Lernfeld 5 · Prüfung Teil 1

Aufbau und Arbeitsweise des Viertaktmotors

Viertaktmotor: vier Takte, Otto und Diesel, Hubraum, Verdichtungsverhältnis, Leistung und Drehmoment, Kolbengeschwindigkeit und Kompressionsprüfung.

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Darum geht es

Der Viertaktmotor braucht für ein Arbeitsspiel zwei Kurbelwellenumdrehungen: Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Ausstoßen. Die Nockenwelle dreht mit halber Kurbelwellendrehzahl und öffnet jedes Ventil einmal je Arbeitsspiel. Im Ladungswechsel-OT sind Ein- und Auslassventil kurz gleichzeitig offen (Ventilüberschneidung), am Zünd-OT sind beide geschlossen. Beim Vierzylinder folgt alle 180° Kurbelwinkel eine Zündung, häufig in der Folge 1-3-4-2.

Der Ottomotor zündet das Gemisch mit einer Zündkerze, der Dieselmotor verdichtet reine Luft so stark, dass sich der eingespritzte Kraftstoff selbst entzündet. Darum hat der Diesel ein höheres Verdichtungsverhältnis. Das Verdichtungsverhältnis vergleicht den ganzen Zylinderraum im UT mit dem Verdichtungsraum im OT. Der Hubraum ergibt sich aus Bohrung, Hub und Zylinderzahl. Leistung ist Drehmoment mal Winkelgeschwindigkeit; dieselbe Leistung kann mit viel Drehmoment bei niedriger Drehzahl oder mit wenig Drehmoment bei hoher Drehzahl entstehen.

Die mittlere Kolbengeschwindigkeit zeigt, wie stark Kolben und Zylinder belastet werden. In der Werkstatt prüft man den Zustand des Motors mit der Kompressionsprüfung: warm, mit abgeschalteter Einspritzung und Zündung, alle Kerzen ausgebaut, Drosselklappe offen. Wichtig ist der Vergleich der Zylinder untereinander. Ein Zylinder mit zu niedrigem Druck wird mit Ölprobe und Druckverlusttest weiter eingegrenzt: Kolbenringe, Ventile oder Zylinderkopfdichtung.

Das solltest du dir merken

Ein Arbeitsspiel dauert 720° Kurbelwinkel, die Nockenwelle dreht halb so schnell.
Beim Hubraum Bohrung und Hub in cm einsetzen, dann kommt cm³ heraus.
Das Verdichtungsverhältnis ist (Hubraum plus Verdichtungsraum) durch Verdichtungsraum.
Für die Leistung die Drehzahl in 1/s umrechnen.
Bei der Kompressionsprüfung zählt vor allem der Unterschied zwischen den Zylindern.

Formeln

Hubraum: $V_{H} = \frac{π \cdot d ^{2}}{4} \cdot s \cdot z$; $d$ Bohrung, $s$ Hub, $z$ Zylinderzahl
Verdichtungsverhältnis: $ε = \frac{V _{h} + V _{c}}{V _{c}}$; $V_{h}$ Hubraum eines Zylinders, $V_{c}$ Verdichtungsraum
Leistung aus Drehmoment: $P = 2 \cdot π \cdot n \cdot M$; $n$ Drehzahl in 1/s, $M$ Drehmoment in Nm, $P$ in W
Mittlere Kolbengeschwindigkeit: $v_{m} = 2 \cdot s \cdot n$; $s$ Hub in m, $n$ Drehzahl in 1/s

Typische Fehler in der Prüfung

Den Gesamthubraum statt des Einzelhubraums in das Verdichtungsverhältnis eingesetzt.
Die Drehzahl in 1/min statt in 1/s in die Leistungsformel eingesetzt.
Bei der Kolbengeschwindigkeit den Faktor 2 vergessen.
Ventilüberschneidung mit dem Zünd-OT verwechselt.

Tipps aus der Werkstatt

Drei Rechenfallen am Motor: Hubraum mit Bohrung und Hub in cm rechnen, dann kommt cm³ heraus. Beim Verdichtungsverhältnis den Hubraum eines Zylinders nehmen, nicht den Gesamthubraum. Und für P = 2·π·n·M die Drehzahl durch 60 teilen, also in 1/s einsetzen.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

16 Aufgaben zu „Aufbau und Arbeitsweise des Viertaktmotors“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Kraftfahrzeugmechatroniker/-in, Lernfeld 5 (Inspektionen und Zusatzarbeiten durchführen). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.