Funktionsweise und Aufbau des Otto-Motors
Eigenschaften des Otto-Motors
Der Otto-Motor ist ein Verbrennungsmotor, der ein zuvor aufbereitetes Kraftstoff-Luft-Gemisch verbraucht. Er verfügt über ein elektrisches Zündsystem, das das Gemisch in der Brennkammer entzündet. Ein- und Auslassventile werden durch das Steuersystem (Ventiltrieb) gesteuert, um den Gaswechsel zu ermöglichen.
Der Arbeitszyklus
- Ansaugen: Aufnahme des Kraftstoff-Luft-Gemischs.
- Verdichten: Kompression des Gemischs.
- Verbrennung und Expansion: Arbeitstakt nach der Zündung.
- Ausstoßen: Abgase werden aus dem Zylinder befördert.
Jeder Takt entspricht einer halben Kurbelwellenumdrehung, sodass der gesamte Zyklus zwei Umdrehungen umfasst.
Kraftstoffeigenschaften
Der Kraftstoff wird aus Erdöl gewonnen, hat eine Dichte von 0,71 bis 0,76 kg/l bei 15 °C und einen hohen Heizwert von etwa 44.000 kJ/kg. Er ist sehr flüchtig. Die Oktanzahl definiert die Klopffestigkeit: Je höher die Oktanzahl, desto geringer ist das Risiko einer unkontrollierten Selbstentzündung.
Gemischaufbereitung
Kraftstoff und Luft müssen homogen vermischt werden, um den für die Verbrennung benötigten Sauerstoff bereitzustellen. Das stöchiometrische Mischverhältnis liegt bei etwa 1 kg Kraftstoff auf 14,7 kg Luft.
Zündung
Die Verbrennung beginnt kurz vor Erreichen des oberen Totpunkts (OT) durch einen Zündfunken. Dieser Effekt wird als Frühzündung bezeichnet. Sie ist notwendig, damit sich die Flammenfront ausbreiten kann und der maximale Druck genau am oberen Totpunkt des Kolbens anliegt.
Lastregelung
Die Leistungsregelung erfolgt über die Menge des zugeführten Gemischs, die durch die Drosselklappe im Ansaugtrakt mittels Gaspedal gesteuert wird.
Aufbau des Otto-Motors
Der Motor besteht aus einem Kurbeltrieb (Kolben, Pleuel, Kurbelwelle), der die lineare Bewegung in eine Drehbewegung umwandelt. Der Zylinder bildet zusammen mit dem Zylinderkopf den Brennraum, in dem das Gemisch komprimiert und verbrannt wird.
Hubraum und Verdichtung
Der Hub ist die Distanz zwischen dem oberen Totpunkt (OT) und dem unteren Totpunkt (UT). Das Hubvolumen berechnet sich aus der Zylinderfläche (π * D² / 4) multipliziert mit dem Hub. Das Verdichtungsverhältnis beschreibt das Verhältnis zwischen dem Zylindervolumen am unteren Totpunkt und dem Volumen des Brennraums am oberen Totpunkt.