Vergaser


Vergaser
Einfacher Vergaser aus den 1930er Jahren mit Choke-Einrichtung
Schieber-Vergaser an einer BMW R 60/6
Gleichdruck-Vergaser an einer BMW R 100 RS

Der Vergaser ist eine Vorrichtung zur äußeren Gemischbildung eines Ottomotors. Er erzeugt durch Vermischen von Kraftstoff und Luft ein brennbares Gemisch und steuert über die Menge, die zu den Zylindern gelangt, Drehzahl und damit Leistung eines Verbrennungsmotors. Die Bezeichnung „Vergaser" ist insofern falsch, weil dieser ein Aerosol aus Benzin und Luft bildet und der Kraftstoff nicht wie beim Vergasen seinen Aggregatzustand ändert, sondern nur feinstmöglich zerstäubt wird.

Vergaser sind heute vorwiegend nur noch in Kleinmotoren (Rasenmäher, Motorsägen etc.) zu finden. Im Automobilbau werden überwiegend Einspritzanlagen verwendet.

Inhaltsverzeichnis

Vergaser in der Kraftfahrzeugtechnik

Das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Mischungsverhältnis liegt für die heute üblichen Ottokraftstoffe bei ca. 14,8 kg Luft auf 1,0 kg Kraftstoff. Dieses Verhältnis stellt den Lambda-Wert 1 dar. Das Luftverhältnis errechnet sich aus der Luftmasse im Zylinder und der stöchiometrischen Luftmasse. Bei einer niedrigen Verhältniszahl (weniger Luft als beim stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Zylinder) spricht man von "fettem" Gemisch, bei einer höheren Verhältniszahl von "magerem" Gemisch. Um in jeder Betriebssituation genau das jeweils optimale Mischungsverhältnis zu erreichen, insbesondere hinsichtlich eines möglichst geringen Schadstoffausstoßes bei möglichst niedrigem Verbrauch, ist der Vergaser zumindest im PKW-Bereich inzwischen praktisch komplett von Einspritzanlagen (Einspritzpumpe) verdrängt worden. Eine Rolle spielt er noch im Zweitaktmotorenbau, insbesondere bei leichten Motoren für Roller, Kleingeräte und Motorsägen, bei Oldtimern und nach wie vor bei vielen Motorrädern, die noch ohne geregelten Katalysator betrieben werden.

Komponenten eines Vergasers

Ein Vergaser besteht grundsätzlich aus folgenden Komponenten, die je nach Typ unterschiedlich ausgeführt oder durch weitere Hilfskomponenten ergänzt sein können:

  • Mischkammer, meist als Venturi-Rohr ausgeführt
  • Steuer- und Drosselsystem für die Verbrennungsluft (Drosselklappe, Schieber etc.)
  • Steuer- und Drosselsystem für den Kraftstoff (Düse, Düsennadel etc.)
  • Regelsystem für die Treibstoffzufuhr (Schwimmerkammer mit Schwimmer und Nadelventil, Membrane etc.)

Ergänzt werden diese Komponenten meist durch:

  • Leerlauf-Hilfseinrichtung (Leerlauf-Luftdüse, Leerlauf-Treibstoffdüse)
  • Starthilfseinrichtung (Choke, Startdüse etc.)
  • Vorwärmung, Beschleunigerpumpe, Teil- und Volllastklappen usw.

Erste Vergaser

Prinziperklärung Vergaser um 1906
Ein Paar SU-Vergaser eines MGB.
Fallstromvergaser- Schnittmodell (Dreifach-Vergaser Porsche 911)
Prinzip des Spritzdüsenvergasers (Horizontalströmung)
Grundprinzip des Vergasers

Die ersten Vergaser waren der Oberflächenvergaser und der Bürstenvergaser. Während beim Oberflächenvergaser einfach die Flüchtigkeit des Kraftstoffes ausgenutzt wurde – Schlaglöcher waren für die Gemischbildung hilfreich – war der Bürstenvergaser, der auf den deutsch-österreichischen Techniker Siegfried Marcus zurückgeht und bei dem eine rotierende Bürste in einer geschlossenen Wanne den Treibstoff zerstäubte, technisch aufwendiger. Diese Vergasertypen wurden, auch aufgrund ihrer Unzuverlässigkeit und Gefährlichkeit (Vergaserbrand), nur relativ kurze Zeit bei den ersten Verbrennungsmotoren verwendet.

