Motorkunde 4 1. Vergaser: Bauarten, Wartung und Einstellung 2. Zündung: Bauarten, Wartung und Einstellung 3. Zweitaktmotor: Motorschmierung, Aufbau und Funktion 1. Vergaser Dies ist ein sehr primitiver Vergaser, aber das Funktionsprinzip lässt sich an diesem am besten beschreiben. Bernoulli (1700-1782): An Orten höherer Luftgeschwindigkeit herrscht tieferer Druck! (Allgemein auch für Gase und Flüssigkeiten). Experiment: Halte 2 Blatt Papier parallel und blase zwischendurch! Hast Du gemeint, Du könntest sie so auseinander blasen? Staune: Sie ziehen sich gegenseitig an, da die schnelle Luft zwischen den Blättern den tieferen Druck (Unterdruck!) aufweist, als die ruhige Luft außerhalb. Ein Venturirohr ist ein Rohr mit einer Verengung. Strömt Luft durch ein solches Rohr, wird sie bei dieser Verengung schneller, d.h. bei dieser Verengung herrscht Unterdruck. (für einige vielleicht verblüffend, da man denken könnte, die Luft müsste sich dort durchzwängen und wird dort zusammengedrückt. Dieses Denken stimmt vielleicht wenn man sich vorstellt, selbst durch einen Vergaser kriechen zu müssen, aber Luft hat da etwas andere Ansichten). Im Schwimmergehäuse herrscht normaler Außendruck, welcher das Benzin durch die Hauptdüse in den Raum des Unterdrucks presst. Das Benzin wird dort vom Luftstrom mitgerissen und auf dem Weg zum Motor vernebelt. Die Drosselklappe bestimmt, wie viel vom Luft-Benzingemisch angesaugt wird. Wird weniger angesaugt, so ist auch die Luftgeschwindigkeit im Venturi kleiner und es kommt auch weniger Benzin durch die Hauptdüse. Damit die Gemischaufbereitung kontrolliert abläuft ist es wichtig, dass die Höhe der Berger Christian 2012 1/15
Kraftstoffoberfläche (Schwimmerniveau) im Schwimmergehäuse immer konstant bleibt. Zu hohes Niveau ergibt ein zu fettes, ein zu tiefes Niveau ein zu mageres Gemisch. Das Schwimmersystem ist für die Regulierung des Schwimmerniveaus zuständig. Somit sollte das Gemisch eigentlich bei jeder Gasstellung und bei jeder Motordrehzahl stimmen! Das Problem ist nur, dass bei doppelter Luftmenge sich die Geschwindigkeit im Venturi ebenfalls verdoppelt, aber bei doppelter Geschwindigkeit wird laut Bernoulli der Unterdruck 4 Mal so groß. Der Widerstand des Benzins in der Hauptdüse nimmt zwar auch zu, aber nicht in genügendem Ausmaß, so dass bei größerer Luftgeschwindigkeit das Gemisch immer fetter wird! Dieser unerwünschte Effekt lässt sich mit etwas Vorluft kompensieren, wie der Vergaser mit Vorluftdüse und Emulsionsrohr zeigt. Das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Mischungsverhältnis liegt für die heute üblichen Ottokraftstoffe bei ca. 14,8 kg Luft auf 1,0 kg Kraftstoff. Dieses Verhältnis stellt den Lambda-Wert 1 dar. Das Luftverhältnis errechnet sich aus der Luftmasse im Zylinder (ist Wert) und der stöchiometrischen Luftmasse (soll Wert). Bei einer niedrigen Verhältniszahl (weniger Luft als beim stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Zylinder) spricht man von "fettem" Gemisch, bei einer höheren Verhältniszahl von "magerem" Gemisch. Um in jeder Betriebssituation genau das jeweils optimale Mischungsverhältnis zu erreichen, insbesondere hinsichtlich eines möglichst geringen Schadstoffausstoßes bei möglichst niedrigem Verbrauch, ist der Vergaser zumindest im PKW-Bereich inzwischen praktisch komplett von Einspritzanlagen (Einspritzpumpe) verdrängt worden. Eine Rolle spielt er noch im Zweitaktmotorenbau, insbesondere bei leichten Motoren für Roller, Kleingeräte und Motorsägen, bei Oldtimern und nach wie vor bei vielen Motorrädern, die noch ohne geregelten Katalysator betrieben werden. Berger Christian 2012 2/15
