Viertaktmotoren: Funktionsweise und Geschichte

Die Erfindung des Viertaktmotors

Der deutsche Ingenieur und Erfinder Nikolaus Otto entwickelte 1876 einen Gasmotor mit Elementen, die der Dampfmaschine sehr ähnlich waren. Die Funktionsweise dieses Motors basierte auf dem Viertaktprinzip und bildete die Grundlage für Verbrennungsmotoren, die später in Benzin-Pkw eingesetzt wurden. Parallel dazu gelang es dem Franzosen Beau de Rochas, ebenfalls im späten 19. Jahrhundert, einen Motor ähnlich dem von Nikolaus Otto zu bauen.

Funktionsweise eines Viertaktmotors

Viertaktmotoren, die mit Benzin als Kraftstoff betrieben werden, verwenden einen Kurbeltrieb, der die geradlinige Auf- und Abbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung umwandelt, ähnlich wie bei Dampfmaschinen. Der Viertaktzyklus, auch bekannt als Otto-Zyklus oder Beau-de-Rochas-Zyklus, funktioniert wie folgt:

1. Einlass

   Der Einlasstakt beginnt, wenn sich der Kolben am oberen Totpunkt (OT) befindet, dem obersten Punkt im Zylinder. Das Einlassventil öffnet sich, gesteuert durch die Nockenwelle, die über den Zahnriemen oder die Steuerkette angetrieben wird. Durch die Abwärtsbewegung des Kolbens in Richtung des unteren Totpunkts (UT) entsteht ein Unterdruck (Vakuum), der die Luft von außen ansaugt und den Zylinder füllt. Bei modernen Motoren wird in diesem Prozess Benzin durch ein elektronisches Einspritzsystem in den Zylinder eingespritzt. Dieses System verwendet einen kleinen Mikroprozessor, der die Benzinmenge je nach Luftmenge und Motordrehzahl dosiert. Früher wurde ein Vergaser verwendet, der den Luftstrom in den Zylinder nutzte, um Benzin in den Zylinderkopf zu befördern.

2. Kompression

   Der Kompressionstakt beginnt unmittelbar nach dem Einlasstakt. Die Einlassventile schließen sich, und der Kolben bewegt sich zum oberen Ende des Zylinders, wodurch das Luft-Kraftstoff-Gemisch komprimiert wird, kurz bevor der OT erreicht wird.

3. Explosion (Arbeitstakt)

   Nach der Kompression entzündet ein Funke der Zündkerze das Gemisch und verursacht eine Explosion. Durch die explosionsartige Verbrennung entsteht eine große Menge an Gasen, die den Kolben mit Kraft nach unten zum UT drücken.

4. Auslass

   Sobald der Kolben den UT erreicht hat, öffnet sich das Auslassventil, und die Abgase werden durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens ausgestoßen. Wenn der Kolben den OT erreicht, schließt sich das Auslassventil, und das Einlassventil öffnet sich wieder, um den Zyklus von neuem zu beginnen.

Effizienz des Viertaktmotors

Von den vier Takten ist nur der dritte Takt (Explosion) produktiv, da er die Energie erzeugt. Die anderen Takte verbrauchen einen Teil der im dritten Takt erzeugten Energie. Der hier beschriebene Motor hat nur einen Zylinder. Moderne Viertaktmotoren haben in der Regel vier oder mehr Zylinder, die entweder in Reihe oder in V-Form angeordnet sind, um eine höhere Leistung und einen ruhigeren Lauf zu gewährleisten.