Bei allen Vergasern wird der im Motor, vom auf- und ablaufenden Kolben erzeugte Unterdruck genutzt um 1.) Umgebungsluft durch den Luftfilter und 2.) Kraftstoff durch eine oder mehrere dünne Durchgänge (Düsen) anzusaugen und zu vermischen. Abhängig von der Luftführung unterscheidet man Fallstrom- oder Querstromvergaser. Bei den hier ausführlicher behandelten Motorradvergasern handelt es sich – wegen der geringeren Abmaße – zumeist die Querstromvariante, bei der die Luftführung waagerecht vom Luftfilter in die Einlaßkanäle des Zylinderkopfes verläuft. Innerhalb des Vergasers strömt die Luft durch einen etwa zylindrischen Kanal, häufig mit einer Einschnürung in der Mitte. Durch diesen Querschnittsverlauf erzielt man einen Druckverlauf mit Unterdruckmaximum am Punkt minimalen Querschnitts. An diesem Punkt ist/sind auch die sog. Hauptdüse(n) angebracht – kleine, schraub- (und daher austauschbare) Messingstücke mit definierter Bohrung – durch die der Kraftstoff in den Kanal einströmt.
Leistungsregelung
Ein solcher ‘Minimalvergaser’ würde seinen Motor immer mit der – durch seinen kleinsten Querschnitt und die Düsengröße bestimmten – Maximalleistung betreiben. Zur feinfühligen Drehzahl- und Leistungsdosierung sind Regulationsmechanismen erforderlich, die die geförderte Luft und Kraftstoffmenge reduzieren (‘drosseln’). Diese Funktion übernimmt eine sog. Drosselklappe, die den Vergaserquerschnitt und damit die Luftmenge reduziert. Die Drosselklappe kann als z. B. zylindrischer Verdrängungskörper, der aus einer Nebenkammer in den Ansaugkanal abgesenkt wird, ausgeführt sein (Schieber) oder als gelenkig gelagerte Klappe, die bei Vollast parallel zum Luftstrom steht und bei Leerlauf durch Drehung innerhalb ihres Gelenks den Kanal mehr und mehr verschließt.
Gemischregulierung
Wie wird nun die zu jeder Drosselklappenöffnung exakt passende Benzinzuflußmenge erreicht? Man könnte annehmen, daß durch den bei fast geschlossener Drosselklappe minimalen Unterdruck auch entsprechend wenig Benzin durch die Düse(n) angesaugt werden würde und diese Menge bei größer werdendem Querschnitt kontinuierlich ansteigt und der Motor sich damit die passende Benzinmenge selbst ‘sucht’. Diese Annahme ist nur zum Teil richtig. Im Unterdruck-/Drosselklappenöffnungsverlauf liegt das Unterdruckmaximum bei etwa halbgeöffneter Drosselklappe, darüber nimmt der Unterdruck wegen der geringer werdenden Querschnittsdifferenz wieder ab um bei ganz geöffneter Klappe fast auf Leerlaufniveau abzusinken (Anm.: In der Physik ist diese Gesetzmäßigkeit auf das Poissonsche Gesetz zurückzuführen, nach dem Druck, Querschnitt und Strömungsgeschwindigkeit eines laminar, d. h. verwirbelungsfrei strömenden Gases in Beziehung stehen.).
Es ist also eine weitergehende, mechanische Kontrolle über die einströmende Kraftstoffmenge erforderlich. Zu diesem Zweck ist der Düsenkanal mit einem zylindrischen Messingkörper (meist mit Zerstäubungsbohrungen) ausgestattet, dessen Bohrung weit über dem Düseninnendurchmesser liegt. In diese sog. Nadeldüse taucht die Düsennadel, eine schlanke, mit dem Gasschieber mechanisch verbundene Nadel mit wohldefiniertem Querschnittsverlauf ein. Abhängig von der Gasschieberstellung wird die Düsennadel aus der Nadeldüse gehoben und gibt so mehr oder weniger des Düsenquerschnitts frei. Bei maximaler Öffnung des Schiebers hängt die Nadel frei und die Gemischzusammensetzung wird nur noch von der Größe der Düse bestimmt.
