Quelle aus Wikipedia, steht zum teil bearbeiten am schluss den satzes aber kannst ja dies löschen!
Allgemeine Prinzipien [Bearbeiten]Alle Zweitakter haben unabhängig von ihrer Bauart folgenden Prozessablauf:
1. Takt: Arbeit [Bearbeiten]Das Brennstoffgemisch wird gezündet und bewegt den Kolben vom oberen Totpunkt (OT) zum unteren Totpunkt (UT). Hierbei gibt es keinen Unterschied zum Viertakter. Die Besonderheit des Zweitakters liegt im anschließenden 2. Takt.
2. Takt: Ausspülen, befüllen, verdichten [Bearbeiten]Während der Kolben zum unteren Totpunkt dreht, wird durch die Freigabe des Überströmkanals das Abgas mit Frischgas (beim Dieselmotor entsprechend nur mit Luft) ausgespült und gleichzeitig der Zylinder befüllt. Auf dem Weg zum oberen Totpunkt verschließt der Kolben den Auslass und die Verdichtung beginnt. Schließlich zündet das Gemisch, und der erste Takt beginnt wieder.
Um ein positives Spülgefälle zu erzeugen, ist eine Spülpumpe erforderlich. In der einfachsten Bauform wird hierzu das Kurbelgehäuse verwendet, aus dem der Brennraum über Überströmkanäle befüllt wird. Die Steuerung erfolgt hierbei meist vom Kolben selber, indem dieser Aus- und Einlasskanal sowie die Überströmkanäle überfährt und so öffnet oder schließt. Alternativ kommen externe Spül- (Pressluft, Kompressor, Turbolader) und Steuer-Mechanismen (Drehschieber, Membran) zur Anwendung.
Vor - und Nachteile des Zweitaktprinzips [Bearbeiten]
Vorteile des Zweitakters gegenüber dem Viertakter [Bearbeiten]Der Arbeitsverlust der Ansaug- und Verdichtungstakte (Leerhub) entfällt; bei jeder Kurbelwellenumdrehung findet ein Arbeitstakt statt.
Im Vergleich zum Viertakter kann mit demselben Hubraum die beinahe doppelte Arbeit geleistet werden. Dadurch ergibt sich ein potentiell niedrigeres Leistungsgewicht. Dabei muss aber der effektive Hub berücksichtigt werden, denn der Zweitakter verdichtet erst nach dem Schließen der Schlitze. Bei gleichem effektiven Hub erreicht der Zweitakter somit etwa 40 bis 60 % mehr Drehmoment als ein Viertakter.
Einfachere Motorsteuerung, da auf Ventile entweder ganz verzichtet werden kann oder diese wesentlich einfacher zu koordinieren sind, da der Ausstoß- und Ansaugetakt entfällt. Damit entfallen auch Kosten, Volumen, Gewicht und Antriebsverluste für die Ventilsteuerung.
Bei großvolumigen, schweren Motoren wie etwa Schiffsmotoren ist besonders die einfache wartungsfreundliche Konstruktion und die mögliche Nutzung von Schweröl relevant.
Vibrationsärmer
Gleichförmigeres Drehmoment, keine Leertakte
Hohe Hubraumleistung
Lageunabhängigkeit: Bei Gemischschmierung gibt es keine Ölwanne, deshalb kann der Motor in jeder Position arbeiten (das ist wichtig für handgeführte Geräte wie Motorsägen oder Heckenscheren).
Nachteile des Zweitakters [Bearbeiten]Die Befüllung muss entweder über externe Mechanismen (Spülgebläse) oder die Kurbelkastenpumpe geleistet werden.
Schlechtere Befüllung der Zylinder (Spülverluste), was nur bei sehr langsamen Drehzahlen nicht ins Gewicht fällt. Abwechselnd Füllungsminima und -maxima in Verbindung mit der Kurbelkastenpumpe (dies fällt bei fremdgespülten Motoren weg).
Bei höheren Drehzahlen eine größere thermische Belastung des Kolbens (und beim Ottomotor der Zündkerze), da die kühlenden Ansauge- und Verdichtungstakte fehlen.
