritzung und Haupteinspritzung. Pumpe-Leitungs-Düse Zusammenwirken von Kolben, Pleuel und Kurbelwelle und Weitergabe der Kraft über Zahnräder und den Nocken auf den Pumpenkolben. Funktion der Einspritzdüse und des Magnetventils zur Steuerung des Spritzbeginns und der Einspritzmenge. Stefan Adam, Maurice Lange, Sebastian Bärwolf Seite 10 von 25

11 Motorschmierung Aufgabe Die Schmierung soll für einen tragfähigen Schmierfilm sorgen, Reibung an gleitenden Teilen verringern, Wärme in den Ölsumpf abführen, Verunreinigungen in der Schwebe zu halten, abzudichten, blanke Metallteile vor Korrosion zu schützen und zusätzlich geräuschdämpfend zu wirken. Funktion Der Motor und das Automatikgetriebe werden jeweils durch eine Pumpe geschmiert. Im Wechselgetriebe und Achsantrieb tauchen Zahnräder in Öl ein und wirbeln es in Tröpfchenform zu allen Schmierstellen. Der Zweitakter arbeitet mit einer Mischung aus Kraftund Schmierstoff. Bei Viertakt-Verbrennungsmotoren wird das Schmieröl gefiltert, weil hier neben dem auch in anderen Aggregaten entstehenden metallischen Abrieb mit der Ansaugluft trotz Filterung Straßenstaub in den Motor gelangt und die Verbrennung Wärme und Rückstände erzeugt. Beim Benzinmotor verdünnen besonders bei Kaltstart schwer siedende Kraftstoffanteile das Öl, beim Dieselmotor führt Ruß zu Ölverdickung. Motorkühlung Flüssigkeitskühlung Aufgabe: Die Flüssigkeitskühlung soll die Wärme des Motors durch Kühlmittel aufnehmen und über den Kühler(1) an die Luft abgeben. Für möglichst gleichmäßige Motortemperatur sorgen. Heizung des Fahrzeug- Innenraums über Wärmetauscher Stefan Adam, Maurice Lange, Sebastian Bärwolf Seite 11 von 25

12 Funktion Eine Pumpe (6) bewegt Kühlmittel in einem vom Thermostat (5) geregelten Prozess von wärmekritischen Stellen des Motors zu Öl-Flüssigkeits- oder Luft-Flüssigkeits- Wärmetauschern (Kühler). Ein oder zwei durch Thermoschalter (3) betätigte Lüfter(4) sorgen bei Bedarf für zusätzlichen Wärmeaustausch. Dieser Prozess wird erst bei zu heißem Motor und/oder zu wenig Fahrtwind vollständig in Gang gesetzt, um unnötige Energieverluste zu vermeiden und den Verbrennungsmotor auf (möglichst hoher) Betriebstemperatur zu halten. Das Flüssigkeits-Kühlsystem wird mit Überdruck bis ca. 1,5 bar betrieben, um eine Betriebstemperatur des Kühlmittels von über 100 C zu ermöglichen. Dieser Druck wird meist gesteuert durch zwei Ventile (Doppeldruckventil) im Deckel des Ausgleichsbehälters (2). Steigt er zu stark an, so wird er zum Schutz z.b. des Kühlers abgelassen (Überdruckventil). Bei der Gefahr von Druck unterhalb des Atmosphärendrucks durch Abkühlung wird Außenluft angesaugt (Rückschlagventil). Vorteil Diese Art der Kühlung wirkt sich gleichmäßig auf die Zylinder aus und sorgt für gute Heizwirkung im Innenraum. Ausnahme Bei Dieselmotoren mit hohem Wirkungsgrad bleibt nicht genug Verlustwärme übrig. Abhilfe: Elektrische Zusatzheizung. Luftkühlung Stefan Adam, Maurice Lange, Sebastian Bärwolf Seite 12 von 25

