mini|Vergaser eines Kymco-Rollers mini|Schieber-Vergaser an einer BMW R 60/6 mini|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 Kraftstoff-Luft-Gemisch, das in den oder die Brennräume des Verbrennungsmotors geleitet wird. Im Vergaser befindet sich auch das Drosselorgan (Drosselklappe oder -schieber), das den Luftvolumenstrom zum Motor beeinflusst und damit maßgeblich ermöglicht, das Drehmoment und damit die Leistung des Motors zu steuern.
Physikalisch ist die Bezeichnung „Vergaser“ nicht ganz exakt, da der Kraftstoff nicht durch Verdampfen sofort in den gasförmigen Aggregatzustand übergeht, sondern zunächst ein Aerosol aus Kraftstofftröpfchen und Luft erzeugt wird, welches dann aufgrund des hohen Dampfdrucks größtenteils verdampft.
In Kfz-Verbrennungsmotoren wurde der Vergaser in den 1990er Jahren zunehmend durch (meist Saugrohr-)Einspritzanlagen ersetzt. Heute werden Vergaser überwiegend nur noch in Motoren ohne Katalysator verwendet, wie beispielsweise in: Kleinmotoren von Rasenmähern Motorsägen handgeführten Schneefräsen Stromerzeugern Zweitaktmotoren von kleinen Rollern und Motorfahrrädern Old- bzw. Youngtimern und Motorrädern Flugmotoren von Leichtflugzeugen
Komponenten Moderne Vergaser bestehen aus folgenden Teilen, die je nach Typ unterschiedlich ausgeführt oder durch Zusatzeinrichtungen ergänzt sein können: Mischkammer, meist als Venturi-Rohr ausgeführt Steuer- und Drosselsystem für die Verbrennungsluft (Drosselklappe bzw. -schieber etc.) Steuer- und Drosselsystem für den Kraftstoff (Hauptdüse, Düsennadel etc.) Regelsystem für die Treibstoffzufuhr (Schwimmerkammer – nicht bei Überlaufvergasern – mit Schwimmer und Nadelventil, Membranpumpe bei Membranvergasern etc.) Kaltstarthilfe (Tupfer/Primer, Starterklappe/Choke, Startautomatik)
Diese Komponenten können ergänzt werden durch: Leerlaufeinrichtung (Leerlauf-Luftdüse, Leerlauf-Kraftstoffdüse) Ansaugluftvorwärmung Beschleunigungspumpe Teil- und Volllastklappen
Vergaser in der Kraftfahrzeugtechnik Der Vergaser stellt dem Motor das Kraftstoff-Luft-Gemisch bereit. Das „stöchiometrische“ Verbrennungsluftverhältnis, bei dem der Kraftstoff vollständig verbrennt, ohne dass Sauerstoff übrig bleibt, liegt für die heute üblichen Ottokraftstoffe bei etwa 14,7 kg Luft auf 1,0 kg Kraftstoff. Das entspricht einer „Luftzahl“ λ = 1. Ist λ < 1, spricht man von „fettem“ Gemisch, d. h. mit mehr Kraftstoff als beim stöchiometrischen Verhältnis; ein „mageres“ Gemisch hat einen Lambda-Wert > 1. Die höchste Motorleistung erreicht man mit fettem Gemisch (λ = 0,85), während der höchste Wirkungsgrad bei λ = 1,05 erzielt wird.
Vergaser arbeiten nach dem Prinzip der Venturi-Düse. Der hydrodynamische Druck an der engsten Stelle des Lufttrichters nimmt mit dem Durchfluss zu, der statische Druck verringert sich entsprechend. Diese Druckdifferenz saugt den Treibstoff, der in der Schwimmerkammer auf konstantem Niveau gehalten wird, durch die Hauptdüse in den Lufttrichter, wo er zu einem Aerosol zerstäubt. Die Durchmesser von Lufttrichter und Hauptdüse müssen auf die maximale Leistung des Motors ausgelegt werden, was dazu führt, dass bei niedriger Drehzahl (Leerlauf) der Unterdruck nicht ausreicht, um einen konstanten Motorlauf zu erreichen. Daher haben die am häufigsten verwendeten Vergaser mit konstantem Lufttrichter-Querschnitt ein eigenes Leerlauf- und Übergangssystem.
Schon früh wurde erkannt, dass die Durchmesser von Lufttrichter und Hauptdüse veränderlich sein müssten, um für jeden Lastzustand das optimale Verbrennungsluftverhältnis zu gewährleisten. Besonders Motoren mit größerem Hubraum erhielten daher sogenannte Register- oder „Stufenvergaser“, bei denen last- und drehzahlabhängig ein zusätzlicher Lufttrichter mit größerem Querschnitt aktiviert wird.
Als zweite Lösung gilt der sogenannte Gleichdruckvergaser. Durch einen unterdruckgesteuerten Schieber werden dort mit zunehmendem Durchfluss gleichzeitig Ansaugquerschnitt und – über eine am Schieber befindliche Düsennadel – Hauptdüse vergrößert. Die Strömungsgeschwindigkeit im Vergaser ist daher konstant, jedoch verzögert der in manchen Bauarten (z. B. Strombergvergaser) ölgedämpfte Kolbenschieber die Reaktion auf den veränderten Lastzustand.
Im Zuge der verschärften Abgasbestimmungen ab Mitte der 1980er Jahre gelang es nicht mehr, befriedigende Lösungen zur optimalen Gemischaufbereitung mittels Vergasern zu finden. Die steigenden Anforderungen an die Abgasqualität, die sich nur noch mit Katalysatoren und Lambdaregelung erfüllen ließen, erforderten elektronisch gesteuerte Vergasersysteme („Ecotronic“), die an Komplexität den elektronischen Saugrohreinspritzungen nahekamen. Diese ersetzten daher in den 1990er Jahren den Vergaser im Fahrzeugbau.
