Der Boxermotor ist eine Bauform eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors.
Der Boxer wird stets mit einer geraden Zylinderzahl gebaut, vorwiegend als Viertaktmotor. Die Zylinder oder Zylinderbänke
sind dabei einander gegenüberliegend (Bankwinkel 180°) und etwas versetzt zueinander angeordnet
Abgrenzung zum V-MotorDer Unterschied zum 180°-V-Motor liegt in der Anordnung der Pleuel auf der Kurbelwelle:
• Bei Boxermotoren sind die Pleuel zweier gegenüberliegender Zylinder auf zwei um 180° versetzte Hubzapfen angeordnet. Die
beiden Kolben befinden sich stets in der gleichen Position, also beispielsweise beide im oberen Totpunkt.
• Beim V-Motor greifen jeweils zwei Pleuel am selben Hubzapfen an; beim 180°-V-Motor befindet sich also jeweils ein Kolben
in der „Aufwärtsbewegung“ (z. B. im Verdichtungstakt), der andere in der „Abwärtsbewegung“ (z. B. im Arbeitstakt). Bekannte
und gelegentlich fälschlich als Boxer bezeichnete Fahrzeuge sind beispielsweise Porsche 917, Ferrari Berlinetta Boxer oder
Testarossa.
Inline-Boxermotor und dessen Prinzip: Der Inline-Boxermotor besteht aus zwei Zylindern, die sich in einer
Linie gegenüberliegen. Ein Kolben ist konventionell über ein Pleuel mit der Kurbelwelle verbunden, der zweite Kolben
(rechts im Bild) über ein Tandempleuel. Die Kurbelwelle ist dreifach gekröpft. Durch diese Bauweise verursacht der Inline-
Boxermotor kaum Vibrationen, da der Massenausgleich optimal ist. Die Kurbelwelle ist sehr kurz, wodurch eine geringe Baulänge
möglich ist.
Anfang der 1990er Jahre haben Professoren und Diplomanden der Fachhochschule Bingen diese Bauweise erfolgreich auf dem Prüfstand
und in Fahrversuchen erprobt. BMW hat den Grundgedanken der dreifach gekröpften Kurbelwelle in einem Dreizylinder-Reihenmotor sehr
wirtschaftlich umgesetzt, aber einen Inline-Boxermotor hat es nie in Produktion gegeben.
Vor- und Nachteile: Die Vorteile eines Boxermotors gegenüber denen eines konventionellen Reihenmotors sind
insbesondere sein gleichmäßigerer Motorlauf und eine flache, kurze Bauweise, allerdings mit mehr Bauteilen. Weiterhin ist
bei einem Vierzylinder-Boxermotor eine dreifach gelagerte Kurbelwelle (gegenüber Fünffachlagerung) wegen der Bauweise und
des günstigeren Kraftflusses ausreichend, da weniger mechanische Beanspruchungen wie z. B. Spannungen oder Schwingungen
auftreten. Durch die kurze Kurbelwelle sowie das Fehlen der bei Reihen- und V-Motoren mitunter notwendigen Ausgleichswelle
sind die rotierenden Massen gering, und der Motor zeigt eine geringere Trägheit.
Die Luftkühlung eines Boxermotors war bei Fahrzeugkonstrukteuren sehr beliebt. VW Käfer und Citroën 2CV sind z. B. mit
Boxermotoren ausgestattet. Moderne wassergekühlte Boxer mit vier oder sechs Zylindern findet man beim Subaru mit
Allradantrieb und in vielen Porsche-Modellen, wobei die Bauweise zu einem günstigeren Schwerpunkt des Fahrzeugs beiträgt.
Der wohl größte Nachteil des Boxermotors liegt aus Sicht der Fertigungstechnik im höheren Material- und Werkzeugeinsatz,
der sich im Vergleich zum Reihenmotor bei der Serienfertigung deutlich in Mehrkosten niederschlägt. Ein weiterer Nachteil
liegt darin, dass Boxermotoren sich wegen ihrer großen Baubreite schlecht für den Quereinbau eignen.
