Totakts motor

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Skematisk fremstilling af en tværgående Otto totaktsmotor med membranindløb

En totaktsmotor er en frem- og tilbagegående stempelmotor, der genererer mekanisk kraft ved forbrænding af brændstof . En arbejdscyklus (en komplet cykluscyklus) varer en krumtapakselrotation , dvs. to cyklusser . Ligesom en firetaktsmotor kan den fungere som benzin- eller dieselmotor . Den dagligdags Udtrykket ”totakts” beskriver i hverdagen en ventil-mindre benzin motor med blandet smøring og tændrør (er), der arbejder efter princippet totakts; De fleste totaktsmotorer er enkle og billige, og de har et lavt effekt-til-vægt-forhold .

Totakts benzinmotorer har været meget udbredt i motorcykler , knallerter , scootere og de fleste karts . I personbiler var de blandt andet tilgængelige fra Trojan, DKW , Aero , Saab , IFA ( Trabant , Wartburg , Barkas ), Lloyd , Subaru , Suzuki , Mitsubishi og scooter . Totakts dieselmotorer var også tilgængelige til diesellokomotiver , lastbiler (f.eks. Krupp Titan ) og fly ( f.eks. Junkers Jumo 223 ).

De er nu stadig bruges i påhængsmotorer og bærbare enheder såsom kædesave , buskryddere , græstrimmere , blade støvsugere og løvblæsere , som formodes at være let, stærk og kræver motor smøring uanset placeringen. Store totakts dieselmotorer bruges i kraftværker til at drive elektriske generatorer og i skibe (" skibsdiesel ", for eksempel Wärtsilä RT-flex96C ); de er de største og mest kraftfulde stempelmotorer og er blandt de varmemotorer med de højeste grad af effektivitet .

Historien om totaktsmotoren

Kompressionsløs, direktevirkende totakts Lenoir-gasmotor (1861)

forhistorie

De første totaktsmotorer, der nu kaldes kompressionsfri, fungerede efter et andet princip og kaldes kun det, fordi de antændtes ved hver omdrejning af krumtapakslen -ligesom den moderne kompressions-totakts. I den første cyklus blev den suget ind og antændt uden komprimering; i den anden cyklus blev den forbrændte gasblanding udvist. Gasudvekslingen blev styret af glideventiler. Forsøg af Jean Joseph Étienne Lenoir , Siegfried Marcus og andre at bruge dem til mobile formål (mellem 1860 og 1870) mislykkedes blandt andet på grund af motorernes ugunstige effekt / vægtforhold. Carl Benz “Nytårsaften” fra 1879 fungerede også efter dette princip. Den "stationære" totaktsmotor System Benz blev bygget af Mannheim gasmotorfabrikken fra 1881 og tusinder af eksemplarer blev produceret. [1]

Scott totaktsmotor fra 1912

Begyndelser og teknisk udvikling

Dugald Clerk anses for at være opfinderen af ​​totaktsmotoren. For at omgå Nicolaus Ottos patent udviklede han i 1878 en motor med en separat skyllepumpe, der kun krævede en krumtapakselrotation pr. Arbejdscyklus. Dette motorprincip blev første gang brugt i 1887 i benzincyklussen af Edward Butler (1862-1940) til at køre et motorkøretøj. I 1891 modtog Julius Söhnlein et patent på krumtaphusskylning, hvor undersiden af ​​arbejdsstemplet fungerede som skyllepumpestempel. Ligesom moderne totaktsmotorer havde den ind- og udløbsslots. Overløbskanalen åbnede ind i stempelkronen. Samtidig udviklede Joseph Day [2] et lignende princip med en baffelplade på stemplet, som han ansøgte om patent på. [3] [4] [5] I 1904 konstruerede Alfred Angas Scott med succes en tocylindret totaktsmotor, i 1908 byggede han en videreudviklet version til en motorcykel. I 1909 grundlagde han Scott Motor Cycle Company , der fremstillede totaktsmotorcykler indtil 1966. Før Første Verdenskrig udviklede Hugo Ruppe totaktsmotoren yderligere; hans patenter gik til DKW , der fremstillede totaktsmotoren i stort antal. I 1928 udviklede den østrigske producent Titan membrankontrollen. [6] Den patenterede omvendte skylning af Adolf Schnürle , der erstattede tværstrømningsskylning og totaktsstemplet stempel fra 1932, betragtes som et stort udviklingstrin. Daniel Zimmermann udviklede den roterende knivportventil i 1952 og Yamaha udviklede udstødningsstyringen i 1978.

Fordele og ulemper ved proceduren

Frem til 1950'erne havde totaktsmotoren et stort udviklingspotentiale for biler og lastbiler. [7] Totaktsmotoren havde særlige fordele på mange områder [8] :

  • Højere maksimalt drejningsmoment , derfor potentielt større accelerationskapacitet i motorkøretøjer end firetaktsmotorer med samme slagvolumen [9]
  • Mere ensartet momentudgang , da den antændes dobbelt så ofte pr. Omdrejning som en firetaktsmotor ( "3 = 6" reklame fra DKW )
  • I det enkleste tilfælde kun tre bevægelige dele : stempel , forbindelsesstang og krumtapaksel , derved
    • lav vedligeholdelse og pålidelig drift. Ventilstyringen af historiske firetaktsmotorer var ekstremt vedligeholdelseskrævende og derfor et argument til fordel for totaktsmotoren. På grund af konstante forbedringer i ventilstyringen blev dette aspekt imidlertid mindre vigtigt med tiden.
  • let vægt
  • ingen motorolieskift er påkrævet
  • Meget kort opvarmningsfase , bedre koldstartadfærd
  • Lav emission af nitrogenoxid
  • Positionsuafhængig brug med blandet smøring , hvilket er særligt fordelagtigt for mobilt arbejdsudstyr

Det viste sig imidlertid, at mange af de principrelaterede ulemper ved denne motortype ikke kunne elimineres. De væsentlige punkter omfatter: [8]