Erste Vergaser mini|links|Prinziperklärung Vergaser um 1906 mini|Zwei Gleichdruckvergaser von SU (Skinner’s Union) aus einem britischen MGB mini|Schnittmodell eines Weber-Dreifach-Fallstromvergasers (Porsche 911) mini|Prinzip des Spritzdüsenvergasers (Horizontalströmung) mini|Grundprinzip des Vergasers
Der erste Vergaser war der von Carl Benz entwickelte Oberflächenvergaser. Bei ihm wird der Kraftstoff in einem beheizten Behälter verdampft und mit Luft vermischt. Eine weitere Konstruktion war der vom deutsch-österreichischen Techniker Siegfried Marcus erfundene Bürstenvergaser. Er zerstäubte den Treibstoff mit einer rotierenden Bürste in einer Wanne.
Beide halten nicht automatisch ein bestimmtes Luftverhältnis ein, sondern müssen je nach Drehzahl oder bei Laständerungen nachgeregelt werden. Diese Vergasertypen wurden 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 sogenannten Bánki-Csonka-Motor und als dessen Bestandteil einen Vergaser.
Diese ersten Bauarten wurden ab 1893 durch Vergaser mit Schwimmerkammer (Spritzdüsenvergaser) ersetzt. Dessen Erfindung wird Wilhelm Maybach zugeschrieben. Die ersten Schwimmervergaser waren oftmals Steigstromvergaser. Aufgrund der schwankenden Qualität der Kraftstoffe 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 Bei der Kategorisierung von Vergasern unterscheidet man heute nach mehreren Merkmalen:
Richtung des Ansaugluftstromes 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 wird vor allem dort verwendet, wo es auf eine geringe Bauhöhe ankommt; wird auch „Horizontalvergaser“ genannt.Solex-Vergaser Type BFH/BFV auf ruddies-berlin.de Schrägstromvergaser, die Luft strömt diagonal von oben. Steigstromvergaser, die Luft strömt von unten nach oben, oft auch „Vertikalvergaser“ genannt.
Anzahl und Funktion der Mischkammern Einfachvergaser – ein Lufttrichter Doppelvergaser – zwei Einfachvergaser in einem Gehäuse (z. B. BMW 1602/2002 ti mit zwei Solex-Doppelvergasern) Dreifachvergaser (bis 1973 in diversen Porsche 911) oder auch Vierfachvergaser. Diese Vergaserbauarten bedienen sich einer meist mittig angebrachten Schwimmerkammer zur Versorgung mehrerer Ansaugrohre. Register- bzw. Stufenvergaser. Ein Lufttrichter für Leerlauf/Teillast und einer für Volllast (nicht mit Doppelvergaser zu verwechseln). Doppel-Registervergaser (zwei Registervergaser in einem Gehäuse): im Mercedes-Benz 280 (W 114), den 250/280 der Baureihe W 123 sowie dem 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 mini|Kolbenschiebervergaser Dell’Orto UB 22S Drosselklappe Schieber mit den Unterarten: Kolbenschieber, auch Rundschieber 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 Flachschieber 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 Beim Gleichdruckvergaser ist der auf das Hauptdüsensystem wirkende Unterdruck im statischen Betrieb mit konstanter Drehzahl immer gleich – daher der Name. Das wird dadurch erreicht, dass (in Strömungsrichtung gesehen) vor der Drosselklappe ein meist an einer Membran befestigter Kolbenschieber in der Gasströmung liegt. In den Raum über der Membran wird der Ansaugunterdruck geleitet. Dadurch entsteht ein Druckunterschied zum durch eine andere Bohrung unter die Membran geleiteten Atmosphärendruck, der die Kolben 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 das typische Loch bei schnellem Betätigen des Gasgriffs und falsch eingestelltem 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-Vergasern sowie Ducati-Modelle bis 1999).
Diverse Mercedes-Benz-PKW der Baujahre 1965 bis 1985 (Baureihen W 115, W 123 und W 201) und Volvo der Bj. 1974–1986 waren mit Stromberg-Gleichdruckvergasern ausgerüstet. Ebenso wurden nach diesem Prinzip aufgebaute SU-Vergaser (Skinner’s Union) in vielen englischen Automobilen und bei Volvo eingesetzt.
Gleichdruckvergaser waren weiterhin bei zahlreichen Motorrad-Motoren seit den 1970er Jahren üblich und werden teils bis heute eingesetzt; während das Gros der Modelle heute Einspritzung nutzt.
Besondere Bauformen Zunächst bei Flugmotoren kam die Notwendigkeit auf, Vergaser einzusetzen, die ihre Funktion unabhängig von der Lage im Raum erfüllen, besonders bei Drehbewegungen (Zentrifugalkraft) des Flugzeuges und „über Kopf“. Dafür gab es etliche Entwicklungen; eine der bekanntesten ist der Membranvergaser. Das gleiche Problem stellt sich bei Kleinmotoren, zum Beispiel in Gartengeräten (Rasenmäher am Steilhang) oder bei Motorsägen, bei denen die Lage des Vergasers auf den Motorlauf keinen Einfluss haben soll. Teils wurden solche Vergaser auch in konventionellen Kraftfahrzeugen verwendet, wie etwa die Tillotson-Membranvergaser an Motorrädern der Marke Harley-Davidson.