Vergaser bemessen

Grundsätzlich gehe ich davon aus, dass euer Motor bereits mit einem oder mehreren Vergasern ausgestattet ist, die dem Benzinbedarf entsprechend ausgewählt wurden. Falls ihr dies noch einmal überprüfen möchtet, findet ihr nachfolgend einige Erläuterungen zum Thema.

Ein Vergaser kann nur eine bestimmte maximale Menge an Kraftstoff-Luft-Gemisch bereitstellen. Diese Menge wird durch den Durchmesser der Vergaserstufen, Klappen, Düsen und Nadeln begrenzt. Für maximale Leistung sollte ein Vergaser gewählt werden, der eine höhere Luftzufuhr ermöglicht, als der Motor theoretisch benötigt. Auch sollte der Vergaser zum Einsatzzweck passend ausgewählt sein. An Vergaser für Bootsmotoren werden andere Anforderungen gestellt, als an Vergaser für Offroad-Fahrzeuge oder Rennmotoren.

Sind am Motor leistungssteigernde Komponenten verbaut, die jedoch nicht optimal zusammenarbeiten, kann dies bis zu 15 % der möglichen Motorleistung kosten. Solche Verluste entstehen beispielsweise durch einen falschen Ventilhub oder eine unpassende Öffnungsdauer der Nockenwelle, die einen Luftstrom erzeugen, der nicht mit den Strömungsmerkmalen des Vergasers, der Ansaugbrücke, der Zylinderköpfe oder des Abgassystems harmoniert. Dies führt zu einer Verringerung des volumetrischen Wirkungsgrads (VE) auch Volumeneffizienz.

Im Englischen ist der Volumetrische Wirkungsgrad die „Volumetric Efficiency“, weshalb dieser Wert mit VE abgekürzt wird.

Er beschreibt, wie effektiv ein Motor die Zylinder mit Frischluft bzw. dem Luft-Kraftstoff-Gemisch füllt, relativ zu seinem theoretischen maximalen Volumen. Es handelt sich um ein Maß für die Atemfähigkeit des Motors und ist eine entscheidende Kenngröße in der Motorentechnik.

Definition

Der volumetrische Wirkungsgrad ist definiert als das Verhältnis des tatsächlich angesaugten Luftvolumens pro Arbeitstakt zu dem theoretisch möglichen Volumen des Zylinders pro Arbeitstakt (Hubraum).

VE = Tatsächlich angesaugtes Luftvolumen / Theoretisches Zylindervolumen × 100 %

• Ein VE von 100 % oder 1,0 bedeutet, dass der Motor das gesamte Zylindervolumen mit Luft füllt, was in der Praxis bei normalen Saugmotoren schwierig zu erreichen ist.
• Ein VE über 100 % ist möglich bei aufgeladenen Motoren (z. B. durch Turbolader, Kompressor) oder bei Rennmotoren mit optimal abgestimmten Einlass- und Auslasssystemen (Resonanzaufladung).

1. Einlasssystem
   • Die Gestaltung des Ansaugtrakts (z. B. Länge und Durchmesser der Ansaugrohre) beeinflusst die Geschwindigkeit und Menge der eintretenden Luft.
   • Luftfilter und Drosselklappen können den Luftstrom begrenzen und den VE reduzieren.
   • Die Zylinderköpfe bestimmen durch die Auslegung der Ventilgrößen und Kopfform maßgeblich den VE.
2. Nockenwellenprofil
   • Ventilöffnungszeit, Ventilhub und Überlappung bestimmen, wie effektiv die Luft in die Zylinder gelangt.
   • Scharfe Nockenwellen erhöhen typischerweise den VE bei hohen Drehzahlen, können aber den VE bei niedrigen Drehzahlen verschlechtern.
3. Abgasanlage:
   • Ein niedriger Abgasgegendruck erleichtert die Abfuhr der verbrannten Gase und verbessert die Füllung der Zylinder mit Frischluft.
4. Drehzahl:
   • Der VE variiert mit der Drehzahl. Motoren erreichen oft ihren höchsten VE im mittleren Drehzahlbereich, während er bei sehr niedrigen oder sehr hohen Drehzahlen abnimmt.
5. Thermodynamische Bedingungen:
   • Temperatur und Druck der angesaugten Luft beeinflussen die Luftdichte und damit die Füllung.
   • Heiße Luft (z. B. durch schlechte Kühlung oder Wärmerückstrahlung, Ansaugung über dem Motorblock) verringert den VE.
6. Art des Motors:
   • Saugmotoren haben typischerweise einen VE von 85–95 %.
   • Aufgeladene Motoren (Turbolader, Kompressor) können einen VE von 150–200 % erreichen.

Typische Werte für den VE

• Standard-Saugmotor: 85–90 %
• Mild getunter Saugmotor: 90–100 %
• Rennmotor (optimiert): 100–110 %
• Aufgeladene Motoren: 150–200 % (je nach Ladegrad)

Der Serien-307er

• Hubraum: 307 in³
• Drehzahl: 5000 min^-1
• Volumeneffizienz: 0,85

• Luftbedarf = 307 × 5000 ./. 3456 × 0,85
• Luftbedarf = 444 cfm

Der originale Rochester „Dualjet“ 2GV #7029110 wird mit 500 cfm angegeben.

