Was ist ein Zweitaktmotor?

Ein Zweitaktmotor ist eine Art Verbrennungsmotor, der einen Leistungszyklus mit zwei Kolbenhüben während nur einer Kurbelwellenumdrehung abschließt. Dies steht im Gegensatz zu einem „Viertaktmotor“, der vier Kolbenhübe benötigt, um einen Leistungszyklus während zweier Kurbelwellenumdrehungen abzuschließen.

Bei einem Zweitaktmotor erfolgen das Ende des Verbrennungstakts und der Beginn des Kompressionstakts gleichzeitig, wobei die Einlass- und Auslassfunktionen gleichzeitig auftreten.

Zweitaktmotoren haben oft ein hohes Leistungsgewicht, wobei die Leistung in einem engen Drehzahlbereich verfügbar ist, der als „Leistungsband“ bezeichnet wird. Zweitaktmotoren haben im Vergleich zu Viertaktmotoren eine stark reduzierte Anzahl beweglicher Teile.

Geschichte des Zweitaktmotors

Der erste kommerzielle Zweitaktmotor mit Zylinderkompression wird dem schottischen Ingenieur Dugald Clerk zugeschrieben, der sein Design 1881 patentierte. Im Gegensatz zu späteren Zweitaktmotoren hatte er jedoch einen separaten Ladezylinder.

Der Motor mit Kurbelgehäusespülung, der den Bereich unterhalb des Kolbens als Ladepumpe nutzt, wird im Allgemeinen dem Engländer Joseph Day zugeschrieben. Am 31. Dezember 1879 stellte der deutsche Erfinder Karl Benz einen Zweitakt-Gasmotor her, für den er 1880 in Deutschland ein Patent erhielt.

Der erste wirklich praktische Zweitaktmotor wird dem Yorkshireman Alfred Angas Scott zugeschrieben, der 1908 mit der Produktion von wassergekühlten Zweizylinder-Motorrädern begann.

Benzin (funkenzündung) versionen sind besonders nützlich in leichte oder tragbare anwendungen wie kettensägen und motorräder.

Wenn Gewicht und Größe jedoch keine Rolle spielen, ist der Zyklus aufgrund seines Potenzials für einen hohen thermodynamischen Wirkungsgrad ideal für Diesel-Selbstzündungsmotoren geeignet, die in großen, gewichtsunempfindlichen Anwendungen wie Schiffsantrieben, Eisenbahnlokomotiven und Stromerzeugung eingesetzt werden.

Bei einem Zweitaktmotor übertragen die Abgase weniger Wärme an das Kühlsystem als bei einem Viertaktmotor, was mehr Energie für den Antrieb des Kolbens und gegebenenfalls eines Turboladers bedeutet.

Wie funktioniert ein Zweitaktmotor?

Wie der Name schon sagt, benötigt der Zweitaktmotor nur Zweikolbenbewegungen (ein Zyklus), um Strom zu erzeugen. Der Motor kann nach einem Zyklus Leistung erzeugen, da Abgas und Ansaugung des Gases gleichzeitig erfolgen.

Es gibt ein Ventil für den Ansaughub, das sich aufgrund sich ändernder Drücke öffnet und schließt. Darüber hinaus wird der Kraftstoff aufgrund seines häufigen Kontakts mit beweglichen Bauteilen mit Öl gemischt, um eine Schmierung hinzuzufügen, die sanftere Hübe ermöglicht.

Insgesamt enthält ein Zweitaktmotor zwei Prozesse:

• Kompressionshub: Die Einlassöffnung öffnet sich, das Luft-Kraftstoff-Gemisch tritt in die Kammer ein und der Kolben bewegt sich nach oben, um dieses Gemisch zu komprimieren. Eine Zündkerze zündet den komprimierten Kraftstoff und beginnt den Arbeitstakt.
• Krafthub: Das erwärmte Gas übt einen hohen Druck auf den Kolben aus, der Kolben bewegt sich nach unten (Expansion), die Abwärme wird erschöpft.

