1. Was ist ein Motor?

Bild Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/ Hilfe:Wikimedia_Commons

Ein Motor ist dass wohl wichtigste Teil eines Autos, und setzt sich aus verschiedenen Komponenten zusammen. Die grundlegenden Komponenten sind:

1. Der Zylinder: Hohlraum im Motor in dem Treibstoff mit Luft oder reinem Sauerstoff verbrannt wird.
2. Das Einlassventil: Ventil durch das Treibstoff in den Zylinder gelangt.
3. Das Auslassventil:Ventil durch das verbrannte Treibstoffgase aus dem Zylinder ausgeschieden werden
4. Die Nockenwelle: Steuert das Ein- und das Auslassventil, in Abhängigkeit von der Position des Kolbens.
5. Die Zündkerze: Entzündet den vom Kolben komprimierten Sprit, wodurch eine Explosion entsteht, die zur Bewegung des Kolbens und somit einer Bewegung der Kurbelwelle führt
6. Die Glühkerze: Glühkerzen haben die gleiche Funktion wie Zündkerzen, sie werden allerdings nur zum Kaltstart von Dieselmotoren verwendet, da diese so gebaut sind, dass bei Betrieb eine Selbstzündung abläuft.
7. Der Kolben: Zylinderförmiges Metallbauteil, welches sich im Zylinder vom OT (oberer Totpunkt) zum UT (unteren Totpunkt) bewegt und dabei Sprit für die Verbrennung komprimiert (Weg zum OT) sowie die Kurbelwelle in Bewegung setzt (weg zum UT).),
8. Das Pleuel: Das Pleuel verbindet den Kolben mit der Kurbelwelle.
9. Die Kurbelwelle: Die Kurbelwelle überträgt die Bewegung des Kolbens auf die Antriebswelle, welche die Räder antreibt und somit das Fahrzeug in Bewegung setzt.
10. Der Zahnriemen: Der Keilriemen ist mit der Kurbelwelle sowie mit der Nockenwelle verbunden. Somit wird die Position des Kolbens definiert und gleichzeitig die Kraftstoffzufuhr in Abhängigkeit der Nockenwelle.

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2. Welche Motorarten gibt es?

Es gibt sehr viele verschiedene Arten von Motoren. Im Automobilbau wird allerdings meistens das Prinzip des Hubkolbenmotors angewendet. Hubkolbenmotoren gibt es in verschiedenen Ausführungen. Unter anderem existiert hier der Zweitakt- und Viertaktmotor, welche es sowohl als Otto- und als Dieselmotor gibt. Den Ottomotor kann man teilweise sogar ohne große Modifikationen mit alternativen Antrieben (Wasserstoff) betreiben. In der heutigen Zeit wird allerdings hauptsächlich das Prinzip des Viertaktmotors angewandt, da der Kraftstoffverbrauch und als Folge die Umweltbelastung geringer ist. Es gibt des weiteren auch noch andere Motorarten z.B. der Wankelmotor, der allerdings nur mit Benzin oder Gasen betrieben werden kann.

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3. Ottomotor

Ein Ottomotor kann wie oben beschrieben in verschiedenen Ausführungen gebaut werden: als Zweitaktmotor oder als Viertaktmotor. Anders als beim Dieselmotor, wird die Kraftstoffmischung (Luft, Kraftstoff) nicht im Brennraum sondern in einem Vergaser oder in einer Einspritzpumpe geregelt. Dieses Gemisch wird in den Brennraum des Motors eingeführt. Im Brennraum wird die Gasmischung - anders als beim Dieselmotor - nicht selbst entzündet, sondern extern durch einen Zündfunken der von der Zündkerze erzeugt wird. Ein weiterer Unterschied zum Dieselmotor ist, dass die Leistung (Gaspedalstellung) nicht einfach verändert werden kann, indem man weniger Kraftstoff in den Zylinder einführt. Dies ist der Fall, da beim Ottomotor das Benzin- Luft-Gemisch immer im gleichen Verhältnis sein muss. Erreicht wird dies, indem die Drosselklappe (Bestandteil des Vergasers bzw. der Einspritzung) je nach Gaspedalstellung mehr oder weniger Luft durch die Öffnung der Drosselklappe lässt. Die Luft wird dann mit der passenden Menge Treibstoff in den Zylinder eingeführt. Die Gemeinsamkeiten zu Dieselmotoren ist das anschließende Verarbeitungsverfahren, des Kraftstoffes nach dem Zweitakt- oder Viertakt-Prinzip. Ein Ottomotor kann sowohl mit Benzin als auch mit alternativen Kraftstoffen betrieben werden. Die Unterschiede liegen hierbei beim Zündzeitpunkt der Zündkerze außerdem muss die Komprimierung des Gases unter Umständen verändert werden. Bei Automobilen die sowohl mit alternativen Kraftstoffen (z.B. Erdgas) als auch mit bekannten Kraftstoffen wie Benzin betrieben werden, vollziehen sich die Veränderungen in dem Moment des Umstellens, auf die jeweilige Kraftstoffart, sogar während dem Betrieb (z.B. Fahrt auf der Autobahn).