  • Gasskift : Der er kun kort tid til rådighed omkring det nederste dødpunkt for at udstøde udstødningsgassen og fylde cylinderen med frisk gas. Firetaktsmotorer arbejder derimod to arbejdsslag som en stempelpumpe, udstød udstødningsgassen i et slag og suger frisk gas i det næste slag. Totaktsmotorer har brug for deres egen skyllevifte, normalt en stempelventilator. (En blæser står for en anordning til transport af gasser med en ubetydelig trykgradient.) Små benzinmotorer har normalt en krumtaphusskylning, hvor stemplet fungerer som en skyllepumpe med undersiden. I tilfælde af flercylindrede motorer kan det kræve gastæt adskillelse af de enkelte krumtapmekanismer. Et alternativ er skylning med eksterne blæsere, som for det meste arbejder med roterende lapper (typisk som Roots blæsere eller roterende vingepumper ). Opgaven skal udføres i starten, så turboladere , som har brug for varme udstødningsgasser for at drive dem, skal understøttes af en elektrisk drevet startventilator.
  • Skylningstab opstår, fordi udstødning og frisk gas kan blande sig under gasudvekslingen , og der kan derfor forblive frisk gas i udstødningen eller udstødningsgassen i cylinderen. Den resulterende ulempe ved forbrug kan reduceres betydeligt ved direkte brændstofindsprøjtning. Uden direkte indsprøjtning er der en målkonflikt mellem restgas og skyllet frisk gas, se også fangstgrad . Som et resultat heraf er brændstofforbruget i totakts benzinmotorer med karburatorer forholdsvis højt, så der kun blev brugt totaktsmotorer med maksimalt tre cylindre og et slagvolumen på 1,2 liter i personbiler. Undtagelsen er Aero 50 med en firecylindret totaktsmotor og et slagvolumen på 2 liter; dens brændstofforbrug er angivet som 12-16 l / 100 km. DKW 4 = 8 havde også fire cylindre, men den største version havde et slagvolumen på 1054 cm³. V6 totaktsmotoren designet af Hans Müller-Andernach gik ikke i serieproduktion og blev kun eftermonteret i nogle Auto Union F 102'er. Denne motor havde et slagvolumen på 1288 cm³.
  • Tab af slag : Kompression begynder først, når stemplet har lukket indløbs- og udløbsslidserne. Firetaktsmotoren kan starte kompression fra bundens dødpunkt, hvis du ser bort fra gasdynamik eller specielle cyklusser som Miller eller Atkinson .
  • Termisk belastning : På grund af det større antal arbejdscyklusser og energiomsætningen opstår der højere varmestrømme for cylinderen, stemplet og stempelstiften , som f.eks. Kan reduceres ved køling eller lavere effekt. Stempelkøling med sprøjteolie er imidlertid særligt imod krumtaphusskylning (også: krumtaphusskylning). Hvis udstødningsgassen blæses ud gennem slidser, er temperaturen på stempelringens glidende overflade og på smørefilmen højere end ved en firetaktsmotor. Problemet øges, fordi der skal spredes betydeligt mere varme via stemplet i en totaktsmotor end i en firetaktsmotor.
  • Mekanisk og elektrisk spænding : Især stempelringene er i farezonen i området ved indløbsslidserne. Fordi stemplet og lejet konstant er under pres, er det vanskeligere at vedligeholde den separerende smørefilm. I firetaktscyklussen ændres trykretningen på disse komponenter, når de skubbes ud og suges ind, så olie kan strømme ind i hullet af sig selv. Fordi tændingsfrekvensen er dobbelt så høj, er tændingssystemet udsat for særlig høje belastninger og dermed også modtagelighed for fejl, især med motorer med høj omdrejningstal. Slid på tændrørene er betydeligt større.
  • Olieforsyning : I tilfælde af skylning af krumtaphuset med minimeret smøring skal rullelejer bruges i stedet for glidelejer for at sikre smøringens pålidelighed. Det betyder, at fordelene ved glidelejer, som forårsager mindre mekanisk støj og svigter sjældnere end kuglelejer, er forsvundet.
  • Kontroltider : Kontroltiderne kan ikke ændres for kontrolåbninger.
  • Samlet højde : Hvis kontrolåbningerne lukkes af stemplet, skal der leveres et længere stempelskørt og en tilsvarende lang cylinder. For at kunne fortsætte med at bruge et stempel , skal forbindelsesstangen også gøres længere. I praksis kan en firetaktsmotor gøres mere kompakt end en totaktsmotor på trods af ventiltimingen.
  • Udstødningsgasser : På grund af kravet om sikker antændelighed er blandingskvaliteten dårligere at kontrollere ved λ = 1 end med en firetaktsmotor. Derfor er den katalytiske reduktion af forurenende stoffer ( CAT ) i udstødningsgassen vanskeligere. Da kontrolåbningerne er placeret i den smurte cylinder-overflade, og med blandet smøring kan olietilførslen justeres mindre præcist til det faktiske krav, fører totaktsmotorer mere olie med sig end firetaktsmotorer. [10] Resultatet er en høj mængde HC i udstødningsgassen (30 gange større i Trabant end i en sammenlignelig firetaktsmotor).
  • Støjsvag kørsel : Selv motoren kører kun under belastning. Ved tomgang kører motoren uroligt på grund af den høje andel restgas i forbrændingskammeret. I overløbstilstand (hvis der ikke er installeret en overskridelsesafbrydelse), forekommer der ofte uregelmæssige tændinger (det såkaldte dias-ryk). Nogle totaktsbiler er udstyret med et frihjul, der forhindrer overkørsel.
  • Bremsekraft : Totaktsmotoren udvikler mindre motorbremsekraft i overløbstilstand. I tilfælde af et ikke-aflåseligt frihjul kan motorens bremsekraft slet ikke bruges.

Da der kræves lavt forbrug og gode udstødningsgasværdier i mange anvendelsesområder, er anvendelsesområdet for totaktsmotorer reduceret til få områder.

Totaktsprocessen var ikke i stand til at etablere sig med succes i bilindustrien; I løbet af 1950'erne / 60'erne opgav bilfabrikanter som Saab, Suzuki, Mitsubishi og DKW totaktsprocessen. Totaktsmotoren blev bevaret i særlig lang tid i bilfremstillingen af DDR ; I 1962 så virksomheden stadig sig selv som et domæne for totaktsmotorkonstruktion og var fuld af forventning om, at de iboende ulemper ved denne motor ville blive overvundet. [11] Dette lykkedes ikke, men totaktsmotoren blev bevaret, så Trabant 601- og Barkas B 1000- køretøjer bygget indtil 1990 var verdens sidste serieproducerede biler og lastbiler med totaktsmotorer.

Totaktsmotoren havde en længere eksistens inden for motorcykelkonstruktion . Mange motorcyklister blev ikke generet af støj og udstødningsemissioner eller den uopdyrkede tomgangsadfærd. I motorcykelløb viste totaktsmotoren sine iboende fordele i forhold til firetaktsmaskiner. Fra 1994 erstattede lovlige forbud af årsager til luftforurening to-taktsmotorer.

Totaktsmotoren har holdt sig fast inden for anvendelsesområder, hvor positionsuafhængighed, enkelhed og lavt forhold mellem effekt og vægt er vigtige. Disse omfatter lille mobilt arbejdsudstyr, bådmotorer, jetski , ultralette flymotorer og små motorer (modelfremstilling). Desuden er store totakts dieselmotorer de mest effektive motorer og bruges i skibe. Det eneste der tæller der er økonomi, da udstødningsemissioner i skibsfarten næppe er reguleret ved lov den dag i dag.

Aktuelle udviklinger

Der gøres stadig en indsats for at klare problemerne med tab og udstødningsgas i forbindelse med totaktsprocessen for at gøre fordelene i forhold til firetaktsmotorer mere anvendelige igen.

Motorcykelproducenter som Betamotor , KTM , GasGas eller Husqvarna tilbyder totakts benzinmotorer til deres moderne terrængående sportskøretøjer. Hos KTM er disse nu uden undtagelse direkte indsprøjtning (reverse flushing design). Skylningstabet holdes inden for grænser, så motorerne bliver mere effektive og renere. Derudover har Envirofit International- projektet eksisteret siden 2007, hvor konventionelle totaktsmotorer konverteres til direkte oralt indsprøjtning for at opnå mere miljøvenlige emissioner. Dette opnås ved at udskifte topstykket og eftermontere en injektion (kit). Formålet med dette projekt er at konvertere de millioner af lette motorcykler med konventionelle totaktsmotorer, der findes i Asien og de tilhørende miljøproblemer til mere miljøvenlige køretøjer ved at konvertere dem. [12] Andre eksempler omfatter BRP Rotax- motorer, der er blevet mere miljøvenlige takket være et direkte indsprøjtningssystem (Ficht FFI), herunder Rotax-serien, som også bruges i Ski-Doo-serien af ​​snescootere. [13] Tohatsu bygger totaktsmotorer med TLDI ( Two Stroke Low Pressure Direct Injection ) system til både, [14] Yamaha har det såkaldte HPDI ( High Pressure Direct Injection ) system.

En række små virksomheder har udviklet eller er i gang med at udvikle funktionelle modstående stempelmotorer for at drage fordel af deres potentielt lavere brændstofforbrug. Udformningen af drejemotoren er usædvanlig , med vandkølet drejestempel og direkte indsprøjtning gør det muligt at reducere rensetab til et minimum og med blandinger på op til 1: 300 sammenlignet med konventionelle stempelarrangementer (normalt 1: 50– 1: 100) arbejde. [15]

Arbejdsmåde

Totaktsmotorer implementerer sekvensen beskrevet nedenfor, uanset type og cyklusproces ; beskrivelsen begynder med det nederste dødpunkt . Processer under stemplet i totaktsmotorer med krumtaphusskraber er vist i kursiv. Større totakts dieselmotorer har rensningsventilatorer til skift af gas.

Første cyklus : kompression / sugning

  • På grund af stemplets opadgående bevægelse komprimeres gassen i cylinderen (luft eller blanding af brændstof-luft). Kompressionen øger temperaturen og trykket af gassen. Varmeudvekslingen med miljøet er lav, kompressionen er næsten isentropisk .
Stemplet, der løber opad, øger volumen i krumtaphuset, hvilket skaber et undertryk i krumtaphuset. Så snart indsugningskanalen frigives fra karburatoren i krumtaphuset, strømmer der frisk gas ind.
  • Kort før top dødpunkt tændes brændstof-luftblandingen i benzinmotorer af et tændrør. Det brænder så hurtigt, at stemplet bevæger sig lidt længere i løbet af forbrændingstiden, volumenet forbliver næsten konstant ( isochorisk varmeforsyning). I dieseltaktaktsmotoren tager forbrændingen af ​​dieselolien, der først injiceres, lidt længere tid, trykket forbliver omtrent det samme ( isobarisk varmeforsyning). I begge tilfælde er der højt tryk.

Anden cyklus : arbejde / forkompaktion

  • Den varme gas ekspanderer og trykker på stemplet, som løber tilbage. Gassen afkøles i processen; Varme omdannes til mekanisk energi.
Stemplet, der løber nedad, komprimerer den friske gas, der suges ind, så snart indsugningskanalen er lukket.
  • I nærheden af ​​det nederste dødpunkt åbner udløbsåbningen først og derefter overløbs- eller indløbskanalerne. Udstødningsgassen slipper ud, indtil trykket er faldet under det i overløbskanalerne, resten skylles ud af den indkommende friske gas. Store dieselmotorer har normalt kontrollerede udstødningsventiler og indsugningsporte. Små motorer er slidsstyrede, hvilket betyder, at stemplet frigiver udstødnings- og indsugningsåbninger i cylinderen. Den friske gas kan være en brændstof-luft-blanding eller bare luft i motorer med direkte indsprøjtning .
Når overføringskanalerne åbner, kan den forkomprimerede friske gas strømme ind i cylinderen fra krumtaphuset.

På stemplets vej til det øverste dødpunkt lukkes ind- og udløbsåbningerne igen, processen begynder igen med komprimeringen. Den friske gas (enten blanding eller luft) skal være under tryk for udrensning. For at generere dette bruges enten krumtaphuset og stemplets underside som en pumpe, eller der bruges en ekstern opladningsventilator. Udstødningsgas -turboladere (i store dieselmotorer) kombineres med hjælpeventilatorer, da udstødningsgassen ikke er tilstrækkelig til at betjene dem med tilstrækkelig effektivitet ved opstart eller ved lav belastning.

Den ideelle benzin- eller dieselcyklus nærmer sig kun processen i motoren, fordi gassen udveksler varme med miljøet, og forbrænding og gasudveksling tager en vis tid. Afvigelserne er beskrevet af kvalitetsgraden .

Tekniske principper

Skylning

Cross-flow skylning med næsestempel

Målet med skylning er at erstatte den brændte blanding med luft (i tilfælde af direkte indsprøjtning , f.eks. Dieselmotor ) eller brændstof-luftblandingen (i benzinmotorer med indsugningsmanifoldindsprøjtning ) i den korte tid, hvor ind- og udløbsåbningerne åbnes er gratis karburator ). På den ene side bør der forblive så lidt restgas som muligt i cylinderen, men på den anden side bør så lidt frisk gas som muligt også gå tabt gennem udløbet. Der er tre typer skylning: [16]

Cross-flow skylning

DC skylning med tæppeventil

Udløb og indløbskanaler vender mod hinanden og frigøres og lukkes begge af stemplet. Stikkontakten åbner først og lukker sidst. For at skylle cylinderen så godt som muligt, er enten stemplet formet på en sådan måde, at det afbøjer indløbsstrømmen i topstykket ( næsestempel ), eller så åbnes overløbskanalen opad mod en vinkel. Denne konstruktionstype bruges sjældent i dag, fordi andre typer skylninger er mere effektive og mindre tabende; For eksempel blev den sidste flercylindrede motorcykelmotor med krydsspyling installeret i Silk 700 .

Så sent som i 2018 var der laveffektmotorer såsom plæneklippere og knallerter med denne type skylning; 4-takts motoren har imidlertid også stort set sejret der.

DC -udrensning

I DC-rensede motorer er afgangs- og indløbskanalerne i modsatte ender af cylinderkammeret. Den friske gas skubber udstødningsgassen i samme retning fra indløbet til udløbet. I modstående stempel- og dobbeltstempelmotorer bruges kun slots lidt over det nederste dødpunkt for de enkelte stempler til gasudveksling. I cylindre med et stempel bruges normalt slidser i bundens dødpunkt til indløbet og en kontrolleret ventil i topstykket til udløbet. Udløbet kan lukkes før indløbet, hvilket reducerer rensetabet og er nødvendigt med motorer med superladning .

Omvendt skylning

Schnürle omvendt skylning

I denne variant udviklet af Adolf Schnürle i 1925 åbner to modsatte overløbskanaler tangentielt til cylindervæggen. Udstødningsporten er mellem dem, så alle tre er ved siden af ​​hinanden på den ene side af cylinderen. De to gasstrømme fra overløbskanalerne mødes og afbøjes på cylindervæggen i retning af forbrændingskammeret og der mod udstødningskanalen. Da gasstrømmen når udløbet, har stemplet næsten lukket det. Tabet af frisk gas er lavere end ved krydstrømsrensning, og stempelkronen kan designes til at være flad. Med den første reverse flush var der kun to overløbskanaler, senere blev systemer med hoved- og sekundærkanaler udviklet, hvilket førte til op til otte overløbskanaler i 1980'erne. [17] Omvendt rensning bruges stadig i dag i totakts benzinmotorer.

Eksempler på styrevinkler

Afhængigt af applikationen kan overløbs- og udløbsstyringsvinklerne variere betydeligt. Med slot-kontrollerede totaktsmotorer er der overførselsvinkler i intervallet mellem 115 ° og 140 ° af krumtapakslens rotation og udstødningsreguleringsvinkler mellem 135 ° og 200 °, hvor udløbet altid åbner foran overførselskanalerne.

