Der Ottomotor - kein Geheimnis!

Motorenaufbau

Da immer wider Fragen zu Motoren auftauchen, hier Kurz die wichtigsten Bauteile beschrieben
Um das Umbauen, bzw den Aufbau eines Motors etwas zu veranschaulichen, erkläre ich anhand von Bilder kurz den Aufbau eines Motor: {leider habe ich keine Bilder vom M 166 greifbar, so daß ich auf andere Fotos ausweiche}
Motorblock

Bei diesem Motorblock sind die 4 Zylinder {runden Löcher von oben} gut zu erkennen, in welchen sich die Kolben auf und ab bewegen. Je nachdem welchen DCX Benzinmotor man als Basis nimmt beträgt die Bohrung {d.h. die „breite" der „Löcher"} 84 mm bei den Motoren M 166.990 und M 166 E 21, bzw. 80 mm bei den Motoren M 166.960/.940.
Da der Zwischensteg {„Metall" zwischen den Bohrungen} bei den M 166 recht gering ist, bleibt ein nur ein aufbohren auf ca. 85.5 mm, bevor der Steg zu dünn wird.
Als Beispiel folgende Zylinder mit extrem dünnen Quersteg:
.
Im Gegensatz zu diesen beiden Bildern {oben Grauguß unten Alluminium - Block mit Stahllaufbuchsen} besteht der M 166 Block zudem aus einer Alluminium-Siliziumlegierung mit gehärteten Laufflächen.

„Unten" am Motorblock befindet sich die Kurbelwelle, welche die Auf- und Abwärtsbewegung der Kolben in eine Drehbewegung umsetzt.
Kurbelwelle

Je nach Auslegung sind die Kurbelwellen unterschiedlich ausgelegt, um dem Motor einen anderen Hub zu ermöglichen i.e. bei DCX M 166.940 69.5 mm, M 166.960 79.5 mm, M 166.990 85.7 mm, M 166 E 21 93 mm und OM 668 84 mm.
In den „U" förmigen Lagern sind die Pleul mit einem Ende montiert, das andere Ende eines Pleuls befindet sich am Kolben{boden}.
Kurbelwelle von oben in einem Motorblock


Nun zu den Pleul und Kolben:

Der Pleul ist das „stangenförmige Gebilde", welches sich am Kolben {„Büchse"} befindet. Es dient dazu die Auf- und Abwärtsbewegung der Kolben auf die Kurbelwelle zu übertragen, welche sich „dreht". Je nach Länge der Pleul und Auslegung der Kurbelwelle ist die Auf- und Abwärtsbewegung der Kolben {= „Hub"} unterschiedlich groß.
Am oberen Ende der Kolben befinden sich Gasdichtungs- und Ölabstreifringe, welche an den Wänden der Zylinder für „Gasdichtheit" und das abstreifen des Schmieröles sorgen.

Zylinderkopf
Oben auf dem Motorblock als Abschluß der Zylinder sitzt {in der Regel} der Zylinderkopf.
In diesem befinden sich die Ventile zur „Beatmung" des Motors als auch die Zündkerzen. Ebenfalls sitzt hier ja nach Motortyp die {oder ein Teil} der Ventilsteuerung. Da ich mich auf den M 166 beschränke, befindet sich die Ventilsteuerung vollständig im Zylinderkopf.

{Zylinderkopf von unten. Gut sind die Ein- und Auslaßventile in jedem Zylinder zu erkennen. Links und rechts daneben die Bohrung für die Zündkerzen}.
{Im Gegensatz zu dem abgebildeten Motor ist beim M 166 keine Zylinderlaufbüchse eingesetzt, für die Gasdichtheit sorgt die Zylinderkopfdichtung}

Ventile und Ventilfedern
Oben am Bildrand neben dem Zylinderkopfdeckel {rotes „Gebilde"} sind die Ventile {liegend} und die Ventilfedern zu erkennen. Die Ventilfedern dienen dazu, die Ventile gegen die im Zylinderkopf in den Gaskanälen eingepaßte Dichtringe zu drücken und die Zylinder nach oben „Abzudichten". Wie hier auf dem Bild werden auch im M 166 Schraubenfedern verwendet.

