Der Aufbau eines Ottomotors als Viertaktmotor ist in Bild 2 dargestellt. Wichtige Teile sind der Zylinder mit dem beweglichen Kolben, der über die Pleuelstange mit der Kurbelwelle verbunden ist. Die Zylinderwände werden mit Wasser gekühlt. Der Kolben besteht meist aus einer Leichtmetalllegierung und besitzt zur besseren Abdichtung Kolbenringe. Die Zündkerze dient der elektrischen Zündung des Benzin-Luft-Gemisches. Darüber hinaus besitzt der Motor ein Einlassventil zum Einbringen des Benzin-Luft-Gemisches und ein Auslassventil zum Ausstoßen der Verbrennungsgase. Der höchste Punkt, den der Kolben erreicht, wird als oberer Totpunkt (OT), der niedrigste Punkt als unterer Totpunkt (UT) bezeichnet. Das Volumen zwischen diesen beiden Punkten ist der Hubraum des Motors.
Die Wirkungsweise eines Ottomotors
kann man aus Bild 3 erkennen. Dargestellt ist ein Viertaktmotor. Seine
vier Takte lassen sich folgendermaßen charakterisieren:
1. Takt: Ansaugen (Ansaugtakt)
Im Vergaser wird ein Benzin-Luft-Gemisch
erzeugt und durch die Abwärtsbewegung des Kolbens angesaugt. Durch
das geöffnete Einlassventil gelangt das Benzin-Luft-Gemisch in den
Zylinder. Bei neueren Motoren wird das Benzin-Luft-Gemisch mit hohem Druck
in den Zylinder eingespritzt. Man spricht dann von Direkteinspritzung.
2. Takt: Verdichten
(Verdichtungstakt)
Durch den sich aufwärts bewegenden Kolben bei geschlossenen Ventilen
wird das Benzin-Luft-Gemisch verdichtet. Druck und Temperatur erhöhen
sich. Kurz vor dem oberen Totpunkt wird durch einen elektrischen Funken
an der Zündkerze das Benzin-Luft-Gemisch gezündet. Dieser elektrische
Funke wird durch eine Zündspannung von ca. 15 000 V hervorgerufen,
die unter Nutzung der elektromagnetischen Induktion in einer Zündspule
erzeugt wird.
3. Takt: Arbeiten
(Arbeitstakt)
Das Benzin-Luft-Gemisch verbrennt explosionsartig. Druck und Temperatur
im Zylinder steigen sprunghaft an. Der Kolben wird infolge des hohen Druckes
nach unten bewegt und verrichtet mechanische Arbeit. Die Hin- und Herbewegung
des Kolbens wird dabei über Pleuelstange und Kurbelwelle in eine
Drehbewegung umgewandelt.
4. Takt: Ausstoßen
(Ausstoßtakt)
Der Kolben bewegt sich wieder nach oben und drückt durch das geöffnete
Auslassventil die Verbrennungsgase aus dem Zylinder heraus. Anschließend
beginnt der Vorgang wieder mit Takt 1.
Aufbau und Wirkungsweise eines Zweitaktmotors
Zweitaktmotoren
werden vor allem bei Mopeds und bei Motorrädern sowie bei leichten
Maschinen genutzt. Die Unterschiede gegenüber einem Viertaktmotor
bestehen darin, dass
- aufgrund einer anderen Zylinderkonstruktion auf Ventile verzichtet werden kann; statt Ventilen verwendet man man tiefer liegende Einlass- und Auslasskanäle;
- das Ansaugen und Verdichten (Takt 1) sowie das Verrichten von Arbeit und das Ausstoßen (Takt 2) in insgesamt zwei Takten erfolgt.
Einige weitere Angaben zu Ottomotoren
Viertakt-Ottomotoren werde bei etwa 75 % der PKW genutzt. Meist verwendet
man Motoren mit vier Zylindern und Hubräumen zwischen 1.200 und 2.000
Kubikzentimetern.
Ottomotoren haben einen Wirkungsgrad
bis maximal 35 %. Der Wirkungsgrad bei PKW-Motoren liegt in der Regel
bei ca. 20 %.
Bild 4 zeigt die Energiebilanz für einen Ottomotor.
Die Temperatur bei der Verbrennung des Benzin-Luft-Gemisches beträgt
bis zu 2.500 °C, der Verbrennungsdruck 30 bis 60 bar.
Ausgestoßen werden die Verbrennungsgase mit einer Temperatur von
bis zu 900 °C bei einem Druck von bis zu 4 bar. Die Drehzahl
der Kurbelwelle liegt im Leerlauf unter 1.000 je Minute und kann Werte
bis zu 6.000 je Minute erreichen.