Schematische Darstellung eines Otto-Zweitaktmotors mit Vorverdichtungsventil am Kurbelgehäuse

Ein Zweitaktmotor ist ein Kolben-Verbrennungsmotor, der für den thermodynamischen Kreisprozess im Gegensatz zum Viertaktmotor mit vier Takten nur die namensgebenden zwei Takte benötigt.

Umgangssprachlich bezeichnet der Begriff „Zweitakter“ einen ventillosen Ottomotor mit Gemischschmierung und Zündkerze, der einfach, kostengünstig und leicht ist (in diesem Artikel zur Unterscheidung als „einkolbengesteuerter Zweitakter“ bezeichnet). Es gibt aber auch große Zweitakt-Dieselmotoren für Lokomotiven, LKW, Schiffe und Flugzeuge.

Arbeitsweise

Zweitakter haben unabhängig von ihrer Bauart folgenden Prozessablauf (Kreisprozess) (Beginn am unteren Totpunkt):

Erster Takt: Verdichten und arbeiten

• Durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens wird das im Zylinder befindliche Gas (Luft, Brennstoff-Luft-Gemisch) verdichtet (nahezu isentrop). Dabei erhöht sich die Temperatur des Gases analog zum Druckanstieg durch die Verdichtung.
• Das Brennstoff-Luft-Gemisch wird durch eine Zündkerze gezündet. Durch die nahezu isochore (Volumen bleibt konstant) Wärmezufuhr entsteht ein hoher Druck. Beim Diesel-Zweitaktmotor wird zur isobaren Wärmezufuhr (Druck bleibt konstant) Diesel eingespritzt. Die so freigewordene Wärme wird durch die anschließende Expansion des Arbeitsgases durch Beaufschlagung des Kolbenbodens in mechanische Energie umgewandelt.

Zweiter Takt: Ladungswechsel

• In der Nähe des unteren Totpunktes öffnen sich Aus- und Einlassöffnung, und das Abgas entweicht durch seinen Restdruck. Dies kann durch das Öffnen von Ventilen oder das Freigeben der Öffnungen durch den Kolben geschehen.
• Der Rest wird durch das einströmende Frischgas ausgespült. Das Frischgas kann Benzin-Luft-Gemisch sein oder Luft (bei Einspritzmotoren).
• Auf dem Weg des Kolbens zum oberen Totpunkt werden Ein- und Auslassöffnungen wieder verschlossen, das Frischgas wird wieder verdichtet, und der Kreisprozess beginnt erneut.

Für die Spülung muss das Frischgas (entweder Gemisch oder Luft) einen Überdruck besitzen. Um diesen zu erzeugen, wird entweder das Kurbelgehäuse wie eine Pumpe benutzt oder ein besonderer Ladelüfter verwendet.

Der Prozessablauf des Zweitaktmotors bildet dabei den idealen Otto-Kreisprozess bzw. Diesel-Kreisprozess nach.

Technische Grundsätze und Realisierungen

Gasdynamik

• Nutzung des Kurbelgehäuses als Pumpe

Das Kurbelgehäuse wird zusammen mit dem Kolben als Pumpenkammer benutzt, um den für die Spülung nötigen Überdruck zu erzeugen. Das heißt, dass der Kolben in der Aufwärtsbewegung das Gas im Brennraum komprimiert und gleichzeitig im Kurbelgehäuse Gas ansaugt. In der Abwärtsbewegung wird dieses dann komprimiert (vorverdichtet). Der Zylindereinlass ist über einen Überströmkanal mit dem Kurbelgehäuse verbunden. In der Nähe des unteren Totpunktes gibt der Kolben die Einlassöffnung frei, und das nun unter Druck stehende Frischgas strömt in den Zylinder.

• Resonanz im Ein- und Auslasstrakt

Arbeitsweise eines Zweitaktmotors mit Membran-Einlasssteuerung und Resonanzauspuff (blau: Luft, grün: Benzin-Luft-Gemisch, grau: Abgase)

Der Zweitaktmotor ist ein Resonanzsystem, dessen Leistungsentfaltung von den Schwingungseigenschaften der verwendeten Gase abhängig ist (Trägheit). Beim Auslassvorgang kann die Schwingung der Abgase durch geeignete Gestaltung der Auspuffanlage besonders effizient genutzt werden (siehe Bild oben). Sobald der Kolben den Auslass-Schlitz freigibt, strömen die Abgase in den Auspuff. Die Strömungsgeschwindigkeit vermindert sich erst im Diffusor. Solange strömt das Gas unverändert weiter, und durch dessen Trägheit entsteht ein Druckgefälle in Richtung Auspuff (bildlich: Die Gassäule saugt am Auslass). Dieser Effekt wird auch bei Viertaktmotoren eingesetzt, um bei Ventilüberschneidung bessere Gaswechsel zu erreichen. Der Diffusor hat dabei nur die Aufgabe, anders als ein oft zitierter Irrglaube, das Abgas auf niedrigere Strömungsgeschwindigkeit zu bringen, ohne dass die Strömung dabei abreißt.

Am zweiten Kegelstumpf wird etwas später eine positive Druckwelle reflektiert. Hier staut sich das Gas aufgrund der Trägheit, und die so entstandene Welle setzt sich in Richtung Auslass fort. Dadurch wird Frischgas, das in den Auspuff gedrückt wurde, in den Zylinder zurückgeschoben. Durch diese Art der Aufladung werden die Frischgasverluste gemindert (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. herausgesaugt wird, kürzer und somit eher für höhere Drehzahlen konzipiert. Das Gegenteil gilt für lange Auspuffe und flache Auslass-Schlitze. Die Gase strömen mit Schallgeschwindigkeit, die wegen der sehr hohen Abgastemperatur sehr viel höher als bei 20 °C ist. Deswegen ist es bei Hochleistungsmotoren üblich, die Schallgeschwindigkeit durch zusätzliches Quenchen zu regeln.

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.

Spülung

Das Ziel der Spülung ist, in der kurzen Zeit, in der Ein- und Auslassöffnungen frei sind, das verbrannte Gemisch durch Luft bzw. Kraftstoff-Luft-Gemisch zu ersetzen. Hierbei soll einerseits möglichst wenig Restgas im Zylinder bleiben, andererseits aber auch möglichst wenig Luft bzw. Gemisch durch den Auslass herausgeblasen werden.

Es gibt mehrere Varianten der Lage der Ein- und Auslasskanälen und der Formgebung der Kolben^[1].

• Querstromspülung: Aus- und Einlasskanal liegen einander gegenüber und werden beide vom Kolben freigegeben und geschlossen. Dabei öffnet sich der Auslass zuerst und schließt sich zuletzt. Der Kolben muss so geformt sein, dass der Einlassstrom in Richtung Zylinderkopf umgelenkt wird, um diesen Bereich auch zu spülen. Das kann z.B. mit einer Nase geschehen.

• Umkehrspülung: Ein- und Auslasskanal liegen auf einer Zylinderseite. Auch hier werden beide Öffnungen vom Kolben freigegeben und geschlossen. Der Frischgasverlust ist gegenüber der Querstromspülung geringer und der Kolbenboden kann flach sein. Bei dieser von Schnürle entwickelten Variante, die sich durchgesetzt hat, erfolgt der Einlass beiderseits tangential, während der Auslass zentral geschieht. Das Aufeinandertreffen der beiden tangential eingeschossenen Frischgasströme bewirkt seine notwendige Umlenkung in Richtung Zylinderkopf.

• Gleichstrom- oder Längsspülung: Aus- und Einlasskanal liegen an entgegengesetzten Enden des Zylinders. Das Frischgas strömt nicht vom Kolben zum Zylinderkopf und wieder zurück, sondern nur in eine Richtung. Das Freigeben der Öffnung kann über ein angesteuertes Ventil am Zylinderkopf erfolgen oder, beim Gegenkolbenmotor, über den anderen Kolben. Diese Spülungsvariante erlaubt als einzige die Aufladung des Motors, da hier der Auslass früher als der Einlass geschlossen werden kann. Auch bei großem Hubraum ist eine gute Spüleffizienz erreichbar.

Steuerzeiten

• Querstromspülung: Ãœberströmen von 70° vor UT bis 60° nach UT, Auspuff von 70° vor UT bis 70° nach UT
• Umkehrspülung: Ãœberströmen von 50° vor bis 50° nach UT, Auspuff von 65° vor UT bis 65° nach UT
• Gleichstromspülung: Ãœberströmen von 35° vor bis 85° nach UT, Auspuff von 54° vor bis 56° nach UT

Schmierung

Welche Schmierungsart verwendet wird, hängt von der Art der Erzeugung des Spüldrucks ab.

