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  Verbrennungsmotor - Zweitaktmotor 1



Über die Spitzen-Drehzahl eines Viertakters, sogar eines F1-Motors, würde eine Zweitakt-Rennmaschine z.B. mit 50 cm3 nur lachen. Die kann da noch ein paar Tausend mehr. Hat sie zwei Zylinder in Reihe, ist sie dem Viertakter noch mehr überlegen. Denn hier sind Gegenbewegungen der Kolben zum guten Massenausgleich möglich, während sich beim Viertakter die Kolben wie bei einem Einzylinder bewegen (siehe Kapitel Zweizylinder).

Jawohl, der Zweitakter heißt so, weil bei ihm jeder Zylinder bei zwei Takten einen Arbeitstakt hat. Mit Takt ist hier die halbe Umdrehung der Kurbelwelle gemeint. Zwei Zylinder reichen aus, damit immer ein Arbeitstakt vorhanden ist. Bei kleinen Zylinderzahlen ist der Zweitakter elementar im Vorteil.

Ganz oben sehen Sie ihn als kleinen, luftgekühlten Einzylinder in einer Kettensäge. Rechts schräg von oben wird die Verbrennungsluft angesaugt, durch eine Drosselklappe geregelt. Davor noch die Starterklappe für die Anfettung beim Kaltstart. Der Membranvergaser holt den Kraftstoff aus dem großen Tank unten rechts. Membranvergaser auch deshalb, weil er das in jeder Position der Kettensäge tut. Die Membrane unterhalb der Drosselklappe ersetzt gleichzeitig die Förderpumpe. Besonders auffällig ist hier die Benzinleitung. Links vom eigentlichen Motor die Schalldämpfung, möglicherweise auch mit Mini-Kat.


Im Großen und Ganzen hat es der Zweitakter nur auf bis zu drei Zylinder in Reihe gebracht, Es sind mehr möglich, wie man auch an der zusammensetzbaren Hirth-Kurbelwelle oben sieht. Mit dem aktuell propagierten Downsizing erhält er vielleicht wieder eine Chance, denn die Hersteller tun sich schwer, auch noch die Ebene der Dreizylinder nach unten hin zu verlassen.

Die Frage ist, ob hier nicht mehr Aufwand betrieben werden muss, einen Zweizylinder-Reihenmotor zu vernünftigem Laufverhalten zu bewegen, als es die Wegrationalisierung des dritten Zylinders wert ist. Andererseits werden die Motoren durch Aufladung so stark, dass für viele Fahrzeuge zwei Zylinder ausreichen würden.

Leider hat der Zweitakter sein Image selbst versaut. Wer einmal in der real existierenden DDR durch die Dunstglocken von Zweitakt-Ölgemisch gelaufen ist, der wird ein nie wieder zu revidierendes Urteil gebildet haben. Dabei müssen Zweitakter mit Aufladung weder unverbrannten Kraftstoff noch Motoröl im Abgas enthalten.

Nun gut, die ersten Anläufe nach dem Krieg im Lkw (Krupp) sind als gescheitert zu betrachten. Aber wer kennt sie nicht, die Containerschiffe, die bei Wirkungsgraden bis zu fast 50 Prozent Waren zu unglaublich niedrigen Kosten um die halbe Welt transportieren. Der Kostenanteil für einen Liter Sprit vom Nahen Osten nach beispielsweise Rotterdam liegt irgendwo bei 0,02 Euro.

Wie geht das? Dazu müssen wir zunächst einmal das Märchen aus der Welt schaffen, nach dem der Zweitakter grundsätzlich keine Ventile habe. Das gilt derzeit, weil er bei Straßenfahrzeugen nur noch bei Zweirädern bis 125 cm3 vorkommt. Würde man ihn wieder in vierrädrige Fahrzeuge einbauen, dann hätte er vermutlich sowohl Auslassventile als auch einen dem Viertakter ähnlichen Ölsumpf.


Die Einlassventile würden ersetzt durch Öffnungen unten im Zylinder, die der Kolben frei gäbe, wenn er einen bestimmten Weg nach UT zurückgelegt hätte. Jetzt stellen Sie sich den Turbolader vor, der bei gleichzeitig geöffneten Auslassventilen einen enormen Luftstrom durch die Zylinder jagen würde. Will man nicht bewusst Abgase zurückhalten, man wäre in der Lage, sie alle hinaus zu pusten.

Die Auslassventile müssten schon schließen, während die Einlassschlitze noch frei wären. Ab dem Moment kann der Turbolader eine Art Vorverdichtung erzeugen. Den Rest besorgt der Kolben, sobald er die Zone der Einlassschlitze verlassen hat. Wie viel Kompression erzeugt wird, das hängt vom Arbeitsverfahren ab. Ist es ein Dieselmotor, darf es etwas mehr sein und kurz vor OT wird eingespritzt.

Aber auch ein Benziner mit etwas weniger Verdichtungs-Enddruck wäre denkbar. Der könnte sogar schon mit (Teil-) Einspritzungen beginnen, sobald die Auslassventile geschlossen sind. Dann hätte er mehr Zeit für die Gemischbildung. Die Verbrennung würde dann wie gehabt durch eine elektrische Zündung in Gang gesetzt.

Warum die Kfz-Hersteller daran nicht schon längst arbeiten? Erstens weiß man ja nicht, ob sie das nicht tun. Zweitens ist keine Technik ohne Probleme. Da ist z.B. die auch schon früher problematische Wärmebelastung des Zweitaktmotors. Es gibt halt doppelt so viele, mit Hitze verbundene Arbeitstakte und das belastet entsprechend Kolben, Zylinder und beim Benziner auch die Zündkerzen.