Bauarten: Flachstromvergaser (horizontal) Schrägstromvergaser (diagonal von oben) Fallstromvergaser (von oben nach unten) Steigstromvergaser (von unten nach oben) Berger Christian 2012 3/15
Die bisher erwähnten Vergaser verwenden zur Niveauregulierung des Treibstoffes in der Schwimmerkammer einen Feststoffschwimmer, der nur bei Horizontaler Lage das Niveau optimal regulieren kann. D.h. Alle Vergaser mit Schwimmer sind nur bedingt in Schräglagen einsetzbar! In der Landwirtschaft, als auch im Flugzeugbau und Rennsport kommt es jedoch bei vielen Geräten darauf an, in jeder Lage und Beschleunigung das Gemisch optimal aufzubereiten. Membranvergaser Dafür wurde der sogenannte Membranvergaser erfunden, wobei der Schwimmer durch eine Membran ersetzt wurde. Gleichzeitig erhielt er eine interne Membran- Benzinpumpe, welche durch die Druckschwankungen im Kurbelgehäuse betätigt wird. Leerlauf Berger Christian 2012 4/15
Vollast Vergaserwartung: Grundsätzlich ist auf eine korrekte Treibstoffversorgung bis zum Vergaser zu achten: Pendel im Tank (mit Filter) Benzinschläuche Tankbelüftung das Treibstoffsieb im Vergaser Nur frischen Treibstoff verwenden Weiter ist die Versorgung mit Frischluft zu gewährleisten: Belüftungsöffnungen sauber halten Luftfilter reinigen bzw. auf Schäden kontrollieren Trennbleche zwischen Zylinder und Vergaser müssen ok sein. Berger Christian 2012 5/15
Am Vergaser selbst sind folgende Wartungsarbeiten durchführbar (muss hierfür demontiert werden): Kontrolle der Membrane / dürfen nicht hart und spröde sein Versorgung mit Unter-Überdruck aus dem Kurbelgehäuse für die Pumpe Mechanische Beschädigungen Reinigen Und natürlich die korrekte Einstellung von L u. H. Düsen siehe unten. Tipp: Aufgrund immer stärkerer Beliebtheit von Alkylatbenzin bitte ich zu beachten: Es sollte tunlichst vermieden werden zwischen Tankstellenbenzin und synthetischem Benzin hin und her zu wechseln, da die Membrane dadurch schaden nehmen. Weiter wurden Probleme beim Umstieg auf Synthetik-Treibstoff verzeichnet, wenn das Gerät vorher mit Tankstellenbenzin betrieben wurde! Die Membrane verhärten. Auf alle Fälle muss der Vergaser beim Wechsel des Treibstoffes, auch unter den verschiedenen Alkylatbenzin-Anbietern, neu eingestellt werden. Vergaser einstellen: Diese Anleitung ist für alle gängigen Membranvergaser geeignet. Dennoch gibt es sägen-spezifische Besonderheiten: Vergaseraufbau, Drehzahlvorgaben, Toleranzen, Drehzahlbegrenzungseinrichtungen (Regelventil, Windfahne, elektronische Drehzahlbegrenzung) die beachtet werden müssen. Herstellerangaben sind auf alle Fälle einzuhalten. Die Verwendung eines geeigneten Drehzahlmessers ist dringend zu empfehlen da man sich schnell stark verschätzt beim "heraushören" der Drehzahl. Vorbereitende Maßnahmen Einstellwerte für die Leerlaufdrehzahl und die Höchstdrehzahl der Bedienungsanleitung bzw. dem Reparaturhandbuch entnehmen. Die Säge muss sich technisch in astreinem Zustand befinden. D.h. dass die Säge dicht sein muss, Simmerringe, und die Dichtungen müssen in Ordnung sein. Das Funkensieb (falls verbaut), sowie die gesamte Auspuffanlage muss frei von Rückständen sein. Luftfilter reinigen ggf. erneuern und Kettenspannung korrigieren. Die Zündkerze muss in Ordnung sein, dem des Motors entsprechenden Typ und Wärmewert entsprechend im Zweifel erneuern. Die Tankentlüftung muss in Ordnung sein, der Vergaser muss dicht und die Membranen sollten Elastisch sein (nicht veraltet/verhärtet) Der Tank sollte voll bzw. mindestens halbvoll sein, da ein leerer bzw. nahezu leerer Tank das Einstellergebnis beeinflussen kann.!! Frisches Benzin!! Berger Christian 2012 6/15