13 Aufgabe Die Luftkühlung gehört zur äußeren Kühlung und soll erreichen, dass an alle wärmekritischen Stellen des Motors die Wärme unmittelbar an die Luft abgegeben wird. Funktion Wärmebeanspruchte Teile werden mit einer großen Oberfläche (Kühlrippen) versehen. Luft wird, oft durch besondere Kanäle und/oder Luftleitbleche, mit großer Geschwindigkeit daran vorbeigeführt. Vorteil Der Motor wird schneller warm. Beim Einbau in der Mitte oder im Heck des Fahrzeugs keine längen Kühlflüssigkeitswege. Nachteil Durch Kühlrippen evtl. mit Gebläse wirkt der Motor gegenüber der Flüssigkeitskühlung lauter. Kühlung und Heizung erfolgen ungleichmäßiger. Anwendung Z.T. noch bei Motorrädern Auspuffanlage: 4 1-Auspuff Hosenrohr 2-Katalysator 3-Nachschalldämpfer 4-Mittelschalldämpfer Zu.1- Leidet die abgase vom Motor zum Katalysator Zu 2- Der Katalysator soll als 3-Wege-Kat beim Benzinmotor gleichzeitig Stickoxide (NOx) reduzieren und Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenmonoxid (CO) oxidieren. Zu 3- Sorgt für die eigentliche Schalldämpfung Zu 4- Dämpft zum ersten Mal den Schall Stefan Adam, Maurice Lange, Sebastian Bärwolf Seite 13 von 25

14 3.-Arbeitsweise: 3.1 Zweitakt Dieselmotor +Ablauf 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. Ebenfalls liegt die Auslassöffnung am Zylinderkopf. Funktion Reine Luft wird angesaugt. Ohne Aufladung ist für eine sichere Verbrennung eine Mindestverdichtung von 18:1 (mind. 30 bar) erforderlich. Der Kraftstoff wird in die hocherhitzte Luft bei Nebenbrennraum-Verfahren mit ca. 130 bar und bei Direkteinspritzung mit wesentlich höherem Druck eingespritzt. Ohne elektrische Zündanlage erfolgt die Verbrennung sofort (Selbstzündung). Der Druck wird durch mechanische Hochdruckpumpen erzeugt und gelangt über Düsen oder bei Common Rail und Pumpedüse über Injektoren direkt in den Brennraum. Luft ist im Gegensatz zum Benzinmotor auch ohne Aufladung bei allen Betriebsbereichen genug vorhanden. Deshalb und wegen der hohen Verbrennungstemperaturen entstehen schädliche Stickoxide (NOx). Die kürzere Zeit der Gemischbildung und der ca. 13% höhere C-Gehalt des Dieselkraftstoffes gegenüber Benzin erhöht auch den Ausstoß von Ruß (Partikel).Der mittlere Arbeitsdruck (Mittelwert über alle 4 Takte) kann bei modernen Dieselmotoren wegen der höheren Verdichtung und des höheren Verbrennungsenddrucks 10 bar überschreiten. Da der Dieselmotor höher verdichtet, gibt er im Arbeitstakt auch mehr Raum für die Abgase frei. Deshalb sind die Abgastemperaturen beim Dieselmotor mit 500 C C geringer als beim Benzinmotor. Im kalten Zustand tritt beim Dieselmotor Zündverzug auf. Damit ist die Zeitspanne zwischen Einspritzung und Verbrennung des Kraftstoffes gemeint. Dies führt auch bei modernen Motoren zu deutlich höherer Geräuschentwicklung. Ein Nachglüheinrichtung kann diesen Nachteil mildern. Stefan Adam, Maurice Lange, Sebastian Bärwolf Seite 14 von 25

15 Vor- und Nachteile Vorteil des Zweitaktmotors ist in jeder Ausführung eine höhere spezifische Leistung 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. Auch akustisch ist der Zweitaktmotor wesentlich aufdringlicher als der Viertaktmotor. Wichtig Maximale Temperatur: 2000 C bis 2500 C, Druck: bis 75 bar (Benzinmotor), bis 180 bar (Dieselmotor). Der Dieselmotor braucht zumindest eine Regelung der Leerlauf- und besonders der Enddrehzahl, da er im Gegensatz zum Benzinmotor auch bei Höchstdrehzahl noch mit mind. 40% Luftüberschuss arbeitet. Sowohl die kleinsten Pkw-Dieselmotoren als auch Schiffsdiesel erreichen einen thermischen Wirkungsgrad von max. 45%. Die Abläufe im Zweitaktmotor 1. Takt (Ansaugen):Verfolgen wir einfach mal den Weg des Kraftstoff-Luft-Gemisches(rot): Der Kolben(grün) bewegt sich im Zylinder nach oben. Unterhalb des Kolbens (im Kurbelgehäuse) herrscht Unterdruck. Das Gemisch wird durch den Ansaugkanal(blau) angesaugt, sobald der Kolben ihn frei gibt. Stefan Adam, Maurice Lange, Sebastian Bärwolf Seite 15 von 25

16 2.Takt(Vorverdichten): Wenn der Kolben wieder nach unten geht, schließt er den Ansaugkanal wieder. Das Gemisch wird durch den Kolben vorverdichtet. 3. Takt (Überströmen): Wenn der Kolben weit genug unten ist (das heißt eigentlich kurz vor UT (unterer Totpunkt)), gibt er den Überströmkanal(blau) frei. Das Gemisch(rot) kann in den Brennraum strömen. Das Gemisch strömt dabei so schnell in den Brennraum, dass im Kurbelwellengehäuse ein Unterdruck entsteht; und bevor der wieder abgebaut werden kann, schließt der Kolben den Überströmkanal. (Deswegen konnte das Gemisch ja auch im ersten Takt angesaugt werden.) 4. Takt (Verdichten): Wenn der Kolben den Überströmkanal wieder verdeckt, wird das Gemisch durch die weitere Aufwärtsbewegung verdichtet Stefan Adam, Maurice Lange, Sebastian Bärwolf Seite 16 von 25

17 5. Takt (Arbeiten): Das Gemisch wird durch die Zündkerze(blau) entzündet. Von der Zündkerze aus verbreitet sich eine Flammenwand(rot) quer durch den Brennraum. Das verbrennende Gemisch übt auf den Kolben so einen großen Druck aus, dass er nach unten gedrückt wird. Der Kolben bewegt die Kurbelwelle, der Motor gibt Leistung ab. (Das Gemisch wird übrigens schon entzündet, wenn der Kolben noch nicht ganz oben ist ( oberer Totpunkt ), damit die Flammenwand Zeit hat sich zu verbreiten.) 6. Takt (Auslassen): Wenn das Gemisch verbrannt ist, und der Kolben so weit nach unten gedrückt wurde, dass er den Auslasskanal(blau) frei gibt, kann das verbrannte Gemisch in Richtung Auspuff entweichen. Die ganzen Takte laufen oberhalb und unterhalb des Kolbens natürlich gleichzeitig ab, so dass es bei jeder Abwärtsbewegung des Kolbens einen Verbrennungstakt gibt. Der Dieselmotor: 4 Takt Motor + Ablauf Stefan Adam, Maurice Lange, Sebastian Bärwolf Seite 17 von 25

18 Arbeitsschritte: 1. Takt (Ansaugen): Es wird reine Luft angesaugt. 2. Takt (Verdichten):Die Luft wird so stark komprimiert, dass sie sich dabei auf ca. 700 C erhitzt. 3. Takt (Arbeiten): Dieselöl wird direkt in die heiße Luft eingespritzt und entzündet sich sofort selbst. (Selbstzünder) 4. Takt (Ausstoßen): wie Ottomotor. Wie funktioniert das Viertaktverfahren? Das Viertaktverfahren funktioniert in 4 Stufen (Takten):Ansaugen, Verdichten, Arbeiten (Verbrennen) und Ausschieben. Beim ersten Takt (Ansaugen) ist das Einlassventil geöffnet und der sich in Richtung Kurbelwelle bewegende Kolben saugt durch den entstehenden Unterdruck das Kraftstoffluftgemisch in den Verbrennungsraum. Beim zweiten Takt (Verdichten) schließt sich das Einlassventil und der Kolben bewegt sich in Richtung Zylinderkopf. Das Gasgemisch wird dabei stark verdichtet und kurz vor erreichen des oberen Totpunktes (OT) an der Glühkerze gezündet (Zündzeitpunkt). Die dabei entstehende Temperatur hat eine große Drucksteigerung zur Folge, die den Kolben in eine Abwärtsbewegung versetzt (Takt3: Arbeiten)Am unteren Totpunkt (UT) wird durch die Drehbewegung des Schwungrades der Kolben wieder in Richtung Zylinderkopf bewegt. Durch das geöffnete Auslassventil verlassen die Verbrennungsgase den Verbrennungsraum (Takt4: Ausschieben).Insgesamt hat sich die Kurbelwelle nach diesen 4 Takten um 720 gedreht (2 vollständige Umdrehungen). Wie läuft das Viertaktverfahren ab? 1. Takt: Ansaugen Der Kolben bewegt sich nach unten in Richtung Kurbelwelle. Das Einlassventil ist geöffnet. Das Kraftstoffluftgemisch wird durch den gebildeten Unterdruck in den Verbrennungsraum gesaugt. Stefan Adam, Maurice Lange, Sebastian Bärwolf Seite 18 von 25

