Vergaser

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), mit der das Drehmoment und damit die Leistung des Motors eingestellt wird.

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 und handgeführten Schneefräsen
  • kleinen Zweitaktmotoren von Rollern und Motorfahrrädern
  • Old- bzw. Youngtimern und Motorrädern
  • Flugmotoren von Leichtflugzeugen

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

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.

Das elektronisch gesteuerte Vergasersystem kam gegen Ende der 1970er Jahre auf. Es senkte den Schadstoffausstoß sowie den Kraftstoffverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Vergasern und war preiswerter als eine Einspritzanlage. Für eine Übergangszeit waren elektronisch gesteuerte Vergaser ein beliebter Mittelweg, um die schärferen Abgasnormen einzuhalten, die ausgehend vom Staat Kalifornien schrittweise in den gesamten Vereinigten Staaten, der Schweiz, Deutschland und im übrigen westeuropäischen Raum eingeführt wurden. Insbesondere konnten sie je nach Aufwand auch mit ungeregelten und geregelten Katalysatoren kombiniert werden. Derartige Vergaser nutzten Automobilhersteller aus Kostengründen vor allem bei den Basismotorisierungen der jeweiligen Baureihen.

Viele der damals aktiven Vergaserhersteller nahmen elektronisch gesteuerte Modelle in ihr Lieferprogramm auf, darunter Pierburg, Denso, Hitachi, Holley, Weber und Dell’Orto. Entweder entwickelten sie diese selbst oder nutzten in Lizenz Entwicklungen vor allem namhafter Marktführer. Eine relativ aufwändige und erfolgreiche Variante stellte die Ecotronic dar, ursprünglich eine gemeinsame Entwicklung in einem Joint Venture der Unternehmen Bosch und Pierburg, aus dem ersteres später ausschied.

Die Hoch-Zeit der elektronisch gesteuerten Vergasersysteme endete etwa in den 1990er Jahren: Die Kombination aus Elektronik und Mechanik erwies sich mitunter als defektanfällig und wartungsintensiv. Der Kostenvorteil von elektronisch gesteuerten Vergasern reduzierte sich, als die Stückpreise von Einspritzanlagen mit immer größeren Stückzahlen sanken. Der Kraftstoffverbrauch der Vergasermotoren blieb zumeist höher als bei Einspritzmotoren und neue, schärfere Schadstoffgrenzwerte konnten nicht mehr eingehalten werden.

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