Vergaser auf Grundeinstellung bringen, die Werte hierzu der Bedienungsanleitung bzw. dem Reparaturhandbuch entnehmen (Standard werte sind ~ jeweils 1 Umdrehung der L und H Düse offen).!!! Einige Vergasermotoren haben Limiter-Caps verbaut. Die Einstellwerte hierfür weichen von den Grundeinstelldaten ab und sind zum Einstellen der Grundeinstellung zu entfernen. H und L (mit Gefühl!!!) im Uhrzeigersinn nach rechts auf Anschlag hinein drehen, dann nach links, in der Regel 1 Umdrehung, vom Festsitz aufdrehen (Genaue Werte bitte dem Handbuch entnehmen). Maschine warmlaufen lassen, ggf. ein paar Schnitte durchführen.!!! Die Grundeinstellung dient lediglich dazu die Säge in Betrieb nehmen zu können ohne das sie dabei Schaden nimmt. Sollte die Säge in der Grundeinstellung nicht anspringen liegt ein Defekt am Vergaser oder der Maschine vor und muss vor der Einstellung behoben werden!!! geeigneten Drehzahlmesser anschließen Einstellvorgang 1. Die Leerlaufdrehzahl mittels der LA/T Schraube auf 500U/min über dem Vorgabewert erhöhen 2. L gefühlvoll in die Richtung drehen in welcher die Drehzahl ansteigt. Sollte die Drehzahl dabei 3800U/min überschreiten, mit der LA/T wieder auf 500U/min über Vorgabe korrigieren und den Vorgang wiederholen bis die höchste Drehzahl gefunden ist (PEAK) und dann eine 1/8 bis 1/4 nach links drehen welches einem Drehzahlabfall von ca. 500U/min entspricht. 3. Mit LA/T wieder auf Vorgabe einstellen 4. Ca. 10sec Vollgasgeben, Drehzahl ablesen Gas weg nehmen und die H-Schraube in kleinen Schritten nach links (anfetten), sinkt die Drehzahl, die H-Schraube in kleinen Schritten nach rechts drehen und immer wieder die Solldrehzahl kontrollieren. Sollte die Drehzahl beim links drehen (anfetten) steigen so lange weiter nach links drehen bis sie zu sinken beginnt und auf den Vorgabewert einstellen, da die Höchstdrehzahl auch im mageren Bereich erreicht wird. 5. Die Säge muss nun im Leerlauf stabil laufen, sauber Gas annehmen, zügig und ruckfrei hochdrehen und anschließend schnell wieder in den Leerlauf fallen ohne "hängenzubleiben" 6. es sollten Toleranzen von +- 500U/min eingehalten werden. Die Höchstdrehzahl im Zweifel leicht unterhalb einstellen 7. Sollte die zulässige maximale Drehzahl nicht erreicht werden, nicht versuchen, diese Drehzahl zu erzwingen, sondern so einstellen, dass die Höchstdrehzahl der Säge in der freien Beschleunigung schnell und ohne Verzögerungen erreicht wird 8. Ist der Leerlauf instabil und die Gasannahme schlecht/ verzögert, oder fällt die Drehzahl nach dem Gasgeben nur langsam in den Leerlauf zurück, ist L zu mager eingestellt => L gefühlvoll nach links drehen 9. Sinkt die Leerlaufdrehzahl bei warmer Maschine und die Säge beginnt zu rauchen bzw. hat Zündaussetzer nach einer Leerlaufphase ist L zu fett => L leicht nach rechts drehen 10.eine verzögerte Gasannahme bei kaltem Motor ist konstruktionsbedingt und kann bis zu einem gewissen Maß als normal angesehen werden Berger Christian 2012 7/15