Die max. Leistung liegt für den Serien-Motor bei 4600 min^-1, das max. Drehmoment bei 2400 min^-1 an.

Mein Setup mit Edelbrock

• Hubraum: 307 in³
• Drehzahl: 5500 min^-1
• Volumeneffizienz: 1,05

• Luftbedarf = 307 × 5500 ./. 3456 × 1,05
• Luftbedarf = 512 cfm

Der getunte Motor ist gut für 5500 min^-1, ob man die erreicht ist eine andere Frage.

Die Volumeneffizienz habe ich gemittelt aus den verwendeten Baugruppen.

Mein gewählter Edelbrock ist der 1406, dieser hat 600 cfm und passt somit gut.

Überschlag mit +25 %

• Hubraum: 307 in³
• Drehzahl: 5500 min^-1
• Volumeneffizienz: 1,25

• Luftbedarf = 307 × 5500 ./. 3456 × 1,25
• Luftbedarf = 610 cfm

Bei der Überschlagsrechnung für einen modifizierten Motor mit einem 25 % höherem Luftbedarf, wäre mein 600 cfm-Vergaser eigentlich schon zu klein.

Nimmt man hingegen nur 5000 min^-1 an, so reichen 555 cfm, womit wir wieder beim 1406 landen.

Zu großer Vergaser

Ein überdimensionierter Vergaser liefert mehr Luftvolumen, als der Motor effektiv nutzen kann, was zu folgenden Problemen führt:

Probleme:

1. Schlechte Gasannahme:
   • Bei niedrigen Drehzahlen ist die Strömungsgeschwindigkeit der Luft durch den Vergaser zu gering, was zu schlechter Kraftstoffzerstäubung und unvollständiger Verbrennung führt.
   • Das führt zu verzögertem Ansprechverhalten und möglicherweise zu einem „stotternden“ Motor.
2. Instabiler Leerlauf:
   • Der Motor hat Schwierigkeiten, ein stabiles Luft-Kraftstoff-Gemisch bei niedrigen Lasten bereitzustellen. Der Leerlauf wird unruhig, und der Motor kann ausgehen.
3. Verlust an Drehmoment:
   • Ein großer Vergaser liefert bei niedrigen und mittleren Drehzahlen nicht die notwendige Luftgeschwindigkeit, wodurch der Füllungsgrad der Zylinder sinkt. Dies führt zu einem spürbaren Drehmomentverlust.
4. Übermäßiger Kraftstoffverbrauch:
   • Bei ineffizienter Kraftstoffzerstäubung wird mehr Kraftstoff benötigt, um die gleiche Leistung zu erzielen.
5. Optimierung nur bei hohen Drehzahlen:
   • Ein großer Vergaser funktioniert nur in sehr hohen Drehzahlbereichen effizient. Für den Alltagsgebrauch oder Straßenbetrieb ist das ungünstig, da die meisten Motoren den Großteil der Zeit in niedrigen und mittleren Drehzahlen arbeiten.

Wann ein großer Vergaser sinnvoll ist:

• Bei Rennmotoren, die häufig im hohen Drehzahlbereich (>6.000 min^-1) betrieben werden.
• Bei hochvolumigen Motoren mit gesteigertem Luftbedarf (z. B. durch Aufladung oder große Nockenwellen).

Zu kleiner Vergaser

Ein unterdimensionierter Vergaser liefert weniger Luftvolumen, als der Motor benötigt, insbesondere bei höheren Drehzahlen.

Probleme:

1. Leistungsbegrenzung:
   • Der Motor kann bei hohen Drehzahlen nicht genug Luft ansaugen, was die maximale Leistung begrenzt. Der Motor „würgt“ bei Volllast ab.
2. Erstickung des Motors:
   • Der Vergaser wird zum Flaschenhals im Ansaugtrakt, wodurch der volumetrische Wirkungsgrad sinkt. Die Zylinder können nicht vollständig gefüllt werden.
3. Hitzestau:
   • Ein kleiner Vergaser kann zu einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch führen, was die Brennraumtemperatur erhöht. Dies kann langfristig Schäden an Kolben, Zylinderkopf und Ventilen verursachen.
4. Unruhiger Betrieb bei hoher Last:
   • Bei Volllast oder steigendem Drehzahlbedarf kann der Motor instabil werden, da die benötigte Luftmenge nicht bereitgestellt wird.
5. Drehmomentverlust im oberen Bereich:
   • Während der Motor im unteren Bereich noch gut arbeiten kann, verliert er in den mittleren bis hohen Drehzahlen deutlich an Drehmoment.

Wann ein kleiner Vergaser sinnvoll ist:

• Bei Motoren, die ausschließlich im niedrigen bis mittleren Drehzahlbereich betrieben werden (z. B. Nutzfahrzeuge oder Cruiser).
• Bei begrenztem Leistungsbedarf, z. B. in Serienmotoren oder wirtschaftlich ausgelegten Anwendungen.