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7/23/2019 Ver Bren Nung s Motor
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Verbrennungsmotor
Ein Verbrennungsmotor ist eineVerbrennungskraftmaschine, wandelt also chemischeEnergie in mechanische Arbeit um. Dazu wird imBrennraum ein zündfähiges Gemisch aus Kraftstoff undLuft verbrannt. Kennzeichen der Verbrennungsmotorenist die „innere Verbrennung“, also die Erzeugung derVerbrennungswärme im Motor. Die Wärmeausdehnungdes so entstehenden Heißgases wird genutzt, um Kolben(beim Wankelmotor Läufer) zu bewegen. Die häufigs-ten Arten von Verbrennungsmotoren sind Otto- und
Dieselmotoren.Die kontinuierlich arbeitenden Strahl- undRaketentriebwerke sowie Gasturbinen zählen übli-cherweise nicht zu den Verbrennungsmotoren, obwohlauch dort der Kraftstoff innerhalb der Maschine ver-brannt wird. Dampfturbinen, Dampfmaschinen oderder Stirlingmotor sind keine Verbrennungsmotoren,da die für ihren Betrieb nötige Wärme durch „äußereVerbrennung“ erzeugt wird.
1 Grundsätzliche Funktionsweise
Bei allen Motoren mit innerer Verbrennung wird nachjedem Arbeitsspiel das beteiligte Gas gewechselt, al-so Abgas ausgestoßen und frisches Gemisch (Frisch-gas) zugeführt. Heutige Motoren verdichten das Gas zu-nächst, dann wird es bei hohem Druck verbrannt undwieder entspannt. Das Gas verrichtet mechanische Ar-beit und kühlt sich dabei ab. Je nach Bau- und Funk-tionsweise des Motors werden diese Vorgänge unter-schiedlich verwirklicht. Wichtig für die Funktion als Mo-tor ist, dass wegen der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemischs die Ausdehnung bei höherem Druck geschiehtals das Verdichten. Der maximal mögliche Wirkungsgradhängt von den Temperaturniveaus ab, auf dem dieVerbrennungswärme zu- und abgeführt wird, und damitvom Verdichtungsverhältnis. Moderne Pkw-Ottomotorenerreichen im besten Arbeitspunkt (etwa in der Mitte desDrehzahlbandes und knapp unter der Volllastkurve) ei-nen effektiven Wirkungsgrad von 36 %. Bei Dieselmoto-
ren liegt dieser bei 43 %.[1] Die mechanischen Verlustesind fast nur von der Drehzahl abhängig, daher nimmt derWirkungsgrad bei geringer Last stark ab.
Viertakt-Ottomotor als Beispiel für einen Verbrennungsmotor.
Benennung der Arbeitstakte:
1. Ansaugen
2. Verdichten
3. Arbeiten
4. Ausstoßen
2 Einteilung
In der Geschichte des Motorenbaus sind viele Konzepteerdacht und realisiert worden, die nicht unbedingt in das
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2 2 EINTEILUNG
folgende Raster passen, zum Beispiel Ottomotoren mitDirekteinspritzung oder Vielstoffmotoren. Zugunsten derÜbersichtlichkeit werden diese Sonderfälle hier nicht be-trachtet.
Dazu gehören z. B. der Wankelmotor (Ottomo-
tor mit Rotationskolben und Schlitzsteuerung) oderSchiffsdieselmotoren, die oft als Zweitakt-Dieselmotormit Auslassventilen konzipiert sind.
2.1 Nach dem Arbeitsverfahren
Schnitt durch einen Motorradmotor
Viertaktverfahren (Viertaktmotor) Jeder der vier Ar-beitsschritte läuft während eines Taktes ab. MitTakt ist in diesem Fall ein Kolbenhub gemeint,das heißt eine vollständige Aufwärts- oder Abwärts-bewegung des Kolbens. Während eines Arbeitszy-klus’ mit vier Takten dreht sich die Kurbelwelle al-so zweimal. Der Gashub ist geschlossen, das heißtFrischgas und Abgas sind vollständig voneinandergetrennt. In der Praxis kommt es aber doch zueiner kurzen Berührung während der sogenanntenVentilüberschneidung.
