Aufgabe
Der Benzinmotor hat die Aufgabe, die im Kraftstoff enthaltene chemische Energie mit möglichst großem Wirkungsgrad und geringem Schadstoffausstoß in mechanische Energie umzuwandeln. Er soll bei möglichst vibrationsarmem Motorlauf ein günstiges Drehmoment im unteren Drehzahlbereich mit einer hohen Leistung bei höheren Drehzahlen verbinden.
Beim Benzinmotor wird gegenüber dem Dieselmotor zusätzlich zu einem weichen Motorlauf noch ein deutlich höheres Drehvermögen und eine rasche Reaktion auf Bewegungen des Fahrpedals gefordert.
Neben dem höheren Kraftstoffverbrauch hat der Benzinmotor gegenüber dem Dieselmotor einen höheren Verschleiß beim Kaltstart. Der Kraftstoff schlägt sich an den kalten Zylinderwänden nieder und wäscht dort das Motoröl ab. Zusätzlich verdünnt er es und verschlechert damit dessen Schmiereigenschaften. Der Verschleiß bei einem Kaltstart (-20°C) soll dem von ca. 200 km Autobahnfahrt bei mittlerer Drehzahl entsprechen.
Funktionsweise
Das Einbringen des Kraftstoffs erfolgt durch einen Vergaser oder über eine (heute meist elektronisch gesteuerte) Benzineinspritzung. Mit Hilfe einer Zündkerze wird kurzzeitig ein elektrischer Funkenüberschlag, der Zündfunke, erzeugt, mit dem das Gemisch zur kontrollierten Explosion gebracht wird. Die Kraftentfaltung wird dann in mechanische Arbeit umgesetzt. Als Kraftstoff dient hauptsächlich Benzin, aber auch Flüssiggas, Erdgas und sogar Wasserstoff kann abhängig von den Einstellungen verwendet werden.
Ottomotoren können prinzipiell als Zweitaktmotor oder als Viertaktmotor ausgeführt sein, wobei der Viertaktmotor die gebräuchlichere Bauart ist.
Klassische Merkmale des Ottomotors sind:
Fremdzündung: Das Gemisch wird zu einem definierten Zeitpunkt durch den Funken einer Zündkerze gezündet, es zündet (im Gegensatz zum Dieselmotor) nicht selbst.
Äußere Gemischbildung: Kraftstoff und Luft werden vor dem Brennraum gemischt.
Quantitätsregelung: Die Leistung wird über die Menge des zugeführten Kraftstoff-Luft Gemisches geregelt.
An die letzten beiden Merkmale halten sich „Benzin-Direkteinspritzer“ (FSI- und GDI-Motoren) allerdings nicht mehr so genau. Direkteinspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum ist nicht mehr an die Einlaßsteuerzeiten gebunden und kann auch in der Verdichtungsphase erfolgen. Außerdem werden Schichtladungen ermöglicht, siehe Magermotor, mit zündfreudigem stöchometrischem Gemisch (d. h. 14,7 Teile Luft : 1 Teil Kraftstoff) um die Zündkerze und mageren Gemischen im restlichen Brennraum. Der sogenannte HCCI-Motor benötigt auch keine Fremdzündung mehr
Die Arbeitstakte, am Beispiel des 4-Takt-Hubkolbenmotors
1.) 4-Takt Prinzip eines OttomotorsIm ersten Takt (Ansaugtakt – Einlassventil geöffnet, Auslassventil geschlossen) wird während der Abwärtsbewegung des Kolbens (vom oberen zum unteren Totpunkt) Kraftstoff-Luftgemisch oder Luft in den Zylinder „gesaugt“.
2.)Im zweiten Takt (Verdichtungstakt – beide Ventile geschlossen) verdichtet der Kolben in seiner Aufwärtsbewegung (vom unteren zum oberen Totpunkt) das Kraftstoff-Luftgemisch oder die Luft im Zylinder. Kurz vor Ende des zweiten Taktes (Kolben oberer Totpunkt) erfolgt die Zündung, bei Ottomotoren durch Fremdzündung (Zündkerze), bei Dieselmotoren durch Selbstzündung während der Einspritzung des Kraftstoffes.
3.)Im dritten Takt (Arbeitstakt – beide Ventile bleiben geschlossen) verbrennt das Kraftstoff-Luft-Gemisch. Durch den Anstieg der Temperatur steigt auch der Druck des Gemisches und bewegt den Kolben im Zylinder nach unten in Richtung unterer Totpunkt (UT). Die Längsbewegung des Kolbens wird dabei über das Pleuel auf die Kurbelwelle weitergeleitet und in eine Drehbewegung umgesetzt.
4.)Im vierten Takt (Auslasstakt – Einlassventil geschlossen, Auslassventil geöffnet) schiebt der sich nach oben in Richtung oberer Totpunkt (OT) bewegende Kolben die Abgase aus dem Zylinder durch den Auspuff in die Umwelt.