Prinzip des Benzinmotors

Der Ottomotor ist ein nach Nikolaus August Otto benannter Verbrennungsmotor, bei dem der Kraftstoff während des Ansaugvorganges in die angesaugte Luft eingebracht wird, was ein zündfähiges Gemisch im Zylinder ergibt. Im Gegensatz zum Dieselmotor zeichnet sich ein Ottomotor durch eine aktive Zündvorrichtung aus.

Gemischbildung und Zündung

Der Kraftstoff gelangt durch einen Vergaser oder über eine (heute meist elektronisch gesteuerte) Benzineinspritzung, die das Benzin-Luft-Gemisch herstellen, in den Brennraum des Motors. Mit Hilfe einer Zündkerze wird ein kurzer elektrischer Funkenüberschlag, der Zündfunke, erzeugt, der das Gemisch zeitlich genau zur Explosion bringt.

Die Verbrennung erzeugt in dem relativ kleinen Brennraum ein heißes Gas mit hohem Druck (über 100 bar), das den Kolben in geradliniger Bewegung in Richtung Kurbelwelle treibt. Über das Pleuel, auch Pleuelstange genannt, wird diese Bewegung in die rotierende Bewegung der Kurbelwelle umgesetzt.

Als Kraftstoff für Ottomotoren dient hauptsächlich Benzin, aber auch Gase auf Methan-Basis (Flüssiggas, Erdgas, Biogas, Klärgas, Deponiegas, Grubengas) sowie Ethanol und Wasserstoff. Motoreinstellungen wie Zündzeitpunkt, Verdichtungsverhältnis und Verbrennungsluftüberschuss müssen auf den Kraftstoff abgestimmt sein, oder werden bei Mischbetrieb umgeschaltet.

Zwei- und Viertakter

Ottomotoren können prinzipiell als Zweitaktmotor oder als Viertaktmotor ausgeführt sein, wobei der Viertaktmotor die inzwischen gebräuchlichere Bauart ist.

Merkmale

Klassische Merkmale des Ottomotors sind:

  • Fremdzündung: Das Gemisch wird zu einem definierten Zeitpunkt durch den Funken einer Zündkerze gezündet; es zündet – im Gegensatz zum Dieselmotor – nicht selbst.
  • Äußere Gemischbildung: Kraftstoff und Luft werden vor dem Brennraum gemischt, und nicht erst im Zylinder wie beim Dieselmotor.
  • Motorleistungsregelung: Die Leistung wird mit einer Drosselklappe über die Menge des zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches geregelt. Beim Dieselmotor erfolgt sie dagegen über die Menge des eingespritzten Kraftstoffes.

"Benzin-Direkteinspritzer" (FSI- und GDI-Motoren) entsprechen diesen Merkmalen nicht mehr ganz: Die Direkteinspritzung des Kraftstoffs in den Brennraum ist nicht an die Einlasssteuerzeiten der Ventile gebunden und kann so auch erst später in der Verdichtungsphase erfolgen. Damit werden Schichtladungen, also Zonen im Zylinder mit unterschiedlicher Gemischzusammensetzung ermöglicht, etwa beim Magermotor: Zündfreudiges, fettes oder stöchiometrisches Kraftstoffverhältnis (d. h. 14,7 Teile Luft : 1 Teil Kraftstoff) ist im Bereich der Zündkerze und mageres Gemisch im restlichen Brennraum. Bei einem Motor mit homogener Kompressionszündung hingegen wird die gesamte Ladung geregelt und gleichmäßig ohne Zündkerze gezündet.

Einige Ottomotoren der neusten Generation von BMW entsprechen auch nicht den klassischen Merkmalen, denn dort ersetzt ein variabler Ventilhub (das sog. Valvetronic) die Drosselklappe.

Hubraum

Die Größe des Hubraums ist ein wichtiges Merkmal für die Klassifizierung von Ottomotoren. Der Hubraum bezeichnet das Volumen, das vom Kolben zwischen unterem und oberem Totpunkt verdrängt wird. Bei Mehrzylindermotoren wird der Hubraum aller Zylinder addiert.

Der Hubraum wird in Kubikzentimetern oder in Litern bemessen. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts waren bei Kraftfahrzeugen Hubräume ab 0,4 Litern üblich, mit 13,5 Litern markierte der Pierce Arrow von 1912 eine obere Marke. Kleinste Modellmotoren in Glühzünder-Bauweise haben nur 0,16 cm³ Hubraum. Heutige Serien-PKWs haben Hubräume meist zwischen 1,0 und 3,0 Litern, große Modelle und Sportwagen bis zu 8,5 Litern. Der in der Messerschmitt Bf 109 eingesetzte Daimler-Benz DB 605 Flugzeugmotor hatte einen Hubraum von 35,7 Litern, 2,99 Liter pro Zylinder.

 

Takte beim 4 Takt Motor

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