Zweitaktverfahren (Zweitaktmotor) Auch beimZweitaktverfahren laufen alle vier Arbeitsschritteab, aber während zweier Kolbenhüben (= Takte).
Dies ist möglich, weil ein Teil des Ansaugens undder Verdichtung (das Vorverdichten) außerhalb desZylinders stattfindet, und zwar im Kurbelgehäuse
Scott-Zweitaktmotor von 1912
unter dem Kolben oder in einem Lader. Die Kur-belwelle dreht sich während eines Arbeitszyklusnur einmal. Der Gaswechsel ist offen, das heißt,es kommt zu einer partiellen Durchmischung vonFrischgas und Abgas.
Split-Cycle-Motor (Scuderi-Motor) Der Scuderi-Motor arbeitet mit vier getrennten Takten, diejedoch auf zwei Zylinder aufgeteilt sind. Die vierArbeitsschritte Ansaugen, Verdichten, Verbrennenund Ausstoß werden auf zwei Zylinder verteilt, diefür ihre jeweiligen Aufgaben konstruktiv optimiertwerden können. Es handelt sich um ein altbekanntesVerfahren, das jedoch erst jüngst (2007) zum Baueines Prototyps geführt hat.
2.2 nach dem Bewegungsablauf
• Hubkolbenmotor (typischerweise in Kombinationmit Pleuel und Kurbelwelle, teilweise auch mitKnick-Pleuel oder kurbelwellenlose Kurvenschei-benmotoren)
• Rotationskolbenmotor (z. B. der Wankelmotor oderMcMastermotor)
• Freikolbenmotor (lineare Kolbenbewegung)
• Mederer-Motor (längere Verweildauerdes Kolbens im oberen Totpunkt, Quasi-Gleichraumverbrennung)
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2.5 nach dem Brennverfahren 3
2.3 nach dem Gemischbildungsverfahren
Zum effektiven Betrieb ist das optimaleVerbrennungsluftverhältnis des Kraftstoff-Luft-Gemisches erforderlich. Die Gemischbildung kannbeim Dieselmotor nur innerhalb, beim Ottomotor auch
außerhalb des Zylinders stattfinden.
Äußere Gemischbildung Es wird ein zündfähiges Gas-gemisch über den Ansaugtrakt in den Zylinder ge-führt und dort verdichtet. Das ermöglicht hoheDrehzahlen, da die Verbrennung ohne Verzöge-rung erfolgt, sobald gezündet wird. Durch überhöh-te Temperatur (heißer Motor, hohe Verdichtung beiVolllast) kann es zu unkontrollierter Selbstzündungkommen. Dieser „Klopfen“ genannte Effekt be-grenzt das Verdichtungsverhältnis und kann durchden Zusatz von Antiklopfmitteln zum Kraftstoffver-
hindert werden. Nach der Zündung kann die Ver-brennung gewöhnlich nicht mehr beeinflusst wer-den. Die äußere Gemischbildung kann auf zwei Ar-ten erfolgen:
• Vergaser zerstäuben das Benzin in feine Tröpfchenund bilden so ein Aerosol, das in die Zylinder ge-führt wird. Bis in die 1990er Jahre waren sie im Au-tomobilbau üblich und werden heute fast nur nochin Kleinmotoren eingesetzt.
• Bei der indirekten Benzineinspritzung wird der
Kraftstoff mit vergleichsweise geringem Druck imAnsaugtrakt kurz vor dem/den Einlassventil(en)dem Luftstrom beigemengt (Saugrohreinspritzung).Vorteile gegenüber dem Vergaser sind unter an-derem die schnellere und präzisere Steuerungder Kraftstoffmenge und die Lageunabhängigkeit(wichtig z. B. bei Flugmotoren).
