Ottomotor

Ottomotor Übung

• Benenne die wichtigsten Bestandteile eines Ottomotors.

  Tipps

  Einlassventil, Zündkerze, Auslassventil und der Zylinder gehören zu den unbeweglichen Teilen des Viertaktmotors.

  Mit einem Pfeil wird die Richtung angedeutet, in die eine Flüssigkeit oder ein Gas strömt. Die Pfeilspitze ist richtungsweisend.

  Eine Welle kann sich drehen.

  Die Zündkerze wird genutzt, um das Benzin-Luft-Gemisch zu entzünden. Es ist zu dem Zeitpunkt komprimiert. Wo muss sich die Zündkerze dann befinden?

  Lösung

  Im ersten Takt des Viertaktmotors wird das Benzin-Luft-Gemisch über das Einlassventil eingelassen.

  Es strömt dann in den darunterliegenden Zylinder.
  Der Kolben, welcher sich im Zylinder auf- und abbewegen kann, wird nach unten gedrückt.
  Dabei bewegt sich die Pleulstange ebenfalls nach unten. Die Pleulstange ist die Verbindung zwischen Kolben und Kurbelwelle.

  Währen sich Kolben und Pleulstange so weit wie möglich nach unten bewegen, macht die Kurbelwelle eine halbe Umdrehung.

  Im dritten Takt, dem Arbeitstakt wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch dann entzündet. Dazu wird die Zündkerze gebraucht. Diese befindet sich am oberen Ende des Zylinders.

  Im vierten Takt, dem Ausstoßtakt, wird das Gas, wie der Name schon sagt, ausgestoßen. Dazu wird das Auslassventil geöffnet.

• Beschreibe die vier Takte des Viertaktmotors.

  Tipps

  Am Namen des Taktes kann man häufig die Arbeit erkennen, die in dem Takt verrichtet wird.

  Im Ansaugtakt wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Zylinder eingeleitet und im Verdichtungstakt wird es verdichtet. Wird das Volumen dann größer oder kleiner?

  Im Arbeitstakt wird das Gemisch entzündet. Es dehnt sich dann aus. Wie muss sich die Kurbelwelle dann bewegen?

  Beim Außstoßtakt werden die Verbrennungsgase ausgestoßen. Wie verändert sich das Volumen der Gase, die sich im Zylinder befinden?

  Lösung

  Der erste Takt ist der Ansaugtakt.
  Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird in diesem durch das Einlassventil in den Zylinder befördert.
  Erkennbar ist dieser Takt durch den in der Skizze angedeuteten Pfeil, der am Einlassventil in den Zylinder zeigt.
  Das Volumen vergrößert sich dabei. Der Kolben bewegt sich deswegen zum unteren Totpunkt, was an der Kurbelwelle erkennbar ist.

  Der zweite Takt ist der Verdichtungstakt.
  Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird hierbei verdichtet. Die Kurbelwelle dreht nach unten. Deswegen bewegt sich der Kolben nach oben und drückt das Gemisch zusammen.

  Der dritte Takt ist der Arbeitstakt.
  Mit der Zündkerze wird das Gemisch entzündet. Dies ist an der farblichen Darstellung erkennbar. Die Kurbelwelle dreht hier wieder nach oben. Damit einhergehend bewegt sich der Kolben nach unten.
  Das Volumen wird größer.

  Der vierte Takt ist der Ausstoßtakt.
  Das Auslassventil wird geöffnet. Dadurch wird das Gas, welches bei der Verbrennung entstanden ist, in die Umwelt abgegeben. Angedeutet ist dies durch den aus dem Zylinder herauszeigenden Pfeil.
  Das Volumen wird wieder klein. Dies kommt dadurch zustande, das sich die Kurbelwelle von oben nach unten dreht. Der Kolben bewegt sich damit nach oben .

• Erkläre die vier Takte des Viertaktmotors.

  Tipps

  Zuerst muss das Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Zylinder eingeführt werden. Anschließend wird es verdichtet, dann entzündet und zuletzt wieder hinaustransportiert. Welcher Takt ist dann an welcher Stelle?

  Immer wenn das Volumen am größten ist, muss der Kolben sich am unteren Totpunkt befinden.

  Das Gemisch wird durch das Einlassventil eingelassen und durch das Auslassventil hinausbefördert.

  Lösung

  Die Bewegung des Kolbens und das Volumen des Kraftstoff-Luft-Gemisches oder der Gase hängen direkt miteinander zusammen.
  Der Kolben bewegt sich zwischen dem oberen und dem unteren Totpunkt.
  Beim oberen Totpunkt ist das Volumen minimal.
  Beim unteren Totpunkt ist das Volumen maximal.