"Ein Vergaser dient - ähnlich wie eine Einspritzanlage - dazu, einem Benzinmotor in allen Lastzuständen das richtige Kraftstoff-Luftgemisch zuzuführen. Dabei wird eine brennbare Flüssigkeit verdampft ('vergast') bzw. in den Ansaugkanal oder den Brennraum selbst eingespritzt (Einspritzanlage) und mit einer exakt abgestimmten Menge Umgebungsluft gemischt um ein optimal zündfähiges Gemisch zu erhalten."
© leifi.physik.uni-muenchen.de

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4. Dieselmotor

Ein Dieselmotor arbeitet anders als ein Ottomotor nicht mit einer externen Zündanlage, sondern durch Selbstzündung. Beim Dieselmotor wird ausschließlich Luft in den Brennraum des Motors eingeführt, diese wird durch den Kolben hoch verdichtet, wodurch eine sehr hohe Temperatur entsteht. Kurz vor dem oberen Totpunkt (siehe hierzu: Was ist ein Motor?) wird der Dieselkraftstoff hinzugeführt. Die hohe Temperatur der Luft führt dazu, dass sich der Kraftstoff selbst entzündet, somit ist keine externe Zündanlage mehr notwendig. Lediglich zum Kaltstart sind Zündhilfen erforderlich. Die so genannten Glühkerzen die, die Brennkammern vorerhitzen. Ein wesentlicher Unterschied ist auch die Gemischbildung. Bei einem Dieselmotor wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch nicht vor dem einführen in den Brennraum vermischt, sondern erst wie oben beschrieben im Brennraum. Ebenfalls anders als beim Ottomotor ist das Verfahren der Leistungssteigerung. Während beim Ottomotor die Leistung mit einer Drosselklappe geregelt wird, ist beim Dieselmotor nicht die Menge des Kraftstoff-Luft-Gemisches für die Leistung interessant, sondern lediglich der Kraftstoffgehalt in jenem Gemisch (Der Kraftstoffgehalt kann durch eine Aufladung gesteigert werden siehe unten). Das heißt die Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum hängt von der Gaspedalstellung ab. Den Dieselmotor gibt es, wie den Ottomotor, als Zweitaktmotor oder als Viertaktmotor.

Ein Turbolader hat das Ziel die dem Motor zugeführte Verbrennungsluft durch einen oder mehrere Turbolader vorzuverdichten, so kann mehr Luft in den Brennraum geleitet werden. Hierdurch wird mehr Dieselkraftstoff in den Brennraum eingeführt, was zu einer erheblichen Leistungssteigerung führt.