Drosselklappensteuerung
An diesem Punkt muß noch auf zwei konzeptionell verschiedene Möglichkeiten der Drosselklappensteuerung hingewiesen werden: Sie kann ausschließlich manuell, z. B. über Bowdenzüge vom Gasgriff aus betätigt werden. In diesem Fall handelt es sich um den klassischen ‘Schiebervergaser’, bei dem die Parameter ‘Vergaserquerschnitt’ (= Drosselklappenöffnung), ‘Düsennadelhöhe’/’Düsenquerschnitt’ (= max. Kraftstoffzuflußmenge) über die Gasgriffstellung in fester Beziehung zueinander stehen. Beim sog. ‘Gleichdruck- oder unterdruckgesteuerten Vergaser’ bestimmt der Fahrer am Gasgriff nur die Drosselklappenstellung. Die Position des Gasschiebers und der Düsennadel wird über eine unterdruckgesteuerte Membrane eingestellt, die sich so deformiert, daß vor und hinter der Drosselklappe der jeweils gleiche Druck herrscht. Beim Gasgeben steigt der Unterdruck, die Membrane wird deformiert, hebt die Düsennadel und gibt so einen größeren Düsenquerschnitt frei. Die Gleichdruckkonfiguration gewährleistet weiches Ansprechen des Motors und damit eine gleichmäßige Kraftentfaltung. Wegen des unter Punkt 2.3 angesprochenen Druckverlaufs wird der Gleichdruckvergaser häufig noch um einen konventionellen Schiebervergaser ergänzt, um Leistungseinbrüche speziell bei großer Drosselklappenöffnung und hohen Drehzahlen zu verhindern. Eine derartige Verbindung wird oft fälschlicherweise als ‘Doppelvergaser’ bezeichnet. Beim Doppelvergaser finden sich – im Gegensatz zu den obigen Ausführungen aber zwei unabhängige Vergaser in einem gemeinsamen Gehäuse, z. B. für Motorräder mit mehreren Zylindern. Richtig ist die Bezeichnung ‘Registervergaser’, bei der die Gemischaufbereitung in mehreren Stufen, den Registern erfolgt. Den oben beschriebenen Vorteilen des Registervergasers steht ein wesentliche Nachteil gegenüber: Die Membransteuerung ist empfindlich gegenüber Beschleunigungen (Fliehkraft, Sprünge) und die Drosselklappensteuerung erfolgt zeitversetzt – ein schnelles Ansprechen des Motors ist also nicht immer gewährleistet. Aus diesem Grunde sind Sportmotorräder und Geländemaschinen oft nur mit Schiebervergasern ausgestattet, man nimmt die etwas ‘spitze’ Charakteristik d. h. im oberen Lastbereich lokalisierte Leistungsspitze in Kauf.
Leerlauf
Prinzipiell kann bei den beschriebenen Vergasern eine Einstellung der Leerlaufdrehzahl über den Drosselklappenanschlag erfolgen, der die Drosselklappe selbst bei in Ruheposition befindlichen Gasgriff noch etwas geöffnet hält. Die modernen, abgasarm und kraftstoffsparend eingestellten Verbrennungsmotoren laufen mit einer derartigen Leerlaufeinstellung aber ausgesprochen schlecht und erfordern ein hohes Leerlaufdrehzahlniveau. Es ist ein separates Leerlaufsystem mit Leerlaufluftkanälen und Leerlaufdüse erforderlich, daß bei niedrigen Drehzahlen und geringen Drosselklappenöffnungen die Gemischbildung übernimmt. Hierzu sind im Vergaser Nebenstromkanäle angebracht, durch die Luft am Gasschieber vorbei in den Motor gelangen kann. Weiters wird über die Leerlaufdüse Kraftstoff angesaugt und der Nebenluft beigemischt. Die Gemischzusammensetzung kann über die Größe der Leerlaufdüse oder ein Absperrventil, das wahlweise den Leerlaufluftkanal oder den Leerlaufgemischkanal verengt, erfolgen.
