Vergleich Zweitaktmotor Viertaktmotor

Zweitaktmotor, Vergleich mit Viertaktmotor

Ottomotoren sind Verbrennungsmaschinen, bei denen die Verbrennung des verdichteten Kraftstoff-Luft-Gemisch durch eine zeitlich gesteuerte Fremdzündung (Zündkerze) eingeleitet wird. Man unterscheidet Viertakt- und Zweitaktottomotoren, wobei jede Bauart für einen bestimmten Anwendungsbereich Vorteile besitzt. Nach der Art der Gemischbildung unterteilt man Ottomotoren in: Vergaser-Ottomotor: Bei diesem Motor wird der flüssige Kraftstoff außerhalb des Arbeitszylinders mit Hilfe eines Vergasers der Luft beimischt. (Benzin) Einspritzmotor: Hier wird der flüssige Kraftstoff in die Lufteinlaßleitung oder in den Verdichtungsraum des Arbeitszylinders vor Beendigung der Verdichtung eingespritzt. (Diesel)

Der Zweitakt-Ottomotor Verwendung: Durch die einfache Bauweise und das geringe Gewicht eignet sich der ZweitaktOttomotor besonders für den Antrieb von Kraftfahrrädern (z.B. Mopeds). Dieser Motor wird meist als Einzylinder, seltener als Mehrzylindermotor gebaut.

Aufbau: Beim Zweitaktmotor bilden zwei Kolbenhübe ein Arbeitsspiel, daher müssen je 2 Takte in einem Hub vereinigt werden. Der Motor besitzt keine Ventile; es strömt das Kraftstoff-Luft-Gemisch über Steuerschlitze in den Kurbelraum und anschließend in den Arbeitszylinder. Der Motor ist sehr einfach aufgebaut und besteht nur aus der Kurbelwelle mit Pleuel und Kolben sowie dem Arbeitszylinder mit den Einlaß- und Auslaßschlitzen. Zur Überleitung der vorverdichteten Gemisches von der Kurbelkammer in den Verdichtungsraum befinden sich im unteren Teil des Zylinders Überströmkanäle.

Arbeitsweise: Bewegt sich der Kolben aufwärts, so entsteht im Kurbelgehäuse ein Unterdruck. Die rechte untere Kante des Kolbens gibt die Mündung des Einlaßkanals frei. Das Kurbelgehäuse füllt sich mit Kraftstoff-Luftgemisch. Gleichzeitig verdichtet der Kolben das im Arbeitszylinder vorhandene Gemisch, das in der Nähe des oberen Totpunktes durch den Zündfunken entzündet wird. Der Druck der verbrennende Gase treibt den Kolben abwärts. Dieser Takt ist der Arbeitstakt des Motors. Bei der Abwärtsbewegung schließt der Kolben zunächst den Einlaßkanal und verdichtet anschließend das im Kurbelgehäuse befindliche Gemisch. In der Nähe des unteren Totpunktes gibt die rechte obere Kolbenkante den Auslaßkanal frei und die verbrannten Gase können über den Auspuff abströmen Gleichzeitig öffnet die linke obere Kante des Kolbens die Mündung des Oberströmkanals. Das im Kurbelgehäuse vorverdichtete Gemisch dringt in der

Arbeitszylinder ein, drängt die restlichen Abgase hinaus (Spülung) und füllt den Raum mit frischem Gemisch.

Resonatorauspuff Besondes beim Zweitaktmotor ist der Resonanzauspuff. Seine Grundfunktion besteht darin, die Abgas-Druckwelle (das sogenannte „Puff“), die beim Öffnen des Auslassschlitzes in den Auspuff drückt, einzusaugen und einen Teil der Welle am Gegenkonus zu reflektieren. Durch den Diffusor entsteht dabei zwischen Zylinder und dem Anfang des Konus' ein Unterdruck, wodurch eine Sogwirkung entsteht, die das Abgas aus dem Zylinder saugt. Der vom hinten liegenden Gegenkonus reflektierte Teil der Welle fließt wieder durch den ganzen Auspuff zurück und schiebt dabei eventuell mit in den Auspuff gesaugtes Frischgas wieder mit zurück in den Zylinder, wodurch der Zylinder quasi auch von der Auslaßseite her wieder mit Gemisch „aufgeladen“ wird. Dies ist der sogenannte Nachladeeffekt. Man erreicht damit im günstigsten Fall (bei der Resonanzdrehzahl) eine optimale Zylinderfüllung.

Der Viertakt-Ottomotor Aufbau: Der Viertakter ist heute die am meisten verwendete Antriebsmaschine für Pkws und Motorräder mit großem Hubraum (ab 500 cm³). Im Ottomotor wird die zugeführte Brennstoffenergie durch Verbrennung im Arbeitszylinder in Wärme umgewandelt.

