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Allgemeine Luftfahrzeugkunde — FlugzeugeLektion 7 von 55
07/55Kolbenmotor — Otto-Viertaktverfahren

Die vier Takte

Lesezeit ca. 7 min·
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Lernziel: Die vier Takte mit Ventilstellung, Kolbenrichtung, 720° Kurbel / 360° Nocken, Zündung nahe OT (praktisch BTDC) benennen.

60 Sekunden: Ansaugen ↓ Einlass auf → Verdichten ↑ beide zu → Zündung → Arbeiten ↓ beide zu → Ausstoßen ↑ Auslass auf. Ein Zyklus = zwei Kurbelumdrehungen.

Der Otto-Viertaktmotor durchläuft pro Verbrennungszyklus vier Takte und dabei zwei vollständige Kurbelwellenumdrehungen:

TaktEnglischBewegung KolbenVentileVorgang
1. AnsaugenIntake (Induction)abwärtsEinlass offenFrischgemisch (Kraftstoff + Luft) wird in den Zylinder gesaugt
2. VerdichtenCompressionaufwärtsbeide zuGemisch wird komprimiert (Verdichtungsverhältnis typisch 7
bis 9
 bei Leichtflugzeug-Motoren)
3. ArbeitstaktPowerabwärtsbeide zuZündung nahe OT (Oberer Totpunkt); expandierende Verbrennungsgase treiben den Kolben
4. AusstoßExhaustaufwärtsAuslass offenVerbrannte Gase werden ausgestoßen

→ Reihenfolge merken: 1. Intake — 2. Compression — 3. Power (Ignition) — 4. Exhaust.

Zylinder-Anordnung in Leichtflugzeug-Motoren

Otto four-stroke cycle Induction, compression, power, exhaust. 720 deg crank / 360 deg cam. Schematic, not a type AFM. Otto-Viertakt (four-stroke) — 720° Kurbel / 360° Nocken 1 Ansaugen Intake / Induction Kolben ↓ Einlass auf Gemisch ein 2 Verdichten Compression Kolben ↑ beide zu Zündung nahe OT / TDC 3 Arbeiten Power (not “Ignition”) Kolben ↓ beide zu Expansion / Arbeit 4 Ausstoßen Exhaust Kolben ↑ Auslass auf Abgas raus 1 Zyklus = 4 Takte = 2 Kurbelumdrehungen (720°) = 1 Nockenwellenumdrehung (360°)

Die vier Takte des Otto-Zyklus: Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Ausstoßen. Pro Zyklus 2 Kurbelwellen-Umdrehungen.

Die häufigste Anordnung von Zylindern in Leichtflugzeug-Triebwerken und Helikopter-Triebwerken ist der Boxermotor mit horizontal gegenüberliegenden (horizontally opposed) Zylindern — z.B. Lycoming O-235, O-320, O-360, Continental O-200, IO-360. Charakteristik:

  • 4 oder 6 Zylinder, paarweise gegenüberliegend.
  • Niedriger Schwerpunkt, kompakte Bauweise.
  • Gute Kühlung durch Luftströmung (luftgekühlt).
  • Mechanisch ausgewuchtet — geringe Vibration.

Reise­motorsegler (Touring Motor Gliders, TMG) wie der Grob G109, Diamond HK36 Super Dimona oder Stemme S10 nutzen typisch 4-Zylinder-4-Takt-Triebwerke (oft Limbach L2000/L2400 oder Rotax 912) — kompakt, leicht, ausreichend Leistung für den TMG-Einsatz.

Ventilsteuerdiagramm

Tatsächliche Steuerzeiten sind komplexer als das ideale 4-Takte-Modell:

  • Einlassventil öffnet vor OT (Vor­öffnung / Valve Lead), schließt nach UT (Nachschluss / Valve Lag) — bessere Zylinderfüllung.
  • Auslassventil öffnet vor UT, schließt nach OT — bessere Spülung.
  • Ventilüberschneidung (Valve Overlap) — Bereich, in dem beide Ventile gleichzeitig (kurz) offen sind; nutzt die Trägheit der Gasströmung.
  • Zündung erfolgt VOR OT (z. B. 20–30° vor OT), da die Verbrennung Zeit braucht und der maximale Druck nach OT auf den abwärts gehenden Kolben wirken soll.

Idle System — unabhängiger Leerlauf-Kreis

Ein Vergasermotor läuft auch bei geschlossener Drosselklappe (throttle closed) weiter im Leerlauf (idle) — weil der Vergaser ein eigenständiges Idle-System ("idle circuit") besitzt:

  • Eine separate Düse im Vergaser-Hauptkanal liefert eine kleine Kraftstoff­menge auch dann, wenn die Drosselklappe geschlossen ist.
  • So bleibt der Motor mit ca. 700-900 RPM im Leerlauf-Bereich am Laufen.
  • Ohne das Idle-System würde der Motor bei jeder Drosselrückname sofort abstellen.

