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Vergaser

Ein Vergaser ist eine Vorrichtung, mit der ein Kraftstoff-Luft-Gemisch für einen Ottomotor erzeugt werden kann. Früher gehörte praktisch zu jedem Ottomotor ein Vergaser, während heute zumindest größere Motoren (z. B. für Autos) in aller Regel mit einer Kraftstoffeinspritzung arbeiten. Motoren mit Vergaser werden zur Verdeutlichung als Vergasermotoren (in Abgrenzung zu Einspritzmotoren) bezeichnet. Sie kommen heute abgesehen von Motorrädern und kleineren Zweirädern praktisch nur noch im Bereich sehr kleiner Leistungen vor, beispielsweise in Rasenmähern, Laubbläsern, Motorsägen und Modellflugzeugen, wo kein Abgaskatalysator verwendet wird. In solchen Fällen wird eine vergleichsweise schlechte Abgasqualität und Energieeffizienz eher toleriert als bei größeren Motoren.

Funktionsweise eines Vergasers

Es gibt Vergaser mit sehr unterschiedlichen Bauweisen, die sich in vieler Hinsicht unterscheiden können. Ein zentrales Element ist allerdings eine Kraftstoffdüse, die von der angesaugten Verbrennungsluft umströmt wird. Die Düse ist meist in einer Engstelle des Luftkanals (einem Lufttrichter) platziert, wo gemäß dem Bernoulli-Prinzip der Luftdruck durch die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit reduziert ist, sodass Kraftstoff aus der Düse gesaugt und von dem Luftstrom mitgerissen wird. Trotz der Bezeichnung "Vergaser" erfolgt dabei keine vollständige Verdampfung des Kraftstoffs; ein Teil wird in Form kleiner Kraftstofftröpfchen mitgerissen, die auf dem Weg zum Motor zumindest teilweise noch verdampfen können. Das erzeugte Gemisch ist also kein reines Gas, sondern ein Aerosol (Nebel).

Die Leistung eines Ottomotors wird über eine mit dem Gaspedal verbundene Drosselklappe (oder einen Drosselschieber) gesteuert, die sich ebenfalls im Vergaser befindet, und zwar nach der Kraftstoffdüse. Je weiter die Drosselklappe geschlossen wird, desto weniger Kraftstoff-Luft-Gemisch kann der Motor ansaugen, und desto geringer wird seine Leistung.

Eine weitere Klappe ähnlicher Art kann sich vor der Kraftstoffdüse befinden und wird als Starterklappe ("Choke") bezeichnet. Indem man diese Klappe teilweise schließt, kann der Unterdruck im Vergaser erhöht werden, sodass das Gemisch angefettet wird (d. h. mehr Kraftstoff enthält). Dies ist oft beim Kaltstart nötig, da dann ein Teil des Kraftstoffs auf dem Weg zum Motor im kalten Luftkanal kondensieren kann. Wenn der Choke aber unnötig stark oder unnötig lange eingesetzt wird, arbeitet der Motor mit einem Mangel an Sauerstoff, was in einem starken Anstieg der Emissionen des giftigen Kohlenmonoxids und auch des Kraftstoffverbrauchs resultiert.

Manche Vergaser sind auch mit anderen Kaltstarthilfen ausgestattet, beispielsweise mit einem Tupfer oder Primer. Diese können durch ein- oder mehrmaliges Drücken vor dem Anlassen des Motors für eine Extra-Menge von Kraftstoff sorgen. Wenn sie zu stark betätigt werden, kann der Motor jedoch "absaufen", z. B. mit Vernässung der Zündkerze.

Mit einer einzigen Kraftstoffdüse ist es schwierig, auch noch im Leerlauf eine angemessene Menge von Kraftstoff einzusetzen. Deswegen gibt es hierfür meist eine separate Leerlaufdüse.