Innere Gemischbildung Vom Zylinder wird nur Luftangesaugt und verdichtet. Erst unmittelbar vor derVerbrennung wird mit hohem Druck der Kraftstoff(Benzin oder Diesel) direkt in den Brennraum einge-
spritzt (Direkteinspritzung), weshalb der Wirkungs-grad durch höhere Verdichtung gesteigert werdenkann. Nach Einspritzbeginn benötigt der KraftstoffZeit zum Vermischen und Verdampfen. Die Ver-brennung erfolgt verzögert und begrenzt so die ma-ximale Motordrehzahl.
2.4 nach dem Zündverfahren
• Fremdzündung
• Selbstzündung
• kontrollierte Selbstzündung oder homogene Kom-pressionszündung (HCCI)
Funktionsprinzip eines Dieselmotors
Die Fremdzündung ist das Merkmal des Ottomotors. Da-bei wird das Entzünden des Kraftstoff/Luft-Gemischsdurch eine Zündkerze eingeleitet, optimal kurz vor demoberen Totpunkt.
Die Selbstzündung ist das Merkmal des Dieselmotors.
Dabei wird zuerst reine Luft stark verdichtet und dadurcherhitzt. Kurz vor dem oberen Totpunkt (OT) wird derDieselkraftstoff eingespritzt, der sich durch die Hitze vonselbst entzündet.
Die kontrollierte Selbstzündung wirdderzeit für verschie-dene Verbrennungsmotoren entwickelt. Die Gemischbil-dung soll intern aber früh erfolgen, damit das Gemischbis zur Zündung gut durchmischt (homogen) ist. Dadurchwerden bessere Emissionswerte erreicht.
2.5 nach dem Brennverfahren
Mit Brennverfahren bzw. Verbrennungsverfahren be-zeichnet bei Verbrennungsmotoren den Ablauf, mit dem
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4 2 EINTEILUNG
die Verbrennung des Brennstoffs im Motor erfolgt.
• die Schichtladung (FSI, Ottomotor)
• das BPI-Brennverfahren (Ottomotor)
• das Strahlgeführtes Brennverfahren (Ottomotor)
2.6 nach der Füllungsart
• Saugmotor
• Ladermotor
• Kreislaufmotor
2.7 nach dem Kühlverfahren
→ Hauptartikel: Kühlung (Verbrennungsmotor)
• Flüssigkeitskühlung
• Luftkühlung
• Ölkühlung
• Kombinationen aus Luft-/Ölkühlung (SAME)
• Stickstoffkühlung
2.8 nach Bauformen und Anzahl der Zy-linder
Abhängig von der Anzahl der Zylinder werden/wurdenOtto- und Dieselmotoren bzw. Viertakt- und Zweitakt-Motoren gebaut als:
Querschnittszeichnung eines Sechszylinder -V-Motors
Der Reihensternmotor Swesda M503 mit 42 Zylindern in sieben
Zylinderbänken zu jeweils sechs Zylindern.
• Einzylindermotor (1)
• Reihenmotor (2/Parallel-Twin, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,10, 12, 14)
• U-Motor (4, 12, 16)
• V-Motor (2, 4, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 24)
• VR-Motor (5, 6, 8, 12, 16)
• W-Motor (3, 8, 12, 16, 18, 24)
• Y-Motor (3, 6, 12, 18, 24)
• H-Motor (16, 24, 40)
• X-Motor (16, 24)
• Boxermotor (2, 4, 6, 8, 12)
• Sternmotor (3, 5, 7, 9, 11)
• Reihensternmotor (6×2=12, 4×3=12, 6×4=24,4×5=20, 2×6=12, 4×6=24, 5×6=30, 6×6=36,3×7=21, 4×7=28, 4×9=36, 7×6=42, 7×8=56)
• Mehrfachsternmotor (2×7=14, 2×9=18, 4×7=28)
• Umlaufmotor (1, 2, 4, 5, 7, 9, 14)
• Gegenkolbenmotor (fast nur Zweitaktdiesel), z. B.Junkers Jumo 205 (zwei Kurbelwellen), Napier Del-tic (drei Kurbelwellen im Dreieck angeordnet)
• Taumelscheibenmotor (nur Vier-Takt)
Die fettgedruckten Bauformen und Zylinderzahlen sindheute in Kraftfahrzeugen gebräuchlich. Der Verbren-nungsmotor mit der höchsten Zahl an Zylindern, der je
gebaut wurde, ist der Reihensternmotor Swesda M520mit 56 Zylindern in sieben Zylinderbänken zu jeweilsacht Zylindern.