Die Ungarn Donát Bánki und János Csonka entwickelten und patentierten 1893 zunächst den sog. Bánki-Csonka-Motor und als dessen Bestandteil den Vergaser.

Diese ersten Bauarten wurden durch Vergaser mit Schwimmerkammer (Spritzdüsenvergaser) ersetzt. Diese Erfindung wird Wilhelm Maybach zugeschrieben. Die ersten Schwimmervergaser waren oftmals Steigstromvergaser. Aufgrund der schlechten Qualität der Vergaser kam es öfter zu Überfettungen; der Motor blieb stehen, da die Gemischbildung außerhalb eines zündfähigen Gemisches erfolgte. Beim Steigstromvergaser kann der Kraftstoff aus dem Vergaser ins Freie auslaufen statt in den Motor.

Verschiedene Vergasertypen

Bei der Kategorisierung von Vergasern unterscheidet man heute nach mehreren Merkmalen:

Durchströmungsrichtung: Richtung des Ansaugluftstromes

  • Fallstromvergaser (von oben nach unten)
  • Schrägstromvergaser (diagonal von oben)
  • Flachstromvergaser (horizontal)
  • Steigstromvergaser (von unten nach oben)

Bauform: Nach Anzahl und Funktion der Mischkammern

  • Einfachvergaser
  • Doppelvergaser
  • Dreifach- bzw. Vierfachvergaser; diese Vergaserbauarten bedienen sich einer meist mittig angebrachten Schwimmerkammer zur Versorgung mehrerer Ansaugrohre.
  • Register- oder Stufenvergaser, siehe Registervergaser.
  • Doppelregistervergaser: vier Lufttrichter - zwei für den Leerlauf/Teillast und zwei meist etwas größere für Vollast. Beispiele: Mercedes 250 (W 114), 250/280 (W 123), 250 S/280 S (W 108) und 280 S (W 116), BMW 320/6 aus der Reihe E21, BMW 520/6, 525, 528 (ohne „i") aus der Reihe E12.

Funktionsprinzip: Art des Drosselorganes

Kolbenschiebervergaser Dell’Orto UB 22S
  • Schiebervergaser mit den Unterarten:
    • Kolbenschiebervergaser, auch Rundschiebervergaser genannt. Der Kolben wird mittels Gasgriff und Bowdenzug direkt hochgezogen (Beispiel: BMW R 90 S mit Dell’Orto-Vergasern). Eine mittig im Kolben angebrachte konische Düsennadel verändert den offenen Querschnitt einer Düse und steuert so die Benzinmenge mit. Ergänzt wird das Kolben-Nadelsystem durch:
• die Hauptdüse (diese sitzt am unteren Ende des Nadelsystems und begrenzt den Kraftstofffluß durch das Nadelsystem)
• die Leerlaufdüse stromabwärts des Hauptdüsensystems.
  • Flachschiebervergaser in Form eines Rechteckes mit kreisförmigem Durchlass. Freie Einbaulage und vorteilhaft, weil z.B. bei Rennmotoren mit einem Schieber eine ganze Zylinderbank (3-6 Zylinder) gesteuert werden kann.