Eine Brennstoffzelle ist eine galvanische Zelle, die die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes
und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie wandelt. Im Sprachgebrauch steht Brennstoffzelle meist für die
Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle. Eine Brennstoffzelle ist kein Energiespeicher, sondern ein Wandler. Die Energie
zur Stromproduktion wird in chemisch gebundener Form mit den Brennstoffen zugeführt.
Brennstoffzelle im Straßenverkehr: Mehrere Automobilfirmen (u.a. Volkswagen, Toyota, Daimler, Ford, Honda, General Motors/Opel) forschen teilweise bereits
seit zwanzig Jahren mit staatlicher Förderung[18] an Automobilen, deren Treibstoff Wasserstoff ist, und die zur
Energieumwandlung Brennstoffzellen sowie einen Elektromotor zum Antrieb nutzen. Ein Beispiel sind die Fahrzeuge NECAR 1
bis NECAR 5 sowie Mercedes-Benz F-Cell und das Konzeptfahrzeug F125 von Daimler. Das schweizerische Hy-Light-Fahrzeug
rückte 2004 ins Licht der Öffentlichkeit. Derzeit gehen einige MAN-Brennstoffzellen-Stadtbusse in Berlin für die BVG in
Betrieb. Bei BMW ist die Brennstoffzelle nicht originär zur Erzeugung elektrischer Antriebsenergie gedacht. Das
Konzept sieht hier vor, weiterhin einen Verbrennungsmotor einzusetzen, dessen Kraftstoff dann allerdings Wasserstoff ist,
der flüssig bei sehr tiefen Temperaturen gespeichert ist. Das Konzeptfahrzeug hierfür ist ein Typ E68 (7er Baureihe) mit
einem Kryo-Tank für Wasserstoff. Der permanent im Tank verdunstende Wasserstoff wird als Gas in einer Brennstoffzelle
genutzt, um die Stromversorgung des Fahrzeuges sicherzustellen. Ansonsten müsste der gasförmige Wasserstoff von Zeit zu
Zeit ins Freie abgeblasen werden.
Auslöser für die erheblichen Anstrengungen in der Forschung war insbesondere der Zero emission act bzw. das Zero Emission
Vehicle mandate (ZEV) in den USA, die vorsehen, dass Autos zukünftig abgasfrei fahren sollen. Für das Jahr 2003 war
vorgesehen, dass 10 % aller neu zugelassenen Fahrzeuge in Kalifornien diesem Gesetz unterliegen sollten. Kurz vorher,
nach massivem Druck der amerikanischen Automobilindustrie, wurde das ZEV jedoch gekippt, wenn es auch weiterhin diskutiert
wird.
Durch den verstärkten Einsatz von emissionsfreien Fahrzeugen in Ballungszentren und Großstädten wird eine Verbesserung der
dortigen Luftqualität erwartet. Ein Nebeneffekt wäre allerdings, dass die Emissionen vom Ort der Fahrzeugnutzung dorthin
verlagert werden, wo der Wasserstoff hergestellt wird, soweit das nicht aufgrund klimaneutraler Verfahren erfolgt. Für die
Wasserstoffherstellung gibt es mehrere Möglichkeiten mit unterschiedlicher Effizienz.
Für den breiten Einsatz der mobilen Wasserstoffanwendungen ist der gleichzeitige Aufbau von Wasserstofftankstellen
erforderlich. Am sinnvollsten geschieht das durch den Umbau der Energiewirtschaft zu einer Wasserstoffwirtschaft. Für die
Mitnahme von Wasserstoff in Fahrzeugen kommen neben Druckbehältern auch andere Formen der Wasserstoffspeicherung in Frage,
beispielsweise in Metallhydriden oder unter hohem Druck und niedriger Temperatur als flüssiger Wasserstoff. Energetisch
beim mobilen Einsatz ist dabei der hohe Energiebedarf für die Komprimierung (bis 700 bar) oder die Verflüssigung (etwa
−250 °C) zu beachten, der den Gesamtwirkungsgrad (Well-to-Wheel) der Fahrzeuge mit Wasserstoffspeichern deutlich senkt.