Wird das Kurbelgehäuse als Pumpkammer zur Erzeugung des Spüldrucks genutzt, kann keine Ölsumpfschmierung angewandt werden, bei der das Öl ständig an die Schmierstellen gepumpt wird und wieder zurückläuft. In diesem Fall wird das Öl dem Kraftstoff zugesetzt und schmiert so Pleuelgelenke, Kurbelwelle und Zylinderwand (Gemischschmierung). Dies führt zu hohem Ölverbrauch und hoher Belastung des Abgases mit Kohlenwasserstoffen und Ruß.

Bei der sog. Getrenntschmierung wird das Öl aus einem Extratank lastabhängig mit dem Kraftstoff vermischt, also ein variables Mischungsverhältnis erzielt, so dass in unkritischen Lastbereichen weniger Öl verwendet werden kann.

Wird ein besonderer Verdichter zu Erzeugung des Spüldrucks verwendet, kann die konventionelle Ölsumpfschmierung verwendet werden.

Kolbenkantengesteuerter Zweitakter

Dies ist die weitaus verbreitetste Form, kostengünstig und mechanisch einfach, die vor allem bei kleinen Motoren verwendet wird. Die Kolbenoberkante gibt in der Nähe des unteren Totpunktes die Überström- und Auslassöffnung in der Zylinderwand frei. Die Kolbenunterkante gibt in der Nähe des oberen Totpunktes den Einlass in das Kurbelgehäuse frei. Vorteil ist hierbei die Öffnung und Schließung des Einlasses, der Überströmkanäle und des Auslasses ohne zusätzliche mechanische Bauteile.

Drehschiebergesteuerter Zweitakter

Hierbei wird der Einlass in das Kurbelgehäuse durch eine auf der Kurbelwelle angebrachte Scheibe geöffnet und verschlossen. Der Vorteil gegenüber kolbenunterkantengesteuerten Motoren ist die Möglichkeit, den Öffnungszeitpunkt unabhängig vom Schließzeitpunkt (asynchron) zu steuern. Siehe auch: Schiebersteuerung bei Zweitaktmotoren

Membrangesteuerter Zweitakter

Hier ist im Einlass ein Membranventil angebracht, das bei Unterdruck im Kurbelgehäuse öffnet und bei Überdruck schließt. Vorteil hierbei ist die automatische Anpassung an die Strömungsverhältnisse bei allen Drehzahlen.

Die schwachfedernde und massearme Membran (auch Zungenventil genannt)öffnet schon bei geringem Unterdruck und schließt schlagartig bei erreichtem Druckausgleich; sie verhindert Zurückblasen und passt sich einem breiten Drehzahlband an. Ein grundlegender Unterschied zwischen einem vom Unterdruck geöffneten "Steuerorgan" und einem vom "Arbeitskolben" freigegebenen Schlitz besteht im (relativ) sanften Abheben der Membranen oder Ventile gegenüber dem raschen Öffnen zur Kurbelkammer, in der schon ein nennenswerter Unterdruck herrscht. Das dadurch verschärfte Ansauggeräusch fällt bei Rennmotoren nicht in die Waagschale, wohl aber im Alltag.

Nun kombinierten die Yamaha-Konstrukteure "beide Systeme" – der Kolben verschließt zunächst den zur Membrane führenden Weg, der Kurbelhausdruck sinkt und reißt die Membranzungen plötzlich auf, wesentlich weiter und wirksamer, auch zum Anfachen der gewünschten Schwingungen. Da der Ansaugkanal außerdem als(fünfter)Überströmkanal dient, erzeugen die nach oben strömenden Frischgase hinter den Membranzungen einen statischen Unterdruck – je schneller, um so stärker – und saugen ein zusätzliches Quantum Frischgas an, direkt vom Ansaugweg in den Arbeitszylinder.

