Vergaser

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Dieser Artikel behandelt den Vergaser bei Verbrennungsmotoren. Zu anderen Vergasern siehe Vergasung.
Vergaser an einem Kymco-Roller
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 Zerstäuben von Benzin bzw. Zweitaktgemisch in Luft ein verbrennungsfähiges Benzin-Luft-Gemisch, das zu den Zylindern geleitet wird. Drehzahl und damit Leistung des Motors sind abhängig von der im Vergaser erzeugten Gemischmenge (→ Drosselklappe). Obwohl allgemein die Bezeichnung „Vergaser“ verwendet wird, wäre „Aerosoler“ physikalisch korrekter, da der Kraftstoff nicht durch Verdampfen vollständig in den gasförmigen Aggregatzustand übergeht, sondern nur ein Aerosol aus Benzintröpfchen und Luft erzeugt wird.

Heute werden Vergaser fast nur noch in Kleinmotoren von Rasenmähern und Motorsägen verwendet. Auch die kleinen Zweitaktmotoren von Rollern und Motorfahrrädern sind oft noch damit bestückt. Im Automobilbau wurde der Vergaser in den 1990er Jahren zunehmend durch Einspritzanlagen verdrängt, ist aber noch in Oldtimern und vielen Motorrädern zu finden, die in der Mehrzahl ohne Katalysator betrieben werden.

Vergaser in der Kraftfahrzeugtechnik[Bearbeiten]

Der Vergaser erfüllt die Funktion, das Kraftstoff-Luftgemisch für den Motor aufzubereiten. Das stöchiometrische Verhältnis liegt für die heute üblichen Ottokraftstoffe bei etwa 14,7 kg Luft auf 1,0 kg Kraftstoff. Es entspricht dem Lambda-Wert = 1. Bei einer niedrigen Verhältniszahl (weniger Luft als beim idealen stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis) spricht man von „fettem“ Gemisch, bei einer höheren Verhältniszahl von „magerem“ Gemisch.

Beim Vergaser hängt die Gemischbildung letztlich von der Größe des Lufttrichters ab. Ist dieser klein, bewirkt die große Luftgeschwindigkeit eine gute Gemischaufbereitung bereits bei niedrigen Drehzahlen. Zur Ausnutzung der potentiellen Motorleistung bei entsprechenden Drehzahlen ist jedoch ein relativ großer Luftrichter erforderlich. Schon früh wurde erkannt, dass der Lufttrichterquerschnitt veränderlich sein müsste, um für jede Betriebssituation eine optimale Gemischaufbereitung zu gewährleisten. Solche stufenlosen Vergaser "Gleichdruckvergaser" wurden teilweise in Serie verwendet, hatten jedoch wieder andere Nachteile. Es gelang nicht, befriedigende Lösungen zur optimalen Gemischaufbereitung mittels Vergaser zu finden. Als eine Zwischenlösung kam der Registervergaser auf. Er verfügte über mehrere Lufttrichter mit unterschiedlichem Querschnitt, ermöglichte also eine stufenweise Veränderung des Lufttrichters.

Eine Lösung des Problems ergab sich schließlich mit der elektronischen Benzineinspritzung, die den Vergaser in den 1990er Jahren aus dem Automobilbau verdrängte.

Komponenten[Bearbeiten]

Ein Vergaser besteht 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.)

Diese Komponenten können u. a. ergänzt werden durch:

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

Erste Vergaser[Bearbeiten]

Prinziperklärung Vergaser um 1906
Zwei Gleichdruckvergaser von SU (Skinner Union) aus einem britischen MGB.
Schnittmodell eines Weber-Dreifach-Fallstromvergasers (Porsche 911)
Prinzip des Spritzdüsenvergasers (Horizontalströmung)
Grundprinzip des Vergasers

Die ersten Vergaser waren der Oberflächenvergaser, den zur Gemischaufbereitung Carl Benz entwickelte.

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 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 ab 1893 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, weil das gebildete Gemisch nicht mehr zündfähig war. Beim Steigstromvergaser kann der Kraftstoff aus dem Vergaser ins Freie auslaufen statt in den Motor.

Verschiedene Typen[Bearbeiten]

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

Richtung des Ansaugluftstromes[Bearbeiten]

Die verschiedenen Strömungsrichtungen der Ansaugluft durch den Vergaser legen fest, um welchen Typ es geht:

  • Fallstromvergaser. Die Luft strömt von oben nach unten.
  • Flach- oder Querstromvergaser. Die Luft strömt horizontal. Er ist etwas flacher als der Fallstromvergaser.
  • Schrägstromvergaser. Die Luft strömt diagonal von oben.
  • Steigstromvergaser. Die Luft strömt von unten nach oben.

