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Einführung in die Vergasertechnik

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Explosionszeichnung eines Weber 40 DCNF Fallstromvergasers

Was sind die Funktiones des Vergasers?

• Der Vergaser muß ein für den Motor zündfähiges Gemischverhältnis des Treibstoffes mit der Luft erzeugen (siehe auch Tabelle unten).
• Das erzeugte Gemisch muß kompressionsfähig, also gasförmig sein.
• Das Gemisch muß den Betriebsbedingungen des Triebwerkes angepaßt werden. Dieses ändert sich in Abhängigkeit der Last (Drosselklappenöffnung, siehe auch Bild unten).
• Mit dem Vergaser soll die Leistungsabgabe des Motors regelbar sein.

Luftbedarf des Brennstoffes

Damit ein Motor möglichst viel Leistung aus dem Kraftstoff holen kann, sollte dieser in einem stöchometrisch optimalen Mischungsverhältnis zugeführt werden. Dieses Mischungsverhältnis ist von der chemischen Zusammensetzung des Kraftstoffes abhängig und beträgt:

Das heißt, um 1 kg Benzin zu verbrennen, braucht man bei Normbedingungen ca. 15 kg oder 11.4 m³ Luft.

Bei verschiedenen Betriebsbedingungen ist für einen optimalen Motorlauf aber ein davon abweichendes Gemisch nötig. Im Leerlauf und bei hohen Lasten (nicht Beschleunigen, da ist immer eine Anfettung nötig) ist ein "fetteres" Gemisch, also Benzinüberschuss nötig. Die Grafik zeigt qualitativ den Gemischbedarf in Abhängigkeit der Last, also Drosselklappenöffnung.

Je nach Gemisch und Motorenbauweise, ist die Verbrennung unvollständig oder optimal. Entsprechend sind im Abgas Frisch- oder Verbrennungsgase zu finden. Je nach deren Verhältnis im Abgas kann man auf das Gemisch im Zylinder schließen, man muß also eine Abgasanalyse durchführen.

Beschreibung des Diagramms:

Die vertikale Achse enthält die Skala für die Abgasanteile in Volumenprozent.
Die horizontale Achse beschreibt das angesaugte Luft/Benzin Verhältnis, also Gemisch.
Verändert man das Gemisch am Eingang des Motors, kann man im Verbrennungsgas jeweils den quantitativen Verlauf der Auspuffgase entsprechend dieses Diagramms messen. Dies gilt statisch, also für einen Betriebspunkt.

Deutlich zu sehen ist, daß der Treibstoff nur in einem Punkt am besten verbrannt wird, also ein Minimum an unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenmonoxid (CO) einthält und das vollständige Verbrennungsprodukt CO₂ sein Maximum erreicht. Alle Anteile des Verbrennungsgases sind hier nicht aufgezeichnet, es seien nur die Stickoxyde NOx oder auch Wasserdampf genannt.

Um diesen Betriebspunkt einfach zu beschreiben hat man bei der Motorenentwicklung die Luftzahl oder Gemischluftzahl eingeführt:

und bezieht sich auf den Quotienten der tatsächlich angesaugten Luftmasse zur stöchometrisch benötigten Luftmasse.

<1 bedeutet Luftmangel, also eine fette Verbrennung.
=1 ist die stöchometrische Verbrennung
>1 bedeutet Luftüberschuß also eine magere Verbrennung

Der Otto Verbrennungsmotor ist in einem Lambdabereich von 0.7 bis 1.6 lauffähig, was einem Gemischverhältnis von 10:1 bis 23:1 entspricht. Daß die aktuellen Benzinmotoren mit Katalysator im Bereich Lambda 1 geregelt werden (siehe auch Lambda Sonde), hängt übrigens nur damit zusammen, daß die momentan verwendeten Katalysatoren in diesem Bereich die beste Umsatzrate für Schadstoffe haben. es wäre durchaus denkbar Katalysatoren zu entwickeln, die in einem anderen Arbeitspunkt ihre maximale Umsatzrate haben! Bei Magermix-Motoren oder ähnliche Konstruktionen wäre das der Fall.

Da wir hier alle grundlegenden Größen kennengelernt haben, können wir uns auch mit der Thermodynamik der Verbrennungskraftmaschine beschäftigen, die für die optimale Abstimmung eines Motors und damit dem Verständnis nötig sind. Dieses Kapitel sollte man ebenfalls verstehen, bevor man sich an die Abstimmung eines Vergasers wagt.

Auf Seite 2 folgt eine Beschreibung, wie man die Gemischerzeugung mechanisch umsetzen kann.