Gas dynamik

  • Brug af krumtaphuset som en pumpe ("krumtaphusskylning")

Krumtaphuset bruges sammen med stemplet som pumpekammer til at generere det overtryk, der kræves til skylning. Stempelets opadgående bevægelse komprimerer gassen i forbrændingskammeret og skaber samtidig et undertryk i krumtaphuset, som trækker frisk gas ind. I den nedadgående bevægelse komprimeres dette (forkomprimeret). Cylinderindløbet er forbundet til krumtaphuset via en overløbskanal. I nærheden af ​​det nederste dødpunkt åbner stemplet indløbsåbningen, og den friske gas, som nu er under tryk, strømmer gennem overløbskanalen ind i cylinderen.

Totaktsmotoren er-ligesom i mindre grad firetaktsmotoren og generelt og i varierende grad andre varmemotorer-et resonanssystem, hvis effektudvikling imidlertid i modsætning til 4-taktsmotoren er meget meget afhængig af de anvendte gassers vibrationsegenskaber ( inerti ). Under udstødningsprocessen kan strømmen af ​​udstødningsgasser bruges særligt effektivt gennem et passende design af udstødningssystemet (se animationen ovenfor).

Så snart stemplet rydder udløbsspalten, strømmer udstødningsgasserne ind i udstødningen. Strømningshastigheden falder kun i diffusoren . Så længe gassen fortsætter med at strømme uændret, skaber dens inerti en trykgradient i udstødningsretningen (billedligt set: gassøjlen suger ved udløbet). I modsætning til en udbredt misforståelse er diffusorens eneste opgave at bringe udstødningsgassen til en lavere hastighed, uden at strømmen afbrydes. Lidt senere reflekteres trykbølgen ved den anden afkortede kegle. Her akkumuleres gassen på grund af inerti, og den resulterende bølge løber tilbage mod cylinderudløbet. Dette skubber frisk gas, der er skubbet / trukket ind i udstødningen tilbage i cylinderen. Dette sker dog kun fuldstændigt på det optimale driftspunkt, for hvilket udstødningssystemet er beregnet. Hvis motorens omdrejningstal er anderledes, vil nogle af udstødningsgasserne vende tilbage til cylinderen, eller ikke vil al den friske gas blive skubbet tilbage. Inden for et bestemt hastighedsområde er disse tab imidlertid acceptable, da de ikke påvirker forbruget, udstødningskvaliteten eller ydeevnen for meget. For knallerter og knallerter bruges dette dog ofte til at drosle effekten ved at begrænse hastigheden ved at optimere udstødningssystemet til en lav hastighed.

De friske gas tab reduceres betydeligt ved denne type gasudveksling; Et sådant udstødningssystem kaldes en resonansudstødning . Udstødningens længde og form i forbindelse med højden på udløbsslidserne bestemmer det hastighedsområde, som udstødningen understøtter. Med korte udstødninger og høje udløbsslidser er tiden, hvor den brændte udstødningsgas reflekteres eller suges ud, kortere, og motoren er derfor designet til højere hastigheder. Det modsatte er tilfældet for lange udstødninger og flade udstødningsslidser. På denne måde kan en totaktsmotor indstilles relativt godt til et bestemt hastighedsområde; På den anden side kan strømningsforholdene optimalt justeres til et enkelt belastningspunkt, for eksempel ved stationær drift, med tilsvarende høje effektiviteter og god udstødningsgasadfærd. Resonansfrekvensen kan også i et vist omfang påvirkes ved hjælp af membranindløbet og et vibrationskammer ved indløbet, men langt fra så meget som ved den beskrevne resonansmetode.

Da der som en første tilnærmelse altid er atmosfærisk tryk i cylinderen ved afslutningen af ​​indsugningsprocessen, kan man tale om kvalitetskontrol i Otto totaktsmotorer. Kun forholdet mellem blanding og resterende udstødningsgas i cylinderen varieres via indsugningssystemets gasspjæld. Den høje andel af udstødningsgasser i cylinderen i delbelastningsområdet fører til dårlige forbrændingskvaliteter med et højt kulilte (CO) og kulbrinteindhold (C m H n ) i udstødningsgassen med lave nitrogenoxidemissioner (NO x ).

Den illustrerede resonanseffekt bruges også i mindre grad i firetaktsmotorer for at opnå bedre gasudveksling, når ventilen overlapper .

smøring

Dispenser til totaktsblanding

Smøring af blandingen

Blandingssmøring er forbrugssmøring, hvor olie blandes med brændstof. Som et resultat forbrændes oliekomponenten også under forbrændingsprocessen. En ulempe er den carbonolie, der produceres under forbrændingsprocessen, som aflejres i arbejdsområdet og i udstødningssystemet og forringer motorens ydeevne. Fjernelsen af ​​aflejringer i udstødningssystemet kan ske ved "udbrænding" eller kemisk opløsning. I begyndelsen af ​​1930'erne var blandingsforholdet 1 (olie): 10 (benzin), senere blev dette reduceret til 1:15 og 1:18. [18] Indtil 1970'erne kørte racermotorcykler med et blandingsforhold på 1:20, nogle gange blandet med ricinusolie , for at forhindre stempelstop under overkørsel. I mange år var forholdet 1:25 almindeligt for normale motorcykler eller scootere; Dette er også tilfældet med den første model af Trabant P 50 . Ved at bruge højtydende olier er olieforholdet i motorer med blandet smøring reduceret i årenes løb fra 1:33 (f.eks. Trabant P 50) til 1:50 (f.eks. Trabant 601 ) og 1: 100. [19] [20] Moderne motorsave og andre bærbare elværktøjer betjenes med et blandingsforhold på 1:50 (2% olie). [21] [22] [23]

Separat smøring

Ved separat smøring leveres den nødvendige smøreolie separat fra brændstoffet. Scotts første motorcykel, grundmodellen af 3 3/4 bygget i 1908, havde allerede separat smøring. I 3S -modellen udviklet i 1934 leverede tre oliepumper frisk olie til cylinderforingerne. [24] I 1961 bragte DKW en "frisk olie automat" på markedet for Auto Union 1000 modellen; das Öl wurde von einem separaten Behälter von einer Dosierpumpe in die Vergaserschwimmerkammer gepumpt und dort im Verhältnis von 1:40 vermischt. 1964 entwickelte Yamaha das „Autolube-System“ für Motorräder, bei der das Öl in den Ansaugstutzen des Vergasers geleitet wurde. Bei Volllast erreichte das „Autolube-System“ ein Mischungsverhältnis von 1:20, bei Leerlauf 1:150.

Die „echte“ Getrenntschmierung bei Serienmotorrädern bot Suzuki im Jahre 1971 mit der GT 750 wieder an, bei der eine Dosierpumpe das Öl direkt an die Schmierstellen (Lager, Zylinderwände) befördert. Die Pumpe befördert das Öl lastabhängig durch die Stellung des Gasgriffs, ein System, das später auch von Kawasaki angewandt wurde und der Ölsumpfschmierung des Viertaktmotors entspricht. [25]

Ölumlaufschmierung

Größere Zweitaktmotoren können mit geschlossenem Schmierölkreislauf gebaut werden, vergleichbar einem Viertaktmotor. Typische Vertreter solcher Motoren sind Zweitakt-Diesel für Nutzfahrzeuge. Sie müssen dann ein Ladegebläse haben, da das Kurbelgehäuse nicht zur Vorverdichtung genutzt werden kann.

Verlustschmierung

Große Zweitaktmotoren wie Schiffsdiesel können als Kreuzkopfmotoren insbesondere bei älterer Bauart mit Verlustschmierung ausgelegt sein. Dazu werden die Schmierstellen wie Haupt- und Pleuellager oder Kreuzkopf direkt über eine Ölleitung mit Schmierstoff versorgt, der dann neben dem Lager ins Freie austritt und abtropft.

