Viertaktmotor
Quelle: ZF

Viertaktmotor

[14.07.2016]

Da der Viertaktmotor, der auf Nikolaus August Otto zurückzuführen ist, das gebräuchlichste Aggregat in unseren Fahrzeugen darstellt, wird dieser auch an erster Stelle erwähnt und erklärt. Der - meistens jedoch die - Zylinder eines Motors kann man mit einem Kanonenrohr vergleichen, in das an Stelle des Geschosses ein Kolben geschoben wird, der nach erfolgter Explosion nach unten geschleudert wird. Im Unterschied zur Kanone soll der Kolben nicht aus dem Rohr hinaus geschleudert werden, sondern nach einer genau definierten Bewegung wieder zu seinem Ausgangspunkt zurückkehren, und das Spiel beginnt erneut. Die Energie wird dabei auf denkbar einfache Weise gelenkt; denn die Form des Zylinders lässt nur eine geradlinige Bewegung zu. Wird der Kolben vom Druck der Verbrennung nach unten gestoßen, wird auch die Pleuelstange, die mit dem Kolben und der Kurbelwelle über Lager verbunden ist, nach unten gedrückt und dreht dabei die Kurbelwelle bei jeder Auf- und Abbewegung einmal um 360 Grad herum. Das ist ähnlich dem Radfahren: Die Beine sind dabei die Pleuelstangen; mit ihnen drückt man auf die Pedale wie die Pleuelstange auf die Kurbelwelle; und so, wie die Pedale das Kettenrad in Schwung bringen, versetzt die Kurbelwelle eine große Schwungscheibe in drehende Bewegung. Die Größe der (Explosions-) Energie richtet sich nach der Menge des Benzin-Luft-Gemisches, das verbrannt wird. Für die Entzündung dieses "Gases" wird die Zündkerze eingesetzt, die aus einem elektrischen Impuls einen Zündfunken erzeugt. Die Schwungscheibe ist am hinteren Ende fest mit der Kurbelwelle verbunden und wird so mit in Schwung versetzt, und ihre Masse wiederum sorgt wiederum dafür, dass die Kurbelwelle sich nicht ruckartig, sondern recht gleichmäßig dreht. Um ein Auto in Gang zu bringen, muss diese Umdrehung in regelmäßigen und möglichst kurzen Abständen wiederholt werden. Dazu wird eine genau bemessene Menge des Benzin-Luft-Gemisches rasch und regelmäßig in den Zylinders gesaugt - dies geschieht durch die Abwärtsbewegung des Kolbens - und nach erfolgter Verdichtung - dies geschieht durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens - ebenso regelmäßig gezündet. Das Gemisch tritt durch Bohrungen in den Zylinderkopf ein, die von Ventilen abwechselnd geöffnet und geschlossen werden. Durch das - heute meistens zwei - Einlassventile nimmt der Zylinder das Gemisch auf. Dieses muss schnell wieder geschlossen werden, ehe der Funken die Verbrennung hervorruft. Währenddessen muss das andere Ventil, das Auslassventil, geschlossen bleiben; es öffnet sich erst, wenn - nach der "Arbeit", die Abwärtsbewegung, die unter großem Druck erfolgt - das verbrannte Gas aus dem Zylinder, durch die nächste Aufwärtsbewegung, entweichen soll. Das sind demzufolge die vier Vorgänge (Takte) im Motor.

1. Ansaugtakt: Ansaugen des Benzin-Luft-Gemisches in den Verbrennungsraum.
2. Verdichtungstakt: Die Verdichtung erwärmt das Gemisch und bereitet es für die Verbrennung vor.
3. Arbeitstakt: Der Funken zündet das Gemisch. Die Verbrennung erzeugt Energie (Druck durch Ausdehnung).
4. Auspufftakt: Das verbrannte Gas wird aus dem Zylinder geschoben.

