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In diesem Artikel erfährst du alles Wissenswerte rund um das Thema Ottomotor. Dabei werden Grundlagen und Definitionen, der Aufbau und die Funktionsweise sowie Wirkungsgrad und Merkmale des Ottomotors thematisiert. Tauche ein in die faszinierende Welt der Technik und lerne, wie dieses wichtige Bauteil in Verbrennungsmotoren arbeitet und zu deren Effizienz beiträgt.
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Jetzt kostenlos anmeldenIn diesem Artikel erfährst du alles Wissenswerte rund um das Thema Ottomotor. Dabei werden Grundlagen und Definitionen, der Aufbau und die Funktionsweise sowie Wirkungsgrad und Merkmale des Ottomotors thematisiert. Tauche ein in die faszinierende Welt der Technik und lerne, wie dieses wichtige Bauteil in Verbrennungsmotoren arbeitet und zu deren Effizienz beiträgt.
Der Ottomotor, auch als Verbrennungsmotor bezeichnet, ist heutzutage in vielen Fahrzeugen und Maschinen verbaut. Es handelt sich dabei um eine Wärmekraftmaschine, bei der die Verbrennung von Kraftstoffen wie Benzin oder Gas Energie in mechanische Arbeit umwandelt. Der Name Ottomotor leitet sich von seinem Erfinder, dem deutschen Ingenieur Nikolaus Otto, ab. Im Folgenden werden die Grundlagen und Unterschiede zwischen Viertakt- und Zweitakt-Ottomotoren erläutert.
Ein Ottomotor funktioniert auf der Basis von Verbrennungs- und Arbeitsprozessen, die in Zylindern stattfinden. Im Inneren eines Zylinders befindet sich ein Kolben, welcher durch die Verbrennung von Kraftstoffen in Bewegung gesetzt wird. Die entstehende Energie wird über ein Pleuel auf die Kurbelwelle übertragen, die wiederum die mechanische Arbeit auf Räder, Propeller oder andere Antriebselemente überträgt.
Ottomotor: Eine Wärmekraftmaschine, die Energie aus der Verbrennung von Kraftstoffen (z.B. Benzin oder Gas) in mechanische Arbeit umwandelt.
Der Viertakt-Ottomotor ist die am häufigsten verwendete Variante von Verbrennungsmotoren. Er besteht aus vier Hauptphasen, die im Zylinder ablaufen:
Während des Ansaugtakts wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Zylinder gesaugt, indem der Kolben nach unten bewegt wird. Im Verdichtungstakt bewegt sich der Kolben wieder nach oben und das Gemisch wird komprimiert. Die Kompression sorgt für eine höhere Effizienz der Verbrennung und folglich für mehr Leistung. Im Arbeitstakt wird das verdichtete Gemisch durch einen Funken der Zündkerze entzündet. Die dabei entstehende Druckwelle setzt den Kolben wieder in Bewegung und leitet Energie auf die Kurbelwelle. Schließlich werden im Ausstoßtakt die Verbrennungsrückstände aus dem Zylinder gedrückt und der Prozess beginnt von vorn.
Beispiel Viertakt-Ottomotor: In einem Vierzylindermotor eines Autos arbeiten alle vier Zylinder im Viertaktprinzip. Hierbei sind in der Regel alle vier Takte gleichzeitig in unterschiedlichen Zylindern aktiv.
Der Zweitakt-Ottomotor unterscheidet sich vom Viertakt-Ottomotor hauptsächlich durch die Anzahl der Takte pro Arbeitszyklus. Beim Zweitaktmotor gibt es nur zwei Hauptphasen:
Während des Verdichtungs- und Ansaugtakts wird der Kraftstoff-Luft-Gemisch im Kurbelgehäuse komprimiert, während gleichzeitig der Kolben auch das Gemisch in den Zylinder ansaugt. Dadurch entfällt der separate Ansaugtakt. Der Arbeits- und Ausstoßtakt verläuft ähnlich wie bei einem Viertaktmotor, jedoch erfolgen die Verbrennung und das Entfernen der Abgase aus dem Zylinder gleichzeitig, wodurch es ebenfalls zu einem Wegfall des separaten Ausstoßtakts kommt.
