4.

Arbeitsweise von Ottomotoren

Ottomotoren durchlaufen bei Betrieb sich periodisch wiederholende Zyklen, die man als Arbeitsspiel bezeichnet. Normalerweise ist der Ottomotor ein Viertaktmotor, d. h., der Kolben führt während eines Arbeitsspieles vier Hübe oder Takte aus, zwei in Richtung des (geschlossenen) Zylinderkopfes und zwei weg vom Kopf. Während des ersten Taktes (Ansaugtakt) bewegt sich der Kolben vom Zylinderkopf weg, gleichzeitig wird das Einlassventil geöffnet. Durch die Kolbenbewegung während dieses Taktes wird eine bestimmte Menge des Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Brennraum eingesaugt. Während des nächsten Taktes (Verdichtungstakt) bewegt sich der Kolben in Richtung des Zylinderkopfes und verdichtet das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum. In dem Augenblick, in dem der Kolben das Ende dieses Taktes erreicht hat, ist das freie Volumen in der Brennkammer am geringsten, der Kraftstoff wird mit der Zündkerze entzündet und verbrennt. Dabei wirkt das sich ausdehnende Brenngas auf den Kolben, der dadurch beim dritten Takt (Arbeitstakt) vom Zylinderkopf weggedrückt wird. Beim vierten und letzten Takt (Auspuff- oder Ausschiebetakt) wird das Auslassventil geöffnet. Der Kolben bewegt sich in Richtung des Zylinderkopfes und drückt dabei die Abgase aus der Verbrennungskammer, so dass der Zylinder für das nächste Arbeitsspiel bereit ist.

Der Wirkungsgrad oder die effektive Arbeitsweise eines modernen Ottomotors wird durch eine Reihe von Faktoren begrenzt, darunter u. a. Kühlungs- und Reibungsverluste. Im Allgemeinen bestimmt das Verdichtungsverhältnis den Wirkungsgrad einer solchen Kraftmaschine, also wie viel der Wärmeenergie des Kraftstoffes in mechanische Energie umgewandelt wird. Das Verdichtungsverhältnis (das Verhältnis von maximalem und minimalem Volumen der Verbrennungskammer) liegt beim größten Teil der modernen Ottomotoren meist bei etwa 8:1 oder 10:1. Höhere Verdichtungsverhältnisse von etwa 12:1 mit entsprechender Erhöhung des Wirkungsgrades sind mit klopffesten Kraftstoffen hoher Octanzahl möglich. Der Wirkungsgrad eines guten, modernen Ottomotors liegt zwischen 20 und 25 Prozent, d. h., nur 20 bis 25 Prozent der Wärmeenergie des Kraftstoffes werden in mechanische Energie umgewandelt.