Trotz des hohen Wirkungsgrads der Brennstoffzelle gestaltet sich auch die Abfuhr der Abwärme auf dem vergleichsweise
niedrigen Temperaturniveau der PEM-Brennstoffzelle von etwa 80 °C als problematisch, denn im Gegensatz zum Verbrennungsmotor
beinhaltet das relativ kalte Abgas (Wasserdampf) nur eine vergleichsweise geringe Wärmemenge. Demzufolge ist man bestrebt,
die Betriebstemperatur der PEM-Brennstoffzelle auf über 100 °C anzuheben, um leistungsstärkere Brennstoffzellen-Automobile
mit mehr als 100 kW realisieren zu können.
Bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts kann die Startfähigkeit der Brennstoffzelle aufgrund gefrierenden Wassers
beeinträchtigt sein. Es muss sichergestellt sein, dass die elektrochemische Reaktion, insbesondere die Diffusion der Brenngase,
nicht durch Eisbildung behindert wird. Das kann beispielsweise durch eine geeignete Elektrodenstruktur erzielt werden.
Verschiedene Hersteller haben 2003 und 2004 bereits nachgewiesen, dass der Gefrierstart von PEM-Brennstoffzellen bei
Temperaturen von bis zu –20 °C möglich ist; die Startzeiten seien mit denen von Verbrennungsmotoren vergleichbar.
Die schon seriennah verfügbaren Prototypen kleinerer Fahrzeuge haben zum Ziel, die Größe, das Gewicht und die Kosten der
Brennstoffzelle und eine geeignete Speicherung des Wasserstoffes zu erproben. So hat Daimler Fahrzeuge der A-Klasse und der
B-Klasse mit Brennstoffzellen vorgestellt. In Hamburg und Stuttgart werden Busse mit Wasserstoffantrieb im normalen
Linienbetrieb getestet.
Im Raum Köln fahren zwei Wasserstoffbusse des RVK des Typs „Phileas“ des niederländischen Herstellers Advanced Public
Transport Systems (APTS), bei denen die Brennstoffzellen von Ballard Power Systems Inc. 150 kW erzeugen.
Seit dem 16. Juni 2008 liefert Honda in begrenztem Rahmen den PKW FCX Clarity aus, der ausschließlich mit Brennstoffzellentechnik
betrieben wird.
Mögliche Alternativen zur direkten Wasserstoffspeicherung sind Treibstoffe wie Ethanol, Methanol oder andere Kohlenwasserstoffe,
von denen kurz vor Gebrauch der Wasserstoff durch katalytische Verfahren gewonnen wird. Diese Verfahren tragen jedoch in nicht
unerheblichem Maße durch CO2-Ausstoß zur Umweltbelastung bei, was die ansonsten perfekte Umweltverträglichkeit der Brennstoffzelle
einschränkt. Ethanol und Methanol können auch aus Wasser und Kohlendioxid synthetisiert werden, wobei jedoch wiederum die Gewinnung
von Kohlendioxid, das in der Luft nur in sehr geringer Konzentration vorkommt, energieaufwendig sein kann. Die Wirtschaftlichkeit
dieser Verfahren hängt von den Katalysatoren ab, deren beste Varianten das teure Platin enthalten. Eine breite Verwendung von
Platinkatalysatoren würde zudem zu einer weiteren Verknappung und Verteuerung von Platin führen.
Der Autohersteller Ford gab am 24. Juni 2009 bekannt, dass die Arbeit an Brennstoffzellen eingestellt wird. Ford setzt stattdessen
lieber auf Batterien und den Elektromotor. Im Dezember 2010 erklärte Ford allerdings, dass intern weiter an der Brennstoffzelle
gearbeitet werde.
Die Fahrzeughersteller Toyota, Nissan, Mercedes-Benz und Honda haben die Produktionskosten für wasserstoffgetriebene
Fahrzeuge inzwischen drastisch reduziert. Toyota plant den Einsatz von Großserien in Japan ab 2015 in Verbindung mit
zahlreichen Wasserstofftankstellen in den japanischen Metropolregionen.
Um die Alltagstauglichkeit des Wasserstoffantriebes nachzuweisen, hat Mercedes-Benz eine Weltumrundung mit mehreren
Brennstoffzellenfahrzeugen der B-Klasse erfolgreich abgeschlossen. Bereits 200 Serienfahrzeuge dieses Typs sind 2010 an
Kunden ausgeliefert worden.