Zylinderkopf von oben.
{Leider habe ich nur völlig vom M 166 abweichende Bilder}
Von oben befinden sich im Zylinderkopf die „Bohrlöcher" für die Zündkerzen {üblicherweise 1 je Zylinder, hier jedoch zwei} als auch die Ventilsteuerung, d.h. die Nockenwelle{n}

Hier auf dem Foto wird jedes Ventil durch 4 Spiralfedern betätigt, beim M 166 jedoch durch jeweils 1 Schraubenfeder.
Je nach der Progressionsrate der Ventilfeder hängt etwas die Charakteristik des Motors ab. „Harte" Federn schließen die Ventile sehr schnell und ermöglichen höhere Drehzahlen, jedoch klingt der Motor „rauher".

Nockenwelle
Die Nockenwelle dient zur Betätigung der Ventile.

Das Nockenprofil öffnet und schließt das Ventil und ermöglicht somit das „Atmen" des Motors. Abhängig von den Nockenprofilen ist zudem die Drehmomentauslegung und Leistungsentfaltung des Motors. Beim M 166 arbeitet eine Nockenwelle im Zylinderkopf, welche über Kipphebel die Ventile betätigt, hier im Bild laufen zwei Nockenwellen im Zylinderkopf, welche die Ventile direkt betätigen. {ähnlich beim OM 668}. Die Nockenwelle selbst wird über die Kurbelwelle mittels Steuerketten {alle DCX Motoren}, Stirnradverzahnung {hier abgebildet}, Königswellen oder Zahnriemen angetrieben.


Grob möchte ich nun den Ablauf eines Verbrennungsvorgang schildern:
Beispielhaft ein Zylinder. Der Kolben befindet sich „oben" und bewegt sich nach „unten". Nun öffnet sich über die Nockenwelle betätigt das Einlaßventil, durch welches der entstehende Unterdruck Luft-Treibstoffgemisch einsaugt. Wenn sich nun die Kurbelwelle an ihrem unteren Punkt befindet, schließt sich über die Nockenwelle betätigt das Einlaßventil. Bei der Aufwärtsbewegung wird das Treibstoff- Luftgemisch verdichtet. Kurz bevor sich der Kolben am obersten Punkt {oberer Totpunkt 0°T} befindet, wird das Gemisch durch die Zündkerze „gezündet". Durch die größere Luftmenge entstehend durch den verbrennenden Treibstoff und die höhere Ausdehnung warmer Luft, {chemisch entsteht bei perfekter Verbrennung nur H2O und CO2}, wird der Kolben nach „unten" gepreßt, wobei er die Drehkraft auf die Kurbelwelle abgibt {„PS" ist prinzipiell nur Drehmoment im Verhältnis zur Drehzahl, wobei das Drehmoment aus der Hebelkraft der Kurbelwelle definiert ist}. Hat der Kolben nun seinen unteren Tiefpunkt erreicht, öffnet sich betätigt über die Nockenwelle das Auslaßventil und bei der erneuten Aufwärtsbewegung des Kolbens wird das „Abgas" ausgestoßen. Hat der Kolben seinen oberen Totpunkt erreicht, schließ sich das Auslaßventil, das Einlaßventil öffnet sich und der Vorgang wiederholt sich.

Hubraum
Der Hubraum eines Motors ist nun eine einfache mathematische Gleichung: Die Bohrung eines Zylinder durch 2 dividiert und zum Quadrat genommen mit PI multipliziert ergibt die Fläche eines Kolbens. Diese mit dem Hub Multipliziert ergibt das Volumen eines Zylinders. Dieses mit der Anzahl der Zylinder multipliziert ergibt den Hubraum des Motors.

Kurzhuber: Der Hub ist geringer als die Bohrung. Diese Auslegung ermöglicht höhere Motordrehzahlen, da die Kolbengeschwindigkeit gering bleibt. Das Drehmoment ist jedoch geringer.
Langhuber: Der Hub ist größer als die Bohrung. Das Drehmoment ist höher bei niedrigen Drehzahlen, jedoch steigt mit zunehmender Drehzahl die Kolbengeschwindigkeit an.

Beide Auslegungen, sowie die „quadratische" {Bohrung - Hub sind gleich} bieten ihre vor und Nachteile, für den Alltagsbetrieb ist jedoch die „Langhub" Auslegung positiv.

Anmerkung Je nach Auslegung des Motors sind die Ventilöffnungszeiten und der Zündzeitpunkt unterschiedlich, teilweise überschneiden sich die Ventilöffnungszeiten.
Um es einigermaßen verständlich zu halten habe ich auf Desmotoronik, pneumatische Ventilsteuerung, elektronische Ventilsteuerung und „aufgeladene" Motoren verzichet. Die Experten im Forum mögen mir diesen „Ausflug" verzeihen, vielleicht hilft er jedoch dem „Laien" die Geheimnisse des „Chip-Tuning" und des Motortuning zu erklären. vom

 

Hallo Horst & Julian,

@ Horst – Du hast die V 12 und V 16 Zylinder vergessen .

@ Rebecca – schön Erklärt

@ Julian,

bei dem abgebildeten Motorblock handelt es sich um den F 119 B {bekannt als "348 TS"}, welcher bei 87 mm Zylinderbohrung einen Zylinderabstand von 94 mm hat.
Wie Rebecca richtig erkannt hat, sind bei diesem Motor in den Aluminium Motorblock Nikosilbüchsen für die Kolben eingepreßt. Der Steg ist hier maximal 7 mm Dick.

Optisch muß Du Dir den M 166.940 wie den im obigen Thread obersten Motorblock vorstellen. Jedoch verwendet DCX Silumin-Motorblöcke, bei welchen die Laufbüchsen im Alluminium-Block ausgehärtet wurden {chemisch wird das Aluminium gelöst, so daß eine feine Silizumschicht übrig bleibt, welche sehr hart ist.}

Der Steg-Abstand beim M 166 E 21 liegt an der schmalsten Stelle wie beim M 166.990 auf einem noch geringeren Level.

Beim M 285 mit einem Zylinderabstand von 90 mm liegt der Steg bei ca. 9 - 10 mm, was im Vergleich zum M 137 viel ist.

 

Hallo Julian,

stimmt genau. Der Zylinderabstand ist der Abstand zwischen den Zylindern in der Mitte der Bohrung gemessen. Das erklärt auch genau, warum man einen Motor nicht unbegrenzt aufbohren kann. Durch bessere Materialien und geänderte Wärmeableitung sind viele Motoren heute mit sehr geringem Zylinderabstand gebaut, damit sie kurz und leicht sind.

 

Auf Wunsch erkläre ich nun den Aufbau eines Benzinmotors im Detail:


Mit gelber Schrift habe ich die Bauteile benannt. Es handelt sich um einen V 8-90° Motor.

 

Dieses Bild zeigt nun einen Reihenmotor mit Benzindirekteinspritzung.
Mit roter Schrift habe ich die einzelnen Bauteile benannt.

 

Hallo zusammen,

zuerst will ich einmal einen "aktuellen" Benzindirekteinspritzer {M 271 DE 18 LA} von DCX zeigen:

M 271 DE 18 LA
Die oben zuerst gezeigte Motorquerschnittszeichnung zeigt einen Reihensechszylinder, welcher technisch noch auf dem sehr robusten und zuverlässigen Aufbau der M 74 Motorenbauserie {bei DCX gerne vergessen Bauserie } basiert.
Dieser Motor verfügt noch nicht über eine elektronisch gesteuerte genau Einspritzung, wie sie bei den heutigen DE-Motoren vorhanden ist. Deswegen wird die Drehzahl noch über die Drosselklappe gesteuert. Weiter unterschiede sind die nicht verstellbare zentrale Nockenwelle, welche über Kipphebel die Einlaß- und Auslaßventile ansteuert. Auch das starre, feste Ansaugsystem un der Verteiler mit "Läufer" entsprechen nicht dem heutigen Standard.

Nun zum M 271 DE 18 LA: Auf der oberen Querschnittzeichnung sind die Hauptunterschiede ersichtlich, einzelne Zündspulen je Zylinder, verstellbare Einlaß- und Auslaßnockenwellen, mechanische Aufladung.
Gemischsteuerung und Einspritzmenge und Einspritzzeitpunkt sind elektronisch gesteuert. Bei einer solchen Konstruktion kann sollte auf die Drosselklappe verzichtet werden können, da konstruktionsmäßig der Kraftstoffstrahl in Richtung Zündkerze gespritzt wird.
{Ich habe den genauen Aufbau des M 271 noch nicht gesehen jedoch könnte ich mir eine Drosselklappe im Ansaugtrakt vorstellen, um einen Motornotlauf zu gewährleisten und den Kaltlauf des Motors zu gewährleisten.
Diese Punkte kläre ich noch ab.

Der Käufer wird im Gegensatz zu früheren Baujahren von dieser Technik nichts sehen, da sich alles unter Kunststoffdeckeln "versteckt".

M 271 DE 18 LA im W 209.343

 

Abschließend noch zwei weiter Motoren:

Hier ist ein V 8-90° Motor mit indirekter Benzineinspritzung {System Lucas} gezeigt.


Nun ein Reihenvierzylinder, bei welchem man deutlich den Aufbau und den Gasfluß erkennt.