Viertakt Ottomotor

Ein Viertakt Ottomotor führt während seines Arbeitsspiels 4 Takte aus -

1.Ansaugen
2.Verdichten
3.Arbeiten
4.Ausschieben.

(Takt 1: Ansaugen)

Im ersten Takt ist das Einlaßventil geöffnet und der Kolben bewegt sich in Richtung Kurbelwelle. Durch den im Verbrennungsraum herrschenden Unterdruck wird ein Luft-Kraftstoffgemisch angesogen und füllt zum Ende des Taktes den Verbrennungsraum ganz aus.

(Takt 2: Verdichten)

Das Einlaßventil schließt sich und der Kolben bewegt sich von der Kurbelwelle weg. Dabei wird das Luft-Kraftstoffgemisch stark verdichtet.

(Takt 3: Arbeiten)

Kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes (OT) wird das Gemisch durch einen Funken an der Zündkerze gezündet (Zündzeitpunkt). Temperatur und Druck im Verbrennungraum steigen sprunghaft an. Durch den hohen Druck wird der Kolben wieder in Richtung Kurbelwelle gepreßt.

(Takt 4: Ausschieben)

Am unteren Totpunkt (UT) öffnet das Auslaßventil und die Verbrennungsgase werden aus dem Verbrennungsraum ausgeschoben



Insgesamt hat sich die Kurbelwelle nach den 4 Takten um 720° gedreht (2 vollständige Umdrehungen).
im großen unterschied zu dieselmotoren benötigt ein Benzinmotor Zündkerzen.
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Automatische Beitragszusammenführung
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Der Dieselmotor

Ein Dieselmotor unterschedet sich im wesentlichsten von einem Ottomotor darin, dass er ein Selbstzünder ist und im Gegensatz zum Ottomotor keine Zündquelle von außen erhält.
Ebenso wie der Ottomotor, arbeitet auch der Dieselmotor mit 4 Takten

1.Ansaugen
2.Verdichten
3.Arbeiten
4.Ausstoßen

(Takt 1: Ansaugen)

Im ersten Ansaugtakt wird zunächst reine Luft angesaugt.

(Takt 2: Verdichten)

Im zweiten Takt wird diese Luft auf etwa 30 bis 55 bar verdichtet.
Dabei erhitzt sich die angesaugte Luft auf 700 bis 900 Grad Celsius.

(Takt 3: Arbeiten)

Nun wird Dieselkrafstoff in die Brennkammer eingespritzt . Durch die hohe Temperatur der Komprimierten Luft erfolgt die Verbrennung des Dieselkrafstoffes (Selbstzündung).

(Takt 4: Ausschieben)

Dadurch steigt der Innendruck gewaltig an, und der Motor leistet seine Arbeit.
Im vierten Takt wird dann, wie beim Ottomotor, das verbrannte Gemisch ausgestossen.

Insgesamt hat sich die Kurbelwelle nach den 4 Takten um 720° gedreht (2 vollständige Umdrehungen). Bauart bedingt sind einige Dieseltypen mit Glühkerzen ausgerüstet.

Einspritzung beim Diesel

Einer der grössten Nachteile des Dieselmotors sind die aufwendigen Einspritzsysteme und die daraus resultierenden aufwendigeren Motorbauformen, sowie die höheren Produktionskosten. Diese unterschiedlichen Einspritztechniken und Bauformen resultieren aus der Tatsache, dass die ersten, sehr einfachen Dieselmotoren nicht besonders komfortable und drehfreudige Antriebsaggregate waren. Im kalten Zustand ist der Diesel durch seinen harten Verbrennungsablauf sehr laut, so dass sein Nageln unüberhörbar ist.