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Viertakt-Sternmotoren haben immer eine ungerade Zy-linderzahl pro Stern. Der Grund dafür ist, dass beim Vier-taktmotor jeder Zylinder nur in jeder zweiten Umdre-hung gezündet wird, so dass eine durchgängige Zündfol-ge, die für den ruhigen, vibrationsfreien Lauf des Mo-tors erforderlich ist, nur mit ungeraden Zylinderzahlen
erzielt werden kann. Mehrfachsternmotoren wie die 14-Zylinder-Doppelsternmotoren BMW 801 und Wright R-2600 oder auch der P & W R-4360 (28 Zylinder in vierSternen zu je sieben) haben jedoch eine gerade Zylinder-zahl.
Davon sind die Reihensternmotoren zu unterscheiden,bei denen mehrere Zylinderbänke sternförmig um dieKurbelwelle angeordnet sind. Dies waren z. B. derDaimler-Benz DB 604, Rolls-Royce Vulture und AllisonX-4520 (X-Motoren mit vier Zylinderbänken zu jesechs Zylindern = 24 Zylinder), Junkers Jumo 222 undDobrynin WD-4K (ebenfalls 24 Zylinder, jedoch als
Hexagon mit sechs Zylinderbänken zu je vier Zylindern)und der Zwölfzylindermotor Curtiss H-1640 Chieftainmit sechs Zylinderbänken zu je zwei Zylindern.
Im Motorsport werden vereinzelt trotz der höheren Un-wucht auch V-Motoren mit ungeraden Zylinderzahlen(drei oder fünf) gebaut.
Als langsam laufende Schiffsdiesel gibt es Reihenmoto-ren mit bis zu 14 Zylindern sowie V-Motoren mit 20 oder24 Zylindern.
3 Ungewöhnliche Bauarten
Der Wankelmotor ist eine Bauart, die nach Felix Wan-kel benannt ist. Beim Wankelmotor sind zwei kinemati-sche Formen möglich: Zum einen der Kreiskolbenmotor,bei dem ein bogig-dreieckiger Kolben in einem oval-scheibenförmigen Gehäuse mit einer nur leicht oszil-lierenden Bewegung auf der Exzenterwelle (entsprichtpraktisch der Kurbelwelle beim Hubkolbenmotor) „ei-ert“. Zum anderen der Drehkolbenmotor, bei dem so-
wohl der bogig-dreieckige Läufer als auch die oval-scheibenförmige Hüllfigur (Trochoide) um ihre Schwer-punkte rotieren.
Der Stelzer-Motor, benannt nach seinem Erfinder FrankStelzer, ist ein Zweitakt-Freikolbenmotor. Im Stelzer-Motor wird während des gesamten Arbeitsablaufes nurder Kolben bewegt. Seine unterschiedlichen Kolben-durchmesser öffnen und schließen verschiedene Öffnun-gen im Gehäuse und steuern damit gleichzeitig den Gas-wechsel.
In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurde eine Rei-he exotischer Konstruktionen entworfen, die jedoch das
Prototypstadium nicht überschritten. Durch Fortschritteder Werkstoffforschung sind Lösungen für Probleme al-ter Konstruktionen möglich.
