Viertakt-Ottomotor - Werkunterricht in Klasse 5 -10
Transcription
Viertakt-Ottomotor - Werkunterricht in Klasse 5 -10
UE 11 Heiner Prüser Arbeitshilfen für erfolgreichen Technikunterricht H. Prüser: Technikunterricht UE 9 UE 9 Viertakt-Otto-Motor Die Schüler sollen das Funktionsprinzip des Viertakt-Otto-Motores kennen lernen und die Bewegungsumformung in einem Funktionsmodell anwenden. Dabei kann jeder Schüler die Zylinderzahl variieren: 2, 4, 6, 8-Zylinder als Boxer-, Reihen, V-Motor . Umformung der linearen Bewegung in eine Kreisbewegung mit Kurbelwelle - Pleuel - Kolben Klasse 8 ca. 8 h www.werken-technik.de gekürzte Version für den kostenlosen download (ohne Sachinformation auf Seite 2 bis 7) UE 9 Viertakt-Otto-Motor Sachinformation 5 Zündkerze Ventil 4 4 5 Vergaser Katalysator / Auspuff Zylinder Kolbenring 1 2 1 3 Kolben Pleuelstange Kurbelwelle 2 H. Prüser: Technikunterricht UE 9 3 Ölwanne 9 UE 9 Funktionsweise des Viertakt-Otto-Motors Einlassventil Auspuff Vergaser Ansaugtakt Durch die Verbrennung eines Benzin-Luft-Gemisches im Zylinder des Motors wird ein Kolben auf- und abbewegt. Diese Hin- und Herbewegung wird über Pleuelstange und Kurbelwelle in eine Drehbewegung umgewandelt. Der Motor arbeitet in vier Takten. (Takt = der Zeitraum für eine Bewegung des Kolbens von "Totpunkt" zu Totpunkt.) Totpunkt: In diesem Punkt ist die Kolbenbewegung "tot"; für einen kurzen Zeitraum bewegt sich der Kolben nicht mehr. 1. Takt - Ansaugen: Zu Beginn des 1. Taktes öffnet sich das Einlassventil. Während sich der Kolben nach unten bewegt, saugt er ein Benzin-LuftGemisch in den Zylinder. Dieses wird im Vergaser erzeugt, der in der Ansaugleitung liegt. Verdichtungstakt Arbeitstakt 3. Takt: Ist der Kolben im höchsten Punkt, springt an der Zündkerze ein Funke über. Dadurch entzündet sich das Gemisch und verbrennt. In den Verbrennungsgasen entsteht ein Druck von ca. 50 bar und eine Temperatur von etwa 1500°C. Der Kolben wird mit großer Wucht nach unten gedrückt. Die Verbrennungsgase dehnen sich aus und kühlen dabei ab. 4. Takt : Das Auslassventil öffnet sich. Der Kolben gleitet nach oben und schiebt die Verbrennungsgase aus demZylinder in den Auspuff. Bei modernen Fahrzeugen sitzt dazwischen noch der Katalysator, der den Schadstoffausstoß verringert. Nun beginnt der Vorgang wieder bei Takt 1. Auslassventil H. Prüser: Technikunterricht UE 9 2. Takt: Wenn sich der Kolben an seinem tiefsten Punkt befindet, schließt sich das Einlassventil. Der Kolben gleitet nach oben und drückt das Benzin-LuftGemisch zusammen (er komprimiert das Gas). Dabei erhitzt es sich. Auspuff Auspufftakt Nur in einem Takt verrichtet der Kolben Arbeit. In den anderen drei Takten muss er angetrieben werden: Bei Einzylindermotoren sorgt dafür ein Schwungrad. Bei Mehrzylindermotoren wechseln sich die Arbeitstakte der verschiedenen Zylinder so ab, dass immer ein Zylinder arbeitet. 10 UE 9 Schülerarbeitsblatt Z k loc b r de n i l y Hubkolbenmaschine Baue ein Kurbelgetriebe! Grundplatte ca. 8 x 15 cm Arbeitsanweisung: Biege eine Kurbelwelle mit der Flachzange (Schweißdraht 2 mm Durchmesser). Versuche, sie möglichst klein zu halten! (Zangenbreite = Abstand zur nächsten Biegung) Die Exzenter sollten gleich groß sein! Kurbelwelle H. Prüser: Technikunterricht UE 9 Stütze Bohrung 2,5 mm O Stelle die Pleuel auf die gleiche Weise her! Beide müssen gleich lang sein; die plattgeschmiedeten Enden müssen in derselben Ebene liegen. Pleuel Kolben Schmiede den Schweißdraht (2 mm O ) für die Kurbelwellenlager am Ende platt, bis eine Bohrung von 2,5 mm O hineinpasst. Ankörnen, bohren; Stütze am Lager zurecht- feilen. Pleuel Durchbohre den Rundstab (8 mm O ) nahe am Ende mit 2 mm O . Säge einen Schlitz für das Pleuellager; befestige das Pleuel mit einem Bolzen aus Schweißdraht 2 mm O . Bolzen Sichere die Pleuel auf der Kurbelwelle mit aufgelöteten Muttern M3 vorm Verrutschen. Bohre die Zylinder in den Motorblock (ca. 9 mm O ); achte auf den richtigen Abstand der Bohrungen (wie Abstand der Pleuel auf der Kurbelwelle). Bohre für die Stützen zwei Löcher in die Grundplatte mit 2 mm O . 