Ottomotor

Der Ottomotor, benannt nach dem deutschen Erfinder NIKOLAUS AUGUST OTTO (1832-1891), ist ein Verbrennungsmotor, der mit einem Benzin-Luft-Gemisch betrieben wird. Es gibt ihn als Viertakt- und Zweitaktmotor. Ottomotoren werden zum Antrieb von Motorrädern, PKW, Booten, Rasenmähern und vielen anderen Maschinen genutzt.

Aufbau und Wirkungsweise eines Viertaktmotors

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.