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Verbrennung

Glossar

Bezug zum Kraftfahrzeug

Chemischer Prozess, Umwandlung von Energie
Maschine, Motor
Kraftstoff, Verbrennungsluft

 

Beschreibung

Der chemische Prozess der Verbrennung spielt im Kraftfahrzeugbereich eine wichtige Rolle. In Verbrennungsmotoren ist das der Vorgang, der für die Umwandlung der in den jeweiligen Kraftstoffen enthaltenen chemischen Energie in Bewegungsenergie verantwortlich ist. Fossile Brennstoffe enthalten eine sehr hohe chemische Energie. In einem relativ kleinen Volumen steckt sehr viel Energie, wodurch das Mitführen des Kraftstoffs einen verhältnismäßig geringen Raum einnimmt. Im Gegensatz dazu haben Fahrzeuge mit alternativen Antrieben eine merklich geringere Reichweite.

Wichtig für eine Verbrennung ist das richtige Verhältnis zwischen den Edukten. Im Kraftfahrzeugbereich handelt es sich hierbei auf der einen Seite immer um Luft aus der Umgebung, also letzten Endes Sauerstoff als Oxidationsmittel, und den verschiedenen Kraftstoffen der erdölverarbeitenden Industrie:

Jeder dieser Kraftstoffe benötigt auf 1kg eine andere Luftmasse. Auch ist die gespeicherte chemische Energie verschieden groß:

 

Kraftstoff Heizwert Stöchometrisches Verhältnis
Methanol H i = 5,5 kWh kg  bzw.
H i = 19,9 MJ kg
 
Ethano H i = 7,4 kWh kg  bzw.
H i = 26,8 MJ kg
 
Autogas H i = 12,8 kWh kg  bzw.
H i = 46 MJ kg
 
Diesel H i = 11,8 kWh kg  bzw.
H i = 42,5 MJ kg
L St = 14,5kg
Erdgas 9,1 kWh kg < H i < 12,7 kWh kg  bzw.
32,7 MJ kg < H i < 45,5 MJ kg
 
Motorenbenzin 11,1 kWh kg < H i < 11,6 kWh kg  bzw.
40,1 MJ kg < H i < 41,8 MJ kg
L St = 14,7kg
 

Steht eine ausreichend große Masse an Kraftstoff und Sauerstoff im Brennraum zur Verfügung und ist der Zündvorgang in Gang gesetzt, läuft eine exotherme Reaktion ab. Das heißt, dass bei der Reaktion der beteiligten Stoffe Wärmeenergie und Druck aus der gespeicherten chemischen Energie entsteht. Da sich konstruktionsbedingt in einem Verbrennungsmotor der Verbrennungsraum vergrößert, wird die entstandene Wärme und der entstandene Druck in Bewegungsenergie umgewandelt. Da die Wärme nicht gänzlich in Bewegung umgewandelt werden kann, ist hier der Wärmeverlust eines Motors zu verzeichnen.

In einem Ottomotor wird das Kraftstoffluftgemisch mit Hilfe einer oder mehrerer Zündkerzen gezündet. Das bedeutet, dass an einer bestimmten Stelle im Brennraum, der vollständig mit dem Kraftstoffluftgemisch gefüllt ist, die chemische Reaktion eingeleitet wird. Der entstehende Druck entsteht durch die sich ausdehnenden Gase. Die freigesetzte Wärme bewirkt die Fortpflanzung der Verbrennung des Kraftstoffluftgemischs, da sich der bisher unverbrannte Anteil durch die Wärme aufheizt und abbrennt. Ein solcher Verlauf ist eine Explosion, die genauer gesagt eine Deflagration ist. Sie läuft mit einer Geschwindigkeit unterhalb der Schallgeschwindigkeit ab. Somit findet in einem Verbrennungsmotor stets eine Kettenreaktion statt.

 
 
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