Ottomotor – Aufbau und Funktion
Ein Ottomotor ist eine Art Verbrennungsmotor, der mechanische Energie durch das Verbrennen eines Gasgemisches erzeugt. Lerne die Funktionsweise des Viertakt-Ottomotors kennen, seinen Aufbau mit Brennraum, Zündkerze und vieles mehr. Interessiert? Das alles und noch mehr findest du im folgenden Text!
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Grundlagen zum Thema Ottomotor – Aufbau und Funktion
Der Ottomotor
Bestimmt hast du schon einmal den Begriff Ottomotor gehört – immerhin werden die meisten Autos von einem solchen Motor angetrieben. Doch was genau ist ein Ottomotor eigentlich? Woher hat er seinen Namen und wie ist ein Ottomotor aufgebaut? All diese Fragen wollen wir im Folgenden klären.
Ottomotor – eine einfache Erklärung
Ein Ottomotor ist laut Definition ein Verbrennungsmotor: Bei der Verbrennung eines Gasgemisches wird Energie frei. Diese wird in mechanische Energie umgewandelt, zum Beispiel in Bewegungsenergie. Zum Betrieb eines Ottomotors ist also ein Gasgemisch nötig. Dieses setzt sich aus einem Kraftstoff, in den meisten Fällen Benzin, und Luft zusammen.
Ottomotor – Aufbau und Funktion
Die Wirkungsweise eines Ottomotors lässt sich durch sich wiederholende Vorgänge beschreiben. Zusammengefasst werden diese Vorgänge daher auch als Kreisprozess bezeichnet. Je nach Aufbau unterscheidet man beim Ottomotor zwischen Zweitakt- und Viertaktmotoren. Diese Begriffe beziehen sich darauf, wie viele Arbeitsschritte („Takte“) für einen Kreisprozess notwendig sind. Die gebräuchliche Bauweise ist der Viertakt-Ottomotor, daher wird dieser Motor im Folgenden erklärt.
Ottomotor – Aufbau
Ein Querschnitt durch den Ottomotor zeigt, aus welchen Hauptkomponenten er besteht:
- Brennraum: Raum, in dem das Gasgemisch entzündet werden kann
- Zündkerze: entzündet das Gasgemisch im Brennraum
- Einlass- und Auslassventil: Das Gasgemisch kann in den Brennraum gelangen und Abgase können wieder abgelassen werden.
- Kolben: schließt den Brennraum luftdicht ab und kann nach oben oder unten bewegt werden
- Pleuelstange und Kurbelwelle: sind so mit dem Kolben verbunden, dass eine Bewegung des Kolbens eine Rotation der Kurbelwelle verursacht und andersherum
All diese Komponenten setzen sich zum sogenannten Hubkolben zusammen. Ein Motor besteht meist aus mehreren dieser Hubkolben.
Ottomotor – Funktion
Die Funktionsweise des Viertakt-Ottomotors lässt sich, wie der Name schon sagt, in vier Schritte unterteilen:
-
1. Takt: Ansaugen
Das Einlassventil ist geöffnet und das Gasgemisch kann in den Brennraum strömen. Der Kolben bewegt sich nach unten. Wenn der Brennraum gefüllt ist, wird das Einlassventil wieder verschlossen. -
2. Takt: Verdichten
Der Kolben bewegt sich nach oben. Die dafür notwendige Energie bezieht der Hubkolben, wenn vorhanden, von anderen Kolben des Motors oder aus Bauelementen, die mechanische Energie speichern. Dabei wird das Gasgemisch auf ungefähr ein Zehntel seines ursprünglichen Volumens verdichtet. -
3. Takt: Arbeiten
Mithilfe der Zündkerze wird das Gas gezündet. Dadurch, dass es beim Verbrennen sein Volumen ausdehnt, wird der Kolben nach unten gedrückt. Die Temperatur im Brennraum liegt bei 2000 °C. -
4. Takt: Ausstoßen
Das Auslassventil wird geöffnet und die Verbrennungsgase werden durch die Bewegung des Kolbens nach oben ausgestoßen. Dann wird das Auslassventil wieder verschlossen.
Während der vier Arbeitstakte hat die Kurbelwelle zwei Umdrehungen gemacht.