Nach diesem Prinzip, es wurde 1862 von dem Franzosen Beau de Rochas entdeckt und beschrieben, der sich ständig wiederholenden Takte werden heute Millionen von Motoren in aller Welt angetrieben. Um die Maschine anzulassen, kann man die Schwungscheibe mit der Hand anwerfen, das heißt in Drehung versetzen; dadurch wird das Gemisch in den Verbrennungsraum des Zylinders eingesaugt. Der Kolben verdichtet es, der Funken schlägt hinein - der Kolben wird nach unten getrieben, die Pleuelstange überträgt die Kraft auf die Kurbelwelle und diese treibt den Kolben wieder nach oben. Die Kraft, welche die Schwungscheibe durch ihre Masse gewinnt, wirkt weiter und bringt den Kolben wieder nach unten, dann wieder nach oben, bis ein neuer Funken den Arbeitsgang fortsetzt. Es genügt also ein einziger Arbeitstakt (zumindest theoretisch), um die Schwungscheibe anzutreiben. Während der übrigen drei Takte wird der Kolben von der Schwungscheibe bewegt, die selbst, dem "Gesetz dei Trägheit" folgend, in Bewegung bleibt. Während der vier Takte führt sie und mit ihr die Kurbelwelle zwei volle Umdrehungen aus.

Dieses Prinzip wird stets beibehalten, gleich ob ein Motor ein Zylinder oder 12 besitzt. Ein Motor mit mehr Zylindern ist grundsätzlich nicht komplizierter als ein einzylindriger, denn die weiteren Zylinder arbeiten mit dem einen zusammen, weil sie alle über die gleiche Kurbelwelle miteinander verbunden sind.
Auf dieser Kurbelwelle sind die Pleuelstangen so gelagert, dass zur gleichen Zeit immer Kolben oben und die unten sind. Die Zündkerzen arbeiten nacheinander, abgestimmt auf die Arbeitstakte der einzelnen Zylinder. Die Zündung erfolgt jeweils in dem oder den Zylindern, deren Kolben gerade nach oben gedrückt wurden und die dabei das brennfähige Gemisch verdichtet haben

Der Einzylindermotor war (und ist, zum Beispiel im Motorrad) ohne weiteres in der Lage, ein Fahrzeug anzutreiben. Aber bald stellte man fest, dass er recht unruhig lief und seine Erschütterungen sich auf das gesamte Auto übertrugen. Man ging früh dazu über, Motoren mit zwei und dann mit vier Zylindern in einer Reihe zu konstruieren. Die Versuche mit zwei und vier Zylindern verlängerten die Lebensdauer der Fahrzeuge und verbesserten außerdem den Komfort der Fahrgäste. Einen noch ruhigeren Motorlauf ergaben Motoren mit sechs und acht Zylindern - die man in einer Reihe anordnete, wodurch ein längerer Motor entstand, oder in V-Anordnung konstruierte, wobei man Raum unter der Motorhaube sparte. Es wurde klar, dass die Leistung eines Motors desto gleichmäßiger wurde, je mehr Zylinder er besaß. Während nämlich der Einzylindermotor Herstellers und Unterdruckverstellers angeordnet. Der Zündversteller stellt bei allen Betriebszuständen des Motors die für optimale Leistung erforderliche Vorzündung ein. Beim Fliehkraftversteiler ist die Verteilerwelle unterteilt. Das Oberteil, das die Nocken zur Betätigung des Unterbrecherkontaktes trägt und auf das der Verteilerläufer aufgesteckt ist, lässt sich gegenüber der vom Motor angetriebenen Verteilerwelle relativ verdrehen. Federbelastete Fliehgewichte verdrehen bei ansteigender Drehzahl das Oberteil im Sinne einer früheren Öffnung des Unterbrecherkontaktes. Beim Unterdruckversteller ist eine federbelastete Membran über eine Leitung mit dem Vergaser verbunden, so dass bei Leerlauf und Vollgas kein nennenswerter Unterdruck, bei Teillast dagegen ein starker Unterdruck auf die Membran einwirkt. Ein Gestänge verbindet die Membran und die drehbar angeordneten.
Da der Motor seine Leistung ,nur bei einer bestimmten Drehzahl abgab, gelang es bei den mehrzylindrigen Motoren, hohe Leistung über einen größeren Drehzahlbereich zu erzielen. Darum baute man in Renn- und Tourenwagen früher bis zu sechzehn Zylinder ein.