Maximale Take-off-Power-Dauer

Die maximale Zeitdauer, für die ein Motor mit Take-off-Power (Volllast) betrieben werden darf, ist im Flughandbuch (AFM/POH) festgelegt — typisch:

  • 5 Minuten für viele Standard-Leichtflugzeug-Motoren (Lycoming, Continental).
  • Kein Limit für niedrigere Power-Settings (Climb, Cruise).

→ Pilot achtet bei längerem Steigflug auf Cylinder Head Temperature (CHT) und reduziert ggf. Power auf Climb-Setting (Cruise-Climb).

Gefahren-Quellen — Engine kann auch ohne Ignition starten

Glühzündung in heißem Motor

Beim Wieder­start eines noch heißen Motors kann der Motor auch mit ausgeschaltetem Zündschalter starten, wenn Glühzündung (glow ignition) auftritt:

  • Heiße Kohlen­reste oder glühende Zylinderpunkte zünden das Gemisch selbst ohne Zündspark.
  • Auch bei einem Defekt des Zündschalters kann der Motor unkontrolliert anspringen.

→ Konsequenz: nach dem Abstellen eines heißen Motors Mixture komplett auf Idle Cut-off ziehen, Ignition auf OFF, dann erst aus dem Cockpit. Nie davon ausgehen, dass "Ignition OFF" allein den Motor sicher abgeschaltet hat.

!!Lebensgefahr!!: Ignition ON + manuelle Propeller-Bewegung

Wenn der Zündschalter (Ignition Switch) eingeschaltet ist und jemand vor dem Engine-Start den Propeller manuell bewegt, kann der Motor anspringen:

  • Magneten erzeugen Zündspannung schon bei langsamer Drehung der Kurbelwelle.
  • Resultat: unkontrollierter Start mit voll laufendem Motor — schwere bis tödliche Verletzungen sind die Folge.

→ Niemals den Propeller von Hand drehen, ohne zu verifizieren, dass der Ignition Switch auf OFF steht.

!!Lebensgefahr!!: Fehlende Erdung des Zündsystems

Eine fehlende Erdung (Massefehler / missing ground connection) des Zündsystems verursacht, dass der Motor anspringen kann, selbst wenn der Ignition Switch auf "OFF" steht. Grund:

  • Der Ignition Switch funktioniert, indem er die Magnet-Primärwicklung gegen Masse kurzschließt (P-lead / short-circuit wire) — nicht die Sekundärwicklung zur Kerze.
  • Bei einem defekten P-Lead (Drahtbruch, Korrosion) wird der Magnet nicht mehr stillgelegt → Zündspannung wird trotz "OFF"-Stellung erzeugt.
  • Pilot oder Mechaniker, der den Propeller bewegt, bekommt einen unkontrollierten Motorstart.

→ Standard-Verfahren: vor dem Engine Shutdown der Short-Circuit-Test durchgeführt (Ignition Switch kurz auf OFF → RPM sollte fallen / Motor abrupt verlangsamen). Wenn nicht: P-Lead defekt → Wartung sofort.

Magneto-Check bei Constant Speed Propeller

Bei einem Flugzeug mit Constant-Speed-Propeller (CSU) wird der Magneto-Check (im Run-up) nur dann korrekt durchgeführt, wenn:

  • Der Bremsen-Test mit der spezifizierten RPM (POH) durchgeführt wird, UND
  • Der RPM-Wahlhebel (Propeller Pitch Control) auf maximale RPM (Fine Pitch) steht.

Begründung: bei groberer Pitch-Einstellung würde der CSU-Governor die Drehzahl auf den eingestellten Wert regeln und ein Mag-Drop könnte nicht sauber erkannt werden.

Aviation Maintenance Technician Handbook — Powerplant*; Lycoming O-235 / O-320 / IO-360 Operator's Manual; Continental O-200 / IO-360 Operator's Manual; FAA AC 20-103A Aircraft Engine Crankshaft Failure.*

Prüfungswissen

DE/EN Ansaugen (Induction/Intake), Verdichten (Compression), Arbeiten (Power), Ausstoßen (Exhaust). Zündung ist kein fünfter Takt. P-Lead legt die Primärwicklung auf Masse.

Selbst prüfen

1. Welche Reihenfolge gilt für den Otto-Viertaktmotor (Otto cycle)?

  • A) Verdichten — Ansaugen — Ausstoß — Arbeitstakt
  • B) Ansaugen (Intake) — Verdichten (Compression) — Arbeitstakt (Power) — Ausstoß (Exhaust)
  • C) Ansaugen — Arbeitstakt — Verdichten — Ausstoß
  • D) Verdichten — Arbeitstakt — Ansaugen — Ausstoß

2. Beim Verdichten (compression): wie bewegen sich Kolben und Ventile?

  • A) Kolben abwärts, Einlass offen, Auslass zu
  • B) Kolben abwärts, beide Ventile zu — Zündung nahe OT
  • C) Kolben aufwärts, beide Ventile zu — Gemisch wird komprimiert
  • D) Kolben aufwärts, Auslass offen, Einlass zu
  1. B — Intake, Compression, Power, Exhaust.
  2. C — Takt 2: Kolben hoch, beide Ventile zu. A ist Ansaugen, B Arbeitstakt, D Ausstoß.
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