Zweitakter

Totgesagte leben länger. Der Zweitakter ist zwar aus dem Motorradbereich fast verschwunden, lebt aber sicherlich noch eine ganze Weile in den Kleinkrafträdern wie Mofas, Roller und 125‘er weiter .Wenn man aber einen kompakten, leichten und leistungsstarken Motor haben möchte, ist der Zweitakter immer noch sehr attraktiv! Deswegen eine kleine Zweitaktkunde:

Um gleich mal mit dem Begriff Zweitakter aufzuräumen: Der Zweitakter heißt nicht Zweitakter, weil er nur zwei Takte hat, er hat nämlich sechs. Der Name ist historisch begründet, da er nur eine Kurbelwellenumdrehung braucht, um Energie zu liefern (im Gegensatz zum Viertakter, der braucht zwei). Halb so viele Umdrehungen ergo, hat er auch nur halb so viele Takte? Warum er so heißt ist letztendlich nicht mehr Nachweisbar; es gibt noch mehr Theorien.

So jetzt bauen wir uns erst mal einen ganz einfachen Motor und machen ihn dann richtig modern.
Als erstes brauchen wir eine Kurbelwelle mit einem Gehäuse, ein Pleuel und den Kolben mit seinem Zylinder:

Zweitakt Motor 1. Takt (Ansaugen):

Verfolgen wir einfach mal den Weg des
Kraftstoff-Luft-Gemisches (rot): Der
Kolben (grün) bewegt sich im Zylinder
nach oben. Unterhalb des Kolbens
(im Kurbelgehäuse) herrscht Unterdruck. Das Gemisch wird durch den Ansaugkanal (blau) angesaugt,
sobalt der Kolben ihn frei gibt.

Zweitakt Motor
2. Takt (Vorverdichten):

Wenn der Kolben wieder nach unten geht,
schließt er den Ansaugkanal wieder.
Das Gemisch wird durch den Kolben vorverdichtet.
( Das Volumen unterhalb des Kolbens nimmt ja ab.)

Zweitakt Motor 3. Takt (überströmen):

Wenn der Kolben weit genug unten ist (das heißt eigentlich “kurz vor UT“(unterer Totpunkt)), gibt er den überströmkanal (blau) frei. Das Gemisch (rot) kann in den Brennraum strömen. Das Gemisch strömt dabei so schnell in den Brennraum, daß im Kurbelwellengehäuse ein Unterdruck entsteht und bevor der wieder abgebaut werden kann, schließt der Kolben den überströmkanal. (Deswegen konnte das Gemisch ja auch im ersten Takt angesaugt werden.)

Zweitakt Motor 4. Takt (Verdichten):

Wenn der Kolben den überströmkanal
wieder verdeckt, wird das Gemisch
durch die weitere Aufwärtsbewegung verdichtet.

Zweitakt Motor 5. Takt (Arbeiten):

Das Gemisch wird durch die Zündkerze (blau) entzündet. Von der Zündkerze aus verbreitet sich eine Flammenwand (rot) quer durch den Brennraum. Das verbrennende Gemisch übt auf den Kolben so einen großen Druck aus, daß er nach unten gedrückt wird. Der Kolben bewegt die Kurbelwelle, der Motor gibt Leistung ab.
(Das Gemisch wird übrigens schon entzündet, wenn der Kolben noch nicht ganz oben ist ( “oberer Totpunkt“), damit die Flammenwand Zeit hat sich zu verbreiten.)

Zweitakt Motor 6. Takt (Auslassen):

Wenn das Gemisch verbrannt ist und der Kolben so weit nach unten gedrückt wurde, daß er den Auslasskanal (blau) frei gibt, kann das verbrannte Gemisch in Richtung Auspuff entweichen.

Die ganzen Takte laufen oberhalb und unterhalb des Kolbens natürlich gleichzeitig ab, so daß es bei jeder Abwärtsbewegung des Kolbens einen Verbrennungstakt gibt.

Die ganzen Kanäle sind dabei natürlich so angeordnet, daß sich die einzelnen Takte nicht ins Gehege kommen und sich z.B. das Frischgas aus Takt drei und die Abgase sich möglichst nicht vermischen.
Vermeiden läßt sich das leider nicht immer, da einige physikalische Gegebenheiten dagegen sprechen: Die Geschwindigkeit der Flammenfront ist z.B. immer gleich (ca. zweifache Schallgeschwindigkeit). Der Motor soll aber ja mit verschiedenen Drehzahlen arbeiten können. Bei niedrigen Drehzahlen dauert es länger bis der Auslasskanal frei ist, als bei höheren. Dadurch wird bei hohen Drehzahlen das Gemisch nicht vollständig verbrannt, sondern landet im Auspuff. Auch vermischt sich Frischgas immer etwas mit den Abgasen (daher auch die hohen CO und CH-Werte im Abgas). Das alles hat natürlich Leistungsverluste zur Folge.
Um die Nachteile zu Reduzieren haben sich die Hersteller einiges einfallen lassen:

Zweitakt Motor

Als erstes bauen wir eine Membrane in unseren Motor ein: Sobald Untersruck im Kurbelwellengehäuse herrscht, öffnen sich die Membranen(rot) und Gemisch kann einströmen. Sobald der Druck steigt schließen die Membranen wieder und das Gemisch kann nicht zurück. Dadurch haben wir schon mal mehr Gemisch zur Verfügung, als in unserem einfachen Motor, und daß erhöht die Leistung. (Diese Membrane steck mittlerweile in über 90% aller Zweitakter.)

Zweitakt Motor

Im Auslasskanal bauen wir eine Klappe(rot) ein. Jetzt kann der Auslasskanal mit seiner Oberkante auf hohe Drehzahlen ausgelegt werden: Die Oberkante ist schön hoch, so daß bei hohen Drehzahlen das Abgas rechtzeitig in die Auspuffanlage entweichen kann. Dreht der Motor niedrig, so senkt sich die Klappe, und die Oberkante des Kanals ist jetzt niedriger; Das Gemisch kann länger auf den Kolben wirken. Das gibt noch mal richtig Drehmoment im unteren Bereich. (Bei Yamaha heißt das z.B. YPVS: Yamaha Power Valve System)

Kommen wir zu dem wichtigsten Abstimmungsbauteil bei einem Zweitakter, der Auspuffanlage:

Zweitakt Motor

Wenn der Auslasskanal vom Kolben geöffnet wird, strömt das Abgas(rot) Richtung Auspuff. Wenn es am Resonator (blau) angekommen ist, muß das Abgas mehr Volumen ausfüllen.Dadurch entsteht im Auspuff ein Unterdruck, welcher aus dem Motor noch mehr Abgase und auch einen Teil Frischgase in die Auspuffanlage zieht.

Zweitakt Motor

Wenn das Abgas am Reflektor angekommen ist, muß es wieder einen kleineren Raum einnehmen. Dadurch entsteht ein Überdruck, der das Frischgas wieder in den Motor drückt.

Durch diesen Effekt wird der Motor so weit “aufgeladen“, das er gut das doppelte leisten kann. Das ganze Funktioniert natürlich nur in einem Bestimmten Drehzahlband: Dreht der Motor z.B.zu niedrig ist unter anderem der Überdruck schon wieder zusammengebrochen, bevor der Kolben den Auslasskanal wieder geschlossen hat (deswegen das typische Leerlaufverhalten von Zweitaktern).