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Verbrennungskraftmaschine
Die Verbrennungskraftmaschine ist eine Wärmekraftmaschine (Thermische Fluidenergiemaschine), die durch innere Verbrennung von Treibstoff mechanische Arbeit …
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Grundprinzip und Energieumwandlung
Eine Verbrennungskraftmaschine ist eine Wärmekraftmaschine, genauer eine thermische Fluidenergiemaschine, die durch die innere Verbrennung von Treibstoff mechanische Arbeit verrichtet. Anders als etwa bei einer Dampfmaschine oder einem Heißluftmotor finden alle Arbeitsprozesse in einem einzigen Arbeitsraum statt, dem Arbeitszylinder.
Dabei wird die chemische Energie eines Kraftstoff-Luft-Gemisches über die Temperatur des Arbeitsgases zunächst in Druck (Kraft) und Ausdehnung (Weg) und schließlich in mechanische Energie umgewandelt. Mechanische Energie entspricht hier Kraft mal Weg.
Gemeinsame Arbeitsschritte
Alle Verbrennungskraftmaschinen arbeiten nach demselben Grundprinzip:
- Ansaugen
- Verdichten
- Arbeiten
- Ausstoßen
Man unterscheidet zwei wesentliche Arten: Strömungsmaschinen, auch Turbomaschinen genannt, und Verbrennungsmotoren.
Strömungsmaschinen
Zu den Strömungsmaschinen gehören die Gasturbine und das Turbinen-Strahltriebwerk. Bei ihnen laufen Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen kontinuierlich ab; die Druckverhältnisse bleiben konstant.
Die mögliche maximale Verbrennungstemperatur im Brennkammersystem wird unter anderem durch die Material- und Kühleigenschaften der ersten Turbinenschaufel-Stufe begrenzt.
Verbrennungsmotoren
Zu den Verbrennungsmotoren gehören Hubkolbenmotoren und Rotationskolbenmotoren. Bei ihnen laufen die vier Arbeitstakte Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen nacheinander, also sequenziell, ab.
Durch die zyklische Verbrennung können Verbrennungsmotoren wesentlich höhere Spitzentemperaturen erreichen als Strömungsmaschinen. Dadurch sind auch höhere Wirkungsgrade möglich; der Wirkungsgrad beschreibt, welcher Anteil der eingesetzten Energie in nutzbare mechanische Energie umgewandelt wird.