Dieses Prinzip erlaubte es schließlich, sämtliche Serienmotoren ungeachtet dreistelliger Literleistungen mit Membranen und besserem Drehmomentverlauf auszustatten. Durch neueste Technologie, was die Materialien der Membranzungen anbelangt, ist es gelungen, durch Einsatz von glasfaserverstärkten als auch aus Carbonfasern bestehenden Membranzungen teure Motorschäden auszuschließen. Falls mal eine Metall-Membrane brach, (Kollision mit Kolben usw.), zog es doch teure Motorschäden nach sich. Außerdem konnte die Masseträgheit gegenüber Metall-Membranplättchen nochmals deutlich verbessert werden.

Ein weiterer positiver Nebeneffekt sind deutlich bessere Verbrauchswerte eines membrangesteuerten Motors.^[2]

Doppelkolbenmotoren

Beim Doppelkolbenmotor arbeiten zwei Kolben auf demselben Brennraum, was den Vorteil hat, dass ein Kolben die Einlass- und der andere die Auslassöffnung steuern kann. Man erreicht dadurch:

• Gleichstromspülung, d.h. besserer Gasaustausch;
• Aufladbarkeit, weil man den Auslass früher schließen kann als den Einlass;
• größere, strömungsgünstigere Ein- und Auslassöffnungen, da man jeweils den kompletten Zylinderumfang nutzen kann.

Es gibt zwei Hauptvarianten (siehe Doppelkolbenmotor):

U-Zylinder-Motor

Zwei nebeneinanderliegende Zylinder sind am Kopf verbunden, so dass sich ein U-förmiger Brennraum ergibt.

Gegenkolbenmotor

Beim Gegenkolbenmotor arbeiten zwei Kolben gegeneinander in einem Zylinder. Es gibt entweder zwei per Getriebe gekoppelte Kurbelwellen oder eine Kurbelwelle und lange Zugstangen oder Kipphebel. Diese Lösung hat bei gleicher Kolbenanzahl geringere thermische Verluste, da die Zylinderköpfe fehlen.

Ventil-Zweitakter

Die Verwendung von Ventilen verschafft jedoch die gleichen Vorteile wie das Doppelkolbenprinzip, nämlich Gleichstromspülung und Aufladbarkeit. Großdieselmotoren sind meist Ventilmotoren.

Vor- und Nachteile des Zweitaktprinzips

Vorteile des Zweitakters gegenüber dem Viertakter gleicher Leistung und Drehzahl

Der Zweitakter hat doppelt so viele Arbeitstakte pro Zeiteinheit wie der Viertakter, wenn auch, wegen der Nutzung eines Teils der Takte für die Spülphase (Einlass, Auslass), nur 70 bis 80 % der Energieabgabe pro Arbeitstakt^[3]. Hierdurch allein entstehen eine Reihe von Vorteilen:

• gleichförmigeres Drehmoment
• geringere statische und dynamische Masse mit kleineren Drehimpulsen und geringeren Vibrationen
• hohe Drehzahlen sind bei den ventillosen Varianten einfacher möglich

Für den kolbenkantengesteuerten Zweitakter ist noch anzuführen:

• Einfachheit und damit geringerer Fertigungsaufwand, da Ventile und ihr Antrieb wegfallen
• Lageunabhängigkeit (bei Gemischschmierung), wichtig für handgeführte Geräte wie Motorkettensägen

Nachteile des Zweitaktmotors

• Je nach Bauart eine gewisse Vermischung von Frisch- und Abgas. Dadurch Abwägung zwischen hohen Spülverlusten oder hohem Abgasanteil in der Zylinderfüllung (siehe auch Fanggrad)
• Hohe thermische Belastung von Kolben und Auslassöffnung wegen geringer Innenkühlung
• Unruhiger Lauf im Schubbetrieb. Bei Motoren mit Gemischschmierung kann es bei Schubbetrieb durch das zu geringe ölhaltige Gemisch zu Motorschäden (Kolbenfresser) oder Lagerschäden kommen
• Geringere Motorbremswirkung
• Je nach Bauart mehr oder weniger hoher Ölverbrauch und Abgasgeruch
• Emissionsprobleme (siehe nächster Abschnitt)
• Hoher mechanischer Verschleiß des Kolbens und der Kolbenringe bei Zylinderwänden mit Öffnungen.

Emissionen von Zweitaktmotoren

Ursachen

Große Zweitaktmotoren beweisen, dass sich auch mit dem Zweitaktprinzip gute Emissionswerte erzielen lassen. Dass einfache Zweitaktmotoren meist mehr Emissionen haben als viel größere Viertaktmotoren, liegt an folgendem:

• Ãœberströmverluste (Spülverluste) bringen unverbranntes Kraftstoff-Öl-Gemisch ins Abgas.
• Inhomogene, d.h. unvollständige Verbrennung des Gemischs führt zu Emission von Verbrennungszwischenprodukten wie Feinstaub^[4].
• Die Kolbenringe überlaufen die Spülöffnungen. Dadurch wird Öl von der Zylinderwand in den Gasstrom gerissen, was zu Emissionen auch bei Motoren mit Ölsumpfschmierung führt.

Durch Verwendung von Ölsumpfschmierung, separater Auslasssteuerung mit Ventilen (oder dem zweiten Kolben beim Gegenkolbenmotor) und Einspritzung kann man diese Emissionen minimieren.

In Entwicklung befindliche ölfreie Kolben aus Kohlenstoff-Werkstoffen könnten, wenn erfolgreich, die Emissionen weiter erheblich vermindern.

Gesetzliche Grenzwerte

Für Zweiräder gelten je nach Hubraum die Abgasnormen Euro2 oder Euro3, unabhängig, ob ein Zweitaktmotor oder Viertaktmotor verwendet wird. Dies führte oberhalb 50 cm³ zu einer weitreichenden Verdrängung von Zweitaktmotoren. Motoren von Kleinkrafträdern unterhalb 50 cm³ dürfen wesentlich größere Kohlenwasserstoffmengen ausstoßen als PKW-Motoren, der Partikelausstoß ist unbegrenzt.

Bei Arbeitsgeräten (z. B. Laubbläsern) definiert die europäische Richtlinie 2002/88/EC die gesetzlichen Grenzwerte. Die Richtlinie unterscheidet 3 Klassen von Handgeräten und 4 Klassen von Nicht-Handgeräten. Grenzwerte für Freizeitgeräte (z. B. Wassersport) sind durch die Richtlinie 2003/44/EC gegeben.

Anwendungsbeispiele

Beispiele für Fahrzeuge mit Zweitaktmotor sind Motorräder, die Mehrzahl der Karts, die meisten Mopeds und viele Motorroller. Häufig findet man die Zweitaktmotoren in der Dieselausführung bei Lokomotiven, Schiffen oder Stromgeneratoren – in der Benzinausführung (Ottoprozess) auch bei Kleinfahrzeugen mit 50 cm³ und bei Rasenmähern, Kettensägen, Stromgeneratoren, Kartsport, Rollern (Scootern), Schiffs-, Flugzeugmodellen und Modellautos. Die Zweitakter-Großdieselmotoren von Schiffen zählt man zu den wirtschaftlichsten Wärmekraftmaschinen schlechthin, dies wegen ihres hohen Wirkungsgrades.

Historische Diesel-Zweitakter

Einer der größten Lastkraftwagen mit Diesel-Zweitaktmotor war der Südwerke (Krupp) „Titan“

Diesel-Zweitaktmotor eines Krupp „Elch“

Bekannte Zweitakt-Dieselmotoren mit Auslassventilen im Zylinderkopf waren die Baureihen 53, 71, 92, 149 (Kubikzollangaben) der Detroit Diesel Corporation (DDC). Diese Zweitaktmotoren nutzten zur Erzeugung des Spüldrucks ein Rootsgebläse – teilweise mit vorgeschalteten Turboladern - und wassergekühlte Intercooler. Zweitakt-Dieselmotoren für Lastwagen produzierten auch die Kruppwerke bis in die 1950er Jahre. Weitere Beispiele: Junkers Jumo 205 Gegenkolben-Diesel-Flugmotor, Commer Gegenkolben LKW-Motor.

Moderne, ventilgesteuerte Zweitaktmotoren

Viele der heutigen Zweitakter haben gesteuerte Auslassventile und Einlassschlitze. Befüllt werden sie von getrennten Ladepumpen. Hierdurch wird ein sauberer Gaswechsel erreicht. Es ist keine Gemisch-Schmierung mehr notwendig, die Kurbelwelle lagert wie beim Viertakter in Öl.

Diese Bauweise eignet sich besonders für langsamlaufende Motoren mit großem Hubraum (Schiffsdiesel, mit Bohrungen von einem Meter und Hüben von ca. drei Metern), da die langsame Drehzahl immer eine ausreichende Befüllung ermöglicht und das Gewicht der externen Lader kaum eine Rolle spielt. Wegen des verwendeten Treibstoffs (Bunkeröl) gibt es solche ventilgesteuerten Zweitakter nur als Diesel.

Typ-90-Panzer

Der große turbogeladene Zweitakt-Schiffsdieselantrieb wird in Bezug auf den thermischen Wirkungsgrad unter den Wärmekraftmaschinen nur von kombinierten Gas-und-Dampfturbinen übertroffen: Es gelingt mit ihm, bis zu 55 % der chemisch gebundenen Energie des Kraftstoffes in nutzbare mechanische Arbeit zu verwandeln. Im Vergleich hierzu werden bei PKW-Ottomotoren selten mehr als 30 % herausgeholt und PKW-Turbodiesel kommen selten über 40 % Wirkungsgrad.

Ein besonderer Anwendungsfall ist der japanische Typ-90-Panzer, der von einem Mitsubishi-10ZG-Zweitaktmotor mit Dieseldirekteinspritzung und Rootsgebläse zur Aufladung angetrieben wird. Der US-amerikanische Transportpanzer M113 verfügt über einen wassergekühlten Zweitakt-V6-Dieselmotor von General Motors (die Produktionsabteilung wurde später ausgegliedert und in Detroit Diesel Corporation umbenannt). Er liefert eine Leistung von 156 kW (M113A1 und M113A2) bzw. 202 kW (M113A3).

Zu den Besonderheiten eines Zweitakt-Dieselmotors gehört das Roots-Gebläse, das für eine Verdichtung der angesaugten Luft in der Ladeluftkammer sorgt und somit die Leistung verbessert. Die auf 1,5 bar komprimierte Luft gelangt über 18 Einlassschlitze im Zylinder, die beim unteren Totpunkt des Kolbens geöffnet sind, in den Brennraum und spült die Verbrennungsgase über vier Auslassventile in den Abgaskrümmer. Für Ottomotoren ist diese Bauweise nach heutigem Stand der Technik ungeeignet, da der Otto-Prozess nur für hochdrehende Motoren sinnvoll ist. Bei einer Direkteinspritzung sind Abgasemission und Kraftstoffverbrauch geringer.

Geschichte des Zweitaktmotors

Verdichtungsloser, direkt wirkender Zweitakt-Gasmotor von Lenoir, 1861

Die ersten, heute als verdichtungslose bezeichneten Zweitaktmotoren arbeiteten nach einem völlig anderen Prinzip und werden nur deshalb so genannt, weil sie bei jeder Kurbelwellenumdrehung zündeten – wie auch der moderne verdichtende Zweitakter. Im ersten Takt wurde angesaugt und unverdichtet gezündet, im zweiten Takt ausgepufft. Die Gaswechselsteuerung erfolgte mittels Schieber. Versuche von Jean Joseph Étienne Lenoir, Siegfried Marcus, und anderen, sie für mobile Zwecke zu verwenden (zwischen 1860 und 1870), scheiterten nicht zuletzt am ungünstigen Leistungsgewicht. Auch der berühmte „Sylvestermotor“ des Carl Benz von 1879 arbeitete nach diesem Prinzip. Als stationäre Gasmotoren waren solche Maschinen jedoch zu Beginn der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts zu Tausenden in Verwendung. Die „klassische“ Bauweise wurde von dem britischen Ingenieur Joseph Day 1888 entwickelt und 1889 patentiert.

Aktuelle Entwicklungen

Aktuell erlebt der Zweitaktmotor eine gewisse Renaissance. Besonders im Bereich Bootsmotoren, etwa bei Jet-Ski oder auch im Ultraleichtflug, werden wieder verstärkt Zweitaktmotoren eingesetzt, welche nicht mehr die klassischen Nachteile der herkömmlichen Bauart besitzen. Beispiele hierfür sind u.a. ROTAX-Motoren, welche unter Verwendung eines Direkteinspritzungsystemes (Ficht FFI) eine neue Generation von Motoren darstellen, so ROTAX 600 H.O. E-Tec, die in den Schneemobilen der Ski-Doo-Serie eingesetzt werden und den Viertaktmotoren deutlich überlegen sind.

Tohatsu setzt mit dem TLDI-System (Two stroke Low pressure Direct Injection) bei Bootsmotoren ebenfalls auf Zweitaktmotoren. Yamaha hat das sogenannte HDPI-System (High Pressure Direct Injection). Darüber hinaus existiert das Envirofit-International-Projekt, bei dem herkömmliche Zweitaktmotoren zu Direkteinspritzern unter Verwendung der Orbital-Einspritzung mit umweltfreundlicheren Abgaswerten umgerüstet werden. Dies wird durch Austausch des Zylinderkopfes und Nachrüstung einer Einspritzung (Bausatz) erreicht. Das Ziel dieses Projektes ist es, die millionenfach in Asien anzutreffenden Leichtkrafträder mit herkömmlichen Zweitaktmotoren und damit entsprechenden Umweltproblemen durch eine Umrüstung zu umweltfreundlicheren Fahrzeugen zu machen.

Eine Reihe von kleinen Firmen haben funktionsfähige Gegenkolbenmotoren entwickelt oder sind dabei, sie zu entwickeln, um deren potenziell geringeren Verbrauch nutzbar zu machen.

Ungewöhnlich ist die Bauweise des Pivotalmotors, der es mit wassergekühltem Pivotal-Kolben und Direkteinspritzung (aktuell Entwicklung mit Orbital-System) ermöglicht, die Spülverluste auf ein Minimum zu reduzieren und mit Gemischen von bis zu 1:300 gegenüber herkömmlichen Kolbenanordnungen (i.d.R. 1:50 - 1:100) zu arbeiten.

Beim Kolbenladermotor von Helmut Kottmann läd ein Kolbenlader einen oder mehrere Arbeitszylinder, wobei er gleichzeitig den Einlaß und den Auslaß regelt,so daß es keine Spülverluste gibt. Im Arbeitszylinder findet nach jeder Umdrehung eine Verbrennung statt wie beim Zweitaktmotor. Die Schmierung ist jedoch wie beim Viertakter. Die Einspritzung kann in den Kolbenlader,in den Überströmkanal oder in den Brennraum direkt erfolgen.

Literatur

• Christian Rieck: Zweitakt-Motoren-Tuning. Eschborn 2004, ISBN 3-924043-25-6. (erklärt die Funktionsweise des Zweitaktmotors und Möglichkeiten zur Leistungssteigerung)
• W. A. Doernhoeffer: Zweitakt-Praxis. 3. Auflage. Christian-Rieck-Verlag, Eschborn 2004, ISBN 3-924043-19-1. (dieses Buch erschien unter dem Originaltitel Zweitakt-Praktikum – Betriebs-Taschenbuch für kleine Zweitakt-Ottomotoren bereits 1942 im Franckh-Kosmos-Verlag. Bis auf neuere Entwicklungen in den Bereichen Werkstoffe, Motormanagement und Schadstoffreduzierung durch CWI und dergleichen ist dieses Buch auch heute noch aktuell.)

Quellen

1. ↑ Richard von Basshuysen: Handbuch Verbrennungsmotor: Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven. Vieweg+Teubner Verlag, 2007, S. 440ff.
2. ↑ Membransteuerung - und wieder Yamaha. In: H. Hütten: Schnelle Motoren – Seziert und frisiert. 6. völlig neu bearbeitete Auflage. R. C. Schmidt, Braunschweig 1977, ISBN 3-87708-060-X, S. 252-253.
3. ↑ Cornel Stan: Alternative Antriebe für Automobile. Springer-Verlag, Berlin u.a. 2008, ISBN 978-3-540-76372-7, S. 126.
4. ↑ G. Merker, Chr. Schwarz, G. Stiesch, F. Otto: Verbrennungsmotoren. 2. Auflage. Teubner, Stuttgart u.a. 2004, ISBN 3-519-16382-9.

Weblinks

 Commons: Zweitaktmotoren â€“ Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

 Wikibooks: Motoren aus technischer Sicht – Zweitaktmotor â€“ Lern- und Lehrmaterialien

• Zweitaktprinzip