Anzahl und Funktion der Mischkammern[Bearbeiten]

  • Einfachvergaser – ein Lufttrichter
  • Doppelvergaser – zwei Einfachvergaser in einem Gehäuse (z.B. BMW 2002 ti mit zwei Solex Doppel-Vergaser)
  • Dreifachvergaser (bis 1973 in div. Porsche 911) bzw. Vierfachvergaser; diese Vergaserbauarten bedienen sich einer meist mittig angebrachten Schwimmerkammer zur Versorgung mehrerer Ansaugrohre.
  • Register- oder Stufenvergaser. Ein Lufttrichter für Leerlauf/Teillast und einer für Volllast (nicht mit Doppelvergaser zu verwechseln).
  • Doppelregistervergaser (zwei Registervergaser in einem Gehäuse): im 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.

Art des Drosselorganes[Bearbeiten]

Kolbenschiebervergaser Dell'Orto UB 22S
  • Drosselklappenvergaser
  • 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, leicht 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 (drei bis sechs Zylinder) gesteuert werden kann.

Gleichdruckvergaser[Bearbeiten]

Beim Gleichdruckvergaser ist der auf das Hauptdüsensystem wirkende Unterdruck im statischen Betrieb mit konstanter Drehzahl immer gleich – daher der Name. Dies wird dadurch erreicht, dass hinter der Drosselklappe ein an einer Membrane befestigter Kolbenschieber in der Gasströmung liegt. In den Raum über der Membran wird der Ansaugunterdruck geleitet, der zu dem durch eine andere Bohrung unter die Membrane geleiteten Atmosphärendruck einen Druckunterschied erzeugt, der die Membrane mit Kolbenschieber nach oben zieht. Daran hängt eine konische Düsennadel, die den offenen Querschnitt der Hauptdüse und damit die einströmende Benzinmenge regelt.

Der Gleichdruckvergaser steuert damit 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. Vielmehr wird das Gemisch angereichert, weil der träge Kolben etwas verzögert auf den veränderten Lastzustand reagiert und daher die den Kraftstoff fördernde Druckdifferenz kurzzeitig höher ist. Einerseits ist das Ansprechverhalten des Motors dadurch etwas träger als beim Schiebervergaser, andererseits wird damit das typische Loch, bei schnellem betätigen des Gasgriffs, falsch eingestellter Schiebervergaser vermieden. Der Gleichdruckvergaser wird besonders bei Motorrädern eingesetzt (Beispiele: Bing-Vergaser der frühen BMW R 75/5 Modelle, zahlreiche japanische Maschinen mit Keihin- und Mikuni- Vergaser, Ducati Vergasermodelle bis 1999).

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 Union) in vielen englischen Automobilen und bei Volvo eingesetzt.

Besondere Vergaser[Bearbeiten]

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.

Weiterhin gibt es z. B. den Überlaufvergaser, der ohne Schwimmerkammer auskommt. Aufgrund des Fehlens der Schwimmerkammer und dazugehöriger Baugruppen ist er in der Herstellung besonders günstig und einfach im Aufbau. Bei ihm wird der Kraftstoff aus dem unterhalb des Vergasers liegenden Kraftstofftank per Pumpe in ein sehr kleines Kraftstoffreservoir befördert, aus dem die Gemischbildungsdüse bedient wird. Der per Pumpe zuviel in das Reservoir geförderte Kraftstoff gelangt dann per Schwerkraft in den Kraftstofftank zurück. Diese Vergaserart wurde z. B. beim Moped "Vélosolex" eingesetzt.

Zusatzeinrichtungen[Bearbeiten]

Kaltstarthilfe (Tupfer oder Primer)[Bearbeiten]

An einfachen Vergasern findet man oft eine Kaltstarthilfe. Diese kann als „Tupfer“ oder „Primer“ ausgeführt sein. Der Tupfer ist ein Stift am Schwimmerkammerdeckel, der bei Betätigung den Schwimmer nach unten drückt und so das Schwimmernadelventil öffnet. Die Schwimmerkammer wird mit Benzin überflutet und das Gemisch zum Start angefettet (Verbrennungsluftverhältnis λ < 1), damit es besser zündet. Der Tupfer darf in aller Regel nur kurz für zwei bis vier Sekunden betätigt werden; zu langes „Tupfen“ kann den gesamten Ansaugtrakt mit Kraftstoff fluten, sodass die Zündkerze vernässt und der Motor „absäuft“. Anstelle des Tupfers kann auch ein Gummibalg („Primer“) verwendet werden, der als Luftpumpe eine geringe Menge Luft in die Schwimmerkammer pumpt und so den Schwimmer ebenfalls nach unten drückt. Der Primer sollte drei bis fünf mal kurz betätigt werden.

Vorwärmung[Bearbeiten]

Um zu verhindern, dass bei kühler Witterung die Düsen vereisen, wurde vor allem bei PKW-Vergasern im Winterbetrieb die Ansaugluft am heißen Auspuffkrümmer vorbeigeleitet, um das Vergasergehäuse aufzuwärmen (z. B. VW Käfer, Trabant (Zweitakter) und Mercedes-Benz). Manche Fahrzeuge hatten dafür einen manuell zu betätigenden Sommer/Winter-Umschalter, bei anderen geschah die Umschaltung automatisch über einen Thermostaten. Derselbe Effekt kann auch mit Hilfe der Kühlflüssigkeit oder einer elektrischen Heizung erreicht werden (Teillastkanal-Beheizung).

Beschleunigungspumpe[Bearbeiten]

Manche Vergaser besitzen eine Beschleunigungspumpe, die beim Öffnen der Drosselklappe (Vergrößerung des Ansaugquerschnitts) zusätzlich Kraftstoff in den Lufttrichter pumpt, um ein unerwünschtes „Beschleunigungsloch“ zu vermeiden. Durch das Absinken des Unterdruckes bei der Drosselklappenöffnung würde sonst das Gemisch abmagern. Oft wird dazu eine kleine Kolbenpumpe verwendet, die beim Betätigen des Gaspedals zusätzlich eine geringe Menge Kraftstoff in den Ansaugtrakt spritzt. Ein „nervöser Gasfuß“ verursacht ständig eine Betätigung der Beschleunigungspumpe, was den Benzinverbrauch erhöht.

Choke[Bearbeiten]

Der Choke / Starterklappe, 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 wieder ausgeht.

Um diese Probleme zu beheben, werden in einigen Vergasern die Chokeklappen mit den Schiebern angehoben, so dass der Chokeschieber immer mindestens so hoch hängt wie der gasbetätigte Schieber oder man automatisiert die Chokebetätigung über eine Temperatursteuerung 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)[Bearbeiten]

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 Baujahr 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[Bearbeiten]

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 Strömungsgeschwindigkeit 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.

Höhenkorrektor[Bearbeiten]

Die Luft in größeren Höhen enthält, entsprechend dem niedrigeren Luftdruck und damit abnehmender Dichte, weniger Sauerstoff; hingegen ändert sich die Dichte des flüssigen Kraftstoffs nicht in Abhängigkeit von der Ortshöhe. Da Vergaser die Luft- und Kraftstoffmenge nach Volumen erfassen, fehlt in Höhenlagen ohne Korrekturmaßnahme Sauerstoff für eine vollständige Verbrennung, das Gemisch ist also zu fett.

In seltenen Fällen – unbedingt bei Bergrennen – 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. Bei Flugzeugen mit Vergasermotor wird das Gemisch mittels Gemischregler vom Piloten manuell eingestellt (Leanen).

Viele elektronische Einspritzanlagen erfassen hingegen die angesaugte Luftmasse – bzw. errechnen die Luftdichte aus dem gemessenen Luftdruck – und schalten somit diese Fehlerquelle der Gemischbildung von vornherein aus.

Der Korrektor sorgt nur dafür, dass bei jeder Höhe eine vollständige Kraftstoffverbrennung stattfinden kann, indem er die Gemischbildung auf den richtigen Wert – nahe dem stöchiometrischen Kraftstoffverhältnis – einstellt. Den bei sinkender Luftdichte eintretenden Leistungsabfall kann er nicht ausgleichen, denn es kann ohne Aufladung nur soviel Kraftstoff verbrannt werden, wie der angesaugten Menge an Luftsauerstoff entspricht.

Teillastanreicherung[Bearbeiten]

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.

Power Jet[Bearbeiten]

Die Power-Jet-Düse dient der Gemischanpassung bei Zweitaktmotoren im mittleren Drehzahlbereich. Die Power-Jet-Düse bezieht ihren Kraftstoff durch Unterdruck direkt aus der Schwimmerkammer und zerstäubt ihn vor dem Vergaserschieber. Der japanische Vergaserhersteller Mikuni war in den 1970er Jahren einer der Ersten die das Prinzip des Unterdrucks direkt aus der Schwimmerkammer erkannten, und dadurch die Vergaser-Hauptdüsen kleiner dimensionieren konnten, welche das Ansprechverhalten sowie die Leistung positiv beeinflusste. Heute unterscheidet man rein mechanische und elektrische Systeme.[1][2]

Elektronisch gesteuertes Vergasersystem[Bearbeiten]

Hauptartikel: Ecotronic

Siehe auch[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

  • Heinrich Illgen: Vergaser-Handbuch : Vergaser, Kraftstoffe, Benzin-Einspritzanlagen, Synchron-Testgeräte und Kraftstoffpumpen 6. Auflage, Verlag Technik, Berlin, 1977.
  • Jürgen H. Kasedorf: Vergaser- und Katalysatortechnik Vogel-Verlag, Würzburg 1993. ISBN 3-8023-0460-8
  • Jürgen H. Kasedorf: Gemischaufbereitung, Teil 1: Vergaserreparatur und -einstellung : Grundlagen 4. Auflage, Vogel-Verlag, Würzburg 1986. ISBN 3-8023-0321-0
  • Jürgen Kasedorf: Gemischaufbereitung, Teil 2: Vergaser der Pierburg GmbH & Co. KG (ehemals: Deutsche Vergaser-Gesellschaft DVG) 3. Auflage, Vogel-Verlag, Würzburg 1987. ISBN 3-8023-0342-3
  • 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

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Power Jet
  2. Dell'Orto S. 27

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Vergaser – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien