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Bei Verbrennungsmotoren wird ansatzweise ein Drittel der zugeführten Energie in Form von Abwärme frei. Die restliche Energie teilt sich annähernd zu gleichen Teilen in Nutzarbeit und Abgasenergie auf. Die Abwärme kann in verschiedener Art und Weise aus dem Motorblock entfernt werden, was unterschiedliche Motorkonzepte zur Folge hat.
a) Luft- oder direkte Kühlung
Luft wird über die mit Kühlrippen versehene Oberfläche des Motors geführt. Die Verrippung ist so auszulegen, dass erstens jede einzelne Rippe optimal die Wärme nach außen ableitet (Rippenwirkungsgrad) und zweitens auch eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung am Brennraum vorliegt, siehe Abbildung 1-30.
Vorteile:
Kühlmedium kann nicht gefrieren
Einfache, kostengünstige Bauweise
Wartungsfrei
Kurze Warmlaufzeit des Motors
Nachteile:
Aufgrund des schlechteren Wärmetransportes begrenzte maximale Leistung
Gleichmäßige Kühlung nicht immer gewährleistet (Problemzonen)
Schlechte Innenraumheizung
Lautes Motorengeräusch (Gebläsegeräusch und Kühlrippenschwingungen)
Ein Kühlmedium (meist Wasser mit Frost- und Korrosionsschutz) entzieht dem Motor die Wärme. Aufgrund des günstigeren Wärmeübergangs von Wasser gegenüber Luft ist keine Verrippung notwendig. Dafür ist aber ein größerer Aufwand gegenüber der Luftkühlung erforderlich, siehe Abbildung 1-31. Nachteilig ist auch die größere Masse gegenüber der Luftkühlung beim Warmlauf des Motors, deshalb sind z.B. abschaltbare Kühlwasserpumpen u.Ä. in Entwicklung.
Der Thermostat hat die Aufgabe, den Kreislauf über den Kühler so zu regeln, dass eine konstante Kühlmitteltemperatur vorliegt. Die Wasserpumpe bewirkt nur zum Teil den Wasserumlauf. Die Thermosiphon-Wirkung (Wärmeaustausch durch Nutzung der natürlichen Konvektion) durch die Aufheizung des Kühlmediums im Motor bzw. dessen Abkühlung ist nicht zu vernachlässigen. Einige kleinere Motoren, insbesondere bei Motorrädern, arbeiten sogar ohne Pumpenunterstützung nur auf der Basis der Thermosiphon-Wirkung.
Kühlmedium Öl: Motoröl hat neben der Aufgabe der Schmierung auch Bedeutung für den Wärmetransport innerhalb des Motors. Es hat den Vorteil, dass es höhere Temperaturen verträgt und im Motor notwendigerweise vorhanden ist. Nachteilig sind die Alterung und die Viskositätsänderung des Öles.
1.5.8. Weitere Differenzierungsmerkmale
Darüber hinaus gibt es weitere Merkmale wie z.B.:
Otto-/ Diesel
Zylinderanzahl
Hubvolumen VH
Leiztungs und Drehmoment
Aufgeladen/ nicht aufgeladen
Brennraumvolumen im OT (Vc) / Verdichtungsverhältnis
Die Technik-Entwicklung anhand von Gemischaufbereitung, alternativen Antrieben und Indiziermesstechnik soll die rasante Steigerung der Leistungsfähigkeit des Verbrennungsmotors darstellen. Waren es anfänglich vor allem Fortschritte durch neue Konstruktionen, Werkstoffe und Bearbeitungsverfahren, so steht heute die Computertechnologie mit ihren nahezu unbegrenzten Möglichkeiten im Vordergrund.
Ursprünglich wurde der Kraftstoff tatsächlich verdampft und damit gasförmig dem Motor zugeführt (Abbildung 1-33). Die Regelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses erfolgte über Zusatzluft. Die späteren „richtigen" Vergaser saugten den Kraftstoff mit Unterdruck weitgehend flüssig in das Saugrohr. Die Verdampfung im Saugrohr war nur unvollständig. Um das Luft-Kraftstoffverhältnis genau und bei allen Betriebszuständen des Motors einzuhalten, wurde der Vergaser immer aufwendiger gestaltet (Abbildung 1-34).
1.6. Technologie-Entwicklung II
Mit dem Einsatz der Abgasnachbehandlung in Form von 3-Wege-Katalysatoren beim Otto-Motor stiegen die Anforderungen an die Gemischaufbereitung weiter an. Mit Vergasern ist dies nur begrenzt darzustellen, so dass der Siegeszug der elektronischen Einspritzung begann. Hierzu gehört auch die sogenannte Lambda-Regel mit Hilfe von Lambda-Sonden.
Die am weitesten verbreitete Hybridvariante ist die Kombination aus Verbrennungsmotor als Hauptenergiequelle und elektrischer Maschine mit einem elektrischen Speicher in Form einer Batterie. Abbildung 1-36 zeigt die ersten Fahrzeuge mit Hybridantrieb.
Micro- 2-5kW
Mild-4-20kW
Full-Hybrid 15-80kW
Die Einteilung dieser Antriebe erfolgt in Abhängigkeit der elektrischen Antriebsleistung (siehe Abbildung 1-37).