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5. Vor- und Nachteile von Diesel- und Ottomotoren

Nachdem wir die Unterschiede von Ottomotoren und Dieselmotoren kennen, kommen wir jetzt zu den Vor- und Nachteilen. Ein entscheidender Vorteil von Dieselmotoren gegenüber Ottomotoren ist, dass letzere einen höheren Wirkungsgrad besitzen. Das heißt Dieselmotoren setzen mehr angewendete Energie in Leistung um als Ottomotoren, bei welchen die angewendete Energie zu einem höheren Anteil in Wärme umgewandelt wird. Außerdem ist der Dieselkraftstoff einfacher und ungefährlicher herzustellen als Benzin, da Diesel bei höheren Temperaturen als Benzin entflammt. In der Praxis ist außerdem festzustellen, dass Dieselmotoren oftmals eine längere Haltbarkeit besitzen als Ottomotoren, aus diesem Grund werden Fahrzeuge die von Dieselmotoren angetrieben werden auch gerne verwendet, wenn das Auto viel genutzt wird. In vielen Staaten gibt es zusätzlich Steuervorteile bei der Nutzung von Dieselkraftstoff. Somit werden die hohen Anschaffungskosten von Dieselfahrzeugen durch oftmals längere Nutzungsdauer und den billigeren Verbrauch ausgeglichen.

Im Gegenzug lässt sich beim Ottomotor der geringere Ausstoß von Schadstoffen, wie Kohlenstoffdioxid aber auch Russpartikel hervorheben. Der aktuell diskutierte Feinstaub ist hier kaum zu finden. Zusätzlich sind die Produktionskosten für einen Ottomotor geringer, als die für einen Dieselmotor. Auch die Lärmbelästigung sowie das Gewicht in Relation zur Leistung sind beim Ottomotor besser. Betont werden muss auch, dass bei Ottomotoren ein größeres Drehzahlband nutzbar ist, wodurch Fahrzeuge mit diesem Antrieb besser zum sportlichen fahren geeignet sind. Da die Höchstdrehzahl des Dieselmotors durch eine Zündverzögerung begrenzt ist, ist eine Leistungssteigerung nur durch eine Steigerung des Drehmoments oder durch den Einbau von Turboladern oder Kompressoren möglich.

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6. Hubkolbenmotoren

6.1 Zweitaktmotor

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Zu Beginn ist zu sagen, dass der Zweitaktmotor nicht mehr allzu häufig eingesetzt wird. Verwendung findet er noch im Motorradbau, Schiffsbau sowie im Motorsport. Die Hauptgründe für den seltenen Einsatz sind der geringere Wirkungsgrad und der hohe Spritverbrauch im Vergleich zum Viertaktmotor (siehe hierzu die Darstellung der Vor- und Nachteile).
Ein Takt beschreibt den Kolbenweg vom oberen zum unteren Totpunkt. Was die zwei Takte bewirken wird im Folgenden dargestellt:

1. Takt: Der erste Takt ist dem des Viertaktmotors gleich. Das komprimierte Benzin wird von der Zündkerze entzündet, was den Kolben zum unteren Totpunkt bewegt und somit das Pleuel bzw. die Kurbelwelle in Bewegung setzt. Beim Zweitakter wird aber beim absenken des Kolbens der Ein – und Auslass geöffnet, wobei der Auslass vor dem Einlass geöffnet wird. Anschließend wird das Kraftstoff- Luftgemisch im Kurbelgehäuse verdichtet. Der Druck der hierbei entsteht spült das Kraftstoff-Luftgemisch in den Brennraum. So werden die Abgase die im Brennraum sind durch den Auslass zum Auspuff heraus gespült.
2. Takt: Bei der anschließenden Bewegung des Kolbens zum oberen Totpunkt wird der Ein- und Auslasskanal verschlossen und es kann kein Kraftstoff- Luftgemisch mehr in den Brennraum ein bzw. ausströmen. Bei der gleichen Bewegung wird der Kraftstoff komprimiert. Wenn der Kolben den oberen Totpunkt erreicht hat, besitzt das Kraftstoff- Luftgemisch die beste Verdichtung und wird von der Zündkerze gezündet. Der Ablauf beginnt jetzt von neuem.

Somit kann festgestellt werden, dass der Ein- und Auslass des Zweitaktmotors vom Kolben gesteuert wird, was eine Nockenwelle wie beim Viertaktmotor überflüssig macht.

Da beim Zweitaktmotor das Kurbelgehäuse mit dem Kraftstoff- Luftgemisch in Berührung kommt, kann kein normales Kraftstoff- Luftgemisch verwendet werden. Hier muss Öl dem Kraftstoff- Luftgemisch beigefügt werden, da die beweglichen Teile wie die Zylinderlaufbahn mit Öl geschmiert werden müssen. Ohne die Beigabe von Öl, würde der Kolben an der Fläche des Zylinders reiben, was hohe Temperaturen und ein anschließendes „Verkleben“ zur Folge hätte (Motorschaden). Eine Verwendung ist anschließend ausgeschlossen und nur durch eine teure Reparatur wieder erreichbar.

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6.2 Viertaktmotor

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Der Viertaktmotor ist inzwischen in den meisten Fahrzeugen zu finden. Gründe die für ihn sprechen finden Sie im nächsten Punkt, der Vor- und Nachteile. Wie bereits erwähnt werden die Ein- und Auslassventile beim Viertaktmotor nicht durch den Kolben gesteuert, sondern extern durch eine Nockenwelle.

Das folgende Kapitel stellt die vier Takte dar:

1. Takt: Der erste Takt vom oberen zum unteren Totpunkt nennt man auch Ansaughub, da bei diesem Vorgang bei geöffnetem Einlassventil das Kraftstoff- Luftgemisch in den Zylinder angesaugt wird. Das Einlassventil öffnet sich da die Nockenwelle von oben auf jenes drückt. Bei der Bewegung des Kolbens zum unteren Totpunkt wird außerdem auch das Pleuel und somit auch die Kurbelwelle bewegt.
2. Takt: Der zweite Takt bezeichnet man auch als Verdichtungshub. Dies ist der Fall, da bei der Bewegung des Kolbens vom unteren zum oberen Totpunkt Ein- und Auslassventil geschlossen sind und somit das Kraftstoff- Luftgemisch komprimiert, also Verdichtet wird. Anschließend wird es von der Zündkerze gezündet.
3. Takt: Der dritte Takt wird auch als Arbeitstakt bezeichnet, da durch die Entzündung des Kraftstoff- Luftgemisches ein Druck entsteht, der den Kolben vom oberen wieder zum unteren Totpunkt befördert. Durch das Pleuel entsteht so ein Drehmoment, an der Kurbelwelle, welches den Motor zum Laufen bringt.
4. Takt: Beim vierten und letzten Takt bewegt sich der Kolben wieder vom unteren zum oberen Totpunkt, dieses mal ist allerdings das Auslassventil geöffnet, was die Abgase durch das Auslassventil (vorher eventuell noch durch diverse Filteranlagen) zum Auspuff befördert.

Ein großer Unterschied zum Zweitaktmotor ist, dass der Viertaktmotor mit „normalem“ Treibstoff ohne Ölanreicherung läuft, da das Öl extern (über die Ölwanne) zur Kurbelwelle befördert wird.

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6.3 Vor- und Nachteile von Zwei- und Viertaktmotoren

Nach der Erklärung der verschiedenen Arbeitsverfahren werden im folgenden ein paar Vor- und Nachteile gezeigt, die diese Modelle gegenüber des anderen mit sich bringen. Fangen wir bei dem Zweitaktmotor an.
Das Gewicht sowie die Herstellungskosten (da einfache Schmierung und Steuerung) sind beim Zweitaktmotor geringer. Auch der Aufbau ist gegenüber dem Viertaktmotor einfacher. Da weniger bewegliche Teile (Kolben, Pleuel, Kurbelwelle) im Zweitaktmotor vorhanden sind verursacht er geringere Reparaturkosten. Ein sehr großer Vorteil ist außerdem, dass der Zweitaktmotor noch bei sehr kalten Temperaturen leicht anspringt, dies ist der Fall da der Motor nicht mit einem reinem Kraftstoff- Luftgemisch, sondern mit dem oben angesprochenem Öl Gemisch läuft. Durch den Wegfall besonderer Schmier- und Steuerungseinrichtungen ist er sehr viel einfacher zu warten. Außerdem ist er unempfindlicher gegen Drehzahlschwankungen und hat ein gleichförmigeres Drehmoment. Zweitaktmotoren haben theoretisch eine höhere Leistungsdichte, als Viertaktmotoren. Da beim Viertaktmotor nur bei jeder zweiten Kurbelwellenumdrehung ein Arbeitsaufwand ansteht, ist die Leistung in Relation zum Hubraum bei Zweitaktmotoren größer, was Zweitaktmotoren gerade im Motorsport (Kart, Motorrad) und im Motorradbau zu einer festen Größe macht.

Die Vorteile des Viertaktmotors sind vor allem die höhere Lebensdauer sowie der geringere Schadstoffausstoß. Außerdem ist der Kraftstoffverbrauch geringer als beim Zweitaktmotor. Ein sehr großer Vorteil ist auch, dass die Spülung nicht von der Motordrehzahl abhängt, denn beim Zweitaktmotor können bei zu geringer Drehzahl auf Grund der Kolbensteuerung Frischgase (unverbrauchter Treibstoff) am Auslass ausströmen, was Verluste mit sich bringt, bei zu hoher Drehzahl geschieht das Gegenteil und Altgase bleiben im Brennraum enthalten, was zu Leistungsverlusten führt. In beiden Fällen verbraucht der Zweitaktmotor mehr Treibstoff. Der größere Verbrauch von Treibstoff beim Zweitaktmotor bringt einen höheren Ölverbrauch mit sich. Bei größeren Hubraum Klassen hat der Viertaktmotor gegenüber dem Zweitaktmotor Leistungsvorteile, da die Füllung mit Treibstoff bei Zweitaktmotoren schlechter ist, als die bei Viertaktmotoren, denn je mehr Hubraum desto schlechter wird die Füllung bei Zweitaktmotoren. Aus diesem Grund werden Zweitaktmotoren auch hauptsächlich nur bis zu einem Hubraum von 350 ccm gebaut. Der Viertaktmotor wird außerdem durch die geringere Arbeitstaktzahl nicht so heiß und damit weniger beansprucht, vor allem der Zündkerzenverschleiß ist bei Viertaktmotoren geringer.

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7. Wankelmotor (Rotationskolbenmotor)

7.1 Geschichte

Der Wankelmotor wurde1954 von Felix Wankel erfunden. Der Grund dafür war, dass er einen Motor erfinden wollte, der keine hin und her bewegende Kolben und Ventile hat, denn bei der Bewegung wird beim Beschleunigen und beim Abbremsen Energie verschwendet. Aus diesem Grund wollte Felix Wankel einen Kolben, der sich nicht hin und her bewegt, sondern sich dreht.

Am 1.2.1957 wurde der Wankelmotor nach 35 jährige Entwicklungszeit zum 1. Mal in Betrieb genommen (der DKM 54 Wankel).

Felix Wankel hat nach dem Krieg mit den NSU Werken zusammengearbeitet, so entstand der NSU-Wankel-Spider, das 1. Serienauto mit Wankelmotor.

Von 1967-1977 wurde der NSU Ro80 gefertigt (ein deutsches Auto mit Wankelmotor, dass in der Preisklasse eines Daimler Benz lag).

1977 wurde die Serienproduktion in Deutschland eingestellt.

1967 stellt auch Mazda nach Lizenzkauf Autos her, die mit Wankelmotoren angetrieben wurden. Heute produziert Mazda mit dem RX-8 den Wankelmotor in Serie.

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7.2 Funktionsweise

Der Wankelmotor ist vom Prinzip her ähnlich wie ein Ottomotor, vier Takte sorgen dafür, dass Wärmeenergie in Bewegungsenergie umgesetzt wird. Der größte Unterschied ist aber, wie oben schon angedeutet (Geschichte des Wankelmotors), dass sich beim Wankelmotor kein Kolben hin und her bewegt, der immer wieder beschleunigt und abbremst, und somit Energie verschwendet, stattdessen wird ein Rotationskolben verwendet, der sich immer bewegt und somit keine Verluste durch Stillstand entstehen. Außerdem finden bei jeder Umdrehung des Rotationskolbens drei Zündungen statt, was den Motor sehr viel effizienter macht, da beim normalen Viertaktmotor nur bei jeder zweiten Umdrehung eine Zündung stattfindet.

