Viertakt-Ottomotor - Werkunterricht in Klasse 5 -10

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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 .
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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
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UE 9
Werkbeispiele
Vierzylinder - Boxermotor
H. Prüser: Technikunterricht UE 9
Vierzylinder - Reihenmotor
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