Thermodynamik
Thermodynamik II
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Ottomotor einfach erklärt

Der Ottomotor ist ein Verbrennungsmotor, der Benzin als Treibstoff verwendet. Durch eine explosionsartige Verbrennung des Treibstoffs erzeugt der Motor mechanische Energie.

Im Ottomotor wird das Benzin zusammen mit Luft gemischt und anschließend verbrannt. Die Zündkerze entzündet das Gemisch, was zu einer explosionsartigen Verbrennung und Ausdehnung führt. Dadurch bewegt sich der Kolben.

Die häufigsten Bauarten von Ottomotoren sind Zweitaktmotoren oder Viertaktmotoren. Sie kommen in den meisten Autos, Motorrädern, Rasenmähern und anderen Maschinen vor. 

Ottomotor Aufbau

Die meistverbreiteten Ottomotoren sind die Viertaktmotoren und Zweitaktmotoren. Bei beiden Bauarten unterscheidet sich der Aufbau leicht. Die wichtigsten Komponenten des Ottomotors sind:

  • Ventile/Kanäle
  • der Kolben
  • die Kurbelwelle
  • die Pleuelstange
  • die Zündkerze
  • der Brennraum

Der Hauptunterschied im Aufbau zwischen Viertaktmotor und Zweitaktmotor ist, dass der Viertaktmotor ein steuerbares Einlass- und ein Auslassventil besitzt.

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Ottomotor Aufbau

Über das Einlassventil gelangt das frische Benzin-Luft-Gemisch in den Brennraum. Die verbrannten Abgase strömen dann durch das Auslassventil wieder aus dem Motor. Die Zündkerze startet die explosionsartige Verbrennung des Gemisches.

Der Kolben trennt dabei den Brennraum luftdicht vom Rest des Zylinders ab. Er ist über die Pleuelstange mit der Kurbelwelle verbunden. Die Pleuelstange ist aber nicht mittig, sondern leicht versetzt auf der Kurbelwelle befestigt. So kann der Kolben bei einer Bewegung die Kurbelwelle drehen. Wegen der Auf- und Abbewegungen des Kolbens (Hub) sprichst du auch von einem Hubkolbenmotor.

Wenn du mehr über den thermodynamischen Kreisprozess erfahren willst, der hinter dem Ottomotor steckt, dann schau dir unseren Beitrag zum Ottoprozess an.

Viertakt Ottomotor Funktion

Der Viertakt Ottomotor hat im Gegensatz zum Zweitaktmotor zwei Ventile, das Einlass- und das Auslassventil. Zudem findet beim Viertakt Ottomotor keine Gemischschmierung statt. Das heißt, dass die Schmierung des Getriebes durch das Kraftstoff-Gas-Gemisch passiert, weil dort ein Schmierstoff beigemischt ist. 

Die vier Takte des Motors sind das Ansaugen, Verdichten und Zünden, Arbeiten und Ausstoßen.  

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Viertakt Ottomotor Funktion

1. Ansaugen (Ansaugtakt) 

Am Anfang des ersten Taktes steht der Kolben am höchsten Punkt. Das Auslassventil schließt und das Einlassventil öffnet sich. Der Kolben bewegt sich abwärts, wodurch das Benzin-Gas-Gemisch durch das Einlassventil in den Zylinder gesaugt wird. Erreicht der Kolben die tiefste Position, schließt sich das Einlassventil wieder.

2. Verdichten und Zünden (Verdichtungstakt)

Im zweiten Takt bewegt sich der Kolben zurück in die höchste Position. Durch die Aufwärtsbewegung wird das Kraftstoffgemisch komprimiert. Kurz vor dem Erreichen des höchsten Punktes entzündet die Zündkerze das Gemisch aus Benzin und Luft.

3. Arbeiten (Arbeitstakt)

Anschließend verbrennt im dritten Takt das Gemisch explosionsartig. Die Verbrennung verrichtet durch seine plötzliche Ausdehnung mechanische Arbeit und drückt den Kolben wieder nach unten. Dabei kühlt sich das Gas ab. Kurz vor dem tiefsten Punkt öffnet sich das Auslassventil.