Steuerdruck

Beim Gleichdruckvergaser ist der auf das Hauptdüsensystem wirkende Unterdruck im statischen Betrieb mit konstanter Drehzahl immer gleich - daher der Name. Hinter der Drosselklappe (vom Zylinderkopf aus gesehen) hängt ein an einer Membrane befestigter Kolbenschieber in der Strömung, welcher durch eine interne Bohrung Ansaugunterdruck in den Raum über der Membrane lässt. Der durch eine andere Bohrung unter die Membrane geleitete Atmosphärendruck befördert durch den Druckunterschied und die daraus entstehende Kraft Membrane samt Kolbenschieber nach oben. Gleichzeitig öffnet eine in der Mitte des Kolbens angebrachte konische Düsennadel den offenen Querschnitt der Hauptdüse und vergrößert so die einströmende Benzinmenge. Der Gleichdruckvergaser steuert also die Benzinmenge abhängig von der Luftmenge und unabhängig von der Drosselklappenstellung. Die Vergaser benötigen keine Beschleunigungspumpe, weil selbst schnelles Gasgeben nicht dazu führt, dass der benzinfördernde Unterdruck zusammenbricht. Stattdessen wird das Gemisch angereichert, weil der träge und zusätzlich gedämpfte Kolben verzögert auf den veränderten Lastzustand reagiert und daher die den Kraftstoff fördernde Druckdifferenz kurzzeitig höher ist. Dies sorgt für eine bessere Gemischbildung verglichen mit anderen Vergasertypen und geringeren Verbrauch. Der Gleichdruckvergaser wird besonders bei Motorrädern eingesetzt (Beispiele: Bing-Vergaser der BMW /5- und BMW /6- Modelle - bei japanischen Maschinen Keihin- und Mikuni- Vergaser).

Die Mittelklasse-Pkw der Baujahre 1965 bis 1985 von Mercedes (Mercedes-Benz W 115, W 123, W 201) waren mit Stromberg-Gleichdruckvergasern ausgerüstet. Ebenso wurden SU-Vergaser (SU: Skinner United) in vielen englischen Automobilen und bei Volvo eingesetzt.

Besondere Vergaser

Zunächst im Flugverkehr (Erster Weltkrieg) kam die Notwendigkeit auf, Vergaser einzusetzen, die ihre Funktion unabhängig von der Lage im Raum und von der Schwerkraft erfüllen, auch ggf. bei Kreiselkräften und "über Kopf". Hierzu gab es etliche Entwicklungen; eine der bekanntesten ist der Membranvergaser. Das gleiche Problem stellt sich bei Kleinmotoren z. B. in Gartengeräten (Rasenmäher am Steilhang) oder beim Außeneinsatz mit mobilen Motormaschinen (z. B. Motorsägen und Baumsägen), bei denen die Lage des Vergasers auf die Funktion keinen Einfluss haben soll. Teils wurden solche Vergaser auch in konventionellen Kraftfahrzeugen verwendet, wie z. B. die Tillotson-Membranvergaser an Motorrädern der Marke Harley-Davidson.

Zusatzeinrichtungen

Tupfer (Kaltstarthilfe)

An einfachen Vergasern findet man oft einen sogenannten „Tupfer“. Durch Drücken eines Stiftes am Schwimmerkammerdeckel wird der Schwimmer nach unten gedrückt. Dadurch wird die Schwimmerkammer mit Benzin überflutet und das erste Gemisch zum Start angefettet, damit es besser zündet. Der Tupfer darf in aller Regel nur kurz, für zwei bis vier Sekunden, betätigt werden; zu langes "Tupfen" kann je nach Vergaser den Ansaugtrakt mit Kraftstoff fluten und so eventuell den Start verhindern, weil die Zündkerze genässt werden kann. Bei manchen Vergasern ist anstatt eines solchen Stiftes ein Balg aus Gummi angebracht, der als Luftpumpe fungiert. Wird dieser sogenannte "Primer" gedrückt, pumpt dieser eine geringe Menge an Luft in die Schwimmerkammer, wodurch diese zum Überlaufen gebracht wird. Membranvergaser, die mit einem Primer ausgerüstet sind nutzen den Balg hingegen als Kraftstoffpumpe. Bei der Betätigung wird Kraftstoff in den Vergaser gepumpt.