  Wenn alle Ventile geschlossen sind, ist der Zylinder ein abgeschlossenes Behältnis. Es kann nichts dazukommen oder entweichen.
  Durch das Einlassventil wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch hineingelassen. Durch das Auslassventil werden später die entstandenen Gase hinausbefördert.

• Erkläre das Indikatordiagramm des Viertaktmotors.

  Tipps

  Wenn der Kolben am unteren Totpunkt ist, ist das Volumen maximal. Am oberen ist es minimal. In welchem Takt bewegt sich der Kolben zu welcher Position?

  Je weniger Platz ein Gas bei gleichbleibendem Volumen hat, desto höher ist der Druck.

  Lösung

  Im ersten Takt wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Zylinder gelassen. Vorher ist nichts drin, deswegen ist das Volumen zuvor minimal. Wenn der Zylinder voll befüllt ist, ist das Volumen maximal.
  Da einfach nur eine Flüssigkeit hineinbefördert wird, ändert sich nichts am Druck.

  Im zweiten Takt wird das Gemisch dann komprimiert. Das bedeutet dann zwei Dinge:
  

  1. Das Volumen muss kleiner werden.
  2. Der Druck steigt.

  Im dritten Takt wird das Gemisch entzündet.
  Es entstehen dabei Verbrennungsgase. Diese haben ein größeres Volumen als das komprimierte Gemisch. Deswegen steigt zuerst der Druck. Dann wird der Kolben nach unten gedrückt und das Volumen wird größer.
  Dadurch fällt der Druck wieder ab.

  Im vierten Takt werden die Gase dann aus dem Zylinder gedrückt. Es ist dann wieder nichts mehr im Zylinder und dementsprechend ist auch das Volumen wieder minimal. Der Druck ist dann ebenfalls wie am Anfang.

• Zeige den Ablauf eines Viertaktmotors.

  Tipps

  Bevor etwas ausgestoßen werden kann, muss zuvor etwas eingelassen werden. Was kommt dann zuerst, der Einlass- oder der Ausstoßtakt?

  Eingelassen wird eine Flüssigkeit und ausgestoßen wird ein Gas. Was muss passieren, damit aus einer Flüssigkeit ein Gas wird?

  Die eingelassene Flüssigkeit wird zuerst komprimiert und danach verbrannt. Welche Takte gehören dazu?

  Lösung

  Der erste Takt ist der Ansaugtakt.
  In diesem wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Zylinder hineinbefördert. Dies wird häufig durch einen Pfeil angedeutet, der am Einlassventil in den Zylinder zeigt. Das Einlassventil ist hier geöffnet.

  Der zweite Takt ist der Verdichtungstakt.
  Das zuvor eingelassene Gemisch wird hier verdichtet. Der Kolben bewegt sich dafür nach oben und drückt das Gemisch zusammen.

  Der dritte Takt ist der Arbeitstakt.
  Mit der Zündkerze wird das Gemisch entzündet. Es entstehen dann Verbrennungsgase. Diese dehnen sich aus. Der Kolben bewegt sich wieder nach unten.

  Der vierte Takt ist der Ausstoßtakt. Das Auslassventil wird geöffnet. Die Verbrennungsgase werden ausgestoßen. Das wird wieder häufig durch einen Pfeil angedeutet. Der Kolben bewegt sich nach oben und drückt die Gase aus dem Zylinder.

• Erkläre, wie die Bewegung der Kurbelwelle entsteht.

  Tipps

  In einem Auto gibt es neben dem eigentlichen Motor auch noch eine Batterie. Wozu ist diese da? Hat sie auch für den Motor einen nutzen?

  Die Batterie betreibt neben der Lichtmaschine auch den elektrischen Anlasser des Autos. Welche Bedeutung hat dieser für den Viertaktmotor?

  In Takt drei wird durch die Verbrennung ein Gas erzeugt, welches sich ausdehnt. Der Kolben wird dadurch nach unten gedrückt und die Kurbelwelle erhält Schwung.

  Lösung

  In dritten Takt wird das Benzin-Luft-Gemisch entzündet. Es handelt sich um den Arbeitstakt.
  Dabei entstehen Verbrennungsgase, die sich ausdehnen. Der Kolben wird von ihnen nach unten gedrückt.
  Durch die Bewegung des Kolbens kriegt die Kurbelwelle Schwung. Dieser reicht aus, um die restlichen Takte zu vollziehen.

  Da beim Start des Viertaktmotors noch kein Schwung vorhanden ist, wird eine Startvorrichtung genutzt.
  Diese kann ganz unterschiedlich aussehen.

  Beim Auto übernimmt diese Funktion der mit der Autobatterie betriebene elektrische Anlasser. Es kann bei kleineren Maschinen aber auch durch eine Handkurbel, eine Tretkurbel oder ein Seil realisiert werden.

  Wie wird zum Beispiel ein Außenbordmotor oder ein Motorrad gestartet?