Zugleich würde ein solcher Motor gegen den Trend laufen, alles Mögliche regeln zu können. Einlasskanäle, die als Schlitze an der Zylinderwand enden, sind für solche Trends weniger geeignet als Einlassventile, bei denen inzwischen Zeit und Hub sogar unabhängig voneinander verändert werden kann. Man kann die Schlitze schließlich schlecht während des Motorlaufs verschieben. So etwas hat es vor hundert Jahren gegeben (Knight-Prinzip), hat sich aber nicht bewährt.

Und natürlich hat man auf dem Gebiet des Viertaktmotors nicht nur eine Menge Erfahrung und auch Daten in petto. Ein Zweitakter wäre insofern ein Stück weit Neuland, bestraft mit einer Entwicklungszeit bis zur Serienreife nicht unter 10 Jahren. Und wehe, er hat dann keine Akzeptanz beim Kunden, nur weil er Zweitakter heißt. Die Trabi-Hasser müssen vielleicht erst aussterben.


Hauptkennzeichen eines klassischen Zweitaktmotors sind die Steuerung von Ein- und meist auch Auslass durch Schlitze im Zylinder und das für jeden Zylinder einzeln allseitig geschlossene Kurbelgehäuse, meist gepaart mit einer voluminösen, möglichst den Raum ausfüllenden Kurbelwelle. Der nach OT strebende Kolben gibt die Einlassschlitze frei und sorgt gleichzeitig für noch mehr Unterdruck, wodurch das vom Vergaser kommende Luft-Kraftstoff-Ölgemisch in das Kurbelgehäuse gelangt.

Kehrt der Kolben Richtung UT zurück, schließt er die Einlassschlitze und öffnet gleichzeitig Überström- und Auslasskanal. Jetzt kann das mehr und mehr unter Druck stehende Gemisch in den eigentlichen Brennraum gelangen. Erleichtert wird der Übergang durch die Saugwirkung der Abgase, die am Ende des vorigen Arbeitstakts den Brennraum verlassen haben.

Natürlich wäre es ideal, wenn sich in möglichst vielen Betriebszuständen Frisch- und Altgase nicht mischen würden und durch rechtzeitiges Schließen des Auslasskanals kein unverbrannter Kraftstoff entweichen könnte. Dieses Ideal allerdings hat der einfache Zweitaktmotor nie erreicht. Solange nicht besondere Steuerorgane in den Einlass- und/oder Auslasskanal eingebaut werden, kann die Anordnung und Größe der Schlitze nur ein Kompromiss sein.

Übrigens hat man sich beim Viertakter auch schon sehr früh mit der Möglichkeit der Aufladung an der Kolben-Unterseite befasst, jedoch nie einen entscheidenden Erfolg verbuchen können. Bleiben wir beim Zweitakter, in diesem Fall beim Steuerdiagramm. Es hat den Nachteil, symmetrisch zu sein. Es können also nicht auf dem Kolbenweg nach UT zuerst die Auslassschlitze und nach OT zuletzt die Überström- bzw. Spülschlitze geschlossen werden. Meist bleiben erstere deutlich länger auf. Trotzdem kann sogar der Druck im oberen Brennraum beim Öffnen der Überströmschlitze noch höher als der im Kurbelgehäuse sein.

Bisweilen hat man in der Geschichte der Zweitakter-Entwicklung die Strömungsverhältnisse im Brennraum durch gefärbte Flüssigkeiten nachzustellen versucht, ein Hinweis darauf, wie sehr die Strömungen bei der Spülung eine Rolle spielen. Im Prinzip soll der Weg für das Frischgas bis zum Auslassschlitz möglichst weit gemacht werden, z.B. auch durch relativ geringe Druckunterschiede zwischen Alt- und Frischgas. Durchmischung wird auch durch relativ geringe Frischgasmenge vermieden.

Sie mögen daraus erkennen, dass der klassische Zweitakter mit Vergaser oder auch externer Einspritzung eher auf kleine Hubräume beschränkt sein sollte. Das gilt natürlich nicht für die größten Dieselmotoren der Welt in Containerschiffen, bei denen mit der Hilfe von Auslassventilen und reiner Luft zur Spülung Kraftstoff im Abgas vollständig vermieden wird. Hier kommt das besonders günstige Leistungsgewicht des Zweitaktmotors zur Geltung.


Haben wir es also mit dem klassischen Zweitaktmotor zu tun, ist die Spülung besonders wichtig. Hier gab es lange Zeit die Querstromspülung mit Überström- und Auslassschlitz auf verschiedenen Seiten (Bild oben). Um den unmittelbaren Austritt der Frischgase zu verhindern, entstand der sogenannte Nasenkolben mit einem besonders hohen Kolbenboden vor dem Auslassschlitz.

Thermisch gesehen ist ein Kolben mit stark unterschiedlicher Massenverteilung ein Unding und von den daraus resultierenden Kräften her auch nicht sehr beliebt. Die Kreuz- bzw. die Dreistromspülung konnte zumindest im meist benutzten Lastbereich keine Verbesserung der Spülung bringen, bis Adolf Schnürle endlich die nötige Beachtung für seine Umkehrspülung fand. Ab 1932 fand diese bei den wichtigen Herstellern wie z.B. DKW Verwendung.


Der Auslass wird rechts und links von zwei Überströmkanälen flankiert, die hoffentlich völlig gleichmäßig Luft-Kraftstoff-Gemisch aus dem Kurbelgehäuse in den Brennraum leiten. Die Gasströme treffen sich auf der gegenüberliegenden Seite, steigen dort teilweise in den Kopfbereich und verdrängen die Altgase einigermaßen wirkungsvoll. Deutlich ist hierbei auch der lange Weg vom Eintritt in den Brennraum zum Ausgang.








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