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Beim Zweitakt-Arbeitsverfahren sind im Unterschied zum Viertaktverfahren nur zwei Hübe – einer Kurbelwellenumdrehung – zum Ablauf eines Arbeitsspiels erforderlich. Im Gegensatz zum Viertaktmotor spielen sich die einzelnen zu einem Arbeitspiel gehörenden Vorgänge sowohl über als auch unter dem Kolben – im Kurbelgehäuse – ab.
Zweitakt-Spülsysteme
Heute gelangen nur noch die Umkehrspülung nach Schnürle und deren Weiterentwicklungen zur Anwendung, in weinigen Sonderfällen beim Außenbord- und Aggregatmotoren noch die Querstromspülung mit Nasenkolben.
Umkehrspülung nach Schnürle
Das Kraftstoffgemisch strömt durch zwei tangential angeordnete Kanäle in den Zylinderraum ein. Beide Ströme treffen sich an der Zylinderwandung gegenüber dem Auslassschlitz, werden nach oben gelenkt und kehren dabei ihre Strömungsrichtung im Zylinderkopf um (Umkehrspülung). Der abwärtsgehende Strom schiebt die Verbrannten Gase vor sich her in den Auslasskanal.
Querstromspülung mit Nasenkolben
Der Gemischstrom verläuft im Wesentlichen quer zum Kolben durch den Zylinder. Eine Nase auf dem Kolben verhindert, dass der Spülstrom direkt geradlinig vom Überstromschlitz in den Auslassschlitz entweicht. Durch die Nase wird der Spülstrom nach oben gelenkt, kehrt seine Richtung im Zylinderkopf um und schiebt die verbrannten Gase zum Auslass hinaus.
Ein Vorteil der Querstromspülung liegt in dem regelmäßigen Motorlauf bei niederen Drehzahlen und einem guten Beschleunigungsverhalten. Die Einlasssteuerung erfolgt dann vielfach durch ein Flatterventil anstelle der sonst üblichen Schlitzsteuerung, um einen möglichst wirtschaftlichen Betrieb selbst bei unterschiedlichen Drehzahlen zu erreichen.
Wirkungsweise des Zweitakt-Arbeitsverfahren
Im Zweitaktmotor laufen sieben verschiedene Vorgänge während einer Kurbelwellenumdrehung (zwei Kolbenhübe) ab. (OT- Oberer Totpunkt, UT- Unterer Totpunkt)
Das Vorsaugen
Der Kolben bewegt sich aufwärts, von UT nach OT. Nachdem die Kolbenoberkante die Überströmschlitze geschlossen hat (etwa 55° Kurbelwinkel nach UT), ist das Kurbelgehäuse zum Arbeitsraum des Motors über dem Kolben und zum Vergaser hin luftdicht verschlossen. Hierdurch verringert der Kolben beim weiteren Aufwärtsgang den Druck im Kurbelgehäuse um etwa 0,2 bis 0,6 bar, je nach Motorbauart.
Das Einströmen (Einlassen)
Etwa 60° Kurbelwinkel vor OT gibt der Kolbenschaft den Einlassschlitz frei, in OT- Stellung des Kolbens ist er voll geöffnet. Durch den Druckunterschied zwischen Kurbelgehäuse und Außenluft strömt das Kraftstoffluftgemisch mit hoher Geschwindigkeit in das Kurbelgehäuse ein. Beim Abwärtsgang des Kolbens, etwa 60°Kurbelwinkel nach OT, schließt der Kolbenschaft den Einlassschlitz.
Das Vorverdichten
Beim weiteren Abwärtsgang verdichtet der Kolben das Gemisch im Kurbelgehäuse (Vorverdichtung). Die Höhe des Vorverdichtungsdrucks beträgt zwischen 0,3 bis 0,6 bar je nach Motorbauart.
Das Überströmen
Etwa 55° Kurbelwinkel vor UT gibt die Kolbenoberkante die Überströmschlitze – auch Spülschlitze genannt – frei, so dass das unter Vorverdichtungsdruck stehende Kraftstoffluftgemisch durch die Überströmkanäle, die in UT- Stellung des Kolbens voll geöffnet sind, in den Raum über dem Kolben strömt. Der Kolben bewegt sich von UT nach OT. Ebenfalls 55°Kubelwinkel nach UT schließt die Kolbenkante die Überströmschlitze, das Überströmen ist beendet.
Das Verdichten
Es beginnt, nachdem der Kolben beim Aufwärtsgang die Überströmschlitze und kurz darauf den Auslassschlitz geschlossen hat.
Verbrennen (Arbeiten)
Kurz vor OT- Stellung des Kolbens wird das Gemisch entzündet, so dass der Verbrennungshöchstdruck kurz nach OT- Stellung auf den Kolben wirkt und diesen abwärts treibt. Es wird Arbeit geleistet.
Auspuffen
Etwa 65°bis 70° Kurbelwinkel vor UT gibt die Kolbenoberkante den Auslassschlitz frei. Die verbrannten Gase strömen durch den Restdruck (etwa 3 bar) in die Auspuffanlage und entspannen sich. Kurz nachdem Öffnen des Auslassschlitzes öffnen auch die Überströmschlitze, das inzwischen in das Kurbelgehäuse eingeströmte und dort vorverdichtet Gemisch strömt in den Raum über dem Kolben, es folgen wieder Verdichtungs- und Arbeitstakt.
Steuerzeiten – Spülvorgängen beim Modellzweitaktmotor
Die Steuerzeiten eines Zweitakt- Hubkolbenmotor sind die Öffnungszeiten der einzelnen Schlitze während einer Kurbelwellenumdrehung und die zeitliche Lage dieser Öffnungsperiode zueinander. Hier liegt häufig das Geheimnis, warum ein Modellmotor eine gute Leistung bei niedrigen Drehzahlen hat und ein anderer Motor nur über 10000 U/min zufriedenstellend läuft.
Die Berechnung des Spülvorganges in einem Zweitaktmotor ist bei großen Motoren durchaus möglich, wobei man sich auf Messwerte an Modellen in natürlicher Motorgröße stützt. Bei den Modellmotoren ist noch keine systematische Untersuchung des Spülvorgangs gemacht worden, und ein Übertragen von Messergebnissen der Großmotoren auf Modellmotoren ist zu unsicher, auch wenn die Gesetze der Ähnlichkeitsmechanik und der Strömungs- und Grenzschichttheorien berücksichtigt werden.
Folgendes ist bisher an Modellmotoren bekannt:
Der Druck im Zylinder beim Öffnen des Auspuffschlitzes beträgt ca.3 bis 5 bar. Bei der kurzen Zeitspanne, zwischen Öffnen des Auspuffschlitzes und des Überströmschlitzes bei den doch recht hochtourigen laufenden Modellmotoren liegt, ist der Druck des vorverdichteten Gases im Kurbelgehäuse abgesunken. Es strömt daher zunächst verbranntes Gas über den Überströmkanal in das Kurbelgehäuse und erst später setzt eine Umkehr der Strömung im Überströmkanal ein. Jetzt erst gelangt Frischgas in den Zylinder. Die Abgastemperaturen betragen bei Modellmotoren mit Glühzündung zwischen 400°C und 600°C je nach Motorgröße und Drehzahl. Höhere Werte bei hohen Drehzahlen und größeren Motoren. Niedere Werte bei Kraftstoffen mit Nitromethanzusatz.
Die Steuerzeiten kann man in Winkelgraden der Kurbelwellenumdrehung angeben, oder man gibt die Schlitzhöhe in Prozent des Kolbenhubes an.
Begriff Oberer Totpunkt:
Wenn der Kolben in der höchsten Stellung sich befindet und sich weder nach oben oder unten bewegt nennt man OT. Kolben fährt nach unten erster Hub (der Weg bis UT). Bergriff Untere Totpunkt: Wenn der Kolben in der tiefsten Stellung steht und sich weder nach unten noch nach oben bewegt nennt man UT. Kolben fährt wieder nach oben zweiter Hub (der von unten UT nach OT). Die Kurbelwelle hat jetzt eine Umdrehung vollzogen (360°). Also macht der Kolben zwei Hübe und die Kurbelwelle eine Umdrehung. Wenn der Kolben in der höchsten Stellung sich befindet und sich weder nach oben oder unten bewegt nennt man OT. Kolben fährt nach unten erster Hub (der Weg bis UT). Bergriff Untere Totpunkt: Wenn der Kolben in der tiefsten Stellung steht und sich weder nach unten noch nach oben bewegt nennt man UT. Kolben fährt wieder nach oben zweiter Hub (der von unten UT nach OT). Die Kurbelwelle hat jetzt eine Umdrehung vollzogen (360°). Also macht der Kolben zwei Hübe und die Kurbelwelle eine Umdrehung.
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