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1. Takt: Der Ansaugvorgang beginnt sobald der Rotationskolben eine Öffnung des Einlasskanals zulässt, das ist kurz nach dem vollständigen Öffnen des Auslasskanals. Beim passieren des Einlasskanals vom Rotationskolben ist der Einlassvorgang abgeschlossen.
2. Takt: Nach dem vollständigen verschließen des Einlasskanals beginnt die Komprimierung des Kraftstoffgemischs, da der Arbeitsraum immer kleiner wird. Durch die fortschreitende Komprimierung wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch immer weiter erhitzt.
3. Takt: Nachdem das Gemisch seine höchste Dichte erreicht hat und es darauf die Zündkerze passiert, wird es gezündet. Bei der Zündung dehnt sich das Gasgemisch aus, was zu einer Bewegung des Rotationskolben führt.
4. Takt: Sobald der Rotationskolben den Auslasskanal öffnet werden die verbrannten Gase ausgeführt, bis er es wieder schließt. Interessant ist, dass der Ein- und Auslassvorgang teilweise zum gleichen Zeitpunkt stattfindet.

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7.3 Beispiel (Mazda RX-8)

Im Mazda RX-8 arbeiten zwei RENESIS Wankelmotoren die eine Leistung von 141kW (195 PS) haben. Die Höchstgeschwindigkeit, liegt bei 223, die Beschleunigung von 0-100 km/h liegt bei 7,2 Sek. Der Durchschnittsverbrauch beträgt 10,6 Liter auf 100km (was ein Problem ist da er nur mit Super-Bleifrei betrieben werden kann).

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7.4 Vorteile und Nachteile

Vorteile:

• Geräuscharmer Motorlauf
• Höhere Lebensdauer durch weniger bewegliche Teile
• Höhere Leistung als der Ottomotor
• Weniger Gewicht als der Ottomotor
• Ist für Wasserstoff geeignet (keine Selbstzündung an heißen Ventilen)

Nachteile:

• Hohe Kosten für die Aufnahme einer Produktion
• Weniger effektive Brennraum Form, dadurch höherer Verbrauch
• Feinarbeit für die Herstellung der Teile
• Keine Dieselfähigkeit
• Man muss Schmieröl in den Sprit geben

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8. Staustrahltriebwerk (Pulso-Rohr)

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Das besondere an dieser Bauart ist, dass dieser Motor ohne Kolben betrieben wird. Die beweglichen Teile beschränken sich auf Ventilklappen, die die Kraftstoff/Luft Zufuhr regeln.

Die Bestandteile dieses Triebwerks lassen sich an einer Hand aufzählen. Hauptbestandteil ist ein Rohr, das konusförmig (Durchmesser eines Rundmaterials verändert sich, im Verlauf dessen Länge (Schaft eines Bohrers, etc.)) verläuft. Wie auf dem Bild dargestellt, wird der Durchmesser anfangs größer, dies hat zur Folge, dass die durch das Rohr einströmende Luft verlangsamt wird. Durch die Verlangsamung der Strömungsgeschwindigkeit der Luft entsteht ein Druck, der zu einer Kompression der Luft führt (Je höher die Strömungsgeschwindigkeit desto geringer der Druck). Nach dieser Kompression wird der nun heiße Luft-Kraftstoff zugeführt, was wie beim Dieselmotor zu einer Selbstentzündung führt. Die dadurch entstehende Ausdehnung des Gases, wird durch das wieder enger werdende Rohr geleitet. Somit erhöht sich der Druck, welcher das Gas mit erhöhter Geschwindigkeit nach hinten austreten lässt. Der so entstehende Schub beschleunigt das ganze Pulso-Rohr, somit kann dieses Triebwerk ohne Kolben betrieben werden. Das Rohr ist also Einspritzanlage, Verbrennungsraum und Auspuff in einem.

