Zweitakter

Was ist ein Zweitaktmotor?

Ein Zweitaktmotor ist ein Verbrennungsmotor, der für den thermodynamischen Kreisprozess im Gegensatz zum Viertaktmotor nur eine Kurbelwellenumdrehung benötigt. Ein Takt ist die Bewegung des Kolbens von einem sogenannten Totpunkt zum anderen; die Kurbelwelle vollführt daher während eines Taktes eine halbe Umdrehung.

Umgangssprachlich bezeichnet der Begriff „Zweitakter“ einen ventillosen Ottomotor, dessen Schmierung durch ein Zweitaktgemisch erfolgt, das im Arbeitstakt durch eine Zündkerze gezündet wird.

Arbeitsweise:

Um die Arbeitsweise dieses Motors besser verstehen zu können, verfolgt man am besten den Weg des Gases durch den Motor. Beim Zweitakt-Ottomotor erfolgt die Gasverarbeitung in folgenden Schritten:

  1. Ansaugen – Der Kolben bewegt sich vom sogenannten unteren Totpunkt (UT) zum oberen Totpunkt (OT) und erzeugt dadurch einen Unterdruck im Kurbelwellengehäuse. Dieser Unterdruck bewirkt bei geöffnetem Einlasskanal ein Ansaugen des Kraftstoff-Luft-Gemisches.
  2. Vorverdichten – Der Kolben bewegt sich vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt, nach dem Schließen des Einlasskanals durch die untere Kolbenkante (oder durch die Membrane, wie im Bild oben) wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch vorverdichtet.
  3. Überströmen – Danach werden durch die obere Kolbenkante die Überströmkanäle geöffnet, und das vorverdichtete Gas strömt in den Brennraum. Es erfolgt die Spülung des Brennraumes, bei der Abgas durch Frischgas ersetzt wird.
  4. Verdichten – Der Kolben bewegt sich vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt; durch die obere Kolbenkante werden zuerst die Überströmkanäle, dann der Auslass verschlossen. Danach erfolgt durch die weitere Hubbewegung die Verdichtung des Kraftstoff-Luft-Gemisches.
  5. Arbeiten – Das Gemisch wird entzündet und verbrennt. Die dabei entstehende Flammenwand innerhalb des Brennraumes breitet sich dabei mit ungefähr zweifacher Schallgeschwindigkeit aus. Durch die Reaktionswärme dehnen sich die Gase aus und erzeugen den Arbeitsdruck, der den Kolben in Richtung unterer Totpunkt drückt. Der Arbeitstakt ist der einzige Takt, bei dem nutzbare Energie freigesetzt wird.
  6. Auslassen – Auf dem Weg vom oberen zum unteren Totpunkt wird der Auslass durch die obere Kolbenkante geöffnet; die Abgase können entweichen.

Die einzelnen Schritte laufen teilweise parallel ab, denn die gesamte Prozedur findet während einer einzigen Umdrehung der Kurbelwelle statt. Dabei werden alle Schritte in zwei Takte unterteilt. Der erste Takt beinhaltet alle Abläufe, die während der Aufwärtsbewegung des Kolbens (von UT nach OT) erfolgen. Der zweite Takt umfasst die Abläufe, welche während der Abwärtsbewegung des Kolbens (von OT nach UT) erledigt werden.

  1. Takt – Verdichten und ansaugen:
    Während der Aufwärtsbewegung des Kolbens wird zunächst der Überströmkanal, später die Auslassöffnung verschlossen. Während der weiteren Aufwärtsbewegung des Kolbens wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Zylinder weiter verdichtet und kurz vor Erreichen des oberen Totpunkts bereits entzündet (siehe hierzu Verdichtungsverhältnis, Kompressionsdruck). Im Vorverdichtungsraum unter dem Kolben wird neues Frischgas durch den Einlasskanal angesaugt.
  2. Takt – Arbeiten, vorverdichten, überströmen und auslassen:
    Der Kolben durchläuft den oberen Totpunkt. Die Zündkerze entzündet das Gemisch im Brennraum über dem Kolben. Durch die Temperaturerhöhung steigt der Druck im Brennraum. Der Kolben bewegt sich nach unten und verrichtet dabei mechanische Arbeit. Im Raum unter dem Kolben wird das angesaugte Frischgas durch die Abwärtsbewegung des Kolbens verdichtet (Ladepumpen-Funktion des Kurbelraums). Im unteren Teil der von der Kolbenoberkante überstrichenen Zylinderfläche liegen in der Zylinderwand die Überströmkanäle und die Auslassöffnung. Während der letzten Phase der Kolbenabwärtsbewegung werden die Auslassöffnung und die Überströmkanäle freigegeben. Das unter Überdruck stehende Frischgas strömt vom Vorverdichtungsraum unter dem Kolben durch die Überströmkanäle in den Zylinder und spült das verbrannte Abgas durch die Auslassöffnung in den Auspufftrakt hinaus.

Die Steuerung des Öffnens und des Schließens der Kanäle erfolgt durch den Kolben.

Der Zweitaktmotor ist ein Resonanzsystem, dessen Leistungsentfaltung von den Schwingungseigenschaften der verwendeten Gase abhängig ist. Bereits beim Ansaugvorgang werden die Resonanzeigenschaften des Frischgases ausgenutzt. Das Frischgas strömt während der Aufwärtsbewegung des Kolbens in das Kurbelgehäuse, wobei alleine die Massenträgheit des Gases dafür sorgt, dass es bei der Abwärtsbewegung des Kolbens nicht wieder herausgedrückt wird.

Beim Auslass-Vorgang kann die Schwingung der Abgase durch geeignete Gestaltung der Auspuffanlage besonders effektiv genutzt werden. Sobald der Kolben den Auslass-Schlitz freigibt, strömen die Abgase in den Auspuff. Bei Erfüllung der Resonanzbedingung (bei der richtigen Drehzahl) entsteht an der Auslassöffnung ein Unterdruck, weil der nachfolgende Diffusor (1. Kegelstumpf) eine Unterdruckwelle reflektiert, die den Spülvorgang unterstützt. Am 2. Kegelstumpf wird etwas später eine Druckwelle reflektiert. Dadurch wird Frischgas, das in den Auspuff gedrückt wurde, in den Zylinder zurückgeschoben. Dabei handelt es sich um eine Aufladung wie durch einen mechanischen Lader. Damit werden die Verluste gemindert und die Literleistung erhöht. Die Länge und Form des Auspuffs in Verbindung mit der Höhe des Auslass-Schlitzes entscheiden über das Drehzahlband, welches der Auspuff unterstützt. Bei kurzen Auspuffen und hohen Auslass-Schlitzen ist die Zeit, in der das verbrannte Abgas wieder reflektiert bzw. herausgesogen wird kürzer und somit eher für höhere Drehzahlen konzipiert. Das Gegenteil gilt für lange Auspuffe und flache Auslass-Schlitze. Alles läuft mit Schallgeschwindigkeit ab, die wegen der sehr hohen Abgastemperatur sehr viel höher als bei 20 °C ist.

Hier ein sehr gutes Erklärungsvideo:

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