11.Bei Vergasern mit unabhängigem Leerlaufsystem ist nach einer Veränderung von L zwingend eine Einstellung von H notwendig da hier das L Gemisch das H Gemisch beeinflusst und dann das Gemisch zu mager sein kann Unterbrecherzündung 2. Zündung Einstellung und Wartung von Unterbecherzündungen ohne Markierung des OT! Am besten macht man das natürlich mit einer Messuhr, da hierbei der Zündzeitpunkt ermittelt werden muss. Zündkerze herausschrauben und mit Hilfe der Messuhr (oder anderem) durch verdrehen des Polrades im Uhrzeigersinn den oberen Totpunkt ermitteln. Das Polrad entgegen dem Drehsinn des Motors drehen, bis der Kolben den Zündzeitpunkt erreicht hat (lt. Herstellerangaben). An dieser Stelle muss der Unterbrecher sich gerade öffnen. Ist er schon offen, ist die Zündung auf "zu früh" eingestellt, ist er noch geschlossen und geht erst später auf, handelt es sich um Spätzündung. Wenn der Zündzeitpunkt nicht stimmt, muss man ihn einstellen. Hierzu werden die Befestigungskrallen der Grundplatte leicht gelöst und die Grundplatte entsprechen gedreht. Nun die Grundplatte wieder festschrauben und den Zündzeitpunkt erneut prüfen. Das Ganze so lange wiederholen, bis der Zündzeitpunkt passt. Im OT müssen die Unterbrecherkontakte genau 0,4 mm weit geöffnet sein. Dies auch prüfen Berger Christian 2012 8/15
und gegebenenfalls durch Lösen und Verschieben der Unterbecherplatte einstellen. Sollten sich die Kontrakte des Unterbrechers übermäßig stark verschleißen, zeigt dies auf einen Defekt des Kondensators hin, der somit erneuert werden sollte. Elektronisches Zündmodul Einstellungen des Zündmoduls: Die Einstellarbeiten beschränken sich hier auf die Kontrolle des Spaltmaßes zwischen Modul und Schwungrad-Polen. Vermessen einer Zündspule: Das Zündmodul ist eigentlich ein Transformator der die erzeugte Spannung der Primärspule/Wicklung hoch transformiert. Benötigt wird ein Mutlimeter. Die gemessenen Werte können natürlich von Hersteller zu Hersteller leicht abweichen. Am besten ist es natürlich, wenn man einen Referenzwert einer baugleichen neuen Spule hat! Kurzschluss oder Unterbrechung einer Spule bedeutet den Defekt der gesamten Einheit. Berger Christian 2012 9/15
Primärwicklung Berger Christian 2012 10/15
Sekundärwicklung Berger Christian 2012 11/15
Die gesamte Einheit kann aufgrund einer integrierten Sparschaltung überprüft werden: Berger Christian 2012 12/15
Zündkerze Sitzform und Gewinde: Es gibt nur Einheitsgrößen von Zündkerzen. Diese werden je nach Bauart und Größe des Motors eingesetzt. Die Zündkerzen unterscheiden sich in Länge, Durchmesser und Steigung des Zündkerzengewindes. Gebräuchliche Gewinde sind: M 8 1 SW 13 (verbaut in kleinen 4-Takt Rollern; z.b. Honda NPS 50 Zoomer) M 10 1 SW 16 M 12 1,25 SW 18 (meist bei Motorrädern; in jüngster Zeit zunehmend auch bei Autos) M 14 1,25 SW 20,8 (bei den meisten Autos) M 16 1,25 SW 16 M 18 1,5 SW 26 (relativ selten bei Automotoren, oft bei alten Zweitaktern; Standard bei Flugzeugmotoren) Neben unterschiedlichen Gewinden gibt es auch verschiedene Sitzformen. Die klassische Ausführung weist einen flachen Sitz mit Dichtring auf. Neben dieser Form kommen aber auch Kerzen mit Kegelsitz zum Einsatz, welche keinen Dichtring benötigen. Wärmewert: Der Wärmewert wird im Typencode als Zahl angegeben. Dieser Wert steht für die maximale Betriebstemperatur, die sich durch die Eigenschaft der Kerze einstellt, Wärme aus dem Brennraum aufzunehmen und abzuführen. Die Wärmezufuhr an der Zündkerze im Brennraum ist dabei vom jeweiligen Motortyp abhängig. Der Wärmewert ist von elementarer Bedeutung, da eine Mindesttemperatur von etwa 400 C nach dem Start des Motors so schnell wie möglich erreicht werden muss, damit die Zündkerze Rückstände auf dem Isolator freibrennen kann, um so ein Verrußen und damit einhergehende Zündungsaussetzer zu vermeiden (Freibrenngrenze). Andererseits darf jedoch an keinem Punkt der Kerze eine Höchsttemperatur von ca. 900 C (Glühzündungsbereich) überschritten werden, da der Motor sonst zu Selbstzündungen neigt, was sich durch Klopfen des Motors äußern würde. Daraus ergibt sich, dass der Wärmewert stets an die Wärmeentwicklung im Brennraum des Motors angepasst sein muss, damit sich an Berger Christian 2012 13/15