Steuerungsverfahren

Einlasssteuerung

Kolbenkantensteuerung

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 (Überströmer) und des Auslasses ohne zusätzliche mechanische Bauteile.

Drehschiebersteuerung

Bereits 1911 entwickelte Alfred Angas Scott einen wassergekühlten Motor im Modell 3 3/4 mit Drehschiebersteuerung. [26] Der Plattendrehschieber, wie wir ihn heute kennen, wurde in den 1950er Jahren von Daniel Zimmermann aus Grünheide entwickelt, in der DDR patentiert [27] , in Bootsmotoren, Motoren von Kleinstrennwagen (ZPH) und MZ-Rennmotorrädern und am Trabant angewendet. Hierbei wird der Einlass in das Kurbelgehäuse durch eine Öffnung in einer auf der Kurbelwelle angebrachten rotierenden Scheibe geöffnet und verschlossen. Der Vorteil gegenüber kolbenunterkantengesteuerten Motoren ist die Möglichkeit, den Öffnungszeitpunkt unabhängig vom Schließzeitpunkt (asymmetrisch in Bezug auf den Kurbelwellenwinkel) zu steuern. Siehe auch: Schiebersteuerung bei Zweitaktmotoren

Membransteuerung

Der erste membrangesteuerte Zweitaktmotor war der 350 cm³ Hubraum große Motor des österreichischen Motorrad-Herstellers Titan von 1928. Ingenieur Karl Schüber war der Konstrukteur der Einlasssteuerung mit einem 4-Blatt-Membraneinlass. [28] Das Membranventil, als Zungenventil ausgelegt, wurde am Einlasskanal angebracht, das bei Unterdruck im Kurbelgehäuse öffnet und bei Überdruck schließt. Der Vorteil war die automatische Anpassung an die Strömungsverhältnisse bei allen Drehzahlen. Der zuverlässige Arbeitsbereich dieses Membranventils endete bei einer Drehzahl von maximal 5.000 min −1 . [29]

Die schwachfedernde und leichte 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.

1971 entwickelte Yamaha das Membranventil neu, indem die Membranzungen nun eine Dachform aufwiesen. Dadurch wurde ein verhältnismäßig großer Durchflussquerschnitt erreicht. [30] 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, umso 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. Das Zungenventil arbeitet bis zu einer Drehzahl von 8.000 min −1 zuverlässig. [31] Neueste Technik ersetzt die Metall-Membranzungen durch glas- oder kohlenstofffaserverstärkte Membranzungen. Die Massenträgheit ist geringer als bei Metall-Membranplättchen. Ein weiterer positiver Nebeneffekt des membrangesteuerten Motors sind deutlich bessere Verbrauchswerte. [32]

Kraftstoffeinspritzung

Der Gutbrod Superior und der Goliath GP 700 mit Zweitaktmotor waren 1951 die ersten Pkw mit Benzindirekteinspritzung. Das unter der Leitung von Hans Scherenberg entwickelte System wurde von Bosch zugeliefert. [33] Die NSU Motorenwerke stellten in den 1950er Jahren Versuche mit Benzindirekteinspritzung (mechanische Druckstoßeinspritzung) an Motorradmotoren an. Motobécane entwickelte 1973 zusammen mit Bosch eine analoge elektronische Saugrohreinspritzung in die Überströmkanäle an ihrem Dreizylinder-Zweitaktmotorrad, der Motobécane 350 , zur Serienreife. [34] 1997 stellte Bimota mit der Bimota Vdue einen Zweizylinder-Zweitaktmotor mit Benzindirekteinspritzung vor. Zwei Einspritzdüsen je Zylinder spritzten in Höhe der Überströmkanäle den Kraftstoff direkt in den Zylinder ein. [35] Aprilia folgte im Jahre 2001 mit dem 50-cm³-Roller SR 50 DiTech mit Benzindirekteinspritzung.

Auslasssteuerung

Die erste Form der Auslasssteuerung stammt von Yamaha, durch eine Veränderung der Öffnungsdauer des Auslasskanals. Dabei wurde mit einem kleinen Walzendrehschieber der Öffnungsquerschnitt des Auslasskanals nur bei höheren Drehzahlen ganz freigegeben. Das erste rein mechanisch gesteuerte Yamaha-Power-Valve-System (YPVS) erschien 1978 bei der OW 35, der 500-cm³-Rennmaschine von Yamaha. [36] Die elektronische Steuerung folgte ab 1983, auch im Serienmotor bei dem Modell RD 350 LC YPVS . [37] Bei der Version von Suzuki ( Suzuki Intake Power Chambre ) wird mittels Walzdrehschieber bei niedrigen Drehzahlen eine zusätzliche Resonanzkammer geöffnet; so auch beim System von Kawasaki ( Kawasaki Integrated Power-Valve ). [38] Bei der Auslasssteuerung von Honda ( Autocontrol Torque Amplification Chamber , kurz ATAC ) wird bei niedrigen Drehzahlen das Auspuffvolumen vergrößert (Beispiel Honda NS 400 R ). [39] Der Füllungsgewinn der Auslasssteuerung erreicht zwischen 20 und 40 % gegenüber der ungesteuerten Version. [40]

Bauweise als Ottomotor

  • Einzylinder: Bei tragbaren Geräten wird der Zweitaktmotor üblicherweise als gebläsegekühlter Einzylinder ausgelegt.
  • Zweizylinder: Zweizylinder in Reihe (Kurbelwelle quer zur Fahrtrichtung) waren anfangs luft- später wassergekühlt ( DKW ); mit Drehschiebersteuerung liegt der Primärantrieb zwischen den Zylindern. Pkw mit Zweizylinder-Zweitaktmotor waren die DKW F 1 bis DKW F 8 und deren Nachfolger; in der BRD DKW F 89 und in der DDR der IFA F 8 , der P 70 und die Pkw der Marke Trabant . Hinzu kamen verschiedene Modelle von Lloyd (Automarke) und das Goggomobil . Auch in Schweden ( Saab 92 ), Japan ( Kei-Cars verschiedener Hersteller) und Italien ( Vespa 400 ) wurden Zweizylinder-Zweitaktmotoren in Autos eingebaut.
  • Dreizylinder: Das Motorrad Scott 3S von 1934 hatte einen Dreizylinder-Zweitaktmotor längs eingebaut; ein Motorenexemplar soll 1939 an DKW verkauft worden sein. [24] DKW präsentierte 1939 den dreizylindrigen DKW F 9 , 1950 brachten der Industrieverband Fahrzeugbau mit dem IFA F 9 und 1953 Auto Union mit dem DKW F 91 einen Dreizylinder im Pkw auf den Markt. Deren Nachfolger wurden von Auto Union bis 1966 endend mit dem DKW F 102 und von IFA bis 1989 endend mit dem Wartburg 353 gebaut. Kawasaki führte 1969 in der Kawasaki 500 H1 einen luftgekühlten und Suzuki 1971 in der Suzuki GT 750 einen wassergekühlten Dreizylinder-Reihenmotor bei Motorrädern serienmäßig ein; Motobécane folgte 1973 mit dem Modell Motobécane 350 . Darüber hinaus wurden aus dem Rennsport die Dreizylinder mit zwei stehenden und einem liegenden Zylinder von DKW (1953) entwickelt und eingesetzt; zwei liegende und ein stehender Zylinder wurden 1983 von Honda (NS400 R, wassergekühlt) gebaut. Als Sternmotor wurden Dreizylinder von der Firma König um 1937 mit 500 cm³ Hubraum als Bootsmotor, und in den 1990er Jahren in unterschiedlichen Hubraumvarianten als Antrieb für Ultraleichtflugzeuge gebaut.
  • Vierzylinder: V-Motoren mit vier Zylindern baute DKW in den 1930er Jahren in das Modell 4=8 ein. Der Vierzylinder-Zweitaktmotor mit quadratisch angeordneten Zylindern wurde in dem Motorrad-Modell RG 500 Gamma von Suzuki , und in Form eines 50°-V-Motors mit zwei Kurbelwellen in der RD 500 LC von Yamaha eingesetzt.
  • Sechszylinder: In Rennbooten gab es V6-Motoren.
  • Achtzylinder: Von Galbusera entwickelt. Außerdem wurde von Evinrude in den 1980er Jahren mit den Reihen 250XP, 270XP, 300XP bzw. 3.6XP und dem 4.0XP Zweitakt-V8-Motoren entwickelt und produziert. Der 300XP hält den Geschwindigkeitsrekord für Außenbordmotoren auf Wasser mit über 175 mph (280 km/h). In der Standardversion schöpft er 230 kW (300 PS) bei 6.250/min aus 3,6 Litern Hubraum. Der Motor war später ebenfalls in einer 4,0-Liter-Version verfügbar, allerdings mit unwesentlich mehr Leistung.