4 Kraftstoffe
• Motorenbenzin (siehe auch: Ottokraftstoff ,
Oktanzahl )
• Dieselkraftstoff
• JP-8 (Turbinenkraftstoff, Anwendung in militäri-schen Dieselmotoren)
• Kerosin (Turbinenkraftstoff, Anwendung in militä-rischen Dieselmotoren)
• Biodiesel (Pflanzenöl nach Veresterung)
• Pflanzenöl
• Fettsäuremethylester (als Beimischung zum Diesel)
• Autogas (LPG)
• Methan (Erdgas (CNG); Biogas; Holzgas)
• Methanol (MeOH; CH3OH)
• Ethanol (EtOH; C2H5OH)
• Hythan (CH4 und H2)
• Ethanol (rein oder als Beimischung)
• Teeröl, Schweröl (für größere stationäre Motorenund Schiffsmotoren)
• Kohlenstaub
• Wasserstoff
• Generatorgas
• Gichtgas
• Holzgas
• Nitromethan (meist nur als Kraftstoffzusatz)
5 Wichtige Motorenbauer
•
Carl Benz• Gottlieb Daimler
• Joseph Day
• Philippe Lebon d'Humbersin
• Rudolf Diesel
• Ludwig Elsbett
• Hugo Junkers
• Eugen Langen
• Étienne Lenoir
• Wilhelm Maybach
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6 9 EINZELNACHWEISE
• Siegfried Marcus
• Nicolaus Otto
• Robert Stirling
•
Felix Wankel
6 Siehe auch
• Motorsteuerung
• Abgasrückführung
• Kreislaufantrieb
• Motorkapsel
• Motorblock
• Motoreninstandsetzung
• Kraftstoffsystem (Flugzeug)
• Leanen
• Kalttest
7 Literatur
• Hans-Hermann Braess Vieweg Handbuch Kraftfahr-
zeugtechnik 6. Auflage Vieweg+Teubner Verlag,Wiesbaden ISBN 978-3-8348-1011-3.
• Wolfgang Kalide: Kolben und Strömungsmaschinen.
1. Auflage. Carl Hanser Verlag, München/ Wien1974, ISBN 3-446-11752-0.
• Jan Trommelmans: Das Auto und seine Technik. 1.Auflage. Motorbuchverlag, Stuttgart 1992, ISBN 3-613-01288-X.
• Hans Jörg Leyhausen: Die Meisterprüfung im Kfz-Handwerk. Teil 1, 12. Auflage, Vogel Buchverlag,Würzburg 1991, ISBN 3-8023-0857-3.
• Wilfried Staudt: Handbuch Fahrzeugtechnik. Band2, 1. Auflage. Bildungsverlag EINS, Troisdorf 2005,ISBN 3-427-04522-6.
• Peter A. Wellers, Hermann Strobel, Erich Auch-Schwelk: Fachkunde Fahrzeugtechnik. 5. Auflage.Holland + Josenhans Verlag, Stuttgart 1997, ISBN3-7782-3520-6.
• Gernot Greiner: Verbrennungsmotoren im Auto- und Flugmodellbau. Poing bei München, Franzis Verlag,2012, ISBN 978-3-645-65090-8.
