Während dieser vier Schritte dreht sich die Kurbelwelle insgesamt zweimal. Dabei laufen im Einzelnen folgende Prozesse ab:
Diese Schritte werden dabei immer wieder von vorn durchlaufen.
Auch wenn Viertaktmotoren heutzutage in den meisten Autos verbaut werden, ist es nicht die einzige Bauart, die in motorisierten Fahrzeugen und Maschinen eingesetzt wird.
Zweitakt-Ottomotor
Der Zweitaktmotor wurde 1878 von Dugald Clerk erfunden und bis in die 1960-er Jahre in kleineren Automodellen verbaut. Auch in Kleinkrafträdern wie Motorrollern oder Motorrädern wurden Zweitaktmotoren zwischen den 1990ern und 2000ern durch Viertaktmotoren ersetzt. Heutzutage werden Zweitaktmotoren in Maschinen verbaut, die eine hohe Leistung bei geringem Gewicht erfordern. Dazu zählen etwa Motorsägen, Laubbläser oder Motorboote.
Zweitaktmotoren haben nämlich einen einfacheren Aufbau als Viertaktmotoren, wodurch auch das Gewicht des Motors verringert wird. Beispielsweise haben Zweitaktmotoren – im Gegensatz zu Viertaktmotoren – keine Ventile. Stattdessen haben sie einen Einlass- und einen Auslassschlitz, durch die das Zündgemisch eingesaugt und die Abgase ausgestoßen werden.
Zweitaktmotoren arbeiten in zwei Schritten.
Da diese Schritte immer wieder durchlaufen werden, wird der erste Takt unmittelbar nach dem zweiten Takt ausgeführt. Entsprechend ist der Zylinder im ersten Takt nicht leer – dies ist wichtig für die Zündung.
Der erste Takt besteht aus der Ansaug- und Verdichtungsphase. Dabei bewegt sich der Kolben nach oben und erzeugt einen Unterdruck im Kurbelgehäuse. Dies führt dazu, dass das Kraftstoff-Luft-Gemisch ins Kurbelgehäuse gesaugt wird. Der Auslassschlitz und der Überlaufkanal werden dabei verschlossen. Durch die Kolbenbewegung wird das Gemisch oberhalb des Kolbens komprimiert und seine Temperatur steigt.
Im zweiten Takt – der sogenannten Expansions- und Ausstoßphase – wird das Gemisch oberhalb des Kolbens durch einen Funken aus der Zündkerze gezündet. Bei der Verbrennung dehnt sich das Gas aus und der Kolben wird nach unten gedrückt. Dabei wird der Einlassschlitz verschlossen, während der Auslassschlitz so wie der Überlaufkanal wieder geöffnet werden. Das Gemisch im Kurbelgehäuse wird durch den Überlaufkanal gedrückt, wo es die verbrannten Abgase verdrängt.
Damit der Kolben reibungsfrei bewegt werden kann, wird neben Treibstoff auch immer wieder Motoröl angesaugt. Da Öl – im Gegensatz zu Benzin – nicht verdampft, setzt es sich am Kurbelgehäuse ab und schmiert damit die beweglichen Teile.
Insgesamt sind im Zweitaktmotor weniger bewegliche Teile. Damit ist dieser nicht nur leichter, sondern auch günstiger und einfacher zu warten. Doch welche Vor- und Nachteile bieten die einzelnen Bauarten noch?
Zweitakt-Ottomotor und Viertakt-Ottomotor im Vergleich
Neben dem einfachen Aufbau und den damit verbundenen geringen Wartungskosten bietet der Zweitakter noch zahlreiche andere Vorteile: Wegen seiner Funktionsweise verrichtet der Zweitaktmotor beispielsweise bei jedem zweiten Takt Arbeit – dies ist doppelt so viel wie bei einem Viertaktmotor, der nur bei jedem vierten Takt Arbeit verrichtet. Damit ist die Leistung vom Zweitaktmotor unter gleichen Bedingungen höher. Außerdem sind die Anschaffungskosten für einen Zweitaktmotor deutlich geringer.
Allerdings ist der Viertaktmotor viel langlebiger und sparsamer: Hier wird nämlich nur das Kraftstoff-Luft-Gemisch verbraucht. Im Gegensatz dazu wird im Zweitaktmotor deutlich mehr Öl verbraucht, was dann immer wieder nachgefüllt werden muss. Damit sind höhere laufende Kosten verbunden. Zudem wird teilweise auch Öl mit den Abgasen ausgestoßen, sodass der Zweitaktmotor nicht so sauber ist wie der Viertakter.
Eine ausführliche Gegenüberstellung vom Zweitakt- und der Viertaktmotor findest Du in der folgenden Tabelle:
| | Zweitakter | Viertakter |
Wartung | Kosten | ✔ | ✖ |
Einfachheit | ✔ | ✖ |
Langlebigkeit | ✖ | ✔ |
Preis | Anschaffungspreis | ✔ | ✖ |
Laufende Kosten | ✖ | ✔ |
Leistung | (bei gleichem Hubraum) | ✔ | ✖ |
Umwelt | Kraftstoffverbrauch | ✖ | ✔ |
Sauberkeit der Abgase | ✖ | ✔ |
Wie Du erkennen kannst, gibt es dabei keinen klaren Gewinner: Unter den Ottomotoren haben sowohl der Zweitaktmotor als auch der Viertaktmotor Vor- und Nachteile, die zu unterschiedlichen Einsatzzwecken genutzt werden können. Doch wie effizient ist der Ottomotor im Allgemeinen und lohnt es sich noch, diese Technik in Zukunft zu nutzen?