Der thermische Wirkungsgrad dieser Benzinmotoren variiert je nach Modell und Design des Fahrzeugs. Im Allgemeinen wandeln Benzinmotoren jedoch 20% der (chemischen) Kraftstoffenergie in mechanische Energie um, wobei nur 15% zum Bewegen der Räder verwendet werden (der Rest geht durch Reibung und andere mechanische Elemente verloren).

Im Vergleich zu Viertaktmotoren sind Zweitakte leichter, effizienter, können minderwertigeren Kraftstoff verwenden und sind kostengünstiger. Daher führen die leichteren Motoren zu einem höheren Leistungsgewicht (mehr Leistung für weniger Gewicht).

Ihnen fehlt jedoch die Manövrierfähigkeit, die bei Viertaktmotoren möglich ist, und sie benötigen mehr Schmierung. Dies macht einen Zweitaktmotor ideal für Schiffe (müssen viel Fracht tragen), Motorräder und Rasenmäher – während ein Viertakt ideal für Autos wie Autos und Lastwagen wäre.

Konstruktion eines Zweitaktmotors

• Kolben: Kolben überträgt die expandierende Kraft von Gasen auf die mechanische Drehung der Kurbelwelle durch eine Pleuelstange.
• Kurbelwelle: Sie wandelt die Hin- und Herbewegung in eine Drehbewegung um.
• Pleuelstange: Sie überträgt die Bewegung von einem Kolben auf eine Kurbelwelle und wirkt als Hebelarm.
• Schwungrad: Es ist ein mechanisches Gerät, das zur Speicherung von Energie verwendet wird.
• Zündkerze: Sie liefert elektrischen Strom an die Brennkammer und zündet wiederum das Luft-Kraftstoff-Gemisch, was zu einer abrupten Ausdehnung der Gase führt.
• Gegengewicht: Das Gegengewicht auf der Kurbelwelle wird verwendet, um die Vibrationen aufgrund von Unwuchten in der rotierenden Baugruppe zu reduzieren.
• Einlass- und Auslassöffnungen: Diese Anschlüsse ermöglichen den Eintritt und Austritt von Frischluft mit Kraftstoff aus dem Zylinder.

Arten von Zweitaktmotoren

Die mechanischen Details verschiedener Zweitaktmotoren unterscheiden sich je nach Typ. Die Konstruktionstypen variieren je nach dem Verfahren zum Einführen der Ladung in den Zylinder, dem Verfahren zum Spülen des Zylinders und dem Verfahren zum Ablassen des Zylinders.

1. Kolbengesteuerte Einlassöffnung.
2. Reed einlass ventil.
3. Dreheinlassventil.
4. Cross-Flow-Spülung.
5. Schleife Spülung.
6. Uniflow-Spülung.
7. Stufenkolbenmotor.

Kolben-gesteuert einlass port

Kolben port ist die einfachste der designs und die häufigste in kleine zwei-hub motoren. Alle Funktionen werden ausschließlich durch den Kolben gesteuert, der die Öffnungen abdeckt und freigibt, während er sich im Zylinder auf und ab bewegt.

In den 1970er Jahren arbeitete Yamaha einige Grundprinzipien für dieses System aus. Sie fanden heraus, dass im Allgemeinen das Verbreitern einer Auslassöffnung die Leistung um den gleichen Betrag erhöht wie das Anheben der Öffnung, aber das Leistungsband verengt sich nicht wie beim Anheben der Öffnung.

Reed einlass ventil

Die reed ventil ist eine einfache, aber hoch effektive form von überprüfen ventil häufig ausgestattet in die ansaugtrakt der kolben-gesteuert port. Es ermöglicht die asymmetrische Aufnahme der Kraftstoffladung, verbessert die Leistung und Wirtschaftlichkeit und erweitert gleichzeitig das Leistungsband. Solche Ventile werden häufig in Motorrädern, Geländefahrzeugen und Außenbordmotoren verwendet.

