Der 2 Takt-Motor

Der 2-Takt-Motor gehört zu den Verbrennungsmotoren, es gibt ihn sowohl als Diesel-, als auch als Benzinmotor. Das besondere am Zweitaktmotor ist die spezielle Funktionsweise. Anders als beim Viertaktmotor benötigt der 2-takter nur eine einzige Kurbelwellenumdrehung für den sogenannten thermodynamischen Kreisprozess.

Der Begriff „Zweitakter“ ist umgangssprachlich und bezeichnet im Normalfall immer einen ventillosen Ottomotor, der mit einem Benzin-Öl-Gemisch geschmiert wird. Dieses wird im Arbeitstakt außerdem verbrannt. Zweitakt-Dieselmotoren werden hauptsächlich als Schiffsantriebmotoren genutzt, früher waren sie auch für LKWs relativ verbreitet.

Funktionsweise des Zweitaktmotors anhand des Gasweges

Damit man die Funktionsweise des 2 Takt-Motors und seines Antriebs einfacher verstehen kann, ist es am sinnvollsten, dem Weg des Gases vom Vergaser an zu folgen.
Um den Antrieb zu ermöglichen sind insgesamt 6 Schritte notwendig. Als erstes muss frisches Gas in den Zylinder eingesaugt werden, das geschieht, wenn sich der Kolben vom „unteren Totpunkt“ (tiefster Punkt der Kolbenbewegung) zum „oberen Totpunkt“ (höchster Punkt der Kolbenbewegung) bewegt.
Während sich der Kolben aufwärts bewegt, entsteht im Kurbelwellengehäuse ein Unterdruck, der für das Ansaugen des Frischgases sorgt. Im zweiten Schritt wird das Gas vorverdichtet, hierzu verschließt sich die Frischgaszufuhr durch den Kolben und das Gas wird bei der Abwärtsbewegung vorverdichtet.
Im Anschluss daran folgt das Überströmen, bei dem das vorverdichtete Gas in den eigentlichen Brennraum strömt und so noch die letzten Reste des Abgases heraus spült.

Im 4. Schritt wird das Gas im Brennraum bei der Aufwärtsbewegung erneut verdichtet und schließlich im 5. Schritt gezündet. Durch die Entzündung entsteht eine Flammenwand, die sich innerhalb des Zylinders mit zweifacher Schallgeschwindigkeit ausbreitet und in diesem Schritt wird die mechanische Arbeit erzeugt. Während der Abwärtsbewegung öffnen sich gleichzeitig die Abgaskanäle und das verbrannte Gas kann über die Auspuffanlage ausströmen.

Diese Schritte laufen teilweise zur gleichen Zeit ab, weswegen man zusätzlich in 2 Takte unterscheidet, im ersten Takt (eine Auf- und Abwärtsbewegung) wird das Gas verdichtet und angesaugt. Im zweiten Takt wird das Gas vorverdichtet, entzündet, strömt über und wird ausgelassen. Die Steuerung der entsprechenden Öffnungen erfolgt normalerweise über den Kolben direkt, es besteht aber auch die Möglichkeit der Steuerung über Drehschieber oder Membrane.

Das Ausströmen des Abgases und das Überströmen des Frischgases geschehen gleichzeitig, daher kommt es bei vielen Zweitaktmotoren zu sogenannten Spülverlusten, das heißt, dass ein Teil des Frischgases durch die Abgasöffnung mit entströmt. Um diese Verluste zu senken gibt es spezielle Auspuffsysteme, die durch ein Reflektionssystem dafür sorgen sollen, dass das ausströmende Frischgas wieder zurück in den Zylinder gedrückt wird. Auch dieser Vorgang geschieht mit Schallgeschwindigkeit. Die oben beschriebene Funktionsweise gilt sowohl für den 2-Takt-Benzin als auch für 2-Takt-Dieselmotoren.
Im 2-Takt-Diesel werden lediglich einige andere Teile benötigt, das Grundprinzip ist aber exakt gleich.

Die Eigenschaften des 2 Takt Motors

Der 2-Takt-Motor ist eine besondere Art von Verbrennungsmotor, der einige einzigartige Eigenschaften aufweist.

Hauptmerkmale eines 2-Takt-Motors:

Einfacher Aufbau durch Wegfall der Ventile

Ein herausragendes Merkmal des 2-Takt-Motors ist der einfache Aufbau, der durch den Wegfall der Ventile erreicht wird. Anstelle von Einlass- und Auslassventilen verwendet der 2-Takt-Motor oft einen Kolbenport, um den Kraftstoff-Luft-Gemisch-Einlass und den Abgasauslass zu steuern. Der einfachere Aufbau erleichtert die Wartung und Reparatur des Motors.

Höhere Leistung und günstigeres Leistungsgewicht

Durch die doppelte Zahl der Arbeitstakte pro Kurbelwellenumdrehung im Vergleich zum 4-Takt-Motor erzeugt der 2-Takt-Motor eine höhere Leistung. Dies führt zu einem günstigeren Verhältnis von Leistung zu Gewicht, was den 2-Takt-Motor für Anwendungen geeignet macht, bei denen eine hohe Leistung in einem kompakten und leichten Design erforderlich ist.