Bei Schlitzsteuerung hohe thermische Belastung im Bereich des Auslassschlitzes.
Schieberuckeln
Schlechtes Abgasverhalten, hoher Anteil an unverbrannten Kohlenwasserstoffen (hoher HC-Wert) beim Benzinmotor.
Verlustölschmierung (teilweise durch Getrenntschmierung).
Druckumlaufschmierung nur mit einem drucklosen Kurbelgehäuse möglich, erfordert deshalb ein Spülgebläse.
Schmierung bei geringen Drehzahlen problematisch, da die Temperatur nicht hoch genug wird.
Aufgrund dieser Charakteristika kommt der Zweitakter heute entweder bei großen, langsamlaufenden Motoren zum Einsatz oder bei Anwendungen, wo Kosten, Baugröße oder Gewicht wichtiger sind als der Wirkungsgrad, so etwa bei Leichtflugzeugen, Glühzündern im Modellbau oder Arbeitsgeräten wie Motorsägen und Außenbordmotoren.
Die hier geschilderten Vor- und Nachteile treffen für den herkömmlichen Zweitakt-Motor zu; ganz eigene Vor- und Nachteile hat der Zweitakt-Gegenkolbenmotor.
Bauweisen des Zweitaktmotors [Bearbeiten]
Klassischer Zweitaktmotor [Bearbeiten]Eine Besonderheit von Zweitaktmotoren ist ihre Eigenschaft, die Gemischaufbereitung auch ohne Ventile zu regeln. Dies ist sowohl für Otto- als auch für Dieselmotoren möglich. Diese Bauweise ist im allgemeinen Sprachgebrauch fast synonym zu Zweitakter.
Arbeitsweise eines Hochleistungs-Zweitaktmotors mit Kraftstoffeinspritzung, Membransteuerung und Resonanzauspuff
Klassischer Otto-Zweitaktmotor [Bearbeiten]Um die Arbeitsweise dieses Motors besser verstehen zu können, verfolgt man am besten den Weg des Gases durch den Motor. Beim Zweitakt-Ottomotor erfolgt die Gasverarbeitung in folgenden Schritten:
Ansaugen – Der Kolben bewegt sich vom sogenannten unteren Totpunkt (UT) zum oberen Totpunkt (OT) und erzeugt dadurch einen Unterdruck im Kurbelwellengehäuse. Dieser Unterdruck bewirkt bei geöffnetem Einlasskanal ein Ansaugen des Kraftstoff-Luft-Gemisches.
Vorverdichten – Der Kolben bewegt sich vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt, nach dem Schließen des Einlasskanals durch die untere Kolbenkante (oder durch die Membrane, wie im Bild oben) wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch vorverdichtet.
Überströmen – Danach werden durch die obere Kolbenkante die Überströmkanäle geöffnet, und das vorverdichtete Gas strömt in den Brennraum. Es erfolgt die Spülung des Brennraumes, bei der Abgas durch Frischgas ersetzt wird.
Verdichten – Der Kolben bewegt sich vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt; durch die obere Kolbenkante werden zuerst die Überströmkanäle, dann der Auslass verschlossen. Danach erfolgt durch die weitere Hubbewegung die Verdichtung des Kraftstoff-Luft-Gemisches.
Arbeiten – Das Gemisch wird entzündet und verbrennt. Die dabei entstehende Flammenwand innerhalb des Brennraumes breitet sich dabei mit ungefähr zweifacher Schallgeschwindigkeit aus. Durch die Reaktionswärme dehnen sich die Gase aus und erzeugen den Arbeitsdruck, der den Kolben in Richtung unterer Totpunkt drückt. Der Arbeitstakt ist der einzige Takt, bei dem nutzbare Energie freigesetzt wird.
Auslassen – Auf dem Weg vom oberen zum unteren Totpunkt wird der Auslass durch die obere Kolbenkante geöffnet; die Abgase können entweichen.
Die einzelnen Schritte laufen teilweise parallel ab, denn die gesamte Prozedur findet während einer einzigen Umdrehung der Kurbelwelle statt. Dabei werden alle Schritte in zwei Takte unterteilt. Der erste Takt beinhaltet alle Abläufe, die während der Aufwärtsbewegung des Kolbens (von UT nach OT) erfolgen. Der zweite Takt umfasst die Abläufe, welche während der Abwärtsbewegung des Kolbens (von OT nach UT) erledigt werden.