Da die Kompression erst ab einer Luftgeschwindigkeit von etwa 1000km/h zu einer effektiven Verbrennung führt, werden die Triebwerke hauptsächlich als Raketentriebwerke (allerdings nur innerhalb der Erdatmosphäre wegen der Luftzufuhr) verwendet, aber auch für Modellflugzeuge eingesetzt. Mit diesen Triebwerken wurden schon Geschwindigkeiten bis Mach 10 also die 10 Fache Überschallgeschwindigkeit erzielt. Außerdem hat das Staustrahltriebwerk einen sehr hohen Wirkungsgrad, da bei der Verbrennung der Sauerstoff aus der Luft verwendet wird und nicht im Kraftstoff mitgeführt werden muss.

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9. alternative Antriebe

9.1 Wasserstoffverbrennungsmotor

Der Wasserstoffmotor läuft auf der Basis eines normalen Ottomotors bzw. eines Wankelmotors. Wie beim Benzin betriebenen Ottomotor wird der Kolben durch eine Explosion im Brennraum (Knallgasreaktion) vom oberen zum unteren Totpunkt geleitet. Für die Knallgasreaktion müssen 2 Teile Wasserstoff und 1 Teil Sauerstoff vorhanden sein (es muss also doppelt so viel Wasserstoff als Sauerstoff vorhanden sein). Man kann sogar einen Benzin betriebenen Ottomotor als Wasserstoffmotor umbauen, da das Zündverfahren durch eine Zündkerze identisch ist. Der Wasserstoffmotor bringt ein Fahrzeug durch kinetische Energie (Bewegungsenergie) die an der Kurbelwelle auftritt in Bewegung, er ist nicht zu verwechseln mit der Brennstoffzelle, die mit dem gleichen Mischungsverhältnis der Gase angetrieben wird, aber die Energie vorher als elektrische Energie umwandeln muss. Der Wasserstoff kann entweder vor dem Brennraum oder im Brennraum gemischt werden. Wenn er vor dem Brennraum in gasförmigem zustand gemischt wird spricht man von äußerer Gemischbildung (Saugrohr Einblasung). Wenn der Wasserstoff erst im Brennraum mit der Luft in Verbindung kommt spricht man von Innerer Gemischbildung (direkt Einblasung). Da der Wasserstoff aufgrund der geringen Dichte bei der Saugrohr Einblasung viel Luft verbrennt, ist der Wirkungsgrad geringer. Bei einer direkten Einblasung entsteht eine höhere Verdichtung, was zu einem höheren Wirkungsgrad führt. Aus diesem Grund wird die direkte Einblasung bevorzugt verwendet (z.B. im Mazda RX-8-H2 in dem allerdings ein Wankelmotor zum Einsatz kommt).

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9.2 Vor- und Nachteile

Der Vorteil von Wasserstoff betriebenen Verbrennungsmotoren ist, dass sie wenig Emissionen ausstoßen. Es wird lediglich Wasserdampf sowie Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid ausgeschieden, wobei die beiden Stickstoffoxide nur halb so stark in den Emissionen enthalten sind als bei einem Benzinmotor mit Katalysator. CO2 wird gar nicht freigesetzt. Der Wirkungsgrad des Wasserstoffmotors ist bei etwa 45%, was um ca. 20% besser ist als Benzinmotoren, die nach dem gleichen Prinzip funktionieren. Dies ist der Fall da das Wassertoffgemisch gezündet eine höhere Temperatur hat, als Benzin. Ein weiterer Punkt der heute eine große Rolle spielt ist, dass die Abgase keinen Feinstaub beinhalten. Wasserstoff ist zudem sicherer, als Benzin. Der Wasserstoff kann aus verschiedenen Quellen gewonnen werden, (fossile Brennstoffe aber auch regenerative Energiequellen wie Sonne, Wasser, Wind) nicht wie Benzin welches lediglich aus fossilen Brennstoffen gewonnen wird. Eine einfachere Bauweise und ein schnelleres verwenden nach dem Starten bringt ihn auch im Vergleich zu der Bennstoffzellen Technologie in den Vorteil. Auch der Karftstoffverbrauch ist bei dem Wasserstoffverbrennungsmotor geringer als beim Benzin betriebenen Ottomotor, da wenig Kraftstoff in Relation zum Gemisch notwendig ist.

Die Nachteile sind, dass der Wasserstoffmotor im Vergleich zum Benzinmotor eine geringere Leistung hat, da Wasserstoff einen geringeren Energiegehalt besitzt und meistens noch mehr Luft in den Brennraum eingesaugt, als benötigt wird (besonders bei der äußeren Gemischbildung). Außerdem greift der Wasserstoff den Schmierfilm um den Kolben und in der Zylinderlaufbahn an, da sich der Kohlenstoff des Schmieröls nicht mit Wasserstoff verträgt. Es kann aber ganz auf die Schmierung verzichtet werden, wenn die Laufflächen mit Keramik beschichtet werden. Die geringe Siedetemperatur von -235° macht es problematisch den Wasserstoff in flüssiger Form zu Tanken bzw. im Tank zu lagern. Ein Tankvorgang kann bis zu 20 min. pro Tankfüllung dauern. Es entstehen unter Umständen auch Verluste, da sich der Wasserstoff bei Erhitzung sehr stark ausdehnt und der Tank das Volumen nicht mit sich bringt, um den jetzt Gasförmigen Wasserstoff zu lagern. Außerdem ist es sehr schwierig und teuer Flächendeckend Wasserstoff an z.B. Tankstellen anzubieten. Der Wasserstoffmotor hat einen geringeren Wirkungsgrad als die Brennstoffzelle, bei der der Wirkungsgrad etwa bei 50% - 60% liegt. Der größte Nachteil ist wohl, dass bei der Wasserstoffherstellung sehr viel Energie verloren geht. Beim Wasserstoff getriebenen Verbrennungsmotor kann es auch zu einer unregelmäßigen Verbrennung kommen, da es der Fall sein kann, dass sich im Ansaugvorgang noch Restgase im Brennraum befinden, so kann eine Zündung geschehen bevor der Ansaugvorgang beendet ist, was zu einer Rückzündung führt da die Einlassventile noch geöffnet sind. Ein weiterer bedeutender Punkt ist, dass Wasserstoff noch 20 mal teurer ist als Benzin. Vor allem bei der Herstellung von Wasserstoff aus Erdgas wird sehr viel CO2 freigesetzt, was wieder negative Auswirkungen für die Umwelt hat und Erdgas außerdem auch ohne den hohen Energieaufwand der Wasserstoffherstellung genutzt werden kann.

Dennoch werden in Berlin Linienbusse mit Wasserstoff betrieben, genauso wie am Münchener Flughafen. In Japan werden von Mazda sogar schon Wasserstoff Autos an Kunden ausgeliefert. Auch BMW hat vor seine Modelle mit Wasserstoff betrieben Motoren auszustatten, was jetzt schon bei dem BMW Hydrogen 7 der Fall ist. Es ist also ganz klar das Bestreben nach neuen Antrieben vorhanden, die Leistung haben und Trotzdem die Umwelt schonen, außerdem ist zu sehen, dass es geplant ist Autos gleichen Standards zu bauen, wie sie heutzutage schon vorhanden sind. Dies ist sehr schön zu sehen, am Beispiel des BMW Hydrogen 7.

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10. Quellen

Quelle	URL	Bemerkung
Wikipedia	http://wikipedia.org/	Verwendet wurden lediglich Bilder und Animationen die eventuell verändert wurden. Texte dienten nur zur Anregung und wurden wenn überhaupt in eigenen Worten wiedergegeben, eine direkte Kopie von Texten hat nicht statt gefunden.
http://leifi.physik.uni-muenchen.de/	http://leifi.physik.uni-muenchen.de/	Ein Zitat wurde von dieser Internetpräsens verwendet (siehe Ottomotor).
Kartsport die Schule der Weltmeister vom Zeitgeist Verlag	http://www.zeitgeistmedia.de/	Es wurde ausschließich ein Artikel verwendet, allerdings in eigenen Worten verkürzt und mit diversen hinzugefügten, abgeänderten Textstellen versehen, eine direkte Kopie von Texten hat nicht statt gefunden.
Energieportal 24	http://www.energieportal24.de/	Texte wurden zur Anregung benutzt speziell um eigene Texte im Bereich alternative Antriebe zu erweitern, eine direkte Kopie von Texten hat nicht statt gefunden.

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