Weniger bewegliche Teile und reparaturfreundlicher

Der 2-Takt-Motor hat in der Regel weniger bewegliche Teile im Vergleich zum 4-Takt-Motor. Dies erleichtert die Wartung und Reparatur, da weniger Komponenten überwacht und gewartet werden müssen. Darüber hinaus kann der einfachere Aufbau die Kosten für Ersatzteile und Reparaturen reduzieren.

Geringere Wartungskosten

Aufgrund des einfacheren Aufbaus und der geringeren Anzahl beweglicher Teile erfordert der 2-Takt-Motor oft weniger Wartung als der 4-Takt-Motor. Weniger Komponenten bedeuten weniger potenzielle Fehlerquellen und geringere Wartungskosten.

Gleichförmiges Drehmoment durch die doppelte Zahl der Arbeitstakte

Da der 2-Takt-Motor die Arbeitstakte in jeder Kurbelwellenumdrehung verdoppelt, erzeugt er ein gleichförmiges Drehmoment. Dies ermöglicht eine reibungslose Beschleunigung und bessere Leistung bei niedrigen Drehzahlen.

Höherer spezifischer Kraftstoffverbrauch, höherer Ölverbrauch

Der 2-Takt-Motor hat im Allgemeinen einen höheren spezifischen Kraftstoffverbrauch im Vergleich zum 4-Takt-Motor. Dies liegt zum Teil daran, dass ein Teil des unverbrannten Kraftstoffs im Abgas verloren geht. Darüber hinaus erfordert der 2-Takt-Motor die Zugabe von Motoröl zum Kraftstoff, um die Schmierung des Motors sicherzustellen. Dies führt zu einem höheren Ölverbrauch im Vergleich zum 4-Takt-Motor.

Höhere thermische Belastung und mechanische Beanspruchung

Der 2-Takt-Motor ist aufgrund der höheren Anzahl von Arbeitstakten pro Kurbelwellenumdrehung einer höheren thermischen Belastung und mechanischen Beanspruchung ausgesetzt. Dies kann zu einer erhöhten Verschleißrate führen und die Lebensdauer des Motors beeinträchtigen. Eine angemessene Kühlung und Schmierung sind daher entscheidend, um die thermische Belastung zu bewältigen und den Verschleiß zu minimieren.

Geringere Bremswirkung des Motors

Ein Nachteil des 2-Takt-Motors ist die geringere Bremswirkung im Vergleich zum 4-Takt-Motor.

Spülverfahren des 2 Takt Motors

Die Spülverfahren beim 2-Takt-Motor spielen eine wichtige Rolle, um die Verbrennungsprodukte aus dem Zylinder zu entfernen und frisches Kraftstoff-Luft-Gemisch für den nächsten Arbeitstakt bereitzustellen. Es gibt verschiedene Spülverfahren, die beim 2-Takt-Motor angewendet werden.

Gegenstromspülverfahren mit Querstromspülung

Beim Gegenstromspülverfahren strömt das frische Kraftstoff-Luft-Gemisch in entgegengesetzter Richtung zum Abgasstrom. Das Gemisch strömt durch den Einlasskanal in den Zylinder, während die Auspuffgase gleichzeitig durch den Auslasskanal abgeführt werden. Die Querstromspülung sorgt für eine effektive Reinigung des Zylinders, indem sie die Verbrennungsprodukte aus dem Zylinder verdrängt.

Umkehrspülung

Bei der Umkehrspülung wird das frische Kraftstoff-Luft-Gemisch durch den Auslasskanal in den Zylinder eingeleitet und die Auspuffgase durch den Einlasskanal abgeführt. Dieses Verfahren ermöglicht eine bessere Spülung des Zylinders und eine effizientere Verbrennung.

Gleichstromspülverfahren

Das Gleichstromspülverfahren wird bei bestimmten Konfigurationen von 2-Takt-Motoren eingesetzt, wie dem Doppelkolbenmotor und dem Gegenkolbenmotor. Beim Doppelkolbenmotor gibt es zwei Kolben, die sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen und so den Einlass- und Auslasskanal abwechselnd öffnen und schließen. Dies erzeugt einen gleichmäßigen Strom von frischem Gemisch und ermöglicht eine effektive Spülung des Zylinders. Beim Gegenkolbenmotor befinden sich die Kolben auf gegenüberliegenden Seiten eines gemeinsamen Zylinders, wodurch ebenfalls ein gleichmäßiger Spülstrom erzeugt wird.

Zweitaktmotor mit Auslassventil

Einige moderne 2-Takt-Motoren verwenden ein zusätzliches Auslassventil, um die Spülung zu verbessern. Das Auslassventil wird geöffnet, um den Zylinder effizienter zu spülen und die Verbrennungsprodukte abzuführen. Dieses Verfahren ermöglicht eine bessere Kontrolle über den Spülprozess und kann zu einer verbesserten Verbrennung und geringeren Emissionen führen.