Sonderbauarten

Doppelkolbenmotor

Doppelkolbenmotor

Beim Doppelkolbenmotor arbeiten zwei Kolben in einem gemeinsamen Brennraum; meist steuert ein Kolben die Überström-, der andere die Auslassöffnungen. Je nach Konstruktion des Kurbeltriebes kann man dadurch unsymmetrische Steuerzeiten erzielen. Man unterscheidet nach den Kurbeltrieben folgende Bauarten:

  • Ein quer zur Kurbelachse gegabeltes Pleuel mit Schiebestück (z. B. Puch 250 S4 ). [41]
  • Das Haupt- und Nebenpleuel (Anlenkpleuel) nach dem Patent von Arnold Zoller . [42]
  • Eine Kurbelwelle mit zwei, um mehrere Winkelgrade gegeneinander versetzten Kröpfungen und separaten Pleueln für jeden Kolben. ( Triumph BD 250 [43] )
  • Eine Kurbelwelle mit einer Kröpfung und längs zur Kurbelachse gegabeltem Pleuel (Triumph BDG). [44] Diese Version ermöglicht Gleichstromspülung, jedoch keine unsymmetrische Steuerzeiten.

Vorteile:

  • Gleichstromspülung, dh geringere Durchmischung von Alt- und Frischgas.
  • Größere Überströmkanäle und Auslassöffnungen, da man einen größeren Zylinderquerschnitt zur Verfügung hat.
  • Geringere Spülverluste, besonders wenn keine spezielle Resonanzauspuffanlage vorgesehen ist.

Nachteile:

  • Problematische Kühlungssituation der dünnen Wand zwischen den Zylinderbohrungen.
  • Keine beliebige Gestaltung der Brennraumform möglich, da auf eine möglichst strömungsgünstige Umlenkung des Frischgases durch den Brennraum geachtet werden muss.

Durch die systematische Erforschung und Nutzbarmachung der Schwingungsvorgänge im Auspuffsystem seit Ende der 1950er Jahre überwiegen heute im Kleinmotorenbereich die Nachteile des Doppelkolbenmotors gegenüber dem umkehrgespülten Einkolbenzweitakter.

Moderner Gegenkolbenmotor

Gegenkolbenmotor

Beim Gegenkolbenmotor arbeiten zwei Kolben gegeneinander in einem Zylinder. Diese Lösung hat bei gleicher Kolbenanzahl geringere thermische Verluste, da die Zylinderköpfe fehlen. Es gibt sie mit zwei per Zahnradgetriebe gekoppelten Kurbelwellen oder mit einer Kurbelwelle seitlich und langen Zwillingspleueln, die über ein Joch auf den zweiten Kolben wirken, oder der Kurbelwelle in der Mitte und Kipphebeln mit je zwei Pleueln.

Ventil-Zweitakter

Tellerventile im Zylinderkopf zur Auslasssteuerung werden bei langhubigen Zweitaktern in Großdieselmotoren verwendet. Die Gleichstromspülung hat thermo- und spüldynamische Vorteile und ermöglicht unsymmetrische Ein- und Auslasssteuerzeiten.

Rennsport

Formel 1

Theoretisch erreicht der Zweitaktmotor bei gleichen Voraussetzungen (Hubraum, Drehzahl) die doppelte Leistung eines Viertaktmotors. In der Praxis erreicht er durch den hohen Abgasanteil an der Frischgasladung nicht den Mitteldruck eines Viertakters. Das Reglement der Formel 1 verbietet seit 1984 den Einsatz von Zweitaktmotoren; 1934–1937 war in der Vorläuferklasse nur das Fahrzeuggewicht auf 750 kg limitiert, sodass es Versuche gab, mit aufgeladenem Doppelkolbenmotor an der Rennserie teilzunehmen. [45]

Motorradsport

Bei Motorradrennen ist der Zweitaktmotor erst 1911 in dem Rennmotorrad Scott Modell 3 3/4 von Alfred Angas Scott gegenüber dem Viertaktmotor konkurrenzfähig geworden. 1912 und 1913 gewannen Fahrer auf Scott Modell 3 3/4 die Rennen der Senior-Klasse der Isle of Man TT auf dem Snaefell Mountain Course .

1932 erschienen die ersten Rennmotorräder mit Doppelkolbenmotor von DKW , später mit Kolbenladepumpe. Das erfolgreichste Modell in der Klasse bis 250 cm³ Hubraum war vor dem Zweiten Weltkrieg die nahezu unschlagbare DKW ULD 250 .

Die 1949 eingeführte Motorrad-Weltmeisterschaft dominierten Zweitaktmotoren in den Klassen bis

  • 50 cm³ von 1962 bis zur Auflösung der Klasse 1983 , unterbrochen nur in der Saison 1965 von Honda mit Viertaktmotor,
  • 80 cm³ von 1984 bis zur Auflösung der Klasse 1989 ,
  • 125 cm³ von 1967 bis zur Auflösung der Klasse und dem Verbot des Zweitakters 2011 ,
  • 250 cm³ von 1968 bis zur Auflösung der Klasse und dem Verbot des Zweitakters 2009 ,
  • 350 cm³ von 1974 bis zur Auflösung der Klasse 1982 ,
  • 500 cm³ von 1975 bis zur Auflösung der Klasse und dem Verbot des Zweitakters 2001 .

Der letzte dominante 500-cm³-Zweitakter war der Seriensieger ab der Saison 1994 , die Honda NSR 500 , die in ihrer letzten Ausbaustufe 132 kW Spitzenleistung erzielte. [46] [47]

Motor der Honda NSR 500 (1997): 4 Zylinder, 112° V-Winkel, zweitaktig, 499 cm³, flüssigkeitsgekühlt, 125 kW (ab 1998: 132 kW)

Motorradgespann : Von 1975 bis 1996 und im Sidecar-Worldcup 1997 dominierten Zweitaktmotoren. 2001 wurden die 500-cm³-Zweitakter verboten und durch 1000-cm³-Viertakter ersetzt.