Viertakt-Ottomotor | Zweitakt-Ottomotor |
1. Ansaugtakt: Kraftstoff-Luft-Gemisch wird angesaugt | 1. Verdichtungs-/Ansaugtakt: Komprimierung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Kurbelgehäuse und Ansauge in den Zylinder |
2. Verdichtungstakt: Gemisch wird komprimiert | |
3. Arbeitstakt: Gemisch wird entzündet und Kolben bewegt sich | 2. Arbeits-/Ausstoßtakt: Verbrennung des Gemisches und Entfernung der Abgase gleichzeitig |
4. Ausstoßtakt: Verbrennungsrückstände werden ausgestoßen |
Während der Zweitakt-Ottomotor ein einfacheres Prinzip und weniger bewegliche Teile aufweist, weist der Viertakt-Ottomotor durch seine getrennten Takte insgesamt eine bessere Energieeffizienz sowie eine geringere Geräusch- und Schadstoffentwicklung auf. Daher ist der Viertakt-Ottomotor in modernen Anwendungen und Fahrzeugen weiter verbreitet.
Der Ottomotor besteht aus mehreren grundlegenden Komponenten, die für seinen Betrieb und seine Funktion entscheidend sind. Hier ist ein Überblick über die Hauptbestandteile eines Ottomotors:
Jeder dieser Bestandteile trägt zum Gesamtbetrieb des Ottomotors bei, indem er die für den Verbrennungsprozess notwendigen Voraussetzungen schafft und den Motor am Laufen hält. Es ist wichtig, sich mit dem Aufbau des Ottomotors vertraut zu machen, um grundlegende Kenntnisse über seine Funktionsweise zu erlangen.
Es gibt mehrere Besonderheiten und Merkmale, die den Ottomotor auszeichnen und von anderen Verbrennungsmotoren unterscheiden:
Trotz ihrer weit verbreiteten Nutzung gibt es auch einige Herausforderungen und Nachteile im Zusammenhang mit dem Ottomotor:
Um den Umweltanforderungen und den Bedürfnissen der Verbraucher gerecht zu werden, wird weiterhin an der Optimierung und Entwicklung des Ottomotors und alternativen Antriebsarten gearbeitet.
Nikolaus August Otto, geboren am 10. Juni 1832, war ein deutscher Ingenieur und Erfinder, der maßgeblich an der Entwicklung des ersten erfolgreichen Ottomotors beteiligt war. Otto hatte keine formale Bildung im Ingenieurwesen oder in der Mechanik, jedoch eine ausgeprägte Neugier und ein Talent für Maschinen und Mechanismen.
Im Jahr 1864 gründete Otto zusammen mit Eugen Langen die Firma "N. A. Otto & Cie", das erste Unternehmen, das Ottomotoren herstellte. Die ersten Versuche von Otto und Langen in der Motorenentwicklung führten zur Entwicklung eines atmosphärischen Gasmotors, der jedoch ineffizient und laut war. Sie verbesserten ihr Design und führten schließlich 1876 den ersten Viertakt-Ottomotor ein, der als "Otto'scher Gasmotor" bekannt wurde und durch seine Effizienz und Leistungsfähigkeit schnell zum Standard für Verbrennungsmotoren wurde.
Nikolaus Otto's bahnbrechende Arbeit legte das Fundament für moderne Verbrennungsmotoren und seine Erfindungen revolutionierten die industrielle Produktion und Fortbewegung. Auch wenn heutzutage alternative Antriebsarten wie Elektromotoren immer mehr an Bedeutung gewinnen, hat der Ottomotor immer noch eine wichtige Rolle in der modernen Gesellschaft und der Automobilindustrie.
Benzin ist ein häufig verwendeter Kraftstoff für Ottomotoren. Es besteht aus einer Mischung verschiedener Kohlenwasserstoffverbindungen und wird aus Erdöl gewonnen. Benzin hat eine hohe Energiedichte und bietet eine effiziente, leichte und einfach zu transportierende Energiequelle für Ottomotoren.
Das Benzin wird im Verbrennungsprozess des Ottomotors genutzt, indem es zuerst mit Luft vermischt wird, um ein zündfähiges Gemisch zu bilden. Dieses Gemisch wird dann in den Zylinder eingesaugt, wo es von der Zündkerzeentzündet wird. Die Verbrennung des Gemisches setzt Energie frei, die den Kolben antreibt und schließlich in mechanische Arbeit umgewandelt wird.
Ein wichtiger Aspekt der Nutzung von Benzin im Ottomotor ist das Oktanzahl, die als Maß für die Klopffestigkeit des Benzins dient:
Oktanzahl: Ein Maß für die Klopffestigkeit eines Kraftstoffs, das angibt, wie widerstandsfähig er gegen selbstzündende Verbrennung ist, die zu Motorschäden führen kann.
Trotz seiner weitreichenden Anwendung in Ottomotoren hat Benzin jedoch auch einige Nachteile:
Wegen dieser Nachteile wird an alternativen Antriebsarten und Energieträgern wie Elektromotoren, Wasserstoff und Biokraftstoffen geforscht, um eine nachhaltigere Zukunft zu ermöglichen.
Der Wirkungsgrad des Ottomotors ist ein wichtiger Parameter, der dessen Effizienz bestimmt und darüber Auskunft gibt, wie gut ein Motor die Energie des Kraftstoffs in nutzbare mechanische Leistung umwandelt. Ein höherer Wirkungsgrad bedeutet, dass ein größerer Teil der im Kraftstoff enthaltenen Energie tatsächlich genutzt wird, um das Fahrzeug anzutreiben, und weniger Energie in Form von Wärme oder anderen Verlusten abgegeben wird. Der Wirkungsgrad eines traditionellen Ottomotors liegt typischerweise zwischen 25% und 35%.
Es gibt mehrere Faktoren, die den Wirkungsgrad eines Ottomotors beeinflussen:
Zur Verbesserung des Wirkungsgrads bei Ottomotoren werden verschiedene Technologien und Optimierungsansätze verfolgt:
Karteikarten in Ottomotor11
Lerne jetztGib den Kraftstoff an, mit dem der Ottomotor betrieben werden kann.
Benzin
Erkläre, woraus Benzin besteht.
Benzin besteht aus etwa 150 unterschiedlichen Kohlenwasserstoffen, die jeweils 5 bis 10 Kohlenstoffatome pro Molekül besitzen.
Erläutere, weshalb für Ottomotoren kein Diesel eingesetzt werden darf.
Diesel besteht aus schwereren und größeren Kohlenwasserstoff-Verbindungen, die erst bei hohen Temperaturen verbrennen.
Um den Ottomotor anzutreiben, muss der Kraftstoff allerdings zunächst gezündet werden. Dies funktioniert nur mit leicht brennbaren Substanzen.
Vergleiche den Wirkungsgrad eines Ottomotors mit dem Wirkungsgrad eines Diesel- bzw. Elektromotors.
Mit 30% hat der Ottomotor den geringsten Wirkungsgrad. Der Elektromotor hat wiederum den höchsten Wirkungsgrad (80%). Der Wirkungsgrad des Dieselmotors ist mit 40% nur leicht höher als der des Ottomotors.
Erkläre, wie die Effizienz einer Maschine gemessen wird und gib die entsprechende Formel an.
Die Effizienz einer Maschine wird durch ihren Wirkungsgrad angegeben. Dieser wird als das Verhältnis von Nutzen zu Aufwand berechnet:
$$\eta=\frac{E_{\text{Nutzen}}}{E_{\text{Aufwand}}}=\frac{P_{\text{Nutzen}}}{P_{\text{Aufwand}}}=\frac{W_{\text{Nutzen}}}{W_{\text{Aufwand}}}$$
Nenne die beiden Arten von Ottomotoren.
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