2-Takt-Prinzip

Allgemeines
Bei Verbrennungskraftmaschinen mit offener Prozessführung und innerer Verbrennung kommen dem Gas- oder Ladungswechsel zwei entscheidende Aufgaben zu:

1. Das Arbeitsgas wird durch Austausch auf den Ausgangspunkt des Kreisprozesses gebracht.
2. Der zur Kraftstoffverbrennung erforderliche Sauerstoff wird in Form von Frischluft bereitgestellt.

Erfolgt der Gaswechsel bei jeder Kurbelwellenumdrehung am Ende der Expansion im Bereich des unteren Totpunkts, spricht man vom 2-Takt-Verfahren.

Das 2-Takt-Prinzip
Das Arbeitsspiel (Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Ausstoßen) eines Zweitaktmotors läuft gleichzeitig oberhalb und unterhalb des Kolbens ab, damit sind für ein Arbeitsspiel nur zwei Takte (Kolbenhübe) oder eine Kurbelwellenumdrehung notwendig.

Ansaugen:
Kolben fährt nach oben. Es entsteht ein Unterdruck im Kurbelgehäuse; Membranventil öffnet, Frischgas strömt ein. Kurbelgehäuse wird gefüllt und Frischgas strömt über den Überströmer nach oben in den Brennraum.

 

Überströmen:
Kolben fährt nach oben, Gas wird aus dem Kurbelgehäuse über die Überströmkanäle in den Spülraum oberhalb des Kolbens geleitet, wobei kurzzeitig Frischgas in geringen Mengen durch den noch geöffneten Auslasskanal in das Auspuffsystem entweichen kann.

Verdichten:
Kolben fährt nach oben, schließt Überströmkanäle und Auslasskanal und komprimiert das eingeschlossene Frischgas. Ca. 1 bis 2 mm vor O.T. entzündet ein Funken (Zündkerze) das Gasgemisch.

Arbeiten und Ausstoßen:
Entzündetes Gasgemisch dehnt sich explosionsartig aus und drückt den Kolben nach unten, Auslass-Schlitz wird geöffnet, heißes Abgas wird in das Auspuffsystem abgeleitet.


Um den Gaswechsel ohne zusätzliche Umdrehung der Kurbelwelle zu erreichen, werden beim Zweitaktverfahren die Gase am Ende der Expansion und zu Beginn des Kompressionshubs getauscht. Im Rennsport werden Membransteuerungen oder Drehschiebersteuerungen eingesetzt, da damit ein breiteres Leistungsband, d. h. Leistung im unteren und mittleren Drehzahlbereich erreicht werden kann. Oben gezeigter Membran-Motor ist vom Prinzip der am weitesten verbreitete Motor im Kartsport und im Motorradsport, wobei hier Hubraumklassen von 50 ccm bis 500 ccm zum Einsatz kommen. Drehschiebersteuerungen sind deutlich aufwändiger und damit teurer und seltener.

 

Bei der sogenannten Schlitz-Steuerung der Ein- und Auslasszeitpunkte übernimmt der Kolben die Aufgabe der Steuerung. Der Kolben überfährt bei jeder Umdrehung (Kolbenhub) die im Zylinder angeordneten Ein-, Auslass- und Überströmkanäle (Schlitze). Zur Steuerung der Ein- und Auslasszeitpunkte überfährt der Kolben den im unteren Bereich des Zylinders angeordneten Einlasskanal und gibt nach Überfahren kurzzeitig den Einlass-Schlitz frei. Da im Kurbelgehäuse zu diesem Zeitpunkt ein Unterdruck herrscht, strömt Frischgas in das Kurbelgehäuse ein, bis das Kurbelgehäuse gefüllt ist. Der Auslasskanal ist durch den im oberen Totpunkt befindlichen Kolben zu diesem Zeitpunkt geschlossen, der Kolben komprimiert das eingeschlossene Frischgas, das durch den Zündfunken 1 - 2 mm vor O.T. entzündet wird. Das Gas dehnt sich explosionsartig aus, der Kolben wird nach unten gedrückt und öffnet bei der Abwärtsbewegung den Auslasskanal, das Abgas entweicht in das Auspuffsystem. Fast gleichzeitig werden die Überströmkanäle geöffnet, und das Frischgas strömt aus dem Kurbelgehäuse in Richtung Brennraum (Verwirbelung). Da zu diesem Zeitpunkt der Auslasskanal noch offen steht, entweicht ein geringer Teil des Frischgases in das Auspuffsystem, um teilweise mit dem Altgas vermischt wieder zurückgedrückt zu werden. Dieser Vorgang bedingt allerdings symmetrische Steuerzeiten mit dem Problem der Kurzschluss-Spülung. Außerdem können 15...20% des Kolbenhubs nicht zur Arbeitsgewinnung genutzt werden, da nur das Füllungsvolumen Vf und nicht das Hubvolumen Vh Arbeit leisten kann. Da ein separater Ansaug- bzw. Ausschubhub fehlt, muss der Zylinder mit Überdruck befüllt bzw. gespült werden. Bei den meisten Zweitaktern wird durch optimale Auslegung der Kurbelwelle, Pleuel und Kolbeninnenseite quasi der Kurbeltrieb als Spülpumpe verwendet.