Dreheinlassventil

Der Ansaugweg wird von einem rotierenden Glied geöffnet und geschlossen. Ein bekannter Typ, der manchmal bei kleinen Motorrädern zu sehen ist, ist eine an der Kurbelwelle befestigte Schlitzscheibe, die eine Öffnung am Ende des Kurbelgehäuses abdeckt und freilegt, so dass während eines Teils des Zyklus Ladung eintreten kann (als Scheibenventil bezeichnet).

Eine andere Form des Dreheinlassventils, das bei Zweitaktmotoren verwendet wird, verwendet zwei zylindrische Elemente mit geeigneten Aussparungen, die ineinander drehbar angeordnet sind – das Einlassrohr hat nur dann einen Durchgang zum Kurbelgehäuse, wenn die beiden Aussparungen zusammenfallen.

Die Kurbelwelle selbst kann eines der Glieder bilden, wie bei den meisten Glühkerzenmotoren. In einer anderen Ausführung ist die Kurbelscheibe spielschlüssig im Kurbelgehäuse angeordnet und mit einer Aussparung versehen, die zu gegebener Zeit mit einem Einlaßkanal in der Kurbelgehäusewandung fluchtet, wie bei Vespa-Motorrollern.

Cross-Flow-Spülung

Bei einem Cross-Flow-Motor befinden sich die Transfer- und Auslassöffnungen auf gegenüberliegenden Seiten des Zylinders, und ein Deflektor auf der Oberseite des Kolbens leitet die frische Ansaugladung in den oberen Teil des Zylinders und drückt das restliche Abgas auf der anderen Seite des Deflektors nach unten und aus der Auslassöffnung heraus.

Loop scavenging

Diese Spülmethode verwendet sorgfältig geformte und positionierte Transferöffnungen, um den Fluss des frischen Gemisches beim Eintritt in den Zylinder in die Brennkammer zu leiten. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch trifft auf den Zylinderkopf, folgt dann der Krümmung der Brennkammer und wird dann nach unten abgelenkt.

Dies verhindert nicht nur, dass das Kraftstoff-Luft-Gemisch direkt aus der Auslassöffnung austritt, sondern erzeugt auch wirbelnde Turbulenzen, die die Verbrennungseffizienz, Leistung und Wirtschaftlichkeit verbessern. Normalerweise ist kein Kolbenabweiser erforderlich, daher hat dieser Ansatz einen deutlichen Vorteil gegenüber dem Querstromschema.

Uniflow-Spülung

In einem Uniflow-Motor tritt das Gemisch oder „Ladeluft“ im Falle eines Diesels an einem Ende des Zylinders ein, das durch den Kolben gesteuert wird, und das Abgas tritt am anderen Ende aus, das durch ein Auslassventil oder einen Kolben gesteuert wird. Der Spülgasstrom erfolgt daher nur in eine Richtung, daher der Name Uniflow.

Stufenkolbenmotor

Der Kolben dieses Motors ist „zylinderförmig“; der obere Abschnitt bildet den regulären Zylinder, und der untere Abschnitt führt eine Spülfunktion aus. Die Einheiten laufen paarweise, wobei die untere Hälfte eines Kolbens eine benachbarte Brennkammer beaufschlagt.

Anwendungen von Zweitaktmotoren

• Zweitaktmotoren werden bevorzugt, wenn mechanische Einfachheit, geringes Gewicht und ein hohes Leistungsgewicht Priorität haben.
• Sie werden nach der traditionellen Methode des Einmischens von Öl in den Kraftstoff geschmiert und können in jeder Ausrichtung bearbeitet werden, da sie kein von der Schwerkraft abhängiges Reservoir haben. Dies macht sie für ihre Verwendung in handgeführten Werkzeugen wie Kettensägen wünschenswert.
• Zweitaktmotoren finden sich in kleinen Antriebsanwendungen wie Motorrädern, Mopeds und Dirtbikes.