Vergaser

[castla]

Hallo zusammen

 

Wahrscheinlich eine Frage für Wilko und andere: Im Automobilbau werden seit der Einspritztechnik ja kaum noch Vergaser verwendet. Wie sieht das in der Pirvatfliegerei aus? Alte Flugzeuge und neue Flugzeuge.

Danke für die Antwort.

Gruss Tom

[Roger Richard]

Im Vergleich zur Automobilindustrie sind wir in der Fliegerei technisch gesehen (mit Ausnahme der Avionik) noch im Mittelalter.

 

Viele der zugelassenen einmotorigen Flugzeuge haben noch einen Vergaser obwohl z. B. Cessna seit ca. 1995 Ihr Erfolgsmodell C172 mit Einspritzmotor baut.

[castla]

Danke für Deine Antwort.

Gruss Tom

[JulianEDFM]

So siehts aus. :) Auch neue Rotax Motoren laufen mit Vergaser- völlig unverständlich! :001:

[castla]

Noch eine Anschlussfrage: Warum hat z.B. die doch schon in die Jahre gekommende Rockwell Commander 114 keine Carburator-Heat? Hat die schon einen Einspritzmotor oder gibt es so etwas wie Auto-Carb-Heat?

 

Danke und Gruss Tom

[J-MikeBravo]

Hallo Tom,

 

ob ein Vergaser anfällig für Vereisung ist, hängt auch von der Bauart des Vergasers ab. Ein Schwimmervergaser ist sehr anfällig für Vereisung im Bereich von -5 bis ca. 20 °C Außentemperatur, vorausgesetzt es liegt die nötige Luftfeuchtigkeit vor. Ein Druckvergaser ist hingegen konstruktionsbedingt viel weniger gefährdet zu vereisen.

 

Die Rockwell Commander 114 wird nach meinen Informationen von einem Lycoming der IO-540-Baureihe angetrieben. Dieser Motor besitzt eine Einspritzanlage, was deine Frage klären sollte.

 

Außerdem gibt es ja bei Flugmotoren noch den Unterschied zwischen elektronisch und mechanisch geregelten Einspritzanlagen. Ein moderner Kolbenflugmotor mit "FADEC" ist wohl am ehesten mit der Automobiltechnik vergleichbar, wobei hier noch flugzeugspezifische Regelgrößen wie Gemischverstellung und Luftschraubensteigung hinzukommen.

[Chipart]

So siehts aus. :) Auch neue Rotax Motoren laufen mit Vergaser- völlig unverständlich! :001:

 

Naja, so völlig unverständlich ist das nicht: Ein Vergase funktioniert prinzipbedingt ohne Strom, eine Einspritzanlage nicht. Und aus dieser Logik raus ist das verständlich!

 

Ist diese Logik auch richtig? Das ist imho derzeit auf Grund relativ schlechter Datenlage für Einspritzmotoren (es gibt einfach noch vergleichsweise wenig davon...) nicht abschliessend zu beantworten. Mein Gefühl sagt mir, dass mindestens genauso viele Flieger wegen Vergaservereisung Probleme haben, wie wegen Stromausfall am Zündsystem...

 

Gruss,

Florian

 

P.S.: "Gemischverstellung" gibt es bei Automotoren natürlich auch - sie erfolgt hier nur automatisch/elektronisch und nicht umständlich wie bei Flugmotoren von Hand.

[Volume]

Da an Flugmotoren ganz andere Anforderungen gestellt werden, als an Automotoren sind die Vorteile der Einspritzung längst nicht so groß, dafür die Nachteile um so relevanter. Daher hat man sich bