Umfassender Leitfaden zu Viertaktmotoren

Viertaktmotoren sind die häufigsten Verbrennungsmotoren in Automobilen – LKW, PKW, moderne Motorräder (die meisten Motorräder nutzen Zweitakter). Viertakt = Verbrennungszyklus. Er läuft im inneren Motorraum ab. Ein Viertaktmotor liefert einen Arbeitstakt pro zwei Kolbenperioden bzw. vier Kolbentakten.

Heute lernen Sie Definition, Schema und Funktionsweise von Viertaktmotoren – sowohl Otto- als auch Dieseltyp. Auch der Otto-Zyklus wird behandelt. Zuvor untersuchte ich Artikel zu Verbrennungsmotoren. Schauen Sie rein!

Der Viertaktzyklus

Nachfolgend der Verbrennungszyklus des Viertaktmotors – alle Prozesse müssen ablaufen, bevor sich das Fahrzeug bewegt:

1. Ansaugtakt (Intake/Inlet Stroke): Erster Zyklusstadium; Kolben bewegt sich abwärts, um Kraftstoff und Luft in den Brennraum zu lassen.
2. Verdichtungstakt (Compression Stroke): Einlassventil schließt, blockiert Entweichen des Gemischs. Kolben bewegt sich aufwärts, verdichtet Luft und Kraftstoff. Am Taktende zündet die Zündkerze das Gemisch und liefert die Energie für die Verbrennung.
3. Arbeitstakt (Power Stroke): Nach der Verbrennung erhöht die Hitze der verbrennenden Kohlenwasserstoffe den Druck, schiebt den Kolben abwärts und erzeugt die Leistungsabgabe.
4. Ausstoßtakt (Exhaust Stroke): Letztes Stadium; Kolben bewegt sich wieder abwärts, Auslassventil öffnet. Beim Öffnen drückt der Kolben beim Aufwärtshub die Abgase aus.

Video: Funktionsweise von Viertaktmotoren

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Der thermische Wirkungsgrad ist die Fähigkeit, Kraftstoff (chemische Energie) in mechanische Energie umzuwandeln. Er variiert nach Design und Fahrzeugmodell. Typischerweise wandeln Ottomotoren ca. 20 % der chemischen Energie in mechanische um. 15 % bewegen die Räder, 5 % gehen an mechanische Reibung verloren.

Der Wirkungsgrad lässt sich durch thermodynamische Effizienz bei höherem Verdichtungsverhältnis steigern. Das Verhältnis wird zwischen maximalem und minimalem Brennraumvolumen bestimmt. Höheres Verhältnis → stärkere Verdichtung des Gemischs → höherer Druck → heißeres Gehäuse → höherer thermischer Wirkungsgrad.

Schema von Viertaktmotoren:

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Der Otto-Zyklus

Weiterlesen: Wichtiges zur Pleuelstange

Nikolaus August Otto entdeckte den in Paris von Jean Joseph Etienne Lenoir gebauten Verbrennungsmotor. Lenoir erreichte mit einem doppeltwirkenden Motor 4 % Wirkungsgrad bei 2 PS (Beleuchtungsgas aus Kohle, entwickelt von Philip Lebon). 1861 getestet; Otto erkannte, wie Verdichtung auf die Kraftstoffladung wirkt. 1862 beschloss Otto, einen Motor zur Verbesserung der schlechten Effizienz und Zuverlässigkeit des Lenoir-Motors zu bauen. Er versuchte, die Kraftstoffmischung vor der Zündung zu verdichten, scheiterte – der Motor lief nur wenige Minuten vor Zerstörung. Viele Ingenieure versuchten das Problem zu lösen, ohne Erfolg.

Otto und Eugen Langen gründeten 1864 die erste Verbrennungsmotoren-Firma: NA Otto & Cie. Im selben Jahr schufen sie einen erfolgreichen Atmosphärischen Motor.

Die Fabrik wurde zu eng und 1869 nach Deutz, Deutschland verlegt – Umbenennung in Deutz Gasmotorenfabrik AG.

Daimler (Büchsenmacher) arbeitete am Lenoir-Motor. 1876 hatten Otto und Langen den ersten Verbrennungsmotor geschaffen, der die Kraftstoffmischung vor der Verbrennung verdichtete – weit höherer Wirkungsgrad als alle bisherigen Motoren.

1883 verließen Daimler und Maybach Otto & Cie und entwickelten den ersten Hochdrehzahl-Ottomotor. 1885 schufen sie das erste Automobil mit Ottomotor. Daimlers Reitwagen nutzte Heißrohrzündung und Ligroin als Kraftstoff – das weltweit erste fahrbare Fahrzeug mit Verbrennungsmotor. Es nutzte einen Viertaktmotor nach Ottos Design. Karl Benz baute 1886 ein Viertakt-Automobil, das als erstes Auto gilt.

1884 entwickelte Ottos Firma (Gasmotorenfabrik Deutz) elektrische Zündung und Vergaser. 1890 gründeten Daimler und Maybach die Daimler-Motoren-Gesellschaft – heute Daimler-Benz.

Funktionsprinzipien, Vor- und Nachteile des Dieselmotors.

Das war dieser Artikel, in dem Definition, Schema und Funktionsweise von Viertaktmotoren besprochen wurden. Ich hoffe, Sie haben die Lektüre genossen. Wenn ja, teilen Sie ihn gerne mit anderen Studierenden. Danke fürs Lesen – bis zum nächsten Mal!