Im Vergleich zum Viertaktmotor werden in einem Zweitakt-Ottomotor die Arbeitsschritte Ansaugen und Verdichten und die Schritte Arbeiten und Ausstoßen in jeweils einem Takt zusammengefasst.
Ottomotor – Vergleich zum Dieselmotor
Bestimmt weißt du, dass es nicht nur Motoren gibt, die mit Benzin betrieben werden. Es gibt auch die sogenannten Dieselmotoren. Wie ihr Name schon sagt, werden sie mit dem Kraftstoff Diesel betrieben. Auch Dieselmotoren sind Viertaktmotoren. Ottomotoren und Dieselmotoren haben spezielle Eigenschaften und Unterschiede, die wir in einer Tabelle gegenüberstellen wollen:
| Ottomotor | Dieselmotor | |
|---|---|---|
| Kraftstoffverbrauch | hoher Kraftstoffverbrauch | niedrigerer Kraftstoffverbrauch |
| Wirkungsgrad | ca. 25% | ca. 35% |
| Laufruhe | hohe Laufruhe | geringe Laufruhe |
| Abgase | hoher CO-Ausstoß, geringerer Ausstoß von Stickoxiden und Rußpartikeln | geringerer CO-Ausstoß, hoher Ausstoß von Stickoxiden und Rußpartikeln |
Wie du sehen kannst, hat der Ottomotor einen geringeren Wirkungsgrad als der Dieselmotor. Das bedeutet, dass mehr Kraftstoff verbrannt werden muss, um die gleiche mechanische Energie zu erhalten. Er ist in dieser Hinsicht also weniger effizient als der Dieselmotor. Dafür hat der Dieselmotor den großen Nachteil, dass in den Auspuffgasen mehr Schadstoffe enthalten sind: Die hohe Menge an Stickoxiden verstärkt die Luftverschmutzung, wodurch das Fahren von Autos mit Dieselmotoren in einigen Städten verboten ist. Außerdem sind in den Abgasen viele Rußpartikel enthalten, die Krankheiten auslösen können.
Die Geschichte des Ottomotors
Der Ottomotor verdankt seinen Namen dem deutschen Erfinder Nicolaus August Otto (1832-1891). Diesem gelang es im Jahr 1876, einen Viertaktmotor zu entwickeln, der auch heute noch als Grundlage für Ottomotoren dient. Dafür erlangte er großes Ansehen in der Öffentlichkeit, denn dieser Motor war viel effizienter als die, die es zu der Zeit schon gab. Tatsächlich hatten vor ihm aber schon andere Erfinder Patente für einen Viertaktmotor angemeldet: Im Jahr 1860 der österreichische Uhrmacher Christian Reithmann (1818-1909) und im Jahr 1862 der französische Ingenieur Alphonse Beau de Rochas (1815-1893). Somit gilt eigentlich Reithmann als Erfinder des Ottomotors. Nachdem er viel Geld von Otto bekommen hatte, unterschrieb Reithmann jedoch eine Erklärung, dass Otto weiterhin als Erfinder des Viertaktmotors gelten dürfe.
Transkript Ottomotor – Aufbau und Funktion
Hallo und herzlich willkommen. Das Video heißt „Ottomotor - Aufbau und Funktion“. Du kennst: Wärmekraftmaschinen. Nachher weißt du über den Ottomotor: Historisches. Aufbau und Funktion. Merkmale, sowie Vor- und Nachteile. Der Film besteht aus fünf Abschnitten. 1. Historisches. 2. Aufbau. 3. Funktion. 4. Der Motor läuft rund. Und 5. Vor- und Nachteile. 1. Historisches. Der Ottomotor ist Antrieb für viele Geräte. Für Autos, Motorräder, Rasenmäher und viele andere. 1860 gab es nachweislich das erste Patent für den Ottomotor. Es wurde erteilt an Christian Reithmann. Er gilt als der Erfinder des Viertaktmotors. Noch andere Ingenieure und Techniker beschäftigten sich mit dem Viertaktmotor. Alphonse Beau de Rochas, Carl Benz, Felice Matteucchi, Eugene Barsanti und schließlich Nicolaus August Otto. Sie alle gelten als Miterfinder der Viertaktmotors. Wie das möglich ist? Stöbert einmal bei Wikipedia. Die Geschichte ist sehr interessant. 2. Aufbau. Der Ottomotor ist eine Wärmekraftmaschine. Genauer eine Verbrennungskraftmaschine. Der Ottomotor wird mit Benzin betrieben. Gewöhnlich ist er ein Viertaktmotor. Schauen wir uns seinen Aufbau an. Das ist der Ottomotor im Querschnitt. Das ist das Einlassventil. Gegenüber liegt das Auslassventil. Orange gekennzeichnet die Zündkerze. Der Kolben ist blau markiert. Die Pleuelstange und schließlich die Kurbelwelle. Das ist der Querschnitt durch einen Ottomotor, einen Viertaktmotor. Ottomotor bedeutet, er verbraucht Benzin als Treibstoff. Der Name Viertaktmotor weist auf die Taktzahl hin. 3. Funktion. Die vier Takte wollen wir nun einmal untersuchen. Beim ersten Takt geschieht das Ansaugen des Benzin-Luft-Gemischs. Dafür wird das Einlassventil geöffnet. Der Kolben bewegt sich nach unten. Das Benzin-Luft-Gemisch dringt in den Zylinder ein. Das Einlassventil wird wieder verschlossen. Beim zweiten Takt sind beide Ventile verschlossen. Der Kolben bewegt sich nach oben. Es kommt zur Verdichtung des Benzin-Luft-Gemischs. Das Gasgemisch wird stark zusammengedrückt. Ein Zehntel des ursprünglichen Volumens bleibt erhalten. Die Temperatur erhöht sich auf bis 500° C. Im dritten Takt findet durch die Zündkerze die Zündung statt. Der Kolben wird nach unten gedrückt, das Benzin verbrennt. Dadurch wird der Kolben weiter nach unten gedrückt. Das geschieht, weil der Druck stark ansteigt. Die Temperatur erreicht 2000° C. Den dritten Takt nennt man Arbeitstakt. Im vierten und letzten Takt kommt es zum Ausschieben der Verbrennungsgase. Das Auslassventil wird geöffnet und die Gase gelangen aus dem Motor heraus. Sie werden durch die Kolbenbewegung herausgedrückt. Das Auslassventil wird wieder verschlossen. Alle vier Takte sind vollzogen. Ihnen entsprechen zwei Umdrehungen der Kurbelwelle. 4. Der Motor läuft rund. Das heißt ruhig und gleichmäßig. Einige Voraussetzungen sind dafür nötig. Eine wichtige Voraussetzung ist, dass man mehrere Zylinder hat. Häufig vier. Jeder dieser Zylinder hat einen eigenen Takt. Jeder Ottomotor braucht für den gleichmäßigen Gang Motoröl. Und schließlich muss mit hochoktanigem, das heißt klopffestem, Benzin gefahren werden. 5. Vor- und Nachteile des Vierzylinder-Viertakt-Ottomotors. Wir betrachten zunächst die Vorteile gegenüber dem Dieselmotor. Er produziert weniger Schadstoffe. Seine Herstellung ist günstiger. Er bringt eine höhere Leistung. Der Ottomotor macht weniger Lärm. Und er hat einen höheren Drehzahlbereich. Und nun zu den Nachteilen. Wir wollen wieder mit dem Dieselmotor vergleichen. Der Ottomotor hat einen geringeren Wirkungsgrad. Achtung: Die Aussage zur Leistung bezog sich auf die Masse. Benzin ist im Vergleich zu Diesel ein gefährlicher Kraftstoff. Und schließlich sind Ottomotoren weniger haltbar. Das war ein weiterer Film von André Otto. Ich wünsche euch alles Gute und viel Erfolg. Tschüss!
Ottomotor – Aufbau und Funktion Übung
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Benenne die wesentlichen Bestandteile eines Zylinders in einem Otto-Motor.
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Beschreibe die Funktionsweise eines Ottomotors.
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Vergleiche die Vorzüge des Otto- und des Dieselmotors miteinander.
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Analysiere die Funktionsweise des Viertakt-Ottomotors im Detail.
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Gib an, mit welchen Begriffen der Ottomotor bezeichnet werden kann.
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Analysiere die verschiedenen Bautypen von Ottomotoren.
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