Aufbau Eines 2 Takt Motors

Aufbau und Funktionsweise eines Zweitaktmotors: Eine Einführung

Der Zweitaktmotor, auch bekannt als 2-Takt-Motor, ist eine Bauart des Verbrennungsmotors, die im Gegensatz zum Viertaktmotor jeden Arbeitszyklus in nur zwei Takten (einer Umdrehung der Kurbelwelle) vollendet. Dies ermöglicht theoretisch eine höhere Leistungsausbeute bei gleichem Hubraum, bringt aber auch spezifische Vor- und Nachteile mit sich. Dieser Artikel erklärt den Aufbau und die Funktionsweise eines Zweitaktmotors detailliert.

Grundlegende Bauteile eines Zweitaktmotors

Die Hauptbestandteile eines Zweitaktmotors ähneln denen eines Viertaktmotors, jedoch mit einigen wichtigen Unterschieden:

Zylinder: Der Zylinder ist der Raum, in dem sich der Kolben auf und ab bewegt. Er ist aus Metall gefertigt und muss hohe Temperaturen und Drücke aushalten.
Kolben: Der Kolben ist ein bewegliches Teil, das im Zylinder auf und ab gleitet. Er ist über ein Pleuel mit der Kurbelwelle verbunden. Seine Bewegung erzeugt den Unterdruck für das Ansaugen und verdichtet das Kraftstoff-Luft-Gemisch.
Zylinderkopf: Der Zylinderkopf verschließt den Zylinder nach oben. Er enthält in der Regel die Zündkerze und, bei manchen Bauarten, auch Ventile (obwohl Zweitakter meist spülgesteuert sind).
Kurbelwelle: Die Kurbelwelle wandelt die lineare Bewegung des Kolbens in eine Drehbewegung um. Sie ist mit dem Pleuel verbunden und treibt die Abtriebswelle an.
Pleuel: Das Pleuel verbindet den Kolben mit der Kurbelwelle und überträgt die Kraft.
Vergaser oder Einspritzanlage: Der Vergaser (bei älteren Modellen) oder die Einspritzanlage (bei moderneren Modellen) mischt das Kraftstoff-Luft-Gemisch im richtigen Verhältnis.
Zündkerze: Die Zündkerze entzündet das komprimierte Kraftstoff-Luft-Gemisch.
Auspuffanlage: Die Auspuffanlage leitet die Abgase ab und spielt eine wichtige Rolle bei der Spülung des Zylinders. Die Form und Länge des Auspuffs können die Motorleistung erheblich beeinflussen.
Überströmkanäle: Dies sind Kanäle im Zylinder, die das Frischgas (Kraftstoff-Luft-Gemisch) vom Kurbelgehäuse in den Zylinder leiten.
Einlasskanal: Der Einlasskanal ermöglicht den Eintritt des Kraftstoff-Luft-Gemisches in das Kurbelgehäuse. Die Steuerung des Einlasses kann durch einen Kolben gesteuert sein (kolbengesteuert) oder durch ein Membranventil.
Auslasskanal: Der Auslasskanal ermöglicht den Austritt der Abgase aus dem Zylinder.
Kurbelgehäuse: Bei den meisten Zweitaktmotoren dient das Kurbelgehäuse als Vorkammer, in der das Kraftstoff-Luft-Gemisch angesaugt und vorverdichtet wird.

Die zwei Takte des Zweitaktmotors

Der Arbeitszyklus eines Zweitaktmotors besteht aus zwei Takten:

1. Takt: Verdichtung und Auslass

Während sich der Kolben von unterem Totpunkt (UT) nach oberem Totpunkt (OT) bewegt, finden gleichzeitig zwei Vorgänge statt:

Verdichtung: Der Kolben verdichtet das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Zylinder. Kurz vor dem oberen Totpunkt wird das Gemisch durch die Zündkerze entzündet.
Vorverdichtung im Kurbelgehäuse: Gleichzeitig erzeugt die Abwärtsbewegung des Kolbens im Kurbelgehäuse einen Unterdruck, der durch den Einlasskanal ein frisches Kraftstoff-Luft-Gemisch ansaugt. Der Einlasskanal wird entweder durch den Kolben selbst (Kolbensteuerung) oder durch ein Membranventil gesteuert.

2. Takt: Arbeitstakt und Spülung

Nach der Zündung wird das verdichtete Gemisch explosionsartig verbrannt, wodurch sich der Kolben vom oberen Totpunkt (OT) nach unterem Totpunkt (UT) bewegt. Auch hier laufen mehrere Prozesse gleichzeitig ab:

Arbeitstakt: Der Druck der Verbrennungsgase treibt den Kolben nach unten und überträgt die Kraft über Pleuel und Kurbelwelle auf die Abtriebswelle.
Auslass: Kurz bevor der Kolben den unteren Totpunkt erreicht, öffnet er den Auslasskanal. Die verbrannten Abgase entweichen aufgrund des hohen Drucks in den Auspuff.
Spülung: Kurz nachdem der Auslasskanal geöffnet wurde, gibt der Kolben die Überströmkanäle frei. Das vorverdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch aus dem Kurbelgehäuse strömt nun durch die Überströmkanäle in den Zylinder. Es drängt die restlichen Abgase aus dem Zylinder (Spülung) und füllt ihn mit frischem Gemisch.