Folgende Einspritzmöglichkeiten gibt es:

* Direkteinspritzverfahren
* Vorkammerverfahren
* Wirbelkammerverfahren

Direkeinspritzung

Bei der Direkteinspritzung wird der Kraftstoff zur Verneblung mit hohem Druck durch eine Mehrlochdüse in die hochverdichtete Ansaugluft gespritzt, wobei durch entsprechende Gestalung des Kolbenbodens die Gemischverwirbelung gefördert wird. Zum Starten des Motors sind keine speziellen Glühkerzen erforderlich, da die Abkühloberfläche des Brennraumes relativ klein ist. Die kalte Ansaugluft wird beim Starten durch den hohen Verdichtungsdruck sehr schnell erhitzt. Die Vorteile der Direkteinspritzung liegen im geringen Wärmeverlust, in der guten Starteigenschaft bei kaltem Motor, sowie im niedrigen spezifischen Kraftstoff- verbrauch. Die Nachteile sind zum einen der rauhe, harte Motorlauf und die hohen Einspritzdrücke, sowie der relativ grosse Zündverzug.

Das Vorkammersystem

Dies ist eine inzwischen relativ selten anzutreffende Einspritzbauart (Bild 3.3). Das Vorkammersystem wird nur noch bei der Autofirma Daimler - Benz in einigen Motoren eingesetzt. Der Brennraum ist hier in die Vorkammer (ein Drittel des Gesamtbrennraumes) und in den Hauptbrennraum (zwei Drittel des Gesamtbrennraumes) unterteilt. Um die Gemischaufbereitung zu unterstützen, ist in der Vorkammer ein Stift mit einer kugelförmigen Verdickung eingesetzt. Die beiden Brennräume sind durch mehrere, verhältnismässig kleine, Bohrungen (Schusskanäle) miteinander verbunden. Die Vorkammer sitzt komplett im Zylinderkopf und ist meist aus einem hochwarmen, austauschbaren Stahlblech hergestellt. Während des Verdichtungstaktes ( 2.Takt ) wird ein Teil der verdichteten Luft auch in die Vorkammer gepresst. Der Kraftstoff wird, kurz vor dem Erreichen des oberen Totpunktes, durch eine Einspritzdüse direkt in die Vorkammer des entsprechenden Kolbens eingespritzt. Durch den Sauerstoffanteil in der Vorkammer ist eine Teilverbrennung des eingespritzten Kraftstoffes möglich. Ausserdem entstehen durch die Teilverbrennung hohe Temperaturen, die für einen schnellen Druckanstieg sorgen. Dadurch wird der gesamte Inhalt der Vorkammern durch die Schusskanäle in den eigentlichen Brennraum geblasen, wo dann die eigentliche Verbrennung statt findet. Beim Kaltstart ist die Vorkammer kalt, und die Luft im Verdichtungstakt wird durch das Einblasen in die Kammer abgekühlt . Daher ist die Vorwärmung der angesaugten Luft durch eine extra Glühkerze nötig. Diese notwendige Glühkerze befindet sich in der Vorkammer. Der Hauptvorteil des Vorkammerverfahrens liegt darin, dass durch die geringen Innendrücke ein weicher Motorlauf ermöglicht wird. Des weiteren sind zudem eine gleichmässige Gemischbildung, ein kurzer Zündverzug und eine relativ hohe Maximaldrehzahl aufzuführen. Als Nachteile sind der etwas höhere Kraftstoffverbrauch und die nötige Kaltstarthilfe zu nennen. Ausserdem ist durch die Trennung der beiden Brennräume eine Idealform (kugelförmige Brennkammer) nicht realisierbar.

Das Wirbelkammerverfahren

Diese Verfahren ähnelt zwar stark dem Vorkammersystem, jedoch arbeiten die modernen PKW - Dieselmotoren fast immer nach dem Wirbelkammerverfahren. Die kugelförmige Wirbelkammer ist, vom Hauptbrennraum getrennt, im Zylinderkopf angeordnet. Hauptbrennraum und Wirbelkammer sind jedoch durch einen Schusskanal mit grossem Durchmesser miteinander verbunden. Im Verdichtungstakt bewirkt der Schusskanal in der Wirbelkammer eine intensive Rotation der Ansaugluft. In diesem Luftwirbel wird der Dieselkraftstoff über eine Drosselzapfdüse (der öffnungsdruck liegt bei etwa 100 bis 130 bar) eingespritzt. Die Verbrennung wird in der Wirbelkammer eingeleitet und greift dann auf den Hauptbrennraum über. Die Wirbelkammer wird im Fahrbetrieb sehr heiss und sorgt somit für eine gute Vorverdampfung des Krafstoffes. Zum Starten des Motors sind allerdings auch hier Glühkerzen erforderlich, da die Unterteilung des Brennraumes eine grosse Oberfläche aufweist, die auf die angesaugte Luft abkühlend wirkt. Die Vor- und Nachteile sind im ganzen Vergleichbar mit dem Vorkammersystem, jedoch ist durch die Verwendung der Wirbelkammer eine weit höhere Literleistung erreichbar. Die benötigten Einspritzdrücke liegen bei etwa 125 bar. Ausserdem liegt der Verbrauch höher als beim Direkeinspritzsystem und eine Kaltstarteinrichtung ist nötig .

Was ist eigentlich....

... die Einspritzpumpe?

Die Einspritzpumpe verteilt beim Dieselmotor eine exakt zu bestimmende Kraftstoffmenge zu einem genau definierten Zeitpunkt unter sehr hohem Druck nach der Spritzfolge auf die einzelnen Zylinder.



... der Injektor

in der Technik wird ein Injektor grundsätzlich als eine Vorrichtung zum Einbringen wie auch Vermischen von Flüssigkeiten, Gasen, Elektronen oder sonstigen Teilchen bezeichnet.
im Automobilbau ist der Injektor die Einspritzdüse, die den diesel in den Verbrennungsraum gibt.
er wird von der Einspritzpumpe mit Kraftstoff versorgt und elektrisch angesteuert.



...die Lichtmaschiene

Die Lichtmaschine wird vom laufenden Motor (Kolbenmotor, Turbine) als Nebenaggregat oder von einem Rad des Fahrzeuges angetrieben. Der Antrieb erfolgt im Automobil und teilweise bei Motorrädern üblicherweise mit einem Riementrieb (z. B. Keilrippen- oder Keilflachriemen). Manchmal ist die Lichtmaschine wie bei vielen Motorrädern und Gasturbinen auch bei PKW direkt mit der Motorwelle gekoppelt. Hierbei können auch die Funktionen vom Anlasser (Dynastart, Anlassgenerator) kombiniert werden.



...der Vergaser

Der Vergaser ist ein Maschinenbauteil zum Vermischen von Kraftstoff und Luft, entweder um ein brennbares Gemisch zum Betrieb von Otto-Verbrennungsmotoren zu erzeugen und um die dem Zylinder zugeführte Gemischmenge zu steuern, oder allgemeiner um einen Energieträger zur Erzeugung von Wärme durch Hinzufügen von Luftsauerstoff zu verbrennen. Streng genommen ist der Vergaser ein Zerstäuber, denn der Kraftstoff erfährt keine Aggregatzustandsänderung (Vergasung), sondern wird feinstmöglich zerstäubt.



...der Zahnriemen

Eine Sonderform des Riemens, der für eine formschlüssige Kraftübertragung sorgt, ist der Zahnriemen (auch Synchronriemen). Dabei sind auf der Innenseite des Riemens, ähnlich einer Kette, Zähne aus Gummi (Neopren) oder Kunststoff (Polyurethan) ausgeformt, die in ein spezielles Zahnrad eingreifen. Vorteil bei dieser Form ist, dass der Umschlingungswinkel des Riemens auf dem Zahnrad nicht so groß sein muss wie bei den Keil- oder Flachriemen, und dass diese Form der Kraftübertragung keinen Schlupf aufweist. Durch die Möglichkeit von hohen Drehzahlen, seiner Laufruhe und nicht zuletzt durch den Preis ist der Zahnriemen eine Alternative zu Antriebs- oder Steuerketten. Als Nachteile gegenüber Ketten sind die schlechtere Temperaturbeständigkeit und die, abhängig vom Einsatzzweck, teilweise geringere Lebensdauer zu nennen.



