Ottomotor

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Klasse 10

Autor Joker2017

Veröffentlicht am 22.05.2018

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Ottomotor

Zusammenfassung

Dieses Referat erklärt den Aufbau und die Funktionsweise des Ottomotors. Es wird am Beispiel des Viertakt - Motors erklärt, was in den einzelnen Takten geschieht. Außerdem werden der Zweitakter und der Viertakter miteinander verglichen.

Der Ottomotor ist nach dessen Entwickler Nicolaus August Otto benannt und ein klassischer Verbrennungsmotor. Es gibt sowohl Zweitakter als auch Viertakter, wobei der Viertakter deutlich weiter verbreitet ist, als der Zweitakter. Ein Ottomotor funktioniert durch Fremdzündung durch Zündkerzen, dies unterscheidet den Ottomotor vom selbstzündenden Dieselmotor.

Die Funktionsweise der Viertakters

Erster Takt = Ansaugen

Das Einlassventil des Ottomotors öffnet sich, der Kolben bewegt sich hinab und saugt das Kraftstoff – Luft – Gemisch in den Zylinder. Dieser Prozess wird in manchen Fällen durch Überdruck im Ansaugrohr, welcher beispielsweise durch einen Turbolader oder Kompressor erzeugt wird, unterstützt.

Zweiter Takt = Verdichten

Das Einlassventil und das Auslassventil sind geschlossen. Der Kolben presst das Kraftstoff – Luft – Gemisch auf einen Druck von etwa 20 bar zusammen. Kurz vor dem oberen Totpunkt wird das Kraftstoff – Luft - Gemisch durch einen Zündfunken der Zündkerze angezündet.

Dritter Takt = Arbeiten

Das bereits entzündete Kraftstoff – Luft – Gemisch verbrennt bei einem Höchstdruck von zirka 80 bar im oberen Totpunkt. Die entstandene Flammfront breitet sich mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 5 bis 60 Metern pro Sekunde aus. Das sehr heiße Gas erzeugt einen zusätzlichen Druck. Dieser Druckanstieg beträgt etwa 10 bar. Der Kolben wird nach unten geschoben, hierdurch verrichtet das Gas mechanische Arbeit. Es gibt Leistung an den Kolben ab. Dann findet die Verbrennung statt, welche zunächst ein sehr langsamer Prozess ist

. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flammfront beträgt zu Beginn lediglich 0,2 Meter pro Sekunde. Das ist der ineffizienteste Moment des gesamten Prozesses, in welchem auch die meisten Schadstoffe im Abgas entstehen. Nach dem Umschlagpunkt erhöht sich die Flammfrontgeschwindigkeit auf mehr als 200 Meter pro Sekunde. Nach dem Umschlag ist die Verbrennung mechanisch verwendbar. Durch die Verbrennung wird im Brennraum ein sehr heißes Gas mit einem Druck von mehr als 100 bar erzeugt. Dieses treibt den Kolben in Richtung Kurbelwelle. Durch wird es über die Pleuelstange in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgewandelt.

Vierter Takt = Ausstoßen

Das Ausslassventil des Ottomotors wird geöffnet. Der Kolben presst anschließend die Verbrennungsgase aus dem Zylinder.

Bildung des Kraftstoff – Luft –Gemischs

Der Kraftstoff wird in der angesaugten Luft zerstäubt, dies geschieht entweder vor dem Ansaugen mit Hilfe eines Vergasers oder nach dem Ansaugen bei einer direkten Benzineinspritzung. Die Zündung erfolgt unmittelbar vor dem oberen Totpunkt.

Vergleich zwischen Zweitakter und Viertakter

Bei einem Zweitakter erfolgt zum Ende des Arbeitstaktes sowie am Anfang des Verdichtungstaktes der Ausstoß sämtlicher Verbrennungsgase. Außerdem findet zeitgleich die Zufuhr des Kraftstoff – Luft – Gemischs statt. Der Kolben steuert in der Regel den Einlasszeitpunkt und Auslasszeitpunkt. Hierzu öffnet oder versperrt er bei entsprechender Stellung die Gaskanäle. Beim Zweitakter wird während des Arbeitstaktes bei gleicher Drehzahl eine geringere Leistung als beim Viertakter erzielt. Dies wird in Teilen kompensiert, da der Zweitakter alle 360° Kurbelwinkel einen Arbeitstakt hat, der Viertakter nur alle 720°.