Schwimmerkammer
Die Mehrzahl der Vergaserkonzepte erlaubt kein Ansaugen des Kraftstoffes über Schläuche aus dem Tank in den Vergaser. Der hierzu benötigte Unterdruck kann durch die winzigen Düsenbohrungen nicht erreicht werden. Aus diesem Grunde benötigt man ein ‘Vorratsgefäß’ für den zur Verbrennung heranstehenden Kraftstoff, dessen Niveau konstant zu halten ist um Druckschwankungen und damit Gemischbildungsfehler zu vermeiden. Dieses Vorratsgefäß nennt man Schwimmerkammer. Der Name rührt von der Art der Niveauregulierung her. Ein Auftriebskörper, der Schwimmer verschließt ab einem gewissen Flüssigkeitsniveau über ein Ventil den Zulauf und gibt ihn beim Absinken des Pegels wieder frei.
Choke
Beim Kaltstart eines Benzinmotors sind spezielle Vorkehrungen erforderlich um den veränderten Betriebsbedingungen gerecht zu werden. Bei niedrigen Temperaturen verdampft der Kraftstoff nur schlecht, zusätzlich kommt es zur Rückkondensation an den kalten Vergaserwänden. Schließlich muß, um die höhere innere Reibung im Motor und die damit verbundene Tendenz zum ‘Absterben’ auszugleichen, die Leerlaufdrehzahl angehoben werden. Diese Aufgaben übernimmt ein Kaltstartanreicherungssystem, das im einfachsten Fall aus einer zusätzlichen Drosselklappe (dem Choke) besteht, die den Unterdruck im Vergaser erhöht und damit das Gemisch mit Kraftstoff anreichert. Die Chokeklappe ist mechanisch betätigt und soll mit warmlaufendem Motor mehr und mehr in ihre Ruheposition gebracht werden, um die mit einem zu stark angereicherten (zu ‘fetten’) Gemisch verbundenen Nachteile wie hoher Verbrauch, abfallende Leistung, unruhiger Motorlauf zu vermeiden. Modernere Vergaser sind mit Kaltstartsystemen ausgestattet, die mit dem Choke nur noch den Namen gemeinsam haben. Über Membranpumpen wird zusätzlich Kraftstoff eingespritzt, Vergaserwände und Ansaugkrümmer sind elektrisch und/oder kühlwasserbeheizt um dem Kondensationseffekt entgegenzuwirken, die angesaugte Luft wird vorgewärmt um der Vergaservereisung vorzubeugen (s. unten) und ein mit der Motortemperatur gekoppeltes System sorgt über Bimetallstreifen (zwei verbundene Metallstreifen mit unterschiedlichem Temperaturausdehnungskoeffizienten – es kommt zu einer temperaturabhängigen Verbiegung des Sandwichs) oder Wachsdruckdosen für eine Anhebung der Leerlaufdrehzahl.
Schiebebetrieb
Bei sich schließender Drosselklappe und hoher Drehzahl (Schiebebetrieb) neigen Viertaktmotoren dazu, in den Auspuff zu knallen. Dies liegt am zu ‘mageren’ (zu gering angereichertem) Gemisch, das keine Verbrennung mehr zuläßt. Es sammelt sich Kraftstoff im Abgaskanal der spontan und explosionsartig verbrennt, sobald eine zündfähige Konzentration erreicht wird. Eine Gegenmaßnahme bietet die sog. Schubabschaltung, bei der die Gemischzufuhr im Schiebebetrieb gänzlich – z. B. durch ein mit der Leerlaufsteuerung verbundenes Membransystem – unterbrochen wird. Im Geländesport disqualifiziert sich die Schubabschaltung durch verzögertes Ansprechen des Motors aus dem Leerlauf. Daher wird der umgekehrte Weg beschritten und – z. B. durch ein sog. ‘Luftabsperrventil’ – die Leerlaufluftmenge reduziert und damit sichergestellt, das das Gemisch auch im Schiebebetrieb zündfähig bleibt.
Beschleunigungsanreicherung
Um einen spontanen Leistungsabfall beim ruckartigen Aufreißen der Drosselklappe entgegenzuwirken, sind manche Vergaser noch mit einer Beschleunigungsanreicherung versehen, die über eine unterdruckgesteuerte Membranpumpe bei hohen Druckdifferenzen Kraftstoff in den Vergaser spritzt. Diese Strategie wird vor allem bei großvolumigen Motoren (z. B. Kfz) verfolgt, deren niedrigerer spezifischer Wirkungsgrad solche Maßnahmen verlangt.
Quelle: Volker Bartheld Vergaser FAQ
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