Motoren aus technischer Sicht/ Zweitaktmotor

Einleitung

Der Zweitakt-Motor wurde wie der Viertakt-Motor von Nikolaus August Otto entwickelt. Da die Kurbelwelle während eines Taktes eine halbe Umdrehung vollführt, bewältigt der Zweitaktmotor im Unterschied zum Viertaktmotor die zur Leistungsentwicklung erforderlichen beiden Takte während einer Umdrehung der Kurbelwelle. Daher finden beim Zweitaktmotor während des Arbeitsspiels mehrere Vorgänge unterhalb des Kolbens und oberhalb des Kolbens fast gleichzeitig statt.

Arbeitsweise

1. Takt

Vorgänge des 1. Taktes oberhalb und unterhalb des Zylinderkolbens (Schritt für Schritt von links nach rechts)

Beim ersten Takt verschiebt sich der Zylinderkolben vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt.

Vorgänge unterhalb des Kolbens: Der Überströmkanal wird durch die Aufwärtsbewegung des Zylinderkolbens durch die Oberkante verschlossen, wobei die Unterkante des Zylinderkolbens den Einlasskanal öffnet. Dabei wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch angesogen.

Vorgänge oberhalb des Kolbens: Die vorverdichteten Frischgase werden oberhalb des Kolbens komprimiert.

2. Takt

Vorgänge des 2. Taktes oberhalb und unterhalb des Zylinderkolbens (Schritt für Schritt von links nach rechts)

Bei diesem Takt bewegt sich der Zylinderkolben vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt hin.

Vorgänge oberhalb des Kolbens: Das verdichtete Frischgas wird kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes gezündet. Durch den entstehenden Druck wird der Zylinderkolben nach unten gedrückt und öffnet zuerst den Auslasskanal und anschließend den Überströmkanal. Nun schieben die vorverdichteten Frischgase die gestauten Abgase nach außen.

Vorgänge unterhalb des Kolbens: Die Unterkante des Kolbens verschließt den Einlasskanal und das angesogene Frischgas wird durch die Abwärtsbewegung des Zylinderkolbens vorverdichtet. Diese werden anschließend in den Überströmkanal gedrückt. Die Frischgase, die unterhalb des Kolbens vorverdichtet wurden, strömen über den geöffneten Überströmkanal in den Raum oberhalb des Kolbens und verdrängen die Abgase in Richtung Auslasskanal.
Das Arbeitsspiel kann von neuem beginnen.

Der Zweitaktmotor führt somit pro Kurbelwellen-Umdrehung einen Arbeitstakt aus. Daher verfügt ein Zweitaktmotor über eine im Vergleich zum Viertaktmotor fast doppelt so hohe Hubraumleistung und das Drehmoment wird gleichmäßiger abgegeben. Dadurch erreichen auch Kleinkrafträder trotz geringem Hubraum ausreichend Leistung. Als nachteilig erweist sich beim Zweitaktmotor die ungünstigen Abgaswerte, die durch hohe Anteile an unverbranntem Kohlenwasserstoff (C_mH_n) und Kohlenstoffmonoxid (CO) im Abgas hervorgerufen werden. Daher kommen Zweitaktmotoren lediglich in Fahrzeugen, welche über keine Abgasvorschriften verfügen, wie z. B. bei Kleinkrafträdern oder in sonstigen Kleinmaschinen, zur Anwendung. In der Industrie kommen auch vermehrt Zweitaktmotoren zum Einsatz, welche mit Dieselkraftstoff betrieben werden. Beim Zweitakt-Dieselmotor wird statt des Kraftstoff-Luft-Gemischs im unteren Totpunkt dem Brennraum Luft zugeführt und dadurch das Abgas in den Auslasskanal gedrückt. Der Kraftstoff wird dabei gleich wie beim herkömmlichen Viertakt-Dieselmotor in die verdichtete und dadurch über die Selbstentzündungs-Temperatur des Kraftstoffs erhitzte Luft eingespritzt. Der Auslasskanal liegt ebenfalls im Zylinderkopf.

Gemischbildung

Die Gemischbildung bei Zweitaktmotoren mit geringem Hubraum erfolgt in der Regel über einen Schiebervergaser. Bei diesem Vergaser wird der Ansaugkanal (Einlasskanal) durch eine Feder, welche ihre Kraft auf den zylinderförmigen Gasschieber ausübt, geschlossen gehalten. Zudem ist eine kegelförmige Düsennadel mit dem Gasschieber verbunden. Falls sich nun über dem Gaszug der Gasschieber nach oben verschiebt, wird die Düsennadel ebenso hochgezogen, wodurch eine bestimmte Menge an Kraftstoff frei wird, die sich anschließend mit der Luft vermischt und über den Ansaugkanal zum Motor gelangen kann. Je weiter dabei die Düsennadel durch den Gasschieber, der an einer Feder hängt, herausgezogen wird, desto mehr Kraftstoff wird in den Luftstrom des Ansaugkanals befördert. Der Grund liegt in der immer größer werdenden Öffnung, über welche der Kraftstoff in den Ansaugkanal gelangt. Die übrigen Eigenschaften wie die Unterdruckbildung entsprechen dem Vergaserprinzip des Viertaktmotors.