Die Zeit der Zweitaktmotoren in Straßenrennmotorrädern dauerte von 1911 bis 2012, wo sie mit Einführung der Moto3-Klasse endgültig endete. Im Geländesport (Hard Enduro) dominiert der moderne Zweitakter nach wie vor durch die kompakte und leichte Bauweise bei vergleichsweiser hohen Leistungsausbeute. Die hier bekanntesten Hersteller für Zweitaktmotorräder sind KTM, Beta, GasGas, Yamaha und Sherco.

Rennboote

Der Zweitaktmotor wird heute noch regelmäßig als Antrieb für Rennboote im Motorbootsport der Union Internationale Motonautique eingesetzt. [48] In der Klasse bis 2600 cm³ erreicht z. B. ein V-60-Grad-6-Zylinder-Außenbordmotor 200 PS (147 kW) bei 6500–7000 min −1 . [49]

Bootsmotoren

Als Außenbordmotoren finden Zweitakter Grenzen hinsichtlich der Öl-Emissionen, die beim Verbrennungsvorgang auch in die Gewässer gelangen. Erste Regelungen finden sich in der 1993 erlassenen Bodensee-Schifffahrts-Ordnung . [50] Seit 1. Januar 2007 existieren als eine Richtlinie Emissionsvorschriften für Zweitaktmotoren europaweit. [51] Die darin enthaltenen Grenzwerte sind für Zweitaktmotoren, wenn überhaupt, nur mit Direkteinspritzung zu erreichen. [52] [53] [54] Entsprechend der Landesschifffahrtsverordnungen einzelner Länder können nach geltendem Recht jedoch Abweichungen von der Richtlinie bestehen. So ist in der LSchiffV Brandenburg lediglich die Begrenzung des Ölgehaltes im Kraftstoff auf 2 % vorgeschrieben. [55]

Emissionen von Zweitaktmotoren

Mit großen Zweitaktmotoren lassen sich prinzipiell gute Emissionswerte erzielen. Einfache und kleine Zweitaktmotoren haben meist mehr Emissionen als viel größere Viertaktmotoren. Die Gründe dafür sind:

  • Spülverluste, durch die unverbranntes Kraftstoff-Öl-Gemisch ins Abgas gelangt.
  • Inhomogene, dh unvollständige Verbrennung des Gemischs führt zu Emission von Verbrennungszwischenprodukten wie Feinstaub . [56]
  • Die Kolbenringe überlaufen die Spülöffnungen; dadurch wird Öl von der Zylinderwand in den Gasstrom gerissen, was zu mehr Emissionen, auch bei Motoren mit Ölsumpfschmierung, führt. Der Zweitaktmotor hat ein oder zwei Kolbenringe, der Viertaktmotor in der Regel drei (Verdichtungsring, Zwischenring und Ölabstreifring). [57] [58]

Gesetzliche Grenzwerte

Motorroller mit Zweitaktmotoren (bis 50 cm³ Hubraum) nahmen in der Vergangenheit durch ihre gesundheitsschädlichen Emissionen eine dominante Rolle bei der Luftverschmutzung in großen Städten ein. [59] Für Zweiräder gelten seit Januar 2016 die Abgasnormen Euro 4, unabhängig davon ob ein Zweitaktmotor oder Viertaktmotor verwendet wird. Dies führte zu einem generellen Einbaustopp von Zweitaktmotoren im Bereich der Kleinkrafträder, für die seit 2016 ebenfalls die Euro-4-Norm (zuvor Euro 2) gilt. Schon die Euro-3-Norm war für Zweitaktmotoren nicht zu erreichen. Das letzte Zweitaktmotorrad mit Straßenzulassung über 150 cm³ Hubraum war die bis 2002 gebaute Aprilia RS 250 mit 249 cm³ Hubraum und 55 PS/40 kW Leistung, die den überarbeiteten Motor der Suzuki RGV 250 Gamma hatte. Ausnahme: Die seit 2013 gebaute KTM Freeride 250 R hat in der Straßenversion einen Zweitaktmotor der auf 7 PS (5 kW) gedrosselt wurde, um die Euro-3-Norm zu erfüllen. [60] Als Folge der Einführung der Euro-4-Norm musste die Produktion der Vespa PX (125 und 150 cm³) auf 2017 eingestellt werden. Kleinkrafträder (bis 50 cm³ Hubraum) dürfen immer noch das 5fache der Kohlenwasserstoff- und Stickoxidmengen von Pkw-Motoren ausstoßen.

Emissionsgrenzwerte für Motorräder
Angaben in mg/km
Norm Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4
Typprüfung ab 17. Jun. 1999 ab 1. April 2003 ab 1. Jan. 2006 ab 1. Jan. 2016
CO 8.000 / 13.000 3 5.500 2.000 1.140 / 1.000 6
HC 4.000 / 3.000 3 1.200 / 1.000 5 800 / 300 5 170 / 380 4 / 100 6
NO x 100 / 300 3 300 150 90 / 70 4 / 300 6
PM 80 6
3 Viertakt
4 V-max < 130 km/h
5 ab 150 cm³
6 mit Dieselmotor
Emissionsgrenzwerte für Kleinkrafträder (KKR) und Pkw
Angaben in mg/km
Norm Euro 4 (KKR) Euro 5 (Pkw) Euro 6b (Pkw)
Typprüfung ab 1. Jan. 2016 ab 1. Jan. 2011 ab 1. Sept. 2015
CO 1.000 1.000 1000
HC 630 100 100
NO x 170 60 60
PM 4,5 7 4,5
Partikelzahl 6·10 11

[61] (Stand Dezember 2016)

Diesel-Zweitakter

Historische Diesel-Zweitakter

Einer der größten Lastkraftwagen mit Diesel-Zweitaktmotor ist der 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 Roots-Gebläse – teilweise mit vorgeschalteten Turboladern – und wassergekühlte Ladeluftkühler . Zweitakt-Dieselmotoren für Lastwagen mit gesteuerten Auslassventilen produzierten auch die Kruppwerke bis in die 1950er Jahre. Gegenkolbendieselmotoren sind die Junkers Jumo-Flugmotoren mit zwei Kurbelwellen, der Napier Deltic mit drei Zylinderreihen und drei Kurbelwellen und der Commer TS-3, ein LKW-Motor mit einer Kurbelwelle und zwei Pleueln und einem Kipphebel je Kolben.

Moderne, ventilgesteuerte Zweitaktmotoren

Viele der heutigen Zweitakter haben gesteuerte Auslassventile und Einlassschlitze. Gespült werden sie mit getrennten Ladepumpen. Hierdurch wird ein sauberer Gaswechsel erreicht. Es ist keine Gemischschmierung mehr notwendig, die Kurbelwelle läuft wie beim Viertakter in druckölgeschmierten Gleitlagern.

Diese Bauweise eignet sich besonders für langsamlaufende Motoren mit großem Hubraum (Schiffsdiesel, mit Bohrungen von fast einem Meter und Hüben von über drei Metern), da die niedrige Drehzahl immer ausreichend Zeit für den Gaswechsel lässt und das Gewicht der externen Lader keine 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 stationären kombinierten Gas-und-Dampfturbinen übertroffen. Ein Schiffsdiesel [62] mit einem spezifischen Kraftstoffverbrauch von weniger als 160 g/kWh kann im Bestpunkt bis zu 55 % der chemisch gebundenen Energie des Kraftstoffes in nutzbare mechanische Arbeit verwandeln. PKW-Viertakt-Turbodiesel kommen im Bestpunkt auf 40–42 % Wirkungsgrad, LKW-Viertakt-Turbodiesel auf 45 %, Viertakt-Ottomotoren mit Turbo auf 35–37 %.

