Die wenigsten dürften sie nicht kennen. Den meisten dürften sie erster Motor gewesen sein. Der 2-Takter. Ein einzigartiges Prinzip für einen Hubkolbenmotor, der 2 Dinge immer gleichzeitig erledigt, was Fluch und Segen war und ist. Und den Siegeszug des 4-Takters einleitet und erklärt. Doch was genau unterscheiden 2-Takter und 4-Takter? MOTORRAD erklärt die Grundlagen.
So funktioniert ein Zweitakt-Motor
Grundsätzlich ist ein 2-Takter ein Motor, der bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle eine Verbrennung ermöglicht. Klingt einfach, ist es aber nicht, denn während dieser Umdrehung muss ein 2-Takter frisches Gemisch in den Brennraum bekommen, dieses Gemisch verdichten, verbrennen und das Abgas loswerden.
Im Grunde Aufgaben, die der 4-Takter in der doppelten Zeit erledigt. So gesehen ist der 2-Takter ein kleines Wunder.
Der 2-Takter – das kleine Wunder
Der 2-Takter kombiniert also je 2 Arbeitsschritte zu einem, und so gelingt es ihm, die Arbeit des 4-Takters in der halben Zeit zu erledigen – oder doppelt so viel Arbeit in der gleichen Zeit. Sprich: Pro Umdrehung erzeugt der Motor Drehmoment durch eine Verbrennung. Der 4-Takter benötigt dazu 2 Umdrehungen.
Möglich macht das die Kombination der Arbeitstakte: Verdichten und Ansaugen, Arbeiten und Ausstoßen. Dazu diverse Zwischenzustände, die eine genaue Zuordnung vernebeln.
Zumindest in den bei uns gängigen 2-Taktern, mit nur 3 bewegten Teilen: Kurbelwelle, Pleuel und Kolben, die nach dem Prinzip der Umkehrspülung arbeiten.
Man stelle sich vor:
- Takt: Der Kolben bewegt sich in Richtung des oberen Totpunkts, verdichtet dabei das Gemisch. Zeitgleich saugt dieser Motor bereits neues Gemisch in das Kurbelgehäuse ein.
- Takt: Die Zündkerze entzündet das verdichtete Gemisch im Brennraum, und der Kolben geht in den Arbeitstakt über. Auf dem Weg in Richtung unteren Totpunkt passiert der Kolben dabei je Zylinder mindestens 2 gegenüberliegende Öffnungen, und im Kurbelgehäuse wird das Frischgas vorverdichtet.
Genial und problematisch
Ab hier wird es so genial wie problembehaftet. Es folgen beim 2-Takter einige Zwischenzustände, die das Ganze delikat würzen: Aus der Auslassöffnung entweicht das noch expandierende Gemisch als Abgas. Kurz danach öffnet der Kolben den Überstromkanal, der mit dem Kurbelgehäuse verbunden ist, das vorverdichtete Gemisch in den Brennraum entlässt und so den Spülvorgang unterstützt. So wird der folgende Verdichtungstakt möglich, ohne Pause.
Allerdings bedingt das auch das größte Problem des 2-Takters: die Spülverluste. Sie entstehen, da in diesem Moment des Überströmens kurz vor dem unteren Totpunkt noch altes Abgas entweicht.
Also sind beim 2-Takter immer Frisch- und Abgas gleichzeitig im Brennraum. Und in den meisten Fällen zieht das Abgas etwas Frischgas mit in den Auslasstrakt, was den Abgaswerten nicht gut steht.
Öl im Benzin
Neben dem mit der Luft gemischten Benzin dringt beim 2-Takter, ob bei Gemischschmierung oder Getrenntschmierung, Öl in den Auslasstrakt, was die Abgaswerte weiter verschlechtert und für die charakteristische, bläuliche Rauchfahne sorgt. Das Öl im Benzin schmiert die Lager der Kurbelwelle sowie die Kolbenlauffläche im Zylinder und ist somit unverzichtbar beim gewöhnlichen 2-Takter.
Wieso ist beim 2-Takter Öl im Benzin ok?
Und hier scheint es einen Logik-Fehler zu geben. Wieso geht ein 4-Takter schneller kaputt, wenn nur geringe Mengen Benzin in den Ölkreislauf gelangen, während dem 2-Takter deutlich mehr Benzin im Öl nichts ausmacht? Das liegt primär an den Eigenschaften der Schmiermittel: 2-Takt-Öl ist ausschließlich dafür entwickelt, im Betrieb zu verbrennen und keine hohen Lagerdrücke aufzunehmen. Zudem mischt sich 2-Takt-Öl deutlich besser mit Benzin.
Und damit wären die Eigenschaften des 4-Takt-Öls im Motor schon umrissen: Es muss enormen Drücken in den Lagern des Ventiltriebs, der Ölpumpe, teilweise von Kupplung und Getriebe dauerhaft trotzen. Außerdem mischt es sich nicht gut mit Benzin, was zu Fehlschmierung durch die sogenannte Ölverdünnung führt, besonders dann, wenn das Benzin an heißen Motorteilen verdampft und so das Volumen des Schmierfilms weiter sinkt.
Was sind die Probleme eines 2-Takters?
Die Probleme des 2-Takters lassen sich auf 3 Hauptpunkte eingrenzen:
- Spülverluste mit Eintrag von Frischgas und Öl in den Auslasstrakt mit entsprechend schlechten Abgaswerten.
- Hohe thermische Belastung, da der Brennraum und der Kolben durch Frischgas immer nur kurz gekühlt werden.
- Hohe Schallemissionen durch Konzept-untypische hohe Drehzahlen für hohe Literleistungen, denn spitze Leistungsentfaltung ist kein ursprüngliches oder zwangsläufiges Merkmal des 2-Takters.
So funktioniert ein Viertakt-Motor
Es dürfte mittlerweile klar sein: Ein 4-Takter funktioniert vollkommen anders als ein 2-Takter. Prinzipiell allein durch die halbe geleistete Arbeit in der gleichen Zeit. Grund: Der 4-Takter führt alle Arbeitstakte – Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Ausstoßen – sauber getrennt durch. Daher benötigt er eben für seine Aufgabe einer Verbrennung doppelt so lange wie der 2-Takter. Und er benötigt ein sehr dichtes System für die Gaswechselsteuerung, was im Normalfall durch den Ventiltrieb erfolgt.
Langsam, leiser, sauber
Durch das klare Trennen der Arbeitstakte beim 4-Takter profitiert er von sehr geringen bis keinen Spülverlusten, sprich es gelangt kein bis kaum Frischgas in den Auslasstrakt. Einzig durch eine sehr hohe, weil lange Ventilüberschneidung beim Übergang vom Auslasstakt zum Einlasstakt ist das möglich, fällt aber kaum ins Gewicht.
Entsprechend hat der 4-Takter ein deutlich besseres Abgasverhalten und vor allem dauerhaft. Ein weiterer Aspekt, der klar für den 4-Takter punktet, ist sein Geräuschverhalten.
Durch die im Vergleich zum 2-Takter doppelte Zeit zwischen den Ladungswechseln in Einlass und Auslass erzeugt er in diesem Bereich nur die Hälfte an Frequenzen, die in Körperschall münden.
Zudem ist die Abgasführung beim 4-Takter vergleichsweise simpel: Nach dem Auslassventil benötigt er deutlich weniger Aufwand für eine optimale Leistungsentfaltung, was Gasflüsse und Schwingungsverhalten angeht.