Dieser Zyklus wiederholt sich fortlaufend.

Spülverfahren im Zweitaktmotor

Die Spülung, also das Ausstoßen der Abgase und das Einbringen des Frischgases, ist ein kritischer Punkt im Zweitaktmotor. Es gibt verschiedene Spülverfahren:

Querstromspülung: Bei der Querstromspülung befinden sich Einlass- und Auslasskanal auf gegenüberliegenden Seiten des Zylinders. Das Frischgas strömt quer durch den Zylinder und spült die Abgase auf der gegenüberliegenden Seite heraus. Diese Methode ist relativ einfach, aber weniger effizient, da ein Teil des Frischgases unverbrannt in den Auspuff gelangt.
Umkehrspülung: Bei der Umkehrspülung sind die Überströmkanäle so angeordnet, dass das Frischgas zunächst nach oben gegen den Zylinderkopf strömt und dann nach unten umkehrt, um die Abgase aus dem Auslasskanal zu spülen. Dies verbessert die Spülwirkung und reduziert den Frischgasverlust.
Schlitzspülung: Dies ist eine Variante der Umkehrspülung, bei der die Überströmkanäle als Schlitze im Zylinder ausgeführt sind.

Ölversorgung im Zweitaktmotor

Im Gegensatz zum Viertaktmotor hat der Zweitaktmotor kein separates Ölbad. Die Schmierung der beweglichen Teile (Kolben, Zylinderwand, Kurbelwelle, Pleuellager) erfolgt durch Öl, das dem Kraftstoff beigemischt wird (Gemischschmierung). Es gibt auch Zweitaktmotoren mit separater Öleinspritzung, bei denen das Öl direkt in den Ansaugtrakt oder das Kurbelgehäuse eingespritzt wird. Diese Systeme sind präziser und reduzieren den Ölverbrauch. Die korrekte Ölbeimischung ist entscheidend für die Lebensdauer des Motors.

Vor- und Nachteile des Zweitaktmotors

Vorteile:

Hohe Leistung bei geringem Gewicht: Durch die doppelte Anzahl an Arbeitstakten im Vergleich zum Viertaktmotor kann der Zweitakter bei gleichem Hubraum mehr Leistung erzeugen.
Einfacher Aufbau: Weniger bewegliche Teile machen den Motor leichter und potenziell wartungsärmer (obwohl dies durch die Notwendigkeit der Gemischschmierung relativiert wird).
Schnelle Beschleunigung: Die hohe Leistung bei geringem Gewicht ermöglicht eine schnelle Beschleunigung.

Nachteile:

Höherer Kraftstoffverbrauch: Die unvollständige Verbrennung und der Frischgasverlust während der Spülung führen zu einem höheren Kraftstoffverbrauch.
Höhere Emissionen: Ebenfalls aufgrund der unvollständigen Verbrennung und des Frischgasverlusts sind die Abgasemissionen höher.
Lauterer Betrieb: Der Zweitaktmotor ist in der Regel lauter als ein Viertaktmotor.
Gemischschmierung erforderlich: Die Notwendigkeit der Gemischschmierung erfordert eine sorgfältige Überwachung und kann zu Ablagerungen im Motor führen.

Anwendungsbereiche des Zweitaktmotors

Aufgrund seiner spezifischen Eigenschaften wird der Zweitaktmotor hauptsächlich in Anwendungen eingesetzt, bei denen es auf ein geringes Gewicht und hohe Leistung ankommt. Typische Anwendungsbereiche sind:

Motorroller und Mopeds: Insbesondere in älteren Modellen ist der Zweitaktmotor weit verbreitet.
Kettensägen und Freischneider: Das geringe Gewicht und die hohe Leistung sind ideal für diese Geräte.
Boote und Außenbordmotoren: Auch hier spielen das Gewicht und die Leistung eine wichtige Rolle.
Motocross-Motorräder: Zweitaktmotoren bieten eine explosive Leistungsentfaltung, die für den Motocross-Sport von Vorteil ist.
Modellbau: In Modellflugzeugen und -autos werden oft kleine Zweitaktmotoren eingesetzt.

Obwohl der Zweitaktmotor aufgrund strengerer Emissionsvorschriften in vielen Bereichen an Bedeutung verloren hat, gibt es nach wie vor Anwendungen, in denen seine Vorteile gegenüberwiegen. Moderne Zweitaktmotoren mit Direkteinspritzung und optimierter Spülung versuchen, die Nachteile in Bezug auf Emissionen und Kraftstoffverbrauch zu minimieren.