Daraus folgt, dass Zweitakter im Vergleich zu Viertaktern ein besseres Leistungsgewicht erzielen können. Bei Geräten mit einfachen und kleinen Zweitaktmotoren, wie beispielsweise Rasenmähern oder Mofas wird die Ansaugluft im Kurbelgehäuse immer vorkomprimiert, also gepresst, da dort kein Schmieröl vorhanden ist. Größere und somit auch komplexere Zweitakter können jedoch auch einen geschlossenen Schmierölkreis haben. Beim Viertaktmotor hingegen sind der Einlasstakt und der Auslasstakt voneinander getrennt und in jedem Zylinder gibt es lediglich bei jeder zweiten Umdrehung einen Arbeitstakt. Über Nockenwellen wird der Gaswechsel gesteuert. Diese laufen mit halber Drehzahl. Dies hat einen erhöhten Aufwand, eine zusätzliche Reibung und ein höheres Gewicht sowie Volumen zur Folge. Dies sind Nachteile, welche jedoch durch einen niedrigeren Kraftstoffverbrauch kompensiert werden.

Die Anwendungsbereiche von Zweitaktern und Viertaktern des Otto Motors

Aufgrund der oben beschriebenen Vorteile und Nachteile von Zweitaktern und Viertaktern des Otto Motors finden diese in verschiedenen Bereichen ihre Anwendung. Zweitaktmotoren werden beispielsweise eingesetzt, wenn es auf ein niedriges Masse – Leistungs – Verhältnis ankommt und der Kraftstoffverbrauch und die damit verbundenen Kosten nur eine untergeordnete Rolle spielen. Dies ist in der Regel im Freizeitbereich der Fall, so sind zum Beispiel die meisten Mofas, Mopeds, Go-Karts, Leichtflugzeuge, Modellflugzeuge, Motocross-Maschinen oder auch Jet-Skis Zweitakter. Dies gilt auch für tragbare Arbeitsgeräte, wie zum Beispiel Kettensägen und Generatoren oder die oben bereits genannten Rasenmäher Zweitakter.

Zusammenfassung der klassischen Merkmale eines Ottomotors

Als wichtigstes charakteristisches Merkmal für den Ottomotor ist die Fremdzündung zu nennen. Das Kraftstoff – Luft – Gemisch wird durch den Zündfunken einer Zündkerze zu einem bestimmten Zeitpunkt entzündet. Im Gegensatz hierzu ist der Dieselmotor ein Selbstzünder. Darüber hinaus wird das Kraftstoff – Luft – Gemisch bereits vor der Verdichtung gemischt. Auch dies ist ein wesentlicher Unterschied zum Dieselmotor, bei dem das Kraftstoff – Luft – Gemisch erst am Anfang des Arbeitstaktes gebildet wird. Die Motorleistung wird durch die zugeführte Menge des Kraftstoff – Luft – Gemisches geregelt.

Dies geschieht entweder mit Hilfe der Drosselklappe oder mit elektrisch gesteuerten Einlassventilen. Das letzte besondere Merkmal ist das Kompressionsverhältnis. Die Höchsttemperatur sowie der Höchstdruck begrenzen das Verdichtungsverhältnis. Dies ist wichtig, da es sonst zu Selbstzündungen kommen kann. Beim Dieselmotor muss bei einem deutlich höheren Druck die Zündtemperatur erreicht werden. Wie anhand der Unterschiede deutlich wird, haben sowohl der Ottomotor, als auch der Dieselmotor einige Vorteile und einige Nachteile. Es macht daher Sinn, situationsabhängig zu entscheiden, welcher Motor im speziellen Fall der geeignetere ist.