8 Weblinks
Wikibooks: Motoren aus technischer Sicht/ Viertaktmotor – Lern- und Lehrmaterialien
9 Einzelnachweise
[1] Vieweg Handbuch Kraftfahrzeugtechnik S. 162 ISBN978-3-8348-1011-3
Bauweisen von Verbrennungsmotoren
Einzylindermotor | Reihenmotor | Boxermotor | V-Motor| U-Motor | W-Motor | Y-Motor | VR-Motor | X-Motor |H-Motor | Δ-Motor
Sternmotor | Reihensternmotor | Mehrfachsternmotor |Umlaufmotor | Taumelscheibenmotor
Doppelkolbenmotor | Gegenkolbenmotor |Freikolbenmotor | Rotationskolbenmotor | Kugelmotor |Schiebermotor | Wankelmotor | Glühkopfmotor
Normdaten (Sachbegriff): GND: 4062661-1
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10 Text- und Bildquellen, Autoren und Lizenzen
10.1 Text
• Verbrennungsmotor Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Verbrennungsmotor?oldid=148953604 Autoren: Wst, Magnus Manske, Mo-momu, Kku, Zeno Gantner, AlexR, Barbarossa, Gnu1742, Aka, Lukian~dewiki, Fritz, Mikue, Softeis, Gurt, Spacerup, GNosis, Rein-hard Kraasch, Jmsanta, Tsor, Seewolf, Areopoli, Raymond, RobbyBer, Akl, Frank A, Rainer Bielefeld, Newfoundlanddog, Ktesibios,Christian2003, Stahlkocher, Zwobot, Wolfgang1018, Kdwnv, Hadhuey, Karl-Henner, HaSee, Wiegels, APPER, Stefan64, Boehm, Alex-ander.stohr, Rotofan, Enslin, Sinn, Peter200, Darkone, Fuenfundachtzig, Punxsutawney-phil, Catrin, Martin-vogel, Mnh, Ot, Ufg, Dben-zhuser, Togo~dewiki, Anneke Wolf, Philipendula, KaHe, Michail, Chrisfrenzel, Robert Kropf, Nikolaus~dewiki, Dickbauch, R-richter,Fubar, DasBee, JD, 1-1111, Dundak, MarkusHagenlocher, Botteler, Nicor, ElRaki, Alexander Z., BLueFiSH.as, Whees, Aths, Chrkl, Rax,Thorbjoern, Randbewohner, Alex.sch.th, Tinloaf, Diba, Und es geht doch, Nameless~dewiki, FlaBot, A.Rhein, Lyzzy, Blah, Binter, ArmerBauer, Ggraf, RedBot, Curtis Newton, Kolja21, Scooter, Itti, Ist nicht wichtig, FriedhelmW, JohannWalter, W210, JuTa, DonLeone, Kai-Martin, Florian Adler, Olei, RobotE, Arado, HOPflaume, Luekk, Wessmann.clp, Sechmet, W!B:, Roterraecher, UtzOnBike, Saehrimnir,Chobot, Felix Stember, Jelarek, STBR, Drahreg01, Ödel, Hydro, Christian Lindecke, Pajz, RobotQuistnix, Nockel12, Boivie, YurikBot,Savin 2005, Andy king50, WikiJourney, Saibo, DerHexer, WAH, Bijick, JCS, Revvar, Shekkleford, Nightflyer, Rgf~dewiki, LKD, Tob-nu, Vuxi, BillTür, Alexander Wilkie, Scooterman, Helfmann, UvM, Speifensender, An-d, E@zy, Kölscher Pitter, K4ktus, Sam-son, A7,Tönjes, Andreas 06, Graphikus, Leumar01, McFred, Armin P., Roo1812, Spuk968, Thijs!bot, Dr.cueppers, Hjherbert~dewiki, XenonX3,Frila, YMS, Rainald62, Nagy, Markus Bärlocher, El., Horst Gräbner, Bernard Ladenthin, Metaxa, Ussschrotti, JAnDbot, Nicolas G.,Acetobacter, YourEyesOnly, Kickof, W like wiki, Mme Mim, Nolispanmo, Koenraad, Niteshift, Renito, Kuebi, Primus von Quack, Xqt,Blaufisch, Don Magnifico, ABF, Technikmany, Cvf-ps, DasFliewatüüt, Diwas, Masti, Thermann, DodekBot, Complex, TheWolf, Rudolf-Simon, TXiKiBoT, Claus Ableiter, Rei-bot, Regi51, Erdbeerquetscher, Otto sagt..., AlleborgoBot, Meghann99, Krawi, YonaBot, SieBot,
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10.2 Bilder
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