... der Keilriemen

Da die Reibung in einer keilförmigen Rille wesentlich höher ist als bei einer flachen Auflage, entstanden die Keilriemen. Diese bestehen aus Gummi mit einer Textil- oder Stahlseileinlage und werden endlos gefertigt. Sie können bei gleichem Platzbedarf wesentlich größere Drehmomente als Flachriemen übertragen. Durch die höhere Reibung sind die Kräfte auf die Lager wesentlich geringer.

Man kann auch mehrere Keilriemen nebeneinander anordnen. Bei Antrieben mit mehreren parallelen Keilriemen ist es aufgrund der Ausdehnung jedoch wichtig, dass alle Riemen zugleich getauscht werde



... der Luftfilter

Als Luftfilter werden alle Abscheider bezeichnet, die unerwünschte Schwebstoffe wie Krankheitserreger, Stäube oder Gase aus der Luft herausfiltern.



... das Steuergerät

Steuergeräte (engl. ECU = electronic control unit oder ECM = electronic control module) sind elektronische Module, die überwiegend an Orten eingebaut werden, an denen etwas gesteuert oder geregelt werden muss. Steuergeräte werden im Kfz-Bereich in allen erdenklichen elektronischen Bereichen eingesetzt
Zu Beginn der elektronischen Motorsteuerung wurden sie vornehmlich bei Zündungen eingesetzt, seit 1987 werden sie auch zur elektronischen Regelung von Dieselmotoren verwendet. Etwa seit Mitte der neunziger Jahre wurden mechanische Regelkonzepte bei Verbrennungsmotoren nahezu vollständig durch elektronische Steuergeräte verdrängt.
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... der Wasserkühler



moderne Viertaktmotoren werden bis auf wenige Ausnahmen wassergekühlt. Sie bietet gegenüber der Luftkühlung verschiedene Vorteile. Wasser hat einen gleichmäßigen Wärmetransport und kann eine große Wärmemenge abführen. Der Wasserkreislauf wird mit geringem Überdruck betrieben, damit Kühlmitteltemperaturen bis etwa 115 °C möglich sind. Das System wird dabei durch ein Überdruckventil geschützt. Für die Kühlung wird kaum Leistung benötigt, gegenüber Kühlgebläsen bei der Luftkühlung. Die Heizung bei geschlossenen Kraftfahrzeugen ist denkbar einfach durch einen Heizungswärmübertrager möglich. Der Motorblock, und damit die notwendigen Gussformen, sind leicht herzustellen. Die Wasserkühlung hält den Temperaturunterschied einzelner Motorteile, und damit den möglichen Verzug, gering. Dies wiederum erlaubt es, die Leistungsdichte von Verbrennungsmotoren zu erhöhen. Der Wassermantel wirkt geräuschdämmend. Besonders Hochleistungs-Ottomotoren sind an den Zylinderköpfen auf Wasserkühlung angewiesen, da es sonst vermehrt zu einer Klopfneigung käme.

Ein Wasserkühler/Kühlmittelkühler, der früher oftmals aus Messing, heute zumeist aus Aluminium besteht, ist meist an der Front des Fahrzeuges angebracht, wo der Fahrtwind das durchfließende Kühlmittel abkühlt. Von dort wird das Kühlmittel mit einer Wasserpumpe durch Schläuche in den Motor gepumpt (Zylinderkopf und Motorblock). Da die mechanische Wasserpumpe bis zu 2 kW Antriebsleistung benötigt, werden in modernen Motoren auch elektrische Wasserpumpen (Leistung ~200W) eingesetzt.