Opel wird ab 2015 erste Modelle mit Brennstoffzellenantrieb in Serie fertigen und den Aufbau einer flächendeckenden Infrastruktur
für Wasserstofftankstellen parallel zur Markteinführung vorantreiben.
Daimler wird die Serienfertigung von Brennstoffzellenfahrzeugen entgegen der ursprünglichen Planung um ein Jahr auf 2014
vorziehen. Der Preis soll nur etwa 20 % über dem eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor liegen.
Der Bremskraftverstärker (BKV) ermöglicht die Verringerung der Betätigungskraft an der Bremse eines Fahrzeugs, die zum Erreichen der
gewünschten Bremswirkung benötigt wird.
Bei dem in Pkw und leichten Nutzfahrzeugen vorwiegend verbauten Unterdruck-Bremskraftverstärker wird die Hilfskraft
mittels einer Druckdifferenz (Atmosphärendruck zu Unterdruck) erzeugt. Bei mittleren bis schweren Nutzfahrzeugen (in der
Regel ab 7,49 t) wie z. B. LKW wird die Bremskraft mittels Federkraft erzeugt (Fremdkraftbremsanlage), das kontrollierte
Lösen erfolgt mit Druckluft (Pneumatik). Der Betriebsdruck liegt hier bei ca. 8 bar; die Pedalkräfte sind geringer als
der Federdruck. Auch hydraulische oder elektrische Bremskraftverstärker sind möglich. Zudem entwickeln diverse Zulieferer
Bremskraftverstärker aus Aluminium, die deutlich leichter als herkömmliche Bremskraftverstärker aus Stahl sind.
Funktion: Wie in konventionellen Bremssystemen ohne Verstärker wirkt das Bremspedal direkt auf den
Hauptbremszylinder, der die Bremsflüssigkeit in das Leitungssystem zu den Bremsen drückt (vgl. Pascalsches Gesetz).
Unterstützt wird dieser Druck durch eine Arbeitsmembran, deren beide Seiten (in Ruhestellung) unter Unterdruck stehen.
Durch die Betätigung des Bremspedals wird über ein Ventil die pedalgerichtete Seite der Membran mit atmosphärischem Druck
beaufschlagt, so dass aufgrund der dann herrschenden Druckdifferenz eine Kraft entsteht, die die am Pedal aufgebrachte
Bremskraft in gleicher Richtung unterstützt. Aufgrund der verhältnismäßig kleinen Druckdifferenz muss die Fläche der
Membran relativ groß sein, um eine genügend hohe Kraftwirkung zu erzielen. Entsprechend hat das Gehäuse des
Bremskraftverstärkers einen Durchmesser von bis zu 11 Zoll (Anmerkung: etwa 28 cm, der Durchmesser bei BKV wird immer in
Zoll angegeben.). Bei kleinem Bauraum (z.B. beim Smart) werden auch sog. Tandem-BKV eingesetzt, bei denen zwei „in Reihe
geschaltete“ Bremskraftverstärker für die nötige Oberfläche sorgen.
Geschichte: Bis weit in die 1980er Jahre hinein wurden verschiedene (kleinere) Kraftfahrzeuge, wie
beispielsweise der Fiat Panda, der VW Käfer, der VW Polo oder der Renault Rapid noch ohne dieses Bauteil hergestellt.
Entweder waren die Bremsen selbst z. B. als selbstverstärkende Trommelbremse ausgeführt oder der Pedalweg hatte eine Größe,
dass die Pedalkraft auch ohne Bremskraftverstärker ausreichte.
Der Bremsweg ist die Strecke, die ein Fahrzeug vom Beginn der Bremsung bis zum Ende der Bremsung zurücklegt. Entscheidend
für die Länge des Bremsweges ist die gefahrene Geschwindigkeit und die Verzögerung. Der Anhalteweg ist länger und
berücksichtigt die Reaktionszeit.
Anhalteweg: Der Anhalteweg ist die Strecke, die ein Fahrzeug von dem Zeitpunkt, an dem das Hindernis
auftritt bzw. gesehen werden kann, bis zum Stillstand zurücklegt. Das Erkennen dauert in der Regel ca. 0,1 s
(einen Augenblick). Die Zeit der Reaktion liegt bei etwa 0,8 s.
Die Ansprechzeit (auch Anlegedauer) bezeichnet die Zeit von der Betätigung des Bremspedals bis zur ersten Berührung des
Bremsbelages mit der Bremsscheibe bzw. -trommel. Während der Ansprechzeit fährt das Fahrzeug mit ungebremster
Geschwindigkeit weiter. Die Ansprechzeit kann durch Verringerung des Lüftspiels sowie durch elektronische Sensoren
verkürzt werden. Sensor und Steuergerät können eine Notbremsung am schnellen Wechsel von Gas- zu Bremspedal und der hohen
Geschwindigkeit der Bremsbetätigung erkennen. Die Bremsung wird durch diese Bremsassistenzsysteme automatisch eingeleitet,
Ansprech- und Schwellzeit werden durch raschen Druckaufbau verkürzt.
Die Schwellzeit (siehe Abbildung), ist die Zeit, die die Bremsen benötigen, um die maximale Bremswirkung zu entfalten.
Bei einer hydraulischen Bremsanlage liegt die Zeit zwischen 0,1 und 0,2 Sekunden, bei der Druckluftbremsanlage zwischen
0,2 und 0,4 Sekunden. Um die Schwellzeit in Druckluftbremsanlagen zu verringern, werden bremsnah Relaisventile verbaut.
Bei einem Autofahrer wird für die Reaktions- und Vorbremszeit die Dauer von einer Sekunde angenommen. Bei aufmerksamen,
geübten Fahrern ist sie kürzer. Drogen, Alkohol und Medikamente verlängern sie deutlich. Die Reaktionszeit bestimmt
maßgeblich die Länge des notwendigen Sicherheitsabstands.
Der Wert für den reinen Bremsweg eines Fahrzeugs berechnet sich nach der Faustformel: (Geschwindigkeit in km/h durch 10) x
(Geschwindigkeit in km/h durch 10) = reiner Bremsweg in Metern.
Ein Brennraum ist der in einem Verbrennungsmotor während der Zündung an den Kolben grenzende gasgefüllte Raum, in dem die
Verbrennung beginnt.
Im üblichen Hubkolbenmotor durchläuft der Kolben vorher und nachher den Hubraum.
In der einfachsten Ausführung als Zweitaktmotor wird der Brennraum vom Zylinderdeckel mit Zündkerze, dem Kolben mit den
Kolbenringen, und zu einem geringen Teil vom Zylinder umgrenzt. Beim üblichen Viertaktmotor kommen dessen Ventile im
Zylinderkopf hinzu.
Im Rotationskolbenmotor wird der Brennraum vom Kolben und der Gehäusewand begrenzt.
Der Brennraum muss gasdicht sein, um den Motor starten zu können. Die Abdichtung ist anspruchsvoll, weil im Betrieb hohe
Temperaturen und Drücke auftreten.
Durch die Form des Brennraums wird Einfluss auf die Durchmischung des Gases mit Brennstoff, den Ablauf der Verbrennung und
den resultierenden Druck auf den Kolben genommen. Die Form des Brennraums beeinflusst maßgeblich den Kraftstoffverbrauch,
die Leistung und die Klopfneigung eines Motors.
Bei Zweitaktern ist der Brennraum am freiesten gestaltbar, aber sie haben andere Nachteile. Bei Rotationskolbenmotoren ist
der Brennraum ungünstig, was zu ihren grundlegenden Nachteilen zählt. Bei Viertakt-Hubkolbenmotoren ist der Brennraum
maßgeblich durch die Möglichkeiten zur Ventilsteuerung bestimmt. Nachdem lange auch mit Doppelzündung gearbeitet wurde,
sind inzwischen statt 2 Ventilen pro Brennraum 4 Ventile Stand der Technik, was seine Form weniger einschränkt und eine
Kerze in der Mitte ermöglicht. Die anspruchsvollste Anordnung ist radial, ohne gemeinsame Ausrichtungsebene.