Vorwärmung

Um zu verhindern, dass die Düsen bei kühler Witterung vereisen, wurde vor allem bei PKW-Vergasern die Ansaugluft im Winterbetrieb von heißen Auspuffkrümmer-Flächen abgesaugt, um das Vergasergehäuse aufzuwärmen (z. B. VW Käfer, Trabant (2-Takter) und Mercedes-Benz). Das kann auch mit Hilfe der Kühlflüssigkeit oder einer elektrischen Heizung erreicht werden (Teillastkanal-Beheizung).

Beschleunigungspumpe

Manche Vergaser besitzen eine Beschleunigungspumpe. Diese spritzt beim Öffnen der Drosselklappe zusätzlich Kraftstoff ein. Dadurch wird das Abmagern des Gemisches ausgeglichen, das durch das Absinken des Unterdruckes (resp. infolge der fallenden Gasgeschwindigkeit) während der Bewegung der Drosselklappe auftritt. Oft wird dazu eine kleine Kolbenpumpe verwendet, die beim Öffnen des Gasweges zusätzlich einen Spritzer Kraftstoff spendet, um ein unerwünschtes "Beschleunigungsloch" zu vermeiden. Stetes Verändern der Gaspedalstellung hat auch stets einen kleinen "Spritzer" zur Folge.

Choke

Der Choke ist eine (oft per Bowdenzug) handgesteuerte Einrichtung, mit der das Gemisch während der Start- und Warmlaufphase des Motors mit Benzin angereichert, also "fetter" gemacht wird. Das geschieht, indem im Luftstrom vor dem Schieber oder der Drosselklappe ein weiterer Schieber eine Verengung des Luftquerschnitts erzielt, was eine Anreicherung der durchströmenden Luft mit mehr Kraftstoff bewirkt. Falls vergessen wird, den Choke nach der Warmlaufphase wieder zu öffnen, führt das zu schlechtem Motorlauf und hohem Mehrverbrauch. Das Durchführen eines Kaltstarts ohne das Betätigen des Chokes, z. B. wenn ein Fahrer nicht mit der Handhabung vertraut ist, ist eine große Belastung für den Motor und erhöht den Verschleiß beträchtlich, da unter diesen Bedingungen nur durchgehend höhere Drehzahlen verhindern, dass der kalte Motor nicht wieder ausgeht.

Um diese Probleme zu beheben, werden in einigen Vergasern die Choke-Klappen mit den Schiebern angehoben, so dass der Choke-Schieber immer mindestens so hoch hängt wie der gasbetätigte Schieber (Bing-Vergaser für BMW) oder man automatisiert die Choke-Betätigung über eine Temperatur-Steuerung per Startautomatik.

Eine andere Variante ist die Freigabe eines zweiten ungeregelten Vergasersystems (Startvergasersystem) über einen Luftweg, der vor dem Schieber abzweigt, und mit der Chokebetätigung freigegeben wird. Dieser Bypass erzeugt in kleinen Mengen durch eine eigene Düse ein überfettetes Gemisch, das hinter dem Schieber dem fertigen Gemisch beigemengt wird. Diese Art Choke wird z. B. in BVF- und Bing-Vergasern der Baureihe 17 verwendet.

