Der erste Viertaktmotor wurde von Nicolaus Otto im Jahre 1876 entwickelt, er leistet 2,3 kW bei 180 Umdrehungen pro Minute (Upm). Otto baute auf Erfahrungen eines Franzosen auf, änderte aber die Zündquelle, indem er eine ständig brennende Flamme einführte. Arbeitsstoff war übrigens Leuchtgas. Die nächste Entwicklungsstufe bescherte uns 1876 den Ottomotor auf der Basis von Benzin, der im Wesentlichen dem heutigen Stand entspricht.
Im Wesentlichen liefen die Folgeentwicklungen auf Betriebssicherheit, sichere Kraftstoffversorgung und gute Leistungsausbeute bei vertretbarer Größe hinaus.
Heute befasst man sich in der Zeit knapperer Ressourcen und Umweltverständnis mit folgenden Themen: Geringer Benzinverbrauch durch höchst mögliche Wirkungsgrade, Sauberkeit durch effiziente und vollständige Verbrennungsabläufe, niedrige Masse und kompakte Bauform, preiswerte Massenfertigung, lange Wartungsintervalle und Recyclingsfähigkeit.

Funktions-Bild vom Ottomotor (Quelle: [6])

Das Viertaktverfahren erstreckt sich über 4 Kolbenhübe. Der Kolben bewegt sich dabei zwischen oberen Totpunkt OT und unteren Totpunkt UT; das Volumen zwischen den Totpunkten ist das Hubvolumen oder der Hubraum des Zylinders.

Die 4 Takte sind der Reihe nach: Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausschieben.

1. Takt Ansaugen
Der Kolben bewegt sich bei offenem Einlassventil und geschlossenem Auslassventil vom OT zum UT. Durch seine Abwärtsbewegung saugt er zündfähiges Luft-Kraftstoff-Gemisch durch das Ansaugsystem in den Brennraum.

2. Takt Verdichten
Beide Ventile sind geschlossen und der aufwärts bewegende Kolben verdichtet das Gemisch. Kurz bevor der Kolben den OT erreicht, entzündet die Zündkerze das Gemisch, die eigentliche Verbrennung findet jedoch im Arbeitstakt statt.

3. Takt Arbeiten
Bei weiter geschlossenen Ventilen brennt das Gemisch ruhig ab, Druck und Temperatur erreichen Höchstwerte. Der Druck treibt den Kolben abwärts, die expandierenden Verbrennungsgase verrichten Arbeit. Nur im 3. Takt verrichtet der Kolben Arbeit, während der 3 anderen Takte entnimmt der Kolben zum Ansaugen, Verdichten und Ausschieben Arbeit aus Kurbelwelle bzw. der Schwungscheibe.

4. Takt Ausschieben
Bei geöffnetem Auslass- und geschlossenem Einlassventil schiebt der Kolben die Verbrennungsgase aus dem Zylinder. Über Auslasskanal und Auspuffanlage gelangen die Abgase ins Freie. Das Auslassventil schließt, das Einlassventil öffnet und der gesamte Vorgang beginnt erneut mit dem Ansaugtakt.

Das beschriebene Viertakt-Arbeitsspiel verläuft über 2 Kurbelwellenumdrehungen, es erfolgt also nur bei jeder zweiten Umdrehung ein Zündfunke. Damit der Gasladungswechsel so optimal wie möglich abläuft, wird er durch mindestens ein Einlass- und ein Auslassventil gesteuert. Die Steuerung des Gaswechsels über die Ventile übernimmt die Nockenwelle, das entsprechende Steuerprogramm ist auf einer Nockenwellenumdrehung untergebracht, deshalb rotiert die Nockenwelle mit halber Kurbelwellendrehzahl.

Bedenkt man die große Zahl der Umdrehungen pro Minute, so erscheint die Funktion eines so komplexen Systems tatsächlich wie ein kleines alltägliches Wunder.

Nach Volker Buchholz, Diplomarbeit im Weiterbildenden Studiengang Umweltchemie (WSU)

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