11 UE 9 Zusatzhinweise Schülerarbeitsblatt Baue ein Motormodell! Stütze aus Schweißdraht 2 mm rb e d in Zyl k l oc Pleuelstange Kurbelwelle Kolben aus Bucherundstab 8 mm oder 10 mm Bohrung 2 mm Grundplatte ca. 8 x 15 cm Arbeitsanweisung: Halte die Reihenfolge ein! Stütze ca. 60 mm H. Prüser: Technikunterricht UE 9 Stütze Schmiede den Schweißdraht (2 mm O ) für die Kurbelwellenlager am Ende platt, bis eine Bohrung von 2,5 mm O hineinpasst: Bohrung 2,5 mm O Aufsicht durch den Lehrer beim Bohren! beschneiden mit der Uhrmacherblechschere Nimm ein längeres Drahtstück und lege das Drahtende auf den Amboss (oder Schraubstock) und schmiede so mit der Hammerbahn, dass eine glatte Fläche entsteht: Wenn das Ende breit genug geschmiedet ist, setze den Körner an und schlage mit dem Hammer auf den Körner. Jetzt wird das Loch gebohrt: Eine schmale Leiste im Maschinenschraubstock einspannen und das zu bohrende Ende auflegen. Beim Bohren Schutzbrille tragen; nur mäßig Druck beim Bohren ausüben. Achtung, zum Schluss kann sich der Bohrer im Bohrloch verkanten und schleudert dann den Draht mit herum! Nach dem Bohren schneidet man mit der Blechschere noch überstehende Blechteile ab und entfernt alle Grate mit der Metallfeile. 12 UE 9 Zusatzhinweise Schülerarbeitsblatt 2 Pleuelstangen Baue ein Motormodell! Bohrung 2,5 mm O Stelle die Pleuel auf die gleiche Weise her! Die plattgeschmiedeten Enden müssen in derselben Ebene liegen. Alle Pleuel müssen gleichlang sein! ca. 80 mm Jetzt entscheide Dich, welchen Motortyp Du bauen willst! Ist Dir bisher alles gut gelungen, kannst Du einen Vierzylinder-Motor bauen. Kurbelwelle Biege eine Kurbelwelle mit der Flachzange (Schweißdraht 2 mm Durchmesser). Versuche, sie möglichst klein zu halten! (Zangenbreite = Abstand zur nächsten Biegung) Die Exzenter sollten gleich groß sein! Exzenter Kurbel Bohrung 2,5 mm O Kolben Pleuel Bucherundstab 8 mm Durchbohre den Rundstab nahe am Ende mit 2 mm. Säge einen Schlitz für das Pleuellager (2 Sägeschnitte parallel zueinander; mit der Laubsäge das Holz quer heraussägen.) Befestige das Pleuel mit einem Bolzen aus Schweißdraht 2 mm. Pleuel Der Kolbenbolzen darf nicht aus dem Kolben herausstehen; deshalb sägt man ihn mit der Metallsäge etwas kürzer ab. Bucherundstab 10 mm H. Prüser: Technikunterricht UE 9 Pleuel Pleuel Sichere die Pleuel auf der Kurbelwelle mit aufgelöteten Muttern M3 vorm Verrutschen. (Achtung nur außen löten!) Lötstelle Bohre die Zylinder in den Motorblock 1 mm größer als Kolbenstärke. Achte auf den richtigen Abstand der Bohrungen (wie Abstand der Pleuel auf der Kurbelwelle). Kurbel Stütze Stütze Bohre für die Stützen zwei Löcher in die Grundplatte mit 2 mm O . 13 UE 9 erhöhter Schwierigkeitsgrad Schülerarbeitsblatt Hubkolbenmaschine Pleuel ck erblo Zylind Kurbelwelle Stütze Stern-Motor Draufsicht Vierzylinder-Boxermotor H. Prüser: Technikunterricht UE 9 Seitenansicht Draufsicht Vierzylinder-Reihenmotor V-Motor Seitenansicht Seitenansicht 14 UE 9 Werkbeispiele Vierzylinder - Boxermotor H. Prüser: Technikunterricht UE 9 Vierzylinder - Reihenmotor 15