...Ölkühlung

Der Schmierstoff Motoröl wird zum Teil erwärmt (z.B. bei der Kolbenkühlung) und erhitzt sich zum anderen Teil bei der Schmierung selbst (z.B. in Gleitlagern). Um die Schmiereigenschaften des Motoröls zu erhalten ist daher eine geregelte Wärmeabfuhr erforderlich. Als übliche Grenze gelten 120°C, darüber gilt als Faustregel, dass sich je 10°C Temperaturerhöhung die Lebensdauer des Öls halbiert. Aus diesem Grund besitzen viele Motoren Öl-Luft-Kühler oder einen Öl-Wasser-Kühler, je nachdem, an welches Medium die Wärme übertragen werden soll. Die Öl-Wasser-Kühlung bringt den Vorteil, dass sich das Öl beim Kaltstart schneller erwärmen kann. Durch die höhere Temperatur wird das Öl dünnflüssiger und bringt dem Motor einen Verbrauchsvorteil.
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...die Nockenwelle

Eine Nockenwelle ist ein Maschinenelement, mit dem durch die auf ihr angebrachten Nocken eine Drehbewegung wiederholt in eine kurze Längsbewegung umgewandelt wird.

Nockenwellen werden in Nockenschaltern und Steuerungen, hauptsächlich jedoch in Hubkolbenmotoren (Verbrennungsmotor) verwendet; hier ist sie Teil des Ventiltriebes, sie wird verwendet, um die Ein- und Auslassventile zu öffnen.

In älteren Einspritzpumpen dienen Nockenwellen auch zur Kraftstoffzumessung zu den einzelnen Saugrohren oder Zylindern.

Auf der Nockenwelle von Kolbenmotoren gibt es für jedes Ventil einen exzentrischen Nocken, der das Ventil in die geöffnete Stellung drückt. Wenn der Nocken weiter gedreht ist, schließt sich das Ventil durch die Ventilfeder. Dabei drückt die Nockenwelle nicht genau auf die Mitte des Ventils sondern etwas seitlich. Dadurch wird das Ventil immer leicht gedreht und es bilden sich keine unregelmäßigen Druckstellen durch die Nocke.


...der Ölkreislauf

Der Ölkreislauf ist bei modernen Motoren als Druckumlaufschmierung in einem geschlossenen System ausgebildet. Durch die gestiegenen Anforderungen sind gegenüber den älteren Konstruktionen eine Fülle weiterer hydraulischer Anforderungen zu erfüllen.

Zunächst werden alle relativ zueinander bewegten Motorenbauteile geschmiert, die Reibung gesenkt und die hydraulischen Stellelemente gefüllt. Entscheidend für die Verhinderung von Verschleiß sowie die Funktion ist zunächst die Durchölungszeit, d. h. die Zeit, die nach längerem Motorstillstand bei Wiederstart vergeht, bis auch die letzte Verbraucherstelle versorgt wird.

Neben der Schmierung und Reibungsminderung ist die Wärmeabfuhr und -verteilung eine weitere wesentliche Aufgabe für den Ölkreislauf. Es schließen sich die Feinabdichtung an den Kolbenringen an, das Lösen von Verbrennungsrückständen und der Abtransport von Verschleißpartikeln.

... die Drosselklappe

Um bei Verbrennungsmotoren die geforderte Abgabeleistung zu regulieren, wird bei Ottomotoren die zugeführte Luft- und Treibstoffmenge reguliert. Die Luftmenge wird dazu durch eine Drosselklappe im Saugrohr reguliert.






...Kaltlaufregler


Der Kaltlaufregler (KLR) ist ein Bauteil, das bei älteren PKW mit Ottomotor und geregeltem Katalysator den Schadstoffausstoß nach einem Kaltstart verringert. Da der Emissionstest vor der Norm Euro 2 noch keinen Kaltstart enthielt, waren viele Fahrzeuge noch nicht auf einen schadstoffarmen Start optimiert. Der KLR ist umgangssprachlich auch als „Zauberdüse“ bekannt, vor allem da die Bildzeitung ihn so bezeichnete.


...Zündkerze

Die Zündkerze erzeugt in Ottomotoren und beim Anlassen von Gasturbinen und Strahltriebwerken die für die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches nötigen Zündfunken zwischen ihren Elektroden.