Je nach Bauweise des Vergasers strömt die Luft von oben nach unten (Fallstromvergaser), von unten nach oben (Steigstromvergaser), horizontal (Querstromvergaser) oder auch diagonal von oben nach unten (Schrägstromvergaser). Viele Vergaser enthalten eine Schwimmkammer, in der flüssiger Kraftstoff mit einem konstanten Pegelstand vorgehalten wird (Schwimmervergaser). In manchen Fällen werden zwei oder sogar mehr Vergaser für einen einzigen Motor eingesetzt (Doppelvergaser, Dreifach- oder Vierfachvergaser). Ein Registervergaser bzw. Stufenvergaser enthält zwei getrennte Lufttrichter für den Betrieb mit niedriger bzw. hoher Leistung.

Da das Verdampfen des Kraftstoffs Wärme verbraucht, wird das erzeugte Gemisch kühler als die angesaugte Luft. Dies kann bei niedrigen Außentemperaturen zur Vergaservereisung führen. Dem wird teilweise mit einer Ansaugluftvorwärmung vorgebeugt. Im einfachsten Fall wird die angesaugte Luft im Winterbetrieb am heißen Abgaskrümmer vorbei geführt.

Regelung des Verbrennungsluftverhältnisses

Im Idealfall sollte der Kraftstoffanteil im Gemisch unter allen Verhältnissen ziemlich genau gleich bleiben, und zwar bei einem Verbrennungsluftverhältnis in der Nähe von 1. Besonders wichtig ist dies bei Verwendung eines Drei-Wege-Katalysators, da dieser nur bei einem Verbrennungsluftverhältnis sehr nahe bei 1 effektiv arbeitet.

Dies ist allerdings mit einem Vergaser nicht einfach zu erreichen, da das Verbrennungsluftverhältnis von vielen Faktoren beeinflusst werden kann, beispielsweise von der Stärke des Luftstroms (die wiederum von der Gaspedalstellung und der Motordrehzahl abhängt), vom atmosphärischen Luftdruck, der Lufttemperatur und der genauen Beschaffenheit des Kraftstoffs sowie vom Verschmutzungsgrad des Luftfilters. (Ein stark verschmutzter Luftfilter wirkt wie ein Choke.) Hinzu kommen dynamische Effekte bei schnellen Gaswechseln; beispielsweise kann es bei einfachen Vergasern vorkommen, dass der Motor träge auf das verstärkte Durchdrücken des Gaspedals reagiert oder dass dabei kurzfristig sogar ein Leistungseinbruch auftritt. Dem wird häufig entgegengewirkt mit einer Beschleunigungspumpe, die in solchen Situationen eine zusätzliche Kraftstoffmenge zuführt. Dabei kann sogar absichtlich eine gewisse Überdosierung des Kraftstoffs erzeugt werden, die man als Volllastanreicherung bezeichnet.

Im Laufe vieler Jahrzehnte wurden Vergaser so weiterentwickelt, dass die genannten Einflüsse zumindest teilweise und annähernd kompensiert werden konnten. Beispielsweise wird bei sogenannten Gleichdruckvergasern der auf die Hauptdüse wirkende Unterdruck stabilisiert. Eine für Motoren mit Drei-Wege-Abgaskatalysator ausreichend genaue Dosierung des Kraftstoffs ist jedoch nur möglich, wenn zusätzlich eine elektronische Steuerung eingesetzt wird. Da der technische Aufwand für einen elektronisch geregelten Vergaser (Ecotronic) ähnlich groß wird wie der für eine Anlage zur Kraftstoffeinspritzung, wurde dieser Weg in den 1990er Jahren rasch aufgegeben. In Autos werden deswegen kaum mehr Vergasermotoren eingesetzt, sondern praktisch nur noch Einspritzmotoren. Mit diesen lässt sich eine sehr viel feinere Dosierung des Kraftstoffs erreichen und damit ein höherer Wirkungsgrad des Motors in einem weiten Bereich von Betriebsbedingungen. Ebenfalls erreicht damit der typischerweise eingesetzte Drei-Wege-Katalysator seine volle Effektivität bei der Abgasreinigung. Hinzu kommt, dass diverse technische Probleme von Vergasern vermieden werden, beispielsweise die Vereisung, Verschmutzung und auch die Gefahr von Vergaserbränden.

Siehe auch: Ottomotor, Benzin, Kraftstoffeinspritzung, Abgaskatalysator