Viertakt-Verbrennungsmotor – Ventile, Zündung und Arbeitsdiagramm
TechnikMaschinenbauAlter 16–17
Im Unterricht einsetzen: Ihre Schülerinnen und Schüler öffnen sie über einen Link oder QR-Code, ganz ohne Konto.
Als Nächstes in Maschinenbau
Schnittbild eines Zylinders eines Viertaktmotors: Kolben, Pleuelstange, drehende Kurbelwelle sowie Einlass- und Auslassventil, die im richtigen Takt öffnen und schließen. Klicken Sie auf „Start“ und verfolgen Sie die vier Takte – Ansaugen, Verdichten, Arbeiten (Verbrennung und Expansion), Ausstoßen – über zwei Kurbelwellenumdrehungen (720°), wobei gegen Ende des Verdichtungstakts die Zündkerze zündet (Ottomotor) oder die Einspritzdüse Kraftstoff einspritzt (Dieselmotor). Das p-V-Arbeitsdiagramm wird in Echtzeit gezeichnet; ändern Sie Drehzahl und Last, um Leistung und Drehmoment zu beobachten.
Lektion: Funktionsweise des Viertakt-Verbrennungsmotors: Ansaugen–Verdichten–Arbeiten–Ausstoßen, Ventilsteuerung, Zündung und Einspritzung
Was sie zeigt
Ein Viertaktmotor durchläuft ein Arbeitsspiel in zwei Kurbelwellenumdrehungen (720°): Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen. Nur der Arbeitstakt gibt Arbeit ab; die anderen drei Takte werden von Kurbelwelle und Schwungrad angetrieben. Ein Ottomotor verdichtet ein Kraftstoff-Luft-Gemisch etwa zehnfach und zündet es mit einer Zündkerze, ein Dieselmotor verdichtet Luft etwa achtzehnfach, bis sie so heiß ist, dass sich der eingespritzte Kraftstoff selbst entzündet. Das p-V-Diagramm zeigt den Zylinderdruck über dem Volumen; die Fläche der Schleife entspricht der Arbeit pro Arbeitsspiel.
So funktioniert es
Erhöhen Sie den Zeitlupenfaktor und klicken Sie auf Start, oder drehen Sie die Kurbelwelle mit Schritt 30° schrittweise weiter und beobachten Sie Kolben, beide Ventile und den Kurbelwinkel. Aktivieren Sie p-V-Arbeitsdiagramm anzeigen und verfolgen Sie den Druck in jedem Takt. Klicken Sie auf Zu Diesel wechseln, um Zündung und Verdichtungsverhältnis mit dem Ottomotor zu vergleichen. Ändern Sie zuletzt Drehzahl der Kurbelwelle und Last und beobachten Sie Leistung und Drehmoment.
Einstellbare Parameter
- Motortyp Ottomotor (Fremdzündung, ε = 10), Dieselmotor (Selbstzündung, ε = 18)
- Drehzahl der Kurbelwelle 600–6000 U/min
- Last (Drosselklappenöffnung / Kraftstoffmenge) 20–100 %
- p-V-Arbeitsdiagramm anzeigen
- Zeitlupenfaktor (um jeden Takt zu beobachten) 20–400 ×
Fragen zum Erkunden
- In welchen Takten sind beide Ventile geschlossen, und wie ändert sich der Zylinderdruck in jedem davon?
- Warum braucht ein Dieselmotor keine Zündkerze, und wie hilft sein höheres Verdichtungsverhältnis?
- Wie viele Kurbelwellenumdrehungen dauert ein Arbeitsspiel, und wie viele Takte davon geben Arbeit ab?
