Zweitaktmotor
Schematische Darstellung von Zylindern für
Ein Zweitaktmotor ist ein Hubkolbenmotor, der die zur Leistungserzeugung erforderlichen beiden Takte im Gegensatz zum Viertaktmotor während einer Umdrehung der Kurbelwelle bewältigt. Ein Takt ist die Bewegung des Kolbens vom Stillstand in eine Richtung bis zum erneuten Stillstand (die Bewegung von einem so genannten Totpunkt zum anderen). Die Kurbelwelle vollführt daher eine halbe Umdrehung während eines Taktes.
Folgender Ablauf beschreibt den Zweitaktprozess für Ottomotoren:
- 1. Takt, Arbeitstakt und Vorverdichten:
- Der Kolben steht im oberen Totpunkt und die Zündkerze entzündet das Gemisch im Brennraum über dem Kolben wodurch infolge der Temperaturerhöhung der Druck im Brennraum steigt. 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.
- 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.
- 2. Takt, Verdichten und Ansaugen:
- Während der Aufwärtsbewegung des Kolbens wird zunächst die Auslassöffnung und wenig später der Überstömkanal verschlossen.
- Während der weiteren Auswärtsbewegung des Kolbens wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Zylinder weiter verdichtet und kurz vor Erreichen des oberen Totpunkts bereits entzündet.
- Im Vorverdichtungsraum unter dem Kolben wird neues Frischgas durch den Einlasskanal angesaugt.
Bei einem Zweitakt-Dieselmotor wird statt des Kraftstoff-Luft-Gemisches im unteren Totpunkt Pressluft in den Zylinder eingeblasen und dadurch das Verbrennungsabgas in den Auspufftrakt gedrückt. Der Kraftstoff wird wie bei einem Viertakt-Dieselmotor in die Verdichtete und dadurch über die Selbstentzündungstemperatur des Kraftstoffs erhitzte Luft, je nach Abstimmung des Motors vor dem oberen Totpunkt, eingespritzt. Ebenfalls liegt die Auslassöffnung am Zylinderkopf.
Der Diesel-Zweitakter ist somit komplizierter in Bau und Steuerung. Es sind nach wie vor Ventile (es werden teils mehrere Auslassventile parallel geöffnet) und ein Einspritzsystem im Zylinderkopf notwendig. Die notwendige Pressluft muss durch eine entsprechende Vorrichtung (zum Beispiel einen Turbolader) erzeugt werden. Somit ist der Diesel-Zweitaktmotor für kleinformatige Anwendungen (zum Beispiel Motorroller, Rasenmäher, Motorsäge) uninteressant.
Vorteil des Zweitaktmotors ist in jeder Ausführung eine höhere spezifische Leistung als bei Viertaktmotoren, da pro Kurbelwellenumdrehung ein Arbeitstakt erfolgt (beim Viertaktmotor: Ein Arbeitstakt während zwei Kurbelwellenumdrehungen). In der Praxis zeigt sich allerdings, dass die Viertaktmotoren hier stark aufgeholt haben (etwa durch Turbolader und verbesserte Einspritzsysteme), so dass zum Beispiel bei Motorrädern und Motorrollern die Viertakter gar nicht mehr langsamer oder spurtschwächer sind als die Zweitakter.
Nachteilig sind die so genannten Spülverluste durch die teilweise Vermischung von Frischgas und Abgas während des Gaswechsels beim Otto-Zweitakter. Dadurch geht ein Teil des Frischgases unverbrannt in den Auspuff, was zu erheblichen Umweltbelastungen führt. Man versucht die Spülverluste durch eine art Welle auf der Kolbenstirnfläche zu minimieren. Diese Welle lenkt das einströmende Frischgas in einen Wirbel, so dass es sich nicht direkt auf den Auslasskanal zubewegen kann. Auch akustisch ist der Zweitaktmotor wesentlich aufdringlicher als der Viertaktmotor.
Der Otto-Zweitaktmotor hat im Gegensatz zu Viertaktern und dem Diesel-Zweitakter kein permanentes Motoröl, sondern bekommt statt dessen ein Gemisch aus Benzin und Öl, das als Brenn- und Schmierstoff dient. Auch durch die Verbrennung des Öls ergeben sich höhere Umweltbelastungen als beim Viertakter.
Siehe auch:Zweitaktmotoren - Schadstoffproblematik
Immer noch beliebt sind Zweitaktmotoren in der Dieselausführung bei Schiffen, Lokomotiven und und Notstromgeneratoren - in der Benzinausführung (Ottoprozess) bei Kleinfahrzeugen mit 50 ccm, Rasenmähern oder Motorsägen.