der Kerze die korrekte Betriebstemperatur einstellt. Die Kennzahlen der Wärmewerte sind von Hersteller zu Hersteller verschieden. Es muss mit Hilfe von Tabellen die richtige Kerze ausgewählt werden. Motorschmierung: Gemischschmierung 3. 2-Takt Motor Die Gemischschmierung oder Mischungsschmierung ist eine Form der Motorschmierung. Sie bezeichnet die Versorgung der beweglichen Teile in einem Verbrennungsmotor durch ein Kraftstoff-Öl-Gemisch. Dieses wird als Zweitaktgemisch bezeichnet und ist in den üblichen Mischungsverhältnissen (Öl : Kraftstoff) von 1:25, 1:33, 1:50 oder 1:100 für den jeweiligen Motortyp vorgeschrieben. Es ist käuflich zu erwerben oder kann auch selbst aus Vergaserkraftstoff und Motorenöl gemischt werden. Das Öl schlägt sich aus dem im Vergaser zerstäubten Kraftstoff an den Metallteilen des Motors nieder und schmiert diese. Ein Teil des Öls gelangt teilweise verbrannt als Aerosol über den Auspuff in die Umwelt und ist gesundheitsschädlich. Die Gemischschmierung wird fast ausschließlich bei Zweitakt-Ottomotoren angewendet, weil diese das Kraftstoff-Öl-Gemisch zusammen mit Luft über das Kurbelgehäuse ansaugen. Eine Ausnahme ist zum Beispiel der Zweitakt- Großdieselmotoren. Hier muss aufwendig mit einer Zwangsschmierung mit Kanälen durch Kurbelwelle und Pleuel geschmiert werden. Das Gemisch wird durch das Kurbelgehäuse geleitet, bevor es über die Überströmkanäle in die Zylinder gelangt. Es versorgt damit Kurbelwellenlager, Pleuellager und Kolben, also alle beweglichen Teile, mit Öl. Problematisch ist bei Gemischschmierung der Schleppbetrieb oder das Bremsen mit dem Motor, da aufgrund der geschlossen Drosselklappe nur sehr wenig Öl an die Berger Christian 2012 14/15
Wirkstellen gelangt. Die Bremswirkung der Zweitaktmotoren ist jedoch ohnehin gering, weshalb viele Fahrzeuge mit einem Freilauf ausgerüstet sind. An konventionellen Viertaktmotor verbietet sich die Gemischschmierung in aller Regel, da die aufwendige Ventilsteuerung nur unzureichend mit Öl versorgt werden kann und die Gleitlager an Nockenwelle und Kurbeltrieb eine Druckumlaufschmierung erfordern. Jedoch sind auch Motoren mit Hubräumen zwischen 30 und 70 cm3 auf dem Markt, die den Triebwerksraum als Pumpe zur Versorgung des Kurbeltriebes und Ventiltriebes mit Kraftstoff-Öl-Gemisch nutzen und so in gewissen Grenzen die Vorteile beider Technologien verbinden, nämlich die geringen Ladungswechselverluste des Viertaktmotors mit der Einfachheit und Lageunabhängigkeit der Gemischschmierung eines Zweitaktmotors. Es gibt auch sehr kleine Viertaktmotoren mit Glühzündung, welche im Modellbau (z. B. fern steuerbare Autos, Modellflugzeuge etc.) eingesetzt werden und trotz der Ventilsteuerung mit Gemischschmierung auskommen. Frischölschmierung Bei diesem auch in Zweitaktmotoren verwendeten System wird das separat mitgeführte Schmiermittel dem Kraftstoff durch eine Pumpe beigemischt und anschließend ebenfalls mit verbrannt. Vorteile sind die immer frische Zubereitung des Gemisches sowie die exaktere Dosierung im Vergleich zur Gemischschmierung, wodurch die Schmierungseigenschaften immer konstant gehalten werden können sowie der Ölverbrauch reduziert und die Abgasqualität verbessert wird. Nachteilig sind die etwas höheren Systemkosten. Die Frischölschmierung wird auch bei großen Zweitakt-Schiffsdieselmotoren für die Zylinderschmierung angewendet. Die Kurbelwelle und die übrigen Schmierstellen werden hierbei mit einer Nasssumpfschmierung geschmiert. Berger Christian 2012 15/15