1. Takt – Verdichten und ansaugen:
Während der Aufwärtsbewegung des Kolbens wird zunächst der Überströmkanal, später die Auslassöffnung verschlossen.
Während der weiteren Aufwärtsbewegung des Kolbens wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Zylinder weiter verdichtet und kurz vor Erreichen des oberen Totpunkts bereits entzündet (siehe hierzu Verdichtungsverhältnis, Kompressionsdruck).
Im Vorverdichtungsraum unter dem Kolben wird neues Frischgas durch den Einlasskanal angesaugt.
2. Takt – Arbeiten, vorverdichten, überströmen und auslassen:
Der Kolben durchläuft den oberen Totpunkt. Die Zündkerze entzündet das Gemisch im Brennraum über dem Kolben. Durch die Temperaturerhöhung steigt der Druck im Brennraum. 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 (Ladepumpen-Funktion des Kurbelraums).
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.
Die Steuerung des Öffnens und des Schließens der Kanäle erfolgt meist durch den Kolben, kann aber auch durch Drehschieber und Membranen erfolgen.
Der Zweitaktmotor ist ein Resonanzsystem, dessen Leistungsentfaltung von den Schwingungseigenschaften der verwendeten Gase abhängig ist. Bereits beim Ansaugvorgang werden die Resonanzeigenschaften des Frischgases ausgenutzt. Das Frischgas strömt während der Aufwärtsbewegung des Kolbens in das Kurbelgehäuse, wobei alleine die Massenträgheit des Gases dafür sorgt, dass es bei der Abwärtsbewegung des Kolbens nicht wieder herausgedrückt wird.
Beim Auslass-Vorgang kann die Schwingung der Abgase durch geeignete Gestaltung der Auspuffanlage besonders effektiv genutzt werden (siehe Bild oben). Sobald der Kolben den Auslass-Schlitz freigibt, strömen die Abgase in den Auspuff. Bei Erfüllung der Resonanzbedingung (bei der richtigen Drehzahl) entsteht an der Auslassöffnung ein Unterdruck, weil der nachfolgende Diffusor (1. Kegelstumpf) eine Unterdruckwelle reflektiert, die den Spülvorgang unterstützt. Am 2. Kegelstumpf wird etwas später eine Druckwelle reflektiert. Dadurch wird Frischgas, das in den Auspuff gedrückt wurde, in den Zylinder zurückgeschoben. Dabei handelt es sich um eine Aufladung wie durch einen mechanischen Lader. Damit werden die Verluste gemindert und die Literleistung erhöht (Resonanzauspuff). Die Länge und Form des Auspuffs in Verbindung mit der Höhe des Auslass-Schlitzes entscheiden über das Drehzahlband, welches der Auspuff unterstützt. Bei kurzen Auspuffen und hohen Auslass-Schlitzen ist die Zeit, in der das verbrannte Abgas wieder reflektiert bzw. herausgesogen wird kürzer und somit eher für höhere Drehzahlen konzipiert. Das Gegenteil gilt für lange Auspuffe und flache Auslass-Schlitze. Alles läuft mit Schallgeschwindigkeit ab, die wegen der sehr hohen Abgastemperatur sehr viel höher als bei 20 °C ist.
Da in erster Näherung am Ende des Ansaugvorganges immer atmosphärischer Druck im Zylinder ist, kann beim Otto-Zweitaktmotor von Qualitätsregelung gesprochen werden. Variiert über die Drosselklappe des Einlasssystems wird nur das Verhältnis von Gemisch zu Restabgas im Zylinder. Der im Teillastbereich hohe Anteil von Abgasen im Zylinder führt zu schlechten Verbrennungsgüten und hohen CO- und CH-Gehalten. Auf einen Lastpunkt z.B. in stationären Betrieb sind die Strömungsverhältnisse optimal abstimmbar mit entsprechend hohen Wirkungsgraden und gutem Abgasverhalten.
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