Ein besonderer Anwendungsfall ist der japanische Typ-90 -Panzer, der von einem Mitsubishi-10ZG-Zweitaktmotor mit Dieseldirekteinspritzung und Roots-Gebläse zur Aufladung angetrieben wird. Der US-amerikanische Transportpanzer M113 ist mit einem wassergekühlten Zweitakt-V6-Dieselmotor von General Motors ausgerüstet (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).

Literatur

  • Christian Bartsch (Hrsg.): Ein Jahrhundert Motorradtechnik . VDI-Verlag, Düsseldorf 1987, ISBN 3-18-400757-X .
  • Wolf Albrecht 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.)
  • Michael Heise: Zweitakt-Fahrzeugmotoren . Fachbuchverlag, Leipzig 1953.
  • Pavel Husák: Zweitaktmotorräder. 1. Auflage. Motorbuch Verlag, Stuttgart 1987, ISBN 3-613-01161-1 .
  • Hans List: Der Ladungswechsel der Verbrennungskraftmaschine. Band 4, Teil 2: Der Zweitakt . Springer, Wien 1950.
  • Christian Rieck: Zweitakt-Motoren-Tuning . Rieck, Eschborn 2004, ISBN 3-924043-25-6 . (erklärt die Funktionsweise des Zweitaktmotors und Möglichkeiten zur Leistungssteigerung)
  • Herbert J. Venediger: Zweitaktspülung insbesondere Umkehrspülung . Franckh, Stuttgart 1947.

Weblinks

Commons : Zweitaktmotoren – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Zweitaktmotor – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

  1. Foto: Zweitaktmotor System Benz ( Memento vom 12. Dezember 2013 im Webarchiv archive.today )
  2. Scan: Day-Motor (abgerufen am 27. Mai 2013)
  3. Siegfried Rauch: Der Zweitaktmotor im Motorradbau. In: Christian Bartsch: Ein Jahrhundert Motorradtechnik . VDI-Verlag, Düsseldorf 1987, ISBN 3-18-400757-X , S. 125.
  4. Christian Bartsch: Ideen und Rohrkrepierer , auf: automobil-industrie.vogel.de , 13. August 2007 (abgerufen am 26. Mai 2013)
  5. Neue Erdölkraftmaschinen. In: Polytechnisches Journal . 303, 1897, S. 246–251.
  6. 1971 wurde die Membransteuerung von Yamaha perfektioniert
  7. Der gebrauchstüchtige Zweitakt-Ottomotor für den Personen- und Lieferkraftwagen . In: Motortechnische Zeitschrift . 4/1949, S. 92–94.
  8. a b Überwiegend entnommen aus Standortbestimmung des Zweitaktmotors als Pkw-Antrieb . Teil I+II: Zweitaktdieselmotor; Teil III+IV: Zweitaktottomotor. In: MTZ . Springer Vieweg / Springer Fachmedien, Juli 2001, ISSN 0024-8525 .
  9. Der Zweitaktmotor und seine besonderen Vorzüge . In: Kraftfahrzeugtechnik . 10/1964, S. 371–374.
  10. Bosch Kraftfahrtechnisches Handbuch 25. Auflage Seite 472 Nachteile des Zweitaktmotors
  11. Der Zweitaktmotor – gestern, heute und morgen. In: Kraftfahrzeugtechnik . 2/1962, S. 52–56.
  12. Winner of the Transport and Mobility Category 2007 Envirofit International : Project Philippine Two-Stroke Engine Retrofit Project auf: cleanenergyawards.com (abgerufen am 14. Juni 2013; PDF; 272 kB)
  13. 2-Zylinder-Rotax-Motoren für den Einsatz in Schneemobilen auf: rotax.com (abgerufen am 22. Jabzar 2017)
  14. Modellübersicht TLDI auf: tohatsu.de (abgerufen am 22. Januar 2017)
  15. Kolbenbauweise sowie Flash -Animation bei pivotalengine.com (abgerufen am 14. Juni 2013)
  16. Richard von Basshuysen: Handbuch Verbrennungsmotor: Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven. Vieweg+Teubner Verlag, 2007, S. 440ff.
  17. Pavel Husák: Zweitaktmotorräder. 1987, S. 130.
  18. Technische Daten DKW Super Sport 250 und SS 350 , auf: motorradonline.de (abgerufen am 2. August 2013)
  19. Pavel Husák: Zweitaktmotorräder. 1987, S. 164.
  20. Auf Achse: Maico MD 250 WK , auf: motorradonline.de (abgerufen am 22. Mai 2013)
  21. Stihl: Richtiges Kraftstoffgemisch
  22. Husqvarna: Produktkatalog 2013
  23. Dolmar: 2-Takt-Motoröl
  24. a b Alan Cathcart in MOTORRAD CLASSIC 5/2013, S. 72–79.
  25. Pavel Husák: Zweitaktmotorräder. 1987, S. 166 ff.
  26. LJK Setright: The Guinness Book of Motorcycling. Facts and Feats. 1982, ISBN 0-85112-255-8 , S. 28.
  27. Patentschrift DD4343 Einlaßsteuervorrichtung, insbesondere für Zweitaktbrennkraftmaschinen , angemeldet am 29. Oktober 1952, in Kraft am 27. Oktober 1954
  28. Gabriele Klinger, Andreas Winter: 101 Jahre österreichische Motorradhersteller. 1. Auflage. Weishaupt Verlag, Gnas 2001, ISBN 3-7059-0093-5 , S. 86.
  29. Pavel Husák: Zweitaktmotorräder. 1987, S. 134.
  30. Foto: Zungenventil Yamaha RD 80 ( Memento vom 29. Juni 2013 im Webarchiv archive.today )
  31. Pavel Husák: Zweitaktmotorräder. 1987, S. 135.
  32. Membransteuerung – und wieder Yamaha. In: H. Hütten: Schnelle Motoren – Seziert und frisiert. 6., völlig neu bearbeitete Auflage. RC Schmidt, Braunschweig 1977, ISBN 3-87708-060-X , S. 252–253.
  33. Scan: Bosch-Benzineinspritzung bei Gutbrod ( Memento vom 2. Juli 2013 im Webarchiv archive.today )
  34. Motobecane 350 auf classicbikersclub.com ( Memento vom 28. Juni 2013 im Webarchiv archive.today )
  35. Jürgen Stoffregen: Motorradtechnik. Grundlagen und Konzepte von Motor, Antrieb und Fahrwerk. 7. Auflage. Vieweg Verlag, Wiesbaden 2010, ISBN 978-3-8348-0698-7 , S. 62.
  36. Yamaha OW45 , Yamaha Classic Racing Team ( Memento vom 3. Dezember 2013 im Webarchiv archive.today )
  37. YPVS (Yamaha Power Valve System) auf: yamaha-motor.eu (abgerufen am 19. Mai 2013)
  38. Pavel Husák: Zweitaktmotorräder. 1987, S. 151.
  39. Pavel Husák: Zweitaktmotorräder. 1987, S. 154.
  40. Jürgen Stoffregen: Motorradtechnik: Grundlagen und Konzepte von Motor, Antrieb und Fahrwerk. 7. Auflage. Vieweg Verlag, Braunschweig 2010, ISBN 978-3-8348-0698-7 , S. 59.
  41. Doppelkolbenmotor: Zwei Takte im Doppelpack auf: oldtimer-markt.de (abgerufen am 14. November 2013)
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