Die wichtigsten Teile haben Otto- und Dieselmotor gemeinsam. Der Brennraum besteht aus einem Zylinder, der an einem Ende geschlossen ist und dem sich der eng sitzende Kolben bewegt. Ein Ende des Kolbens ist über eine Pleuelstange mit der Kurbelwelle verbunden. Die Kurbelwelle wandelt die Hin- und Herbewegungen des Kolbens in eine Drehbewegung um. Bei Kraftmaschinen mit mehreren Zylindern befinden sich auf der Kurbelwelle für jeden Zylinder Kurbelzapfen. Durch diese Konstruktion übt jeder Kolben im richtigen Moment der Drehung Kraft auf die Kurbelwelle aus. Die Kurbelwelle ist mit einem Schwungrad und Gegengewichten versehen. Das Trägheitsmoment des Rades und der Gewichte soll Unregelmäßigkeiten in der Bewegung der Welle so gering wie möglich halten. Eine Kraftmaschine kann einen oder mehrere Zylinder enthalten (z. B. in Schiffsmotoren bis zu 28 Stück).
Zum Kraftstoffzufuhrsystem eines Verbrennungsmotors gehören der Tank, die Kraftstoffpumpe und eine Anlage zur Vergasung oder Zerstäubung des flüssigen Kraftstoffes. Letzteres ist beim Ottomotor der Vergaser. Der gasförmige und mit Luft vermischte Kraftstoff wird bei den meisten mehrzylindrigen Kraftmaschinen über ein verzweigtes Rohr, dem Ansaugkrümmer, zu den Kolben geleitet. Bei vielen Kraftmaschinen werden die bei der Verbrennung entstandenen Gase über ein ähnliches Rohr, den Abgaskrümmer, abgeleitet. Über mechanisch betriebene Tellerventile oder Schlitze gelangt das Luft- Kraftstoff- Gemisch in den Zylinder (Einlaßventil). Die Abgase gelangen auf ähnlichem Wege wieder hinaus- in diesem Fall über die Auslaßventile. Die Ventile werden durch Druckfedern geschlossen gehalten und zum richtigen Zeitpunkt des Arbeitszyklus über Nocken auf der sich drehenden Nockenwelle geöffnet. Die Nockenwelle ist über Zahnräder mit der Kurbelwelle verbunden. In den achtziger Jahren wurden elektronische Einspritzsysteme für den Kraftstoff, die auch bei Dieselmotoren eingesetzt werden, entwickelt. Diese Systeme verdrängten allmählich die herkömmlichen Verfahren zur Herstellung des richtigen Luft- Kraftstoff- Gemisches. Computergesteuerte Überwachungssysteme führten zu besserer Kraftstoffausnutzung und geringerem Schadstoffausstoss.
Das Zündsystem des unten beschriebenen Ottomotors besteht aus einer Gleichstromquelle mit geringer Spannung, die an den Primärkreis der Zündspule angeschlossen ist (Transformator). Der Strom wird durch eine Schaltautomatik, dem Unterbrecher, mehrmals pro Sekunde unterbrochen. Der so zerhackte Strom des Primärkreises induziert im Sekundärkreis eine pulsierende Hochspannung (bis zu 30000 Volt). Dieser Hochspannungsstrom wird über den Zündverteiler abwechselnd zu den einzelnen Zylindern geführt. Die eigentliche Zündung erfolgt mit Hilfe der Zündkerze, einem isolierten Leiter, der oben oder in der Wand des Zylinders eingebaut ist. Am Ende der Zündkerze, die in den Zylinder hineinragt, befindet sich zwischen zwei Drähten (Mittel- und Masseelektrode) eine kleine Lücke. Der Hochspannungsstrom überspringt diese Lücke. Dabei entsteht ein Funke, der das Kraftstoffgemisch im Zylinder entzündet.
Schema der Bosch-Einspritzanlage für einen Sechszylinder-Otto-Viertaktmotor mit Saugrohr-Einspritzung und Zweielement-Einspritzpumpe mit Mengenteilern.
Auf Grund der bei der Vebrennung entstehenden Wärme benötigen alle Kraftmaschinen ein Kühlsystem. Einige Flugzeug- und Kraftfahrzeugmotoren, kleine stationäre Kraftmaschinen und die Aussenbordmotoren von Booten sind luftgekühlt. Bei diesem System sind die Außenseiten des Motors von Rippen umgeben, die eine große Kühleroberfläche bieten. Andere Kraftmaschinen sind wassergekühlt. Die Motoraussenwände sind doppelwandig, wobei in dem Äußeren System
(Kühlwasserräume) das Kühlwasser fliesst. Bei Kraftfahrzeugen wird das Kühlwasser mit einer Wasserpumpe umgewälzt. Die Kühlung erreicht man, indem das Wasser durch die mit Rippen versehenen Kühlschlangen des Kühlers geleitet wird. Der Kühler ist letztlich luftgekühlt. Bei Schiffsmaschinen wird Meerwasser zur Kühlung eingesetzt.
