Ottomotor

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Definition: ein Verbrennungsmotor mit fremdgezündeter innerer Verbrennung

Ein Ottomotor, benannt nach dem Erfinder Nikolaus August Otto, ist ein verbreiteter Typ von Verbrennungsmotor. Er ist in den meisten Fällen ein Hubkolbenmotor mit einem oder mehreren Zylindern. Es wird eine innere Verbrennung genutzt (im Hohlraum über dem Kolben), die fremdgezündet wird, meist über eine Zündkerze pro Zylinder. Die Zylinder sind über eine Pleuelstange mit der Kurbelwelle verbunden, über die die mechanische Leistung abgegeben wird.

Bauarten

Ottomotoren können sich in vielen Details unterscheiden:

• Viertaktmotoren arbeiten mit vier Takten, verteilt auf zwei Umdrehungen der Kurbelwellen: (1) Ansaugen des brennfähigen Gases (z. B. Benzin–Luft-Gemisch), (2) Verdichten des Gemischs, (3) Zündung und Expansion mit Leisten von Arbeit am Kolben, (4) Ausstoßen der Abgase. Mindestens je ein Einlass- und Auslassventil, meist gesteuert über eine Nockenwelle, ermöglicht den Ein- bzw. Auslass von Gemisch bzw. Abgas oder das Schließen während dem Verdichten und der Expansion.
• Zweitaktmotoren dagegen können durch eine raffinierte Gasführung bei jeder (und nicht nur jeder zweiten) Abwärtsbewegung des Kolbens Arbeit leisten und benötigen keine Ventile. Sie können also einfacher gebaut werden und mehr Leistung bei gleichem Gewicht erreichen. Die Schmierung erfolgt über Zugabe von Schmieröl zum Treibstoff (Zweitaktgemisch). Nachteile von Zweitaktern sind die problematischeren Abgase (mit viel Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen) und die tendenziell niedrigere Effizienz. Zweitakter werden vor allem bei Zweirädern verwendet und bei manchen Kleinmaschinen.
• Bei Vergasermotoren wird das Kraftstoff–Luft-Gemisch in einem Vergaser hergestellt, kurz bevor es in den oder die Zylinder geleitet wird. Bei Einspritzmotoren dient hierfür eine Düse mit einer Hochdruckpumpe. Die Einspritzung kann vor dem Eintritt des Gemischs in die Zylinder erfolgen oder auch direkt in die Brennkammer (Direkteinspritzer).
• Bei Mehrzylindermotoren können die Zylinder einfach hintereinander ausgerichtet sein (Reihenmotor), abwechselnd nach zwei Richtungen verkippt (V-Motor) oder auch einen Winkel von 180° einschließen (Boxermotor).
• Saugmotoren saugen das frische Gemisch über den Unterdruck bei Abwärtsbewegung des Kolbens an, während Kompressormotoren hierfür einen über die Kurbelwellen angetriebenen Kompressor benützen, was eine höhere Leistung ermöglicht. Eine andere Möglichkeit ist es, einen mit dem Abgas angetriebenen Turbolader hierfür zu benutzen (Turboaufladung).
• Magermotoren arbeiten mit besonders magerem Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches z. T. ein weniger aufwändiges Abgasreinigungssystem ermöglicht.
• Der Wankelmotor, ein Rotationskolbenmotor, gilt ebenfalls als Ottomotor, da der Verbrennungs- und Arbeitsprozess ähnlich abläuft trotz der mechanisch völlig anderen Konstruktion. Vorteile des Wankelmotors sind die hohe Laufruhe und das niedrige Gewicht. Trotzdem wird er selten verwendet, unter anderem wegen seiner geringeren Effizienz und der häufig unvollständigen Verbrennung.

Kraftstoffe für Ottomotoren

Die meisten Ottomotoren werden mit Benzin betrieben. Mit relativ einfacher Umrüstung ist auch der Betrieb mit anderen Kraftstoffen wie Bioethanol, Flüssiggas, Erdgas oder Wasserstoff möglich, häufig auch im Wechsel mit Benzin. (Beim Betrieb mit einem Gas als Brennstoff spricht man auch von einem Gasmotor.) Das Benzin muss eine gewisse Klopffestigkeit aufweisen, ausgedrückt durch die Oktanzahl – besonders für Motoren mit höherem Verdichtungsverhältnis, die tendenziell etwas effizienter sind. Die Oktanzahl kann durch diverse Additive (Beimischungen) erhöht werden, z. B. durch das krebserregende Benzen.

Abgase

Die Abgase von Ottomotoren enthalten eine Fülle giftiger Schadstoffe:

• Eine vollständige Verbrennung ist nicht möglich, so dass noch brennbare Gase wie Kohlenmonoxid (CO) und diverse unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) im Abgas verbleiben. Zweitaktmotoren enthalten besonders viel unverbrannte Kohlenwasserstoffe wegen des dem Benzin beigemischten Schmieröls, während bei Viertaktmotoren nur geringe Menge von Schmierölen (teilweise) verbrannt werden.
• Durch die hohen Verbrennungstemperaturen und die schnelle Abkühlung entstehen Stickoxide (NO_x).
• Nur in Sonderfällen entstehen nennenswerte Mengen von Feinstaub (Ruß).

Die Schadstoffkonzentrationen hängen sehr stark von den Betriebsbedingungen ab, etwa von der Konzentration des Kraftstoffs im verwendeten Gemisch, der Menge des Gemischs, der Drehzahl und der Betriebstemperatur.

Mit Hilfe eines geregelten Drei-Wege-Katalysators können die drei wichtigen Gruppen von Schadstoffen recht effizient reduziert werden: Stickoxide, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid. Dies funktioniert jedoch nur dann, wenn die Konzentration des Kraftstoffs im Gemisch genau richtig eingestellt wird (d. h. relativ hoch). Beim geregelten Katalysator geschieht dies automatisch geregelt über die Messung des restlichen Sauerstoffgehalts im Abgas mit einer Lambda-Sonde. Auch der geregelte Katalysator ist erst wirksam ab Erreichen einer ausreichend hohen Betriebstemperatur, bei Autos also erst nach einer gewissen Fahrstrecke.

Unwirksam ist auch ein Katalysator gegen das emittierte Kohlendioxid (CO₂), welches (bei mäßigen Konzentrationen) ungiftig, aber klimaschädlich ist.

Der Artikel über Dieselmotoren vergleicht Otto- mit Dieselmotoren.

Siehe auch: Verbrennungsmotor, Motor, Magermotor, Abgaskatalysator, Dieselmotor

Kategorie: Kraftmaschinen und Kraftwerke