19 2. Takt: Verdichten Das Einlassventil wird geschlossen und der Kolben bewegt sich in Richtung OT. Das Volumen vermindert sich und der Druck des Gemisches steigt an. Kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes wird das Gemisch an der Zündkerze gezündet. Die freiwerdende Wärmemenge erhöht die Temperatur. Der Druck im Verbrennungsraum erhöht sich und drückt den Kolben nach unten in Richtung Kurbelwelle. 3. Takt: Arbeiten Bei geschlossenen Ventilen bewegt sich der Kolben in Richtung Kurbelwelle. Durch das sich vergrößernde Volumen nimmt der Druck ab. Die sich ausdehnenden Gase verrichten eine Arbeit und drücken den Kolben nach unten. Die Temperatur nimmt ab. 4. Takt: Ausschieben Bei erreichen des unteren Totpunktes (UT) öffnet das Auslassventil. Der Kolben bewegt sich in Richtung oberer Totpunkt (OT). Die verbrannten Gase vor dem Kolben werden in den Auslasskanal geschoben. Das Auslassventil schließt am Ende des 4. Taktes und das Einlassventil öffnet sich. Ein neuer Zyklus kann beginnen. Stefan Adam, Maurice Lange, Sebastian Bärwolf Seite 19 von 25

20 4. Einteilung nach der Art der Zylinderanordnung 4.1-Welche Zylinderanordnungen gibt es?(vor und Nachteile) Zweizylinder-Reihenmotor Zweizylinder Viertakt-Reihenmotor In-line Two-cylinder Four-stroke Engine Aufgabe Beim Viertakter verbessert der Zweizylinder-Reihenmotor trotz höherem Bauaufwand den Massenausgleich gegenüber dem Einzylinder nicht wesentlich, vermeidet aber mit ganz seltenen Ausnahmen drei aufeinander folgende Leertakte und führt damit zu einem ruhigeren Motorlauf. Zusätzlich bleiben natürlich die üblichen Vorteile von Mehrzylindermotoren. Der Hubraum wird auf zwei Zylinder verteilt, was die Beanspruchung senkt und z.b. das Drehvermögen und die Leistung erhöht. Funktion Beim Viertakter ähnelt der Zweizylinder-Reihenmotor dem Einzylinder. Zwei Kolben werden in gleicher Weise von OT nach UT und zurück bewegt. Stehen beide im oberen Totpunkt (OT), dann hat der eine gerade verdichtet und beginnt zu arbeiten, während der andere gerade ausgestoßen hat und jetzt erneut ansaugt. Ganz selten versuchen Hersteller (KTM) auch, den Massenausgleich durch zwei um 180 versetzte Kurbelzapfen zu verbessern. Dann allerdings folgen auf zwei Arbeitstakte zwei Leertakte, was sich beim Betrieb des Motors deutlich negativ bemerkbar macht. Stefan Adam, Maurice Lange, Sebastian Bärwolf Seite 20 von 25

21 Dreizylinder-Reihenmotor Dreizylinder-Reihenmotor In-line Three Cylinder Engine Aufgabe Beim Viertakt-Dreizylinder-Reihenmotor verbessert sich der Massenausgleich gegenüber dem Zweizylinder entscheidend. Es gibt nur noch drei jeweils 60 Kurbelwinkel lange Leertakte. Bauaufwand, innere Reibung (Kraftstoffverbrauch) und Baulänge sind geringer und machen ihn bei steigender Hubraumleistung als Ersatz für den Vierzylinder interessant. Seine Kurbelwelle ist zwar kürzer, hat aber Kröpfungen in drei Ebenen. Der Zweitakter-Dreizylinder wurde früher mit dem Sechszylinder-Viertakter verglichen, weil sich seine Arbeitstakte ähnlich überlagern. Dies gilt natürlich nicht für den Massenausgleich. Funktion Jeder Kolben hat seine eigene Kurbelwellenkröpfung. Die Kolben durchlaufen ihre Hübe zu verschiedenen Zeiten. Der Zündabstand beträgt 240. Der Dreizylinder-Viertakter arbeitet exakt wie ein halber Sechszylinder. Der ungünstigere Massenausgleich wird meist durch eine zusätzliche Ausgleichswelle verbessert. Stefan Adam, Maurice Lange, Sebastian Bärwolf Seite 21 von 25

