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Gasmotor

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Team Wissensdurst
Gasmotor
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Grundlagen zum Thema Gasmotor

Inhalt

Was ist ein Gasmotor?

Gasmotoren sind zugehörig zu der Gruppe der Verbrennungsmotoren und werden meist als Hubkolbenmotoren gebaut. Die Bauart von Hubkolbenmotoren kennst du vielleicht schon vom Diesel- oder Ottomotor. Diese Bauweise zeichnet sich dadurch aus, dass der Kolben während des Verbrennungsprozesses eine Hubbewegung (Auf- und Abwärtsbewegung) durchführt.

Vor der allgemein guten Verfügbarkeit von flüssigen Kraftstoffen fanden Gasmotoren Anwendung als weniger umweltschädliche Alternative zur Dampfmaschine, um z. B. Schiffe anzutreiben oder Strom zu erzeugen. Heutzutage werden sie überwiegend zur Erzeugung von Strom und Wärme in Kraftwerken genutzt, wobei sie dort die Möglichkeit bieten, auch Biogase zu nutzen.

Funktionsweise und Eigenschaften des Gasmotors

Wie funktioniert nun ein Gasmotor? Um diese Frage zu beantworten, bietet es sich an, sich zunächst den Aufbau eines der ersten Gasmotoren anzuschauen. Lenoirs Gasmotor besteht aus einem Kolben, zwei Zündkerzen, einem zylindrischen Gehäuse, das durch den Kolben in zwei Brennkammern unterteilt wird, sowie zwei Ventilen, die die Zu- und Abfuhr des Gases aus den Brennkammern regulieren.

Lenoirs Gasmotor, Aufbau und Funktionsweise

Die Funktionsweise des Gasmotors kann nun einfach erklärt werden. Im ersten Schritt lässt man das Gas in die Brennkammer einströmen. Nachdem das Einlassventil die Brennkammer wieder verschlossen hat, wird das Gas entzündet, was dazu führt, dass sich der Druck in der Brennkammer erhöht, da sich das Gas ausdehnen will. Infolgedessen drückt das Gas den Kolben auf die andere Seite des Zylinders. Da zu diesem Zeitpunkt das Ventil den Auslass der anderen Kammer öffnet, drückt der Kolben in diesem Schritt gleich das verbrannte Gas aus der Kammer heraus. Anschließend verschließt sich der Auslass der zweiten Kammer wieder und der Einlass lässt neues Gas einströmen. Nun wiederholt sich der gesamte Prozess unter der Vertauschung der Rollen der Kammern. Nach zwei Zündungen befindet sich der Motor also wieder in der Ausgangslage und der Kreisprozess beginnt von Neuem.

Wirkungsgrad des Gasmotors

Ein Nachteil eines Gasmotors dieser Art ist, dass aufgrund des beidseitigen Betriebs der Kolben die Temperatur des Motors sehr schnell ansteigt, was den Wirkungsgrad des Gasmotors senkt und zu einem hohen Verschleiß führt. Der Wirkungsgrad $\eta$ definiert hierbei das Verhältnis der vom Motor verrichteten Arbeit W und der dem Motor zugeführten thermischen Energie, die auch als Wärme $Q_{zu}$ bezeichnet wird.

Die vom Motor verrichtete Arbeit kann man dabei einfach aus der Differenz der dem Motor zugeführten Wärme $Q_{zu}$ und der vom Motor wieder abgegebenen Wärme $Q_{ab}$ bestimmen. Der Wirkungsgrad lässt sich somit mit der folgenden Formel berechnen.

$\eta = \frac{W}{Q_{zu}} = \frac{Q_{zu} - Q_{ab}}{Q_{zu}}$

Zusammenfassung zum Gasmotor

Im Folgenden fassen wir die wichtigsten Informationen zum Gasmotor noch einmal zusammen:

  • Der Gasmotor ist ein Verbrennungsmotor.
  • In den meisten Fällen wird er als Hubkolbenmotor gebaut.
  • Die Funktionsweise des Gasmotors beruht auf einem Kreisprozess, bei dem der Kolben über entzündetes und somit sich ausdehnendes Gas bewegt wird.
  • Der Wirkungsgrad von Gasmotoren ist relativ gering.

Auch zur Funktionsweise des Gasmotors gibt es interaktive Übungen und ein Arbeitsblatt – du kannst dein neu erworbenes Wissen also direkt anwenden!

Transkript Gasmotor

1859 entwickelte der Luxemburgische Erfinder Jean-Joseph Étienne Lenoir den ersten brauchbaren Verbrennungsmotor. Hier wurde als Brennstoff Stadtgas aus dem öffentlichen Gasnetz verwendet, das man sonst nur zur Beleuchtung von Straßen und Wohnungen nutzte. Lenoirs Gasmotor hatte noch große Ähnlichkeit mit einer Dampfmaschine. Bei diesem Motor wird der Brennstoff direkt im Zylinder verbrannt. Damit muss die Wärme nicht mehr von außen zugeführt werden. Die Zündung des Gasgemisches erfolgt durch einen Funken, den Induktionsfunken. Schauen wir uns diesen Motor einmal genauer an. Er arbeitet in zwei Schritten. Die Verbrennung des Gases findet abwechselnd einmal auf der linken und einmal auf der rechten Seite des Kolbens statt. Durch die Verbrennung steigt die Temperatur und somit der Druck des Gases an, es dehnt sich aus. Dadurch wird der Kolben in waagerechter Richtung hin und her bewegt. da immer wieder die gleichen Zustände durchlaufen werden, spricht man von einem Kreisprozess. Bei Lenoirs Gasmotor wird die Arbeit also durch die Ausdehnung des Gases verrichtet. Der Brennstoffverbrauch dieses ersten Gasmotors war allerdings sehr hoch. Durch das beidseitige Betreiben des Kolbens stieg die Betriebstemperatur rasch an. Das führte zu einem schnellen Verschleiß. Dadurch war der Motor nicht besonders wirkungsvoll. Um die Leistungsfähigkeit eines Motors zu beurteilen, nutzt man den thermodynamischen Wirkungsgrad Eta. Er beschreibt das Verhältnis zwischen der verrichteten Arbeit W zur zugeführten Wärme Q. Läuft ein Kreisprozess einmal durch, dann ist die verrichtete Arbeit die Differenz aus zugeführter und abgegebener Wärme. Beim Lenoir-Motor wird deutlich mehr Wärme zugeführt, als Arbeit verrichtet. Sein Wirkungsgrad ist also sehr gering. Doch trotz seines geringen Wirkungsgrades und seines zu hohen Brennstoffverbrauchs gilt der Moteur Lenoir als ein Wendepunkt in der Technikgeschichte.

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