4. Ausstoßen (Ausstoßtakt)

Im vierten Takt bewegt sich der Hubkolben wieder aufwärts und schiebt das Abgas aus dem Zylinder. Jetzt beginnt der Prozess wieder von vorne beim ersten Takt.

Zweitakt Ottomotor Funktion

Im Unterschied zum Viertakt Ottomotor ist der Zweitakt Ottomotor ein ventilloser Motor mit Gemischschmierung. Verwendung findet er eher bei kleineren Maschinen.

Ein Kreislauf umfasst beim Zweitakt Ottomotor insgesamt nur zwei Takte. Der erste Takt ist das Ansaugen und Verdichten und der zweite Takt das Arbeiten und Vorverdichten. 

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Zweitakt Ottomotor Funktion

1. Ansaugen und Verdichten

Im ersten Takt bewegt sich der Kolben nach oben. Das Benzin-Luft-Gemisch wird dadurch oberhalb der Ein- und Auslassöffnungen verdichtet. Bei der Verdichtung erhöhen sich Temperatur und Druck des Gemisches. 

Gleichzeitig sorgt die Aufwärtsbewegung zur Bildung eines Unterdruckes im Kurbelgehäuse. So wird frischer Treibstoff angesaugt.

2. Arbeiten und Vorverdichten

Am höchsten Punkt des Kolbens entzündet die Zündkerze im zweiten Takt das komprimierte Gemisch. Die Entzündung führt zu einer explosionsartigen Verbrennung und Ausdehnung. Der Kolben wird dadurch wieder nach unten gedrückt und es wird Arbeit geleistet. Durch die Abwärtsbewegung wird Benzin-Luftgemisch im Kurbelgehäuse vorverdichtet.

Anschließend wird durch die Abwärtsbewegung des Kolbens die Auslassöffnung und der Überstromkanal frei. Dadurch können die Abgase durch die Auslassöffnung aus dem Zylinder entweichen und das frische Gemisch kann aus dem Kurbelgehäuse über den Überstromkanal in den Brennraum einströmen. Jetzt beginnt der Prozess wieder beim 1. Takt.

Ottomotor Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad  η einer technischen Einrichtung beschreibt die Effizienz der Anlage. Er ergibt sich aus dem Verhältnis der Nutzenergie Eab zur zugeführten Energie Ezu. Er kann auch über das Verhältnis aus Nutzleistung Pab zur zugeführten Leistung Pzu ausgedrückt werden.

    \[\eta = \frac{E_{\text{ab}}}{E_{\text{zu}}} = \frac{P_{\text{ab}}}{P_{\text{zu}}}\]

Unter optimalen Bedingungen liegt der Wirkungsgrad eines Ottomotors zwischen 30% und 35%. Bei voller Leistung und hoher Drehzahl ist der Wirkungsgrad etwas niedriger. 

Ottomotor Eigenschaften

Du kannst den klassischen Ottomotor an vier bestimmten Eigenschaften beschreiben.

  • Das Benzin-Luftgemisch wird durch eine Fremdzündung einer Zündkerze entfacht.
  • Kraftstoff wird vor der Verdichtung mit Luft gemischt.
  • Das Drehmoment des Motors kannst du mit Drosselklappen steuern. Das heißt, du steuerst die Menge des zugeführten Benzin-Luft-Gemisches.
  • Aufgrund der guten Vermischung mit Sauerstoff aus der Luft, entsteht bei der Verbrennung eine sogenannte Vormischflamme

Ottomotor Dieselmotor

Ein Dieselmotor ist dem Ottomotor sehr ähnlich. Anstatt einer Fremdzündung mit Zündkerze handelt es sich beim Dieselmotor um einen Verbrennungsmotor mit Kompressionszündung. Was das genau bedeutet und wie ein Dieselmotor aufgebaut ist, erklären wir dir in unserem Beitrag zum Dieselmotor.

Zum Video: Dieselmotor
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