Arbeitsweise: Durch die Expansion (Ausdehnung) der heißen Verbrennungsgase bewegt sich der Kolben und überträgt mit Hilfe der Pleuelstange die Kolbenkraft auf die Kurbelwelle. Dadurch wird die geradlinige Kolbenbewegung in eine Drehbewegung umgewandelt. Das Einströmen des Kraftstoff-Luft-Gemisches und Ausströmen der heißen Abgase erfolgt über Ventile. Diese (Einlass- und Auslassventil) werden über eine Nockenwelle gesteuert, welche beim Viertaktmotor mit der halben Kurbel Wellendrehzahl umläuft. Der Antrieb der Nockenwelle erfolgt meistens mit einer Steuerkette oder Zahnriemen. Zur Zündung des verdichteten Kraftstoff-LuftGemisches verwendet man eine elektrische Zündanlage. Für ein Arbeitsspiel sind

vier Hübe (Takte) bzw. zwei Umdrehungen notwendig: Ansaugen, Verdichten (Kompression), Entspannen (Expansion) und Ausstoßen. Es wird nur eine Umdrehung der Kurbelwelle zur Arbeitsleistung genützt (2. Und 3. Takt), die zweite Umdrehung wird für den Ladungswechsel benötigt (4. und 1. Takt). Der Ladungswechsel erfolgt über Ventile, die über die Nockenwelle gesteuert werden. Befindet sich der Kolben in seiner höchsten Position (oberer Todpunkt), ist die Verdichtung am größten. Das komprimierte Gemisch wird durch einen Funke der Zündkerze gezündet. Die Temperatur steigt auf 2000°C und der Druck auf 30 bar an. Der Kolben wird nach unten gedrückt und verrichtet so Arbeit. (Arbeitstakt). Durch die Übertragung der Kraft auf die Kurbelwelle, werden die anderen Vorgängen bei den anderen Takten durchgeführt.

Genauere Beschreibung der vier Takte Takt 1: Ansaugen Bewegung des Kolbens nach unten Einlassventil wird geöffnet Es entsteht Vakuum. Dadurch wird das Luft-Benzin-Gemisch angesaugt.

Takt 2: Verdichten Bewegung des Kolbens nach oben Ventile geschlossen Verdichten des Gemisches. Der Druck steigt auf 10 bar an und die innere Energie und somit die Temperatur wir durch die zugeführte Arbeit erhöht.

Takt 3: Verbrennung Zünden des Gemisches, und arbeiten. Bewegung des Kolbens nach unten

Takt 4: Öffnen des Auslasskanals Bewegung des Kolbens nach oben Ausströmen der Abgase

Motorsteuerung: Der Ladungswechsel eines Motors und damit die Leistung hängen entscheidend von

der Steuerung der Ventile ab. Zur Betätigung des EV (Einlaßventil) und AV (Auslaßventil) gibt es verschiedene Möglichkeiten, wobei die Steuerzeiten beim Viertaktmotor immer durch eine Nockenwelle vorgegeben werden. Die Übertragung auf die Ventile erfolgt über Ventilstößel, Stößelstangen, Kipphebel oder direkt über die Nockenwelle mit Hilfe von Tassenstößel, Kipphebel oder Schwinghebel. Die Ventile werden durch den Steuermechanismus geöffnet und mit Federkraft geschlossen. Die Steuerzeiten eines Motors beschreiben den Beginn und das Ende der Öffnungszeiten des Ventils, also Einlassbeginn und Einlassende sowie Auslassbeginn und Auslassende. Die Steuerzeiten von Motoren sind sehr stark abhängig von der Motorkonzeption, insbesondere von der Zylinderkopfgestaltung. Anzahl der Ventile, Ventilwinkel, Ventildurchmesser, Ventilhub, Ansaugkanallänge etc. sind nur einige konstruktive Einflussgrößen auf die Steuerzeiten. Darüber hinaus sind operative Größen wie z. B. Zündzeitpunkt und Drehzahl von entscheidender Bedeutung. Bei der symmetrischen Steuerzeit fallen Erreichen des Kolbens des oberen Totpunktes mit dem öffnen des Einlassventils und dem Schließen des Auslassventils und dem Zündzeitpunkt zusammen und beim Erreichen des Kolbens des unteren Totpunktes mit dem Schließen des Einlasskanals und mit dem Öffnen des Auslasskanals zusammen. Bei der unsymmetrischen Steuerzeit können die Zeitpunkte winkelabhängig der Kolbenbewegung beschrieben werden. So kann z.B. der Zündzeitpunkt eingeleitet werden, bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht und die Entzündung des Gemisches findet exakt bei Erreichen des Kolbens des oberen Totpunktes statt.

Vergleich Zweitakt- und ViertaktOttomotor: Gemeinsamkeiten Kolben Zündkerze Benzingemisch

Unterschiede Motorsteuerung Motorschmierung Zwei Takte, vier Takte

Vorteile des Zweitaktmotors: geringe Herstellkosten kleiner Verschleiß durch wenig bewegbare Teile hohe Drehzahlen

Vorteile des Viertaktmotors: relativ kleiner Kraftstoffverbrauch größeres Drehmoment