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Re: Welcher Motor ist besser
NR-Erik - 21.04.2006, 07:27Welcher Motor ist besser
2 Takt oder 4Takt
Gibts was um beide motorvarianten n bissel aufzumotzen^^
Re: Welcher Motor ist besser
NR-Patrick - 21.04.2006, 09:14
also erstmal grob :
2 Takt : guter Anzug , mehr power , höherer Verschleis, braucht mehr sprit
Theoretischer Vorteil des Zweitaktmotors ist in jeder Ausführung eine höhere spezifische Leistung (Leistung pro Hubraum) als bei Viertaktmotoren, da pro Kurbelwellenumdrehung ein Arbeitstakt erfolgt (beim Viertaktmotor: Ein Arbeitstakt während zwei Kurbelwellenumdrehungen). In der Praxis zeigt sich allerdings, dass die Viertaktmotoren hier stark aufgeholt haben (etwa durch Aufladung und verbesserte Einspritzsysteme), so dass zum Beispiel bei Motorrädern und Motorrollern die Viertakter kaum noch leistungsärmer oder spurtschwächer sind als die Zweitakter. Leistungsbegrenzend sind die gegenüber Viertaktern geringeren möglichen Kolbengeschwindigkeiten durch Überstömkanäle im Zylinder sowie die möglichst quadratische Auslegung von Hub zu Bohrung, die gegenüber extrem kurzhubigen Viertaktmotoren nachteilig ist.
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 Einlasssystemes 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.
Der einfache Aufbau des Zweitaktmotors bietet weitere Vorteile. So ist er zum einen wartungsfreundlicher und hat zum anderen eine wesentlich geringere bewegte Masse (also Kurbelwelle, Kolben, Schwungscheibe, ...) als ein vergleichbarer Viertaktmotor. Dies hat den positiven Effekt eines geringeren Drehimpulses. Dies ist unter anderem bei Crossmotorrädern interessant, wo Zweitaktmotoren eine höhere Beweglichkeit im Sprung ermöglichen, nicht zuletzt auch durch das niedrigere Leistungsgewicht gegenüber dem Viertaktmotor.
Motoren mit extrem großen Hubräumen (Schiffsdiesel) arbeiten überwiegend nach dem Zweitaktprinzip. Auch Kolben-Motoren nach dem Diesel-Zweitaktprinzip werden hergestellt.
Das Abgasverhalten der Zweitaktmotoren wird durch optimale Gemischverwirbelung und freie Brenngeometrie positiv beeinflusst, die zum Teil erheblichen Ölmengen in der Ansaugluft und der hohe Abgasgehalt im Brennraum führen aber zu hohen Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxidgehalten im Abgas. Die geringen Verbrennungstemperaturen erschweren die Entstehung der für den sauren Regen mitverantwortlichen Stickoxide.
Um die Arbeitsweise dieses Motors besser verstehen zu können, verfolgt man am Besten den Weg des Gases durch den Motor. Beim Zweitakt-Ottomotor erfolgt die Gasverarbeitung in folgenden Schritten:
Ansaugen - Der Kolben bewegt sich vom sogenannten unteren Totpunkt (UT) zum oberen Totpunkt (OT) und erzeugt dadurch einen Unterdruck im Kurbelwellengehäuse. Dieser Unterdruck bewirkt bei geöffnetem Einlasskanal ein Ansaugen des Kraftstoff-Luft-Gemisches.
Vorverdichten - Der Kolben bewegt sich vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt, nach dem Schließen des Einlasskanals wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch vorverdichtet.
Überströmen - Auf dem Weg vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt wird nicht nur der Einlasskanal verschlossen, sondern auch die Überströmkanäle geöffnet. Es erfolgt die Spülung des Brennraumes, bei der Abgas durch Frischgas ersetzt wird.
Verdichten - Der Kolben bewegt sich vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt, es werden zuerst die Überströmkanäle, dann der Auslass verschlossen. Danach erfolgt durch die weitere Hubbewegung die Verdichtung des Kraftstoff-Luft-Gemischs.
Arbeiten - Das Gemisch wird entzündet und verbrennt. Die dabei entstehende Flammenwand innerhalb des Brennraumes breitet sich dabei mit ungefähr zweifacher Schallgeschwindigkeit aus. Durch die Reaktionswärme dehnen sich die Gase aus und erzeugen den Arbeitsdruck, der den Kolben in Richtung unterer Totpunkt drückt. Der Arbeitstakt ist der einzige Takt, bei dem nutzbare Energie freigesetzt wird.
Auslassen - Auf dem Weg vom oberen zum unteren Totpunkt wird der Auslass geöffnet, die Abgase können entweichen.
Die einzelnen Schritte laufen teilweise parallel ab, denn die gesamte Prozedur findet während einer einzigen Umdrehung der Kurbelwelle statt. Dabei werden alle Schritte in zwei Takte unterteilt. Der erste Takt beinhaltet alle Abläufe, die während der Aufwärtsbewegung des Kolbens (von UT nach OT) erfolgen. Der zweite Takt umfasst die Abläufe, welche während der Abwärtsbewegung des Kolbens (von OT nach UT) erledigt werden.
1. Takt - Verdichten und Ansaugen:
Während der Aufwärtsbewegung des Kolbens wird zunächst die Auslassöffnung später der Überströmkanal verschlossen.
Während der weiteren Aufwärtsbewegung des Kolbens wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Zylinder weiter verdichtet und kurz vor Erreichen des oberen Totpunkts bereits entzündet (siehe hierzu Verdichtungsverhältnis, Kompressionsdruck).
Im Vorverdichtungsraum unter dem Kolben wird neues Frischgas durch den Einlasskanal angesaugt.
2. Takt - Arbeiten, Vorverdichten, Überströmen und Auslassen:
Der Kolben durchläuft den oberen Totpunkt. Die Zündkerze entzündet das Gemisch im Brennraum über dem Kolben, wodurch infolge Temperaturerhöhung der Druck im Brennraum steigt. Der Kolben bewegt sich nach unten und verrichtet dabei mechanische Arbeit.
Im Raum unter dem Kolben wird das angesaugte Frischgas durch die Abwärtsbewegung des Kolbens verdichtet (Ladepumpen-Funktddasion des Kurbelraums).
Im unteren Teil der von der Kolbenoberkante überstrichenen Zylinderfläche liegen in der Zylinderwand die Überströmkanäle und die Auslassöffnung. Während der letzten Phase der Kolbenabwärtsbewegung werden die Auslassöffnung und die Überströmkanäle freigegeben. Das unter Überdruck stehende Frischgas strömt vom Vorverdichtungsraum unter dem Kolben durch die Überströmkanäle in den Zylinder und spült das verbrannte Abgas durch die Auslassöffnung in den Auspufftrakt hinaus.
Die Steuerung des Öffnens und Schließens der Kanäle erfolgt meist ausschließlich durch den Kolben, kann aber auch durch Drehschieber, Membranen und Ventile (wie beim Viertakter) unterstützt werden.
Der gesamte Zweitaktmotor ist ein ausgewogenes Resonanzsystem, welches auf den Schwingungseigenschaften der verwendeten Gase basiert. Bereits im Ansaug-Vorgang werden die Resonanzeigenschaften des Frischgases ausgenutzt. Das Frischgas strömt während der Aufwärtsbewegung des Kolbens in das Kurbelgehäuse, wobei alleine die Massenträgheit des Gases dafür sorgt, dass es bei der Abwärtsbewegung des Kolbens nicht wieder herausgedrückt wird.
Beim Auslass-Vorgang wird die Schwingung der Abgase besonders effektiv genutzt. Sobald der Kolben den Auslass-Schlitz freigibt, strömen die Abgase in den Auspuff. Bei Erfüllung der Resonanzbedingung (bei der richtigen Drehzahl) entsteht am Diffusor eine Unterdruckwelle, die den Spülvorgang unterstützt. Das Gemisch was zuviel angesogen wurde und nun unverbrannt im Auspuff ist, wird von dem Gegenkonus wieder zurück gedrückt. Länge des Auspuffs entscheidet über das Drehzahlband welches der Auspuff unterstützt. Bei kurzen Auspüffen ist die Zeit in der das verbrannte Abgas wieder refekltiert bzw. herausgesogen wird kürzer und somit eher für höhere Drehzahlen konzipiert. Das Gegenteil gilt dann für lange Auspüffe.
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Leistungssteigernde Konstruktionslösungen
Weil die Gasschwingungen im normalen Zweitakt-Ottomotor selbständig arbeiten ergeben sich zwangsläufig Nachteile gegenüber Viertakt-Ottomotoren, da hier die Gasschwingungen durch die Ventile gesteuert werden. Um diesen Problemen entgegenzutreten haben verschiedene Hersteller eine Reihe von leistungssteigernden Maßnahmen getroffen.
Drehschieber Steuerung - Sie wurde konzipiert, um die einlassseitigen Gasschwingungen kontrollieren zu können. Im Prinzip handelt es sich dabei um eine von der Kurbelwelle angetriebene Scheibe, die einen Schlitz aufweist. Nur wenn diese Öffnung den Einlasskanal freigibt, kann das Frischgas passieren. Die Öffnungszeit des Einlasskanals wird nun allein durch die Länge des Schlitzes bestimmt, die leicht an die Betriebsbedingungen des Motors angepasst werden kann.
Einlassmembrane - Da das Frischgas außerhalb der Resonanzdrehzahl des Kurbelgehäuses dazu tendiert, vom Kolben wieder in den Einlasskanal zurückgedrückt zu werden, wurde zwischen Kurbelgehäuse und Einlasskanal einfach eine Membrane angebracht. Es erfüllt die Funktion eines Rückschlagventils und sorgt so für eine bessere Füllung des Kurbelgehäuses (und damit auch des Brennraums). Der Nachteil dieser Membrane liegt vor allem darin, dass das einströmende Frischgas nun einem Strömungswiderstand ausgesetzt ist. Um dem entgegenzutreten wird bei Motoren mit Einlassmembrane der Einlasskanal wesentlich größer gewählt als bei herkömmlichen Modellen.
Einlass-Schwingungsdämpfer - Ein Problem der Gasschwingungen am Einlasstrakt des Motors ist die Tatsache, dass die Frischgassäule außerhalb der Resonanzdrehzahl mehrmals durch den Vergaser schwingen kann. Dies bewirkt vor allem im Teillastbereich ein überfetten des Frischgasgemischs, da dieses bei jeden Vergaserdurchlauf mit Treibstoff angereichert wird. Dieses Problem lässt sich einfach dadurch lösen, dass zwischen Vergaser und Einlasskanal ein Schlauch angebracht wird, der in einen leeren, geschlossenen Behälter mündet. Dieser Behälter dämpft die Schwingungen der Frischgassäule und nimmt diese einfach auf, sobald sie aus dem Einlasskanal zurückschnellt.
Kolbenfenster - Da das Kolbenhemd den Einlasskanal erst freigibt, wenn die Kurbelwelle einige Grad vom OT entfernt ist, bleibt dem Frischgas relativ wenig Zeit, um in das Kurbelgehäuse zu strömen. Um diese Zeit zu verlängern haben einige Konstrukteure Fenster am Kolbenhemd angebracht. Dadurch wird die Einlasszeit länger und es strömt mehr Gemisch in das Kurbelgehäuse.Der Nebeneffekt dieser Maßnahme ist eine Erhöhung der Resonanzdrehzahl,d.h. das Drehzahlband wird spitzer und verschiebt sich in höhere Drehzahlregionen.
Auslasssteuerung - Beim Zweitakt-Ottomotor hat die Auslasssteuerung die Aufgabe, die Höhe des Auslassschlitzes zu regeln. Je geringer seine Höhe, desto niedriger ist auch die Resonanzdrehzahl des Motors. Weil Hochleistungsmotoren ihre maximale Leistung erst bei sehr hohen Drehzahlen entwickeln, entsteht das Problem, dass der Motor in niedrigen Drehzahlbereichen kaum noch Leistung abgeben kann. Ist man durch eine Auslasssteuerung jedoch in der Lage, die Resonanzdrehzahl an die momentane Drehzahl anzupassen so erhält man einen Motor, der auch in niedrigen Drehzahlregionen durchzugsstark ist, ohne in hohen Drehzahlbereichen Leistung einbüßen zu müssen.
