Der Ottomotor gehört zur Familie der Verbrennungsmotoren. Bei diesen wird die chemische Energie des Kraftstoffs in mechanische Arbeit gewandelt. Dazu wird ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in einem Zylinder gezündet, wodurch ein Druck entsteht, der einen Kolben in Bewegung setzt. Dessen lineare Bewegung wird mit Hilfe einer Kurbelwelle in eine Drehbewegung umgewandelt, die dann meist über ein Getriebe und eine Antriebswelle Räder antreibt. Dieses im Kern einfache Funktionsprinzip bildet seit mehr als einem Jahrhundert die Grundlage der Antriebstechnik der meisten Automobile, Motorräder und vieler anderer Maschinen.
Seinen Namen verdankt der Ottomotor dem deutschen Erfinder Nikolaus August Otto, der 1876 den ersten funktionierenden Viertaktmotor entwickelte. Das Revolutionäre an seiner Erfindung war die Kombination bereits bekannter technischer Prinzipien zu einer effizienten Maschine. Als ein Wegbereiter gilt Étienne Lenoir, der den ersten kommerziell nutzbaren Gasmotor baute. Ein weiterer Pionier war Alphonse Beau de Rochas, der bereits 1862 den Viertaktprozess theoretisch beschrieb. Dieser Viertaktzyklus - bestehend aus Ansaugen, Verdichten, Zünden und Ausstoßen - machte Otto zum Standard in der Motorentechnik.
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Das Grundprinzip des Ottomotors, der Viertaktprozess, gliedert sich in vier Phasen. Im ersten Takt, dem Ansaugen, öffnet sich das Einlassventil und der Kolben bewegt sich abwärts. Dabei strömt ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff in den Zylinder. Beim anschließenden Verdichten, dem zweiten Takt, schließt sich das Einlassventil und der Kolben bewegt sich nach oben. Dadurch wird das Gemisch stark verdichtet, was die Effizienz der Verbrennung erhöht. Im dritten Takt wird das verdichtete Gemisch von einer Zündkerze entzündet. Bei der anschließenden Explosion entsteht ein hoher Druck, der den Kolben mit großer Kraft nach unten drückt. Dies ist der Arbeitstakt, der die eigentliche Energie liefert. Im vierten Takt öffnet sich das Auslassventil und der Kolben bewegt sich wieder nach oben. Die verbrannten Gase werden aus dem Zylinder ausgestoßen.
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Dieser Zyklus wiederholt sich je nach Motordrehzahl mehrere tausend Mal pro Minute. Die Drehzahl variiert je nach Leistungsabfrage. Ist sie hoch, steigt die Drehzahl. Hochleistungsmotoren erreichen oft 12.000 Umdrehungen pro Minute und mehr. Hohe Drehzahlen bedeuten auch einen hohen Kraftstoffbedarf und damit einen hohen Verbrauch.
Seine massenhafte Verbreitung verdankt der Ottomotor der Entwicklung des Automobils. Vor allem durch Carl Benz, Gottlieb Daimler und Wilhelm Maybach eroberte der Viertakter die Straßen der Welt. Der robuste und relativ einfach herzustellende Antrieb trug maßgeblich zur Entwicklung der Automobilindustrie bei.
Moderne Ottomotoren haben sich seit ihrer Erfindung im 19. Jahrhundert deutlich weiterentwickelt. Während frühe Aggregate mit niedrigen Verdichtungsverhältnissen arbeiteten und auf eine Abgasnachbehandlung verzichteten, sind heutige hochverdichtende Aggregate häufig mit Turboladern, Benzindirekteinspritzung, digitalen Steuerungssystemen und eine Abgasreinigung mit Katalysator ausgestattet. Die technischen Weiterentwicklungen haben zu höheren Wirkungsgraden und geringeren Emissionen geführt. Ein weiteres technisches Highlight sind Hybridantriebe, die den Ottomotor mit elektrischen Aggregaten kombinieren, um die Effizienz weiter zu steigern.
Ottomotor: Viele verschiedene Bauformen
Die lange Geschichte des Ottomotors hat viele verschiedene Bauformen hervorgebracht. Ein wichtiges Kriterium ist die Anzahl der Zylinder. Einzylindermotoren zeichnen sich durch den einfachsten Aufbau, geringe Kosten und den geringsten Platzbedarf aus. Sie werden vor allem in Motorrädern eingesetzt. In modernen Autos findet man in der Regel Aggregate mit mehr Zylindern. Zu den exotischeren Formen gehören Zwei-, Zehn-, Zwölf- und Sechszehnzylinder. Weit verbreitet sind Aggregate mit 3, 4, 5, 6 oder 8 Zylindern.
Als Allzweckwaffe im Pkw-Bau gilt jedoch der Reihenvierzylinder. Neben den Reihenmotoren gibt es V-, Boxer-, W- und Sternmotoren, bei denen die Zylinder in unterschiedlichen Winkeln zueinanderstehen. Jede Bauform hat ihre spezifischen Vor- und Nachteile. V-Motoren zum Beispiel bauen kompakter, während Boxermotoren einen niedrigen Fahrzeugschwerpunkt ermöglichen und deshalb häufig in Sportwagen eingesetzt werden.
Vor dem aktuellen Boom der Elektroautos hatten Autokäufer eigentlich nur die Wahl zwischen Benzin- und Dieselmotoren. Beide haben ihre Vor- und Nachteile. Der Vorteil des Ottomotors gegenüber dem Dieselmotor ist beispielsweise der technisch einfache Aufbau, da er mit Zündkerzen arbeitet, während der Diesel auf hohen Verdichtungsdruck und ein Einspritzsystem angewiesen ist. Dadurch sind Ottomotoren günstiger in der Herstellung und Wartung.
Zudem sind Ottomotoren flexibel, was die Art der Kraftstoffe angeht. Neben Benzin können auch Ethanol, Erdgas oder Wasserstoff verwendet werden. Aufgrund der geringeren Verdichtung laufen Ottomotoren zudem leiser als Dieselmotoren und erzeugen weniger Vibrationen. Im Vergleich zum Diesel stoßen sie außerdem weniger Stickoxide (NOx) aus, was sich positiv auf die Luftqualität auswirkt.
Trotz des Trends zur Elektromobilität bleibt der Ottomotor vorerst eine wichtige Säule im Antriebsangebot von Autos und Motorrädern.