Wärmekraftmaschinen
Hast Du schon mal den Begriff „Verbrennungsmotor“ gehört? Damit sind Motoren gemeint, die Kraftstoff verbrennen und die daraus freigesetzte Energie nutzen, um Arbeit zu verrichten.
Im Gegensatz dazu gibt es auch Elektromotoren, die elektrische Energie in mechanische Energie umwandeln. Eine ausführliche Erklärung dazu findest Du unter „Elektromotor“.
Damit zählen Verbrennungsmotoren zu Wärmekraftmaschinen.
Du interessierst Dich für Wärmekraftmaschinen? Dann schau doch in der entsprechenden Erklärung vorbei!
Während alle Verbrennungsmotoren Wärmekraftmaschinen sind, sind nicht alle Wärmekraftmaschinen Verbrennungsmotoren – denn nicht immer findet die Verbrennung im Inneren eines Motors statt.
Beispielsweise wird die Dampfmaschine durch Wasserdampf betrieben, der außerhalb des Motors erzeugt wird. Das Gas im Stirlingmotor wird ebenfalls von außen beheizt. Zu Verbrennungsmotoren zählen wiederum der Diesel- und der Ottomotor.
Wirkungsgrad Ottomotor
Von Effizienz hast Du bestimmt schon mal gehört: Oft ist nämlich die Rede davon, welche Energieform effizienter ist und auch Elektrogeräten wird mittlerweile eine Effizienzklasse zugeordnet.
Die Effizienz einer Maschine wird durch ihren Wirkungsgrad \(\eta\) bestimmt. Dieser entspricht dem Verhältnis von Nutzen zu Aufwand und kann aus den jeweiligen Energien (\(E\)), Leistung (\(P\)) oder Arbeit (\(W\)) berechnet werden:
Je höher der Wirkungsgrad allerdings ist, desto mehr Nutzen erbringt der eingebrachte Aufwand. Ein kleinerer Wirkungsgrad bedeutet wiederum, dass mehr Energie im Prozess „verloren“ geht.
Hier findest Du die typischen Wirkungsgrade unterschiedlicher Motoren, die aktuell in Autos verbaut werden:
| Typ | Wirkungsgrad |
| Ottomotor | \(\eta=0,3=30\%\) |
| Dieselmotor | \(\eta=0,4=40\%\) |
| Elektromotor | \(\eta=0,8=80\%\) |
Dabei kannst Du erkennen, dass der Ottomotor mit nur 30% etwas ineffizienter ist als der Dieselmotor. Als Gewinner geht jedoch der Elektromotor hervor – mit einem erstaunlichen Wirkungsgrad von 80%. Doch trotz der vielversprechenden Effizienz lässt der Durchbruch in der Elektromobilität vermutlich noch einige Jahre auf sich warten.
Dies liegt unter anderem daran, dass zunächst die nötige Infrastruktur geschaffen werden muss: Würde jeder ein Elektroauto besitzen, so müssten Garagen und Stellplätze mit entsprechenden Ladestationen ausgestattet werden. Außerdem werden auch im öffentlichen Raum – an Autobahnen so wie in den Städten – Ladestationen benötigt, damit Du unbeschwert von A nach B kommen kannst.
Doch bis diese Infrastruktur geschaffen ist, werden uns Verbrennermotoren weiterhin begleiten und unter diesen ist der Ottomotor am beliebtesten.
Ottomotor – Das Wichtigste
- Verbrennermotoren wandeln Wärme in mechanische Arbeit um und zählen damit zu Wärmekraftmaschinen. Dabei wird zwischen Dieselmotor und Ottomotor unterschieden.
- Der Dieselmotor wird mit Diesel als Kraftstoff betrieben. Dieser wird nicht gezündet, sondern entzündet sich von selbst bei Reaktion mit heißer Luft.
- Der Ottomotor kann mit Benzin oder Flüssiggas betrieben werden. Dabei wird der Kraftstoff durch einen Funken aus der Zündkerze entzündet.
- Im Ottomotor wird leicht brennbarer Kraftstoff eingesetzt:
- Benzin besteht aus etwa 150 unterschiedlichen Kohlenwasserstoffen. Dies sind Moleküle, die nur aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen aufgebaut sind.
- Als Flüssiggas werden kurze Kohlenwasserstoff-Verbindungen eingesetzt, die sich leicht verflüssigen lassen.
- Der Kraftstoff wird je nach Bautyp in zwei oder vier Schritten verbrannt. Die freigesetzte Energie wird dann in mechanische Arbeit umgesetzt.
- Der Viertaktmotor durchläuft vier unterschiedliche Schritte.
- Der Zweitaktmotor arbeitet hingegen in zwei Schritten.
- Durch ihre Bau- und Funktionsweise haben Viertakt- und Zweitaktmotoren unterschiedliche Einsatzbereiche. Zweitaktmotoren werden beispielsweise in leichteren Motorgeräten so wie Maschinen eingesetzt, wo an Gewicht gespart wird.
Erklärungen 
Magazine 
