Arbeitsweise Viertaktmotor
Motorentechnik 1
Das Viertaktverfahren
Ein Arbeitsspiel erstreckt sich über vier Totpunkte.
Dabei werden zwei mal der obere und der untere Totpunkt erreicht und die Kurbelwelle vollzieht zwei Umdrehungen.
Erklärung:
OT = oberer Totpunkt
UT = unterer Totpunkt
Takt 1 Ansaugen
Das Einlassventil ist geöffnet und der Kolben bewegt sich von OT nach UT. Während sich der Kolben von OT nach UT bewegt, vergrößert sich der Raum im Zylinder. Dadurch entsteht im Zylinderraum ein Druckunterschied zur Atmosphäre. Der äußere Luftdruck schiebt über das geöffnete Einlassventil die Frischgase in den Verbrennungsraum. Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens zu UT hin, wird die Frischgassäule beschleunigt. Wenn der Kolben UT erreicht hat, strömen die Frischgase auf Grund des Beharrungsvermögens weiter in den Zylinderraum ein. Um ein größt möglichen Füllungsgrad des Zylinders zu erreichen, schließt das Einlassventil erst nach dem der Kolben den UT überwunden hat, sodass die Frischgase noch nachströmen können.Mit dem Schließen des Eilassventiles ist der Ansaugvorgang abgeschlossen
Takt 2 Verdichten
Der Kolben bewegt sich nun weiter von UT nach OT. Dabei verringert sich das Volumen des Zylinderraumes und die Frischgase werden komprimiert. Dabei steigt der Druck und die Temperatur im Verbrennungsraum. Noch bevor der Kolben OT erreicht, wird beim Ottomotor die Zündung eingeleitet oder beim Dieselmotor das Einspritzen des Brennstoffes.( Vorzündwinkel; Voreinspritzwinkel ) Druck und Wärme nehmen dabei weiter enorm zu.
Takt 3 Arbeiten
Wenn der Kolben OT überschritten hat, soll sich die Druckwelle ausbreiten und den Kolben zu UT hin treiben und Arbeit verrichten. Der Raum vergrößert sich, die Gase entspannen sich und kühlen ab. Bis das Auslassventil noch vor UT öffnet. (kürzester Takt )
Dabei ist es so, dass sich beim Ottomotor die Druckwelle in OT schlagartig in sehr kurzer Zeit ausbreitet. Das heißt, dass sich der Brennraum nicht wesentlich vergrößert. (Gleichraumverbrennung siehe pv-Diagramm Ottomotor)
Beim Dieselmotor wird weiterhin von Einspritzbeginn über OT bis nach OT Brennstoff eingespritzt. ( Einspritzwinkel von Einspritzbeginn bis Einspritzende ) Während sich bei der Abwärtsbewegung des Kolbens der Brennraum vergrößert, wird immer noch Brennstoff zugeführt. Dadurch bleibt der Druck im Brennraum über diesen Zeitraum hin annähernd gleich.( Gleichdruckverbrennung siehe pv-Diagramm Dieselmotor)
Takt 4 Ausstoßen
Nach dem der Kolben das erste Viertel des Weges nach UT überwunden hat, öffnet das Auslassventil. Jetzt strömen die Abgase noch unter Druck in Richtung Auslasskanal, werden beschleunigt und kühlen weiter ab. Wenn der Kolben UT überwunden hat, bewegen sich die Abgase auf Grund des Beharrungsvermägens der beschleunigten Abgassäule und der Aufwärtsbewegung des Kolben weiter in Richtung Auslassventil, ohne das der Kolben dabei große Energie aufwenden muss. Noch bevor der Kolben OT erreicht, beginnt dann schon das Einlassventil zu öffnen und das Auslassventil schließt erst nach überschreiten von OT im Takt Ansaugen.(Ventilüberschneidung , Ladungswechsel) Jetzt ist das Arbeitsspiel beendet und beginnt von neuen.
Ventilüberschneidung, Ladungswechsel
Während der Kolben im Ausstoßtakt kurz vor OT steht, beginnt schon das Einlassventil zu öffnen. Die Abgase im Verbrennungsraum bewegen sich dabei starkbeschleunigt immer noch in Richtung Auslassventil und der Druck im Zylinderraum liegt unterhalb des Druckes der Frischgase die vor dem Einlassventil stehen. Beim öffnen des Einlassventils strömen die Frischgase in den Verbrennungsraum ein und folgen der beschleunigten Abgassäule in Richtung Auslassventil. Dabei werden die Restgase aus dem Zylinderraum gespült, bis das Auslassventil nach OT schließt. Die Frischgase strömen weiter ein und das Arbeitsspiel beginnt von neuem.