4 Takt : langlebiger und Sprit sparsamer
Vorteil vom Viertaktmotor gegenüber dem Zweitaktmotor is der geordnete Gaswechsel durch die nahezu perfekte Trennung von Frischgas und Abgas, was auch einen geringeren Treibstoffverbrauch und besseres Abgasverhalten bedeutet. Im Gegensatz zum Zweitaktmotor verbrennt der Viertakter sein Schmieröl nicht. Es wird in einem geschlossenen Kreislauf von der kurbelwellengetriebenen Ölpumpe zu den Schmierstellen gepumpt und fließt über Kanäle und Rohre zurück in die Ölwanne. Nachteil ist eine (zumindest theoretisch) geringere Leistungsdichte als bei Zweitaktmotoren und der mechanisch aufwändigere Aufbau des Motors.
Folgender Ablauf beschreibt den Viertaktprozess:
1. Takt, Ansaugen: Der Kolben steht im oberen Totpunkt und beginnt, sich abwärts zu bewegen. Das Einlassventil öffnet und Luft (bei Motoren mit innerer Gemischbildung, z. B. Dieselmotor oder Benzin-Direkteinspritzer) oder brennbares Gemisch (bei Motoren mit äußerer Gemischbildung, z. B. Vergaser-Ottomotor oder indirekter Benzineinspritzer) wird in den Zylinder gesaugt. Wenn der Kolben den unteren Totpunkt erreicht, wird das Einlassventil geschlossen.
2. Takt, Verdichten: Der Kolben bewegt sich nun nach oben und verdichtet dabei das im Zylinder befindliche Gas (siehe hierzu auch Kompressionsdruck, Verdichtungsverhältnis). Ist der Kolben beim Otto-Motor mit Vergaser oder indirekter Benzineinspritzung nahe am oberen Totpunkt angelangt, wird die Zündkerze gezündet; beim Direkteinspritzer wird kurz zuvor der Kraftstoff eingespritzt. Ebenso beim Dieselmotor: kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes wird der Dieselkraftstoff eingespritzt. Durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens wird das Luft-Kraftstoffgemisch verdichtet. Das Gas erwärmt sich, der Druck steigt bis zur Entzündung.
3. Takt, Arbeiten: Das verbrennende Gas dehnt sich aus und schiebt den Kolben nach unten, so dass dabei mechanische Arbeit verrichtet wird.
4. Takt, Ausstoßen: Wenn der Kolben den unteren Totpunkt erreicht, wird das Auslassventil geöffnet. Durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens wird das Abgas aus dem Zylinder geschoben. Am Ende des Ausstoßtaktes kommt es zur sogenannten Ventilüberschneidung. Das Einlassventil wird geöffnet, bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht hat. Durch den Sog der ausströmenden Abgase entsteht ein Unterdruck, durch den das Gemisch oder die Ansaugluft gegen die Kolbenbewegung einströmen kann. Hierdurch soll der Füllungsgrad verbessert werden. Das Auslassventil schließt, kurz nachdem der Kolben den oberen Totpunkt erreicht hat.
Pro Zylinder gibt es mindestens ein Einlass- und ein Auslass-Ventil, aber auch 3 oder 4 Ventile pro Zylinder sind gängig, manchmal 5 Ventile (Audi). 4-Ventil-Motoren gelten im Vergleich zu Zweiventilern als leistungsstärker, weil der Gasaustausch leichter stattfindet. So genannte 16-V-Motoren sind meist 4-Zylinder-Motoren mit je 4 Ventilen pro Zylinder.
Die Ventilsteuerung erfolgt über die Nockenwelle(n). Diese wird von der Kurbelwelle, heute zumeist über einen Zahnriemen oder eine Steuerkette, angetrieben und läuft mit halber Kurbelwellendrehzahl. Liegt die Nockenwelle unten (d.h. nicht über den Ventilen), werden die Ventile über sogenannte Stößelstangen betätigt, meist im Zusammenspiel mit Kipphebeln zur Betätigung der hängend angeordneten Ventile (OHV-Motor, overhead valves). Die Stößelstangen können entfallen, wenn die Nockenwelle oben liegt (OHC-Motor, overhead camshaft, aktuell die im PKW-Motorenbau am häufigsten verwendete Variante), die Ventile werden dann über Kipphebel oder Schlepphebel gesteuert. Die Verwendung von zwei obenliegenden Nockenwellen (DOHC-Motor, double overhead camshaft) ermöglicht durch die günstigere Anordnung der Ventile eine optimale, halbkugelförmige Brennkammerform des Zylinderkopfes und erlaubt die direkte, massearme Betätigung der Ventile über Tassenstößel.
2 Takt Arbeitsvorgang :
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