22 Vierzylinder-Reihenmotor Vierzylinder-Reihenmotor In-line Four-cylinder Engine Aufgabe Der Vierzylinder-Reihenmotor hat die kleinste Zylinderzahl, die beim Viertaktmotor Leertakte vollständig vermeidet, weil immer ein Zylinder einen Arbeitstakt ausführt. So verbindet dieses Motorkonzept relativ geringen Bauaufwand mit guter Arbeitstaktverteilung und günstigem Massenausgleich und kommt immer noch am häufigsten vor. Funktion Die beiden äußeren Kolben bewegen sich in entgegengesetzter Richtung zu den beiden inneren Kolben. Der Zylinder gegenüber der Kraftabgabeseite wird als der 1. Zylinder bezeichnet. Es ergeben sich die beiden Zündfolgen 1342 (Bild oben) und 1423, bei denen jeweils die 1 und die 4 festliegen. Die Kurbelwelle hat bei älteren Motoren 3 und bei fast allen neuen 5 Hauptlager. Die vertikalen Bewegungen des Motors sind ausgeglichen. Jedoch die jeweils unterschiedliche Pleuelauslenkung erzeugt Drehschwingungen, die nur durch Ausgleichwellen gemildert werden können. Stefan Adam, Maurice Lange, Sebastian Bärwolf Seite 22 von 25

23 Fünfzylinder-Reihenmotor R5-Motorblock Fünfzylinder-Reihenmotor In-line Five Cylinder Engine Aufgabe Der Fünfzylinder-Reihenmotor soll höheres Drehmoment und höhere Leistung mit nicht zu großen Einzelhubräumen verwirklichen und trotzdem evtl. noch für den Quereinbau geeignet sein. Bei einem Zylinderkopf gegenüber einem V-Motor bleiben die Kosten geringer. Eine Motor-Baureihe (Vier-, Fünf- und Sechszylinder) mit möglichst vielen gleichen Bauteilen (Kolben, Pleuel, Ventile) wird möglich (Downsizing). Funktion Durch fünf Kurbelwellenkröpfungen mit unterschiedlichen Winkeln führen die einzelnen Kolben ihre Hübe zu unterschiedlichen Zeiten aus. Es gibt heute keinen Motor mit vergleichbarer Zylinderzahl außer dem V-Motor, bei dem alle Pleuel eine eigene Lagerung auf der Kurbelwelle haben. Es ist die kleinste Zylinderzahl, bei der sich die Arbeitstakte überlagern. Zündfolge 12453, Zündabstand 144. Nachteil Die Massenkräfte sind gegenüber dem Sechszylinder-Reihenmotor und sogar gegenüber dem Vierzylinder-Reihenmotor weniger ausgeglichen. Stefan Adam, Maurice Lange, Sebastian Bärwolf Seite 23 von 25

24 Sechszylinder-Reihenmotor Sechszylinder-Reihenmotor In-line Six Cylinder Engine Aufgabe Der Sechszylinder-Reihenmotor verbindet optimale Laufkultur mit höheren Leistungserwartungen ohne die Nachteile von aufgeladenen Vierzylindern. Dabei nimmt man den relativ höheren Bauaufwand und Schwierigkeiten beim Quereinbau in Kauf. Funktion Wie beim Vierzylinder bewegen sich die Kolben 1 und 6, 2 und 5, 3 und 4 jeweils gleich, d.h. die Vorgänge in den ersten drei Zylindern verhalten sich spiegelbildlich zu den in den anderen drei Zylindern. Dies begründet seine nahe Verwandtschaft zum Dreizylinder. Vom Vierzylinder unterscheidet ihn, dass nicht alle Kurbelwellenkröpfungen in einer Ebene liegen. Sie sind jeweils um 120 zueinander versetzt. Der Zündabstand beträgt ebenfalls 120. Theoretisch gibt es mehrere mögliche Zündfolgen, in der Praxis jedoch meist eine: Stefan Adam, Maurice Lange, Sebastian Bärwolf Seite 24 von 25

25 5.-Quelle: projekte/dieselmotor/d7.htm gebr-stromerzeuger.htm Stefan Adam, Maurice Lange, Sebastian Bärwolf Seite 25 von 25