Startautomatik (z. B. VW-Modelle)

Vergaser mit Startautomatik (oben rechts) in maximaler Stellung

Um sie in Gang zu setzen, muss man das Gaspedal in der Regel einmal ganz durchtreten. (Es gibt auch vollautomatische Startautomatiken, z. B. Pierburg 2E2, die sich automatisch bei kaltem Motor einschalten). Dabei wird die Drosselklappe geöffnet und zugleich von einer temperaturbeeinflussten Bimetallfeder die Startklappe (Luftklappe) zunächst bis auf einen kleinen Spalt geschlossen. Ist der Motor in Betrieb, bewirkt eine Pulldown-Einrichtung (sie arbeitet mit Unterdruck), dass beim Gasgeben die Starterklappe mit geöffnet wird. Die Bimetallfeder wird (anfangs nur elektrisch, bei Vergasern ab Bj. ca. 1970 auch mit Kühlwasserumlauf) beheizt, damit die Startklappe sich öffnet. Das dauert so lange, bis der Motor betriebswarm ist (Vergaser- oder Wassertemperatur 60 °C).

Volllastanreicherung

Zum Erreichen der Maximalleistung muss das üblicherweise angestrebte Stöchiometrische Kraftstoffverhältnis über Lambda (λ)=1 hinaus angefettet werden. Dazu dient ein zusätzlicher Kraftstoffkanal, der bei entsprechender Gasgeschwindigkeit im Vergaser zusätzlichen Kraftstoff in den Gasstrom einleitet. Die Anreicherung dient auch zur „Innenkühlung", um zu verhindern, dass das Gemisch beim Erreichen der Volllast stark abmagert (λ>1). Die Verbrennung würde sonst zu „heiß" und es könnte ein Loch im Kolbenboden entstehen, was einen schweren Motorschaden darstellt. Der zusätzlich zugeführte Kraftstoff sorgt für eine Anreicherung des Gemisches und senkt dadurch die Verbrennungstemperatur.

Höhenkorrektur

Die Luft in größeren Höhen enthält, entsprechend dem niedrigeren Luftdruck und damit abnehmender Dichte, weniger Sauerstoff. Da Vergaser nur "mengenmäßig" eingestellt werden und nicht wie viele Einspritzanlagen die angesaugte Luftmasse erfassen, sinkt die Motorleistung in größerer Höhe. Das ist schon bei Betrieb auf hohen Bergen (z. B. bei Passfahrt mit Kfz) zu spüren. In seltenen Fällen haben Vergaser deshalb eine automatische Einrichtung, um die geringere Dichte der Luft in größeren Höhen auszugleichen. Eine barometrische Dose verändert dazu die Gemischbildung. Bei älteren Fahrzeugen vor Baujahr 1970 war diese Einrichtung oftmals Option. Sie sollte, wenn vorhanden, für eine geplante Gebirgsfahrt auf Funktion überprüft werden. Bei Flugzeugen mit Vergasermotor wird das Gemisch mittels Gemischregler vom Piloten manuell eingestellt (Leanen).

Teillastanreicherung

Um einen niedrigen Verbrauch zu erzielen und trotzdem bei Last genügend Kraft zu haben, gibt es die unterdruckgesteuerte Teillastanreicherung. Sie wird auch dazu benutzt, dass beim Öffnen der Drosselklappe kein "Loch" entsteht. Damit wird auch der Übergang von Leerlauf zum Gasgeben gesteuert.

Elektronisch gesteuertes Vergasersystem

siehe Hauptartikel Ecotronic

Siehe auch

Literatur

  • Gert Hack: Autos schneller machen. 11. Auflage, Motorbuchverlag, Stuttgart, 1980, ISBN 3-87943-374-7
  • Jan Trommelmans: Das Auto und seine Technik. 1. Auflage, Motorbuchverlag, Stuttgart, 1992, ISBN 3-613-01288-X
  • Hans Jörg Leyhausen: Die Meisterprüfung im Kfz-Handwerk Teil 1. 12 Auflage, Vogel Buchverlag, Würzburg, 1991, ISBN 3-8023-0857-3
  • Peter Gerigk, Detlev Bruhn, Dietmar Danner: Kraftfahrzeugtechnik. 3. Auflage, Westermann Schulbuchverlag GmbH, Braunschweig, 2000, ISBN 3-14-221500-X

Weblinks

 Commons: Vergaser – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

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