Bei einem Verbrennungsmotor übt der durch das brennende Luft-Kraftstoff-Gemisch verursachte Druck eine direkte Kraft auf einen Teil des Motors aus (z. B. bei einem Kolbenmotor wird die Kraft auf die Oberseite des Kolbens ausgeübt), der den Gasdruck in mechanische Energie umwandelt (oft in Form einer rotierenden Abtriebswelle). Dies steht im Gegensatz zu einem externen Verbrennungsmotor, bei dem die Verbrennung in einem separaten Teil des Motors stattfindet, wo der Gasdruck in mechanische Energie umgewandelt wird.
Fremdgezündete MotorenBearbeiten
Bei Ottomotoren, wie z. B. Benzinmotoren, befindet sich der Brennraum normalerweise im Zylinderkopf. Die Motoren sind oft so konstruiert, dass der Boden des Brennraums ungefähr mit der Oberseite des Motorblocks übereinstimmt.
Moderne Motoren mit obenliegenden Ventilen oder obenliegender(n) Nockenwelle(n) verwenden die Oberseite des Kolbens (wenn er sich nahe dem oberen Totpunkt befindet) als Boden des Brennraums. Darüber befinden sich an den Seiten und an der Decke des Brennraums die Einlassventile, die Auslassventile und die Zündkerze. So entsteht ein relativ kompakter Brennraum ohne seitliche Vorsprünge (d. h. der gesamte Brennraum befindet sich direkt über dem Kolben). Übliche Formen für den Brennraum ähneln einer oder mehreren Halbkugeln (z. B. Hemi-, Pent-Roof-, Keil- oder Nierenform).
Die ältere Flachkopfmotorbauart verwendet einen „wannenförmigen“ Brennraum mit einer länglichen Form, die sowohl über dem Kolben als auch den Ventilen (die sich neben dem Kolben befinden) sitzt. IOE-Motoren kombinieren Elemente von Motoren mit hängenden Ventilen und Flachkopfmotoren; das Einlassventil befindet sich oberhalb des Brennraums, während das Auslassventil darunter angeordnet ist.
Die Form des Brennraums, der Einlass- und Auslasskanäle ist der Schlüssel zu einer effizienten Verbrennung und zur Maximierung der Leistungsabgabe. Die Zylinderköpfe sind oft so gestaltet, dass sie eine bestimmte „Verwirbelung“ (Rotationskomponente des Gasstroms) und Turbulenz erzeugen, was die Vermischung verbessert und die Durchflussrate der Gase erhöht. Die Form des Kolbenbodens wirkt sich ebenfalls auf die Stärke der Verwirbelung aus.
Ein weiteres Konstruktionsmerkmal zur Förderung von Turbulenzen für eine gute Kraftstoff-Luft-Vermischung ist die Quetschung, bei der das Kraftstoff-Luft-Gemisch unter hohem Druck durch den ansteigenden Kolben „gequetscht“ wird.
Die Position der Zündkerze ist ebenfalls ein wichtiger Faktor, da sie der Ausgangspunkt der Flammenfront (die Vorderkante der brennenden Gase) ist, die sich dann nach unten zum Kolben bewegt. Eine gute Konstruktion sollte enge Spalten vermeiden, in denen sich stagnierendes „Endgas“ festsetzen kann, was die Leistung des Motors verringert und möglicherweise zu Motorklopfen führt. Die meisten Motoren verwenden eine einzelne Zündkerze pro Zylinder, einige (wie der Alfa Romeo Twin Spark Motor von 1986-2009) verwenden jedoch zwei Zündkerzen pro Zylinder.
SelbstzündungsmotorenBearbeiten
Selbstzündungsmotoren, wie z.B. Dieselmotoren, werden typischerweise klassifiziert als:
- Direkteinspritzung, bei der der Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird. Gängige Varianten sind die Einheitsdirekteinspritzung und die Common-Rail-Einspritzung.
- Indirekteinspritzung, bei der der Kraftstoff in eine Wirbelkammer oder Vorbrennkammer eingespritzt wird. Der Kraftstoff entzündet sich, wenn er in diese Kammer eingespritzt wird, und das brennende Luft/Kraftstoff-Gemisch breitet sich in die Hauptbrennkammer aus.
Direkteinspritzungsmotoren bieten in der Regel einen besseren Kraftstoffverbrauch, aber Motoren mit indirekter Einspritzung können eine niedrigere Kraftstoffqualität verwenden.
Harry Ricardo war führend in der Entwicklung von Brennkammern für Dieselmotoren, die bekannteste ist die Ricardo Comet.
GasturbineEdit
In einem System mit kontinuierlicher Strömung, z. B. in der Brennkammer eines Düsentriebwerks, wird der Druck geregelt und die Verbrennung erzeugt eine Volumenvergrößerung. Die Brennkammer in Gasturbinen und Strahltriebwerken (einschließlich Staustrahltriebwerken und Scramjets) wird als Brennkammer bezeichnet.
Die Brennkammer wird vom Kompressionssystem mit Hochdruckluft gespeist, fügt Kraftstoff hinzu, verbrennt das Gemisch und leitet das heiße, unter hohem Druck stehende Abgas in die Turbinenkomponenten des Triebwerks oder aus der Abgasdüse heraus.
Es gibt verschiedene Arten von Brennkammern, hauptsächlich:
- Dosenbrenner: Can Combustoren sind in sich geschlossene zylindrische Brennkammern. Jede „Dose“ hat ihre eigene Einspritzdüse, Auskleidung, Verbindungsleitungen und ein Gehäuse. Jede „Dose“ wird durch eine eigene Öffnung mit Luft versorgt.
- Kanisterbrenner: Wie die Brennkammer des Dosentyps haben die ringförmigen Brennkammern getrennte Verbrennungszonen, die in separaten Auskleidungen mit eigenen Brennstoffeinspritzdüsen enthalten sind. Anders als bei der Dosenbrennkammer teilen sich alle Verbrennungszonen ein gemeinsames Luftgehäuse.
- Ringbrennkammer: Ringbrenner verzichten auf die getrennten Verbrennungszonen und haben einfach eine durchgehende Auskleidung und Ummantelung in einem Ring (dem Ringraum).
RaketenmotorBearbeiten
Wenn sich die Gasgeschwindigkeit ändert, wird Schub erzeugt, zum Beispiel in der Düse eines Raketentriebwerks.