Im Gegensatz zu Dampfmaschinen und Turbinen entsteht beim Anlaufen einer Verbrennungskraftmaschine kein Drehmoment. Daher muss zunächst die Kurbelwelle in Bewegung gesetzt werden. Kraftfahrzeugmotoren haben dazu normalerweise einen elektrischen Anlasser, der über Zahnräder mit der Kurbelwelle in Verbindung steht. Sobald die Verbrennungsmaschine läuft, wird diese Verbindung durch eine Kupplung gelöst. Kleinere Kraftmaschinen lassen sich mit der Hand durch Drehen der Kurbelwelle mit einer Kurbel oder durch Ziehen eines Seiles, das mehrfach um das Schwungrad gewickelt wird, anwerfen. Zu den Verfahren zum Anlassen grosser Kraftmaschinen gehört der Schwungkraftmesser. Er besteht aus einem Schwungrad, das per Hand oder mit einem elektrischen Motor gedreht wird. Beim Explosionsstarter wird eine leere Patrone zur Explosion gebracht, um ein Turbinenrad zu drehen, das mit der Kraftmaschine verbunden ist. Schwungkraftmesser und Explosionsstarter werden in erster Linie bei Flugmotoren eingesetzt.
Ottomotoren
Normalerweise ist der Ottomotor ein Viertaktmotor, das heisst der Kolben führt während eines Arbeitsspieles vier Takte aus, zwei in Richtung des (geschlossenen) Zylinderkopfes und zwei weg vom Kopf. Während des ersten Taktes bewegt sich der Kolben vom Zylinderkopf weg, gleichzeitig wird das Einlassventil geöffnet. Durch die Kolbenbewegung während dieses Taktes wird eine bestimmte Menge des Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Brennraum eingesogen. Während des nächsten Taktes bewegt sich der Kolben in Richtung des Zylinderkopfes und verdichtet das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum. In dem Augenblick, in dem der Kolben das Ende dieses Taktes erreicht hat, ist das freie Volumen in der Brennkammer am geringsten, der Kraftstoff wird mit der Zündkerze entzündet und verbrennt. Dabei wirkt das sich ausdehnende Brenngas auf den Kolben, der dadurch beim dritten Takt vom Zylinderkopf weggedrückt wird. Beim vierten und letzten Takt wird das Auslassventil geöffnet. Der Kolben bewegt sich in Richtung des Zylinderkopfes und drückt dabei die Abgase aus der Verbrennungskammer, so dass der Zylinder für das nächste Arbeitsspiel bereit ist.
Der Wirkungsgrad eines modernen Ottomotors wird durch eine Reihe von Faktoren begrenzt, darunter unter anderem Kühlungs- und Reibungsverluste. Im allgemeinen bestimmt das Verdichtungsverhältnis den Wirkungsgrad einer solchen Kraftmaschine. Das Verdichtungsverhältnis (das Verhältnis von maximalem und minimalen Volumen der Verbrennungskammer) liegt beim grössten Teil der modernen Ottomotoren meist bei
8 :1 oder 10 : 1. Höhere Verdichtungsverhältnisse von etwa 12 : 1 mit entsprechender Erhöhung des Wirkungsgrades sind mit klopffesten Kraftstoffen hoher Oktanzahl möglich. Der Wirkungsgrad eines guten, modernen Ottomotors liegt zwischen 20 und 25 Prozent- anders ausgedrückt, wird nur dieser Prozentsatz der Wärmeenergie des Kraftstoffes in mechanische Energie umgewandelt.
1. Bild: Bestandteile eines Motors
2. Bild: Die Kurbelwelle, etwas vereinfacht dargestellt
3. Bild: Luft- Benzingemisch
4. Bild: Takte eines Motors: 1. Ansaugtakt 2. Verdichtungsakt 3. Arbeitstakt 4. Auspuffakt
Dieselmotoren
Theoretisch unterscheidet sich der Dieselmotor vom Ottomotor dadurch, dass die Verbrennung bei konstantem Raum (Gleichraumverfahren) stattfindet und nicht bei konstantem Druck (Gleichdruckverfahren). Auch die meisten Dieselmotoren sind Viertaktmotoren, arbeiten allerdings anders als Ottomotoren. Beim ersten oder Ansaugtakt wird nur Luft und kein Kraftstoff durch ein Einlassventil in den Brennraum gesogen. Beim zweiten Takt, dem Verdichten, wird die Luft auf einen geringen Teil ihres vorherigen Volumens zusammengepresst und durch das Zusammenpressen (Kompression) auf etwa 440 Grad erhitzt. Am Ende des Verdichtungstaktes wird zerstäubter Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt und verbrennt aufgrund der hohen Temperatur im Brennraum sofort. Einige Dieselmotoren verfügen über eine zusätzliche elektrische Zündanlage, die den Kraftstoff beim Anlassen zündet. Sie ist nur so lange in Betrieb, bis der Motor warm ist. Die Verbrennung treibt den Kolben im dritten Takt oder Arbeitsakt zurück. Beim vierten Takt werden wie beim Ottomotor die Abgase ausgeschoben.
Der Wirkungsgrad eines Dieselmotors, der von den gleichen Faktoren bestimmt wird wie beim Ottonmotor, ist höher als der eines Ottomotors und liegt heute bei etwas über 40 Prozent. Im allgemeinen sind Dieselmotoren Kraftmaschinen mit niedriger Drehzahl. Die Kurbelwellendrehzahl liegt zwischen 100 und 750 Umdrehungen pro Minute. Es gibt aber auch Dieselmotoren mit höheren Drehzahlen (2000 Umdrehungen pro Minute). Da das Verdichtungsverhältnis beim Dieselmotor bei 14 : 1 oder höher liegt, sind sie meist stabiler gebaut und damit schwerer als Ottomotoren.
