Viertaktmotor:

Der Erfinder:
Der Erfinder Nikolaus A. Otto, wurde am 10. Juni 1832 in Holzhausen auf der Haide (Taunus), geboren. Er besuchte später ein Realgymnasium, welches er erfolgreich abschloss. Hr. Otto war jedoch seit seiner Kindheit ein technikbegeisterter Mensch und so machte er es sich zum Hobby, mit der Funktionsweise von Gasmotoren zu beschäftigen. Ab 1862 begann er sich dann vollständig dem Motorenbau zu widmen. Bereits 1863 baute Otto seine erste Gasmaschine, was den Ingenieur Eugen Langen veranlasste, gemeinsam mit Otto eine eigene Firma zu gründen die N.A. Otto& Cie, welche ab 1872 Gasmotorenfabrik Deutz AG hieß.

Leider musste Otto ab 1884 nach und nach alle seine Patente abtreten, da andere Techniker Vorerfindungen geltend machten. Ob diese wirklich existierten, ist jedoch zweifelhaft. Sieben Jahre später, am 26. Januar 1891 stirbt Otto in Köln, im Alter von 58 Jahren.

Viertakter

Die theoretische Funktionsweise des Viertaktmotors:
Wie der Name schon sagt, arbeitet er in vier Takten (in sogenannten Hüben).
Die Arbeitsschritte heißen in der Reihenfolge:

Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausschieben.

Viertaktmotor

Der Aufbau eines Zylinders:
Zu Beginn des Ansaugtaktes öffnet sich das Einlassventil, durch welches wegen eines vorherrschenden Unterdruckes im Zylinder ein Luft-, Benzin-, Luft-Flüssiggasgemisch oder im Falle eines Dieselmotors reine Luft, den Raum oberhalb des Kolbens füllt. Der Unterdruck entsteht durch die Abwärtsbewegung des Kolbens. Das Einlassventil schließt sich, sobald der Kolben den unteren Totpunkt (UT) erreicht hat. Während diesem Takt hat die Kurbelwelle sich um 180 Grad gedreht. Als nächstes folgt das Verdichten, wo alle Ventile geschlossen sind. Der Kolben bewegt sich nun wieder aufwärts zum oberen Totpunkt (OT), wodurch das Gemisch im Zylinder stark verdichtet wird und dessen Temperatur auf rund 1900 Grad C steigt. Die Kurbelwelle dreht sich auch beim Verdichten um 180 Grad. Sobald die Kompression beendet ist, entzündet ein Funke der Zündkerze das Gemisch (bei Dieselmotoren erfolgt hier eine Selbstzündung, wodurch ein enormer Überdruck entsteht, welcher den Kolben zum UT bewegt, wobei er Arbeit verrichtet. Die Kurbelwelle hat sich um weitere 180 Grad gedreht und hat seit dem Beginn der 4 Takte bereits 540 Grad zurückgelegt. Hat der Kolben den UT erreicht, öffnet sich das Auslassventil, und das Ausschieben beginnt. Hierbei wird der Kolben durch den Schwung der Kurbelwelle wieder aufwärts bewegt und schiebt dabei die verbrannten Gase aus dem Brennraum. Hat der Kolben den OT erreicht, schließt sich das Auslassventil, das Einlassventil öffnet sich, und ein neuer Ansaugtakt beginnt. Auch während des letzten Taktes legte die Kurbelwelle 180 Grad zurück und vervollständigt damit die 720 Grad, die einen vollständigen Zyklus beim Viertaktmotor darstellen. Diesen vier Takten kann man entnehmen, dass lediglich beim 3. Takt Arbeit verrichtet wird. Nur durch ein Schwungrad läuft der Motor relativ ruhig. Da Motoren mit mehr Zylindern die Takte jedoch zeitversetzt ausführen können, laufen diese meist ruhiger, beruhen aber auch auf dem gleichen Prinzip der vier Takte.

Bauarten von Viertaktmotoren:

Der Zweizylindermotor:
Die erste stellt eine Variante mit gleichgerichteten Kröpfungen dar, wobei der zweite Zylinder 360 Grad nach dem ersten gezündet wird. Dies hat einen gleichmäßigen Motorlauf zur Folge. Man kann die Kröpfungen jedoch auch entgegengesetzt anordnen (im Winkel von ca. 180 Grad), wobei hier der 2. Zylinder 540 Grad nach dem ersten zündet und somit ein ungleichmäßiger Motorlauf erzeugt wird, der ein großes Schwungrad bedingt. Eine dritte Methode der Boxermotor, bei dem die Kolben auf einer horizontalen Ebene gegenläufig angeordnet sind. Durch diese Bauweise zeigt der Motor nur wenige Vibrationen. Motoren können jedoch auch in V-Bauweise konstruiert werden, wobei die Zylinder bei einem Zweizylindermotor meist in einem Winkel von 90Grad zueinander stehen. Beide Pleuel der Zylinder stehen dabei auf einer Kröpfung und der zweite Zylinder zündet 270 Grad nach dem ersten.

Der Dreizylindermotor:
Beim Dreizylinder hat man folgendes Problem zu lösen: Man hat die Arbeitstakte der 3 Zylinder gleichmäßig auf die 720 Grad der zwei Kurbelwellenumdrehungen zu verteilen. Dieses geht bei drei Zylindern, indem man sie in Abständen von 240 Grad nacheinander zündet, was gleichzeitig bedeutet, dass die Kröpfungen zueinander einen Winkel von 240 Grad bilden. Bei der Zündfolge gibt es folgende 2 Möglichkeiten: 1-2-3 oder 1-3-2.

Der Vierzylindermotoren:
Vierzylindermotoren können sowohl als Reihen-, als auch als V- und Boxermotor konstruiert werden. Beim Reihenmotor bewegen sich 1. und 4. bzw. 2. und 3. Zylinder immer in die gleiche Richtung, wobei man dem Zylinder am Nockenwellenantrieb die Nummer 1 gibt. Aufgrund dieser Tatsache und der, dass 2 Zylinder, die gleichläufig zueinander arbeiten, sich nicht im selben Arbeitstakt befinden dürfen, ergeben sich folgende Zündfolgen: 1-2-4-3 und 1-3-4-2. Beim Vierzylinder V-Motor liegen die Zylinder in zwei Ebenen, meist in einem Winkel von 60 Grad, zueinander. Auch hier erfolgt, wie beim Reihenmotor eine regelmäßige Zündung nach 180 Grad. Die Zündfolge ist 1-3-4-2. Der Boxermotor ist eine weitere Alternative bei den Vierzylindern. Er kann auf zweierlei Art gebaut werden. Beide Varianten arbeiten jedoch im Prinzip gleich.

Motoren mit mehr als 4 Zylindern:
Die Motoren, die über mehr als 4 Zylinder verfügen, überlappen sich in ihren Arbeitstakten, wobei die Überlappung umso größer wird, umso mehr Zylinder der Motor hat. Diese Eigenschaft bewirkt einen ruhigeren Lauf von Motoren mit mehr als 4 Zylindern. Die Arbeitsweise der Motoren kann man der folgenden Tabelle entnehmen.

Quelle: Beschreibungen und Bilder von Thorsten Schaeffer, Grafiken von Matthias Müller

 
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