Verbrennungsmotoren

Der Dieselmotor

Figur 7: Verbesserter Motor von Rudolf Diesel (DE 82 168 A).

Im Jahre 1893 wurde dem in der Kältemaschinenfabrik Carl von Lindes ausgebildeten deutschen Ingenieur Rudolf Diesel (1858-1913) das Patent DE 67 207 A für einen neuartigen Motor erteilt, der heute seinen Namen trägt. Sein Hauptmerkmal bestand im Wesentlichen darin, dass zunächst kein Kraftstoff-Luft-Gemisch, sondern nur Luft in den Zylinder eingebracht und dort hoch verdichtet wird. Dabei erwärmt sich die Luft auf bis zu 900°C. Erst dann wurde das damals vergleichsweise günstige Schweröl ("Dieselkraftstoff") eingespritzt, das sich aufgrund der hohen Temperatur in der Brennkammer selbst entzündet.

Ein Folgepatent (DE 82 168 A) verbesserte einige offensichtliche Schwächen der bisherigen Ausführung (Figur 7). Um Rudolf Diesels Ende ranken sich mehrere Theorien, die von Selbstmord oder Mord handeln. Im Jahre 1913 wurde er letztmals auf einem Schiff bei der Überfahrt über den Ärmelkanal lebend gesehen.

Der Abgasturbolader

Für viele Leute ist der "Turbo" oder "Turbolader" ein Synonym für Leistungssteigerung in einem Verbrennungsmotor und oftmals mit dem Bild eines modernen hochgezüchteten Rennwagens verbunden. Dabei ist das Prinzip sehr alt, denn es wurde bereits 1905 von dem Schweizer Alfred Büchi (1879 - 1959) als "Abgasturbolader" erfunden (CH 35 259 A, Figur 8).

Figur 8: Abgasturbolader von Alfred Büchi aus dem Jahre 1905 (CH 35 259 A).

In diesem Patent wird beschrieben, wie in einem Kolbenmotor durch die Energie der Abgase des Motors eine Erhöhung des Kraftstoff-Luft-Gemisch-Durchsatzes erzielt werden kann. Hierfür wird durch die kinetische Energie der Abgase über eine Welle (b) eine Turbine (g) angetrieben. Diese Turbine wirkt nun quasi als Vorverdichter für das in die Arbeitszylinder (a) über eine Kühleinrichtung (k) einströmende Kraftstoff-Luft-Gemisch.

Die Vorverdichtung stellt energetisch gesehen eine größere Menge Sauerstoff für die Verbrennung zur Verfügung, was eine effektivere chemische Umsetzung, daraus folgend ein größeres Drehmoment und letztlich eine größere Leistungsabgabe ermöglicht als bei einem "normalen" Motor (auch "Saugmotor" genannt).

Der Wankelmotor

Der Ottomotor und auch der Motor von Diesel stellen so genannte Hubkolbenmotoren dar, d.h. die mechanische Arbeit wird von einem Kolben in einem Zylinder in Form einer linearen Bewegung verrichtet. In Rotationskolbenmotoren arbeitet dagegen ein rotierender Kolben in der geometrisch meist recht aufwändig herzustellenden Brennkammer. Ein Beispiel hierfür ist der nach Felix Wankel (1902 ? 1988) benannte Wankelmotor (Figur 9).

Figur 9: Wankelmotorprinzip mit dem innen gelegenen rotierenden Kolben (3), der quasi auf der Innenwand des Brennraumes (1) über eine Exzenterwelle abrollt (aus DE 1 012 309 A).

Der Autodidakt Wankel arbeitete seit Ende der 1920er Jahre an diesem mit vielen Schwierigkeiten verbundenen Arbeitsprinzip eines Motors weiter, das unter anderem bereits James Watt beschäftigt hatte. Seine ersten Patente handeln von der äußerst schwierigen Schmierung eines solchen Motors sowie seiner Ventilsteuerung und münden schließlich 1954 (DE 952 903 B) und 1957 (DE 1 012 309 A) in Rotationskolbenmotoren, die sich durch eine Exzenterwelle auszeichnen und außergewöhnliche, aber praktikable Brennkammergeometrien aufzeigen.

Gleiches gilt für die Entwicklung DE 961 709 B der NSU-Werke, für die Wankel zeitgleich als externer Forschungsbeauftragter tätig war. Aufgrund der dort dargelegten Prinzipien ließen sich konkurrenzfähige Motoren in Serie herstellen, die wegen der kompakten Bauweise wesentlich weniger Platz brauchen und aufgrund ihrer kompletten Auswuchtbarkeit einen wesentlich vibrationsärmeren Verlauf aufweisen als ein gewöhnlicher Hubkolbenmotor.

Wankelmotoren werden trotzdem aus den verschiedensten Gründen nur als Nischenantriebe eingesetzt. Da sich dieser Motorentyp auch für den Betrieb mit Wasserstoff eignet, könnte ihm aber im Rahmen emissionsfreier Fahrzeuge in Zukunft durchaus mehr Bedeutung zukommen.


Patentnummer	Jahr	Titel
DE 67 207 A	1892	Arbeitsverfahren und Ausführungsart für Verbrennungskraftmaschinen
DE 82 168 A	1893	Verbrennungskraftmaschine mit veränderlicher Dauer der unter wechselndem Überdruck stattfindenden Brennstoffeinführung
CH 35 259 A	1905	Kohlenwasserstoff-Kraftanlage
DE 952 903 B	1954	Drehkolbenmaschine mit zwei exzentrisch ineinander gelagerten Läufern
DE 961 709 B	1954	Innenachsige Rotationskolbenmaschine
DE 1 012 309 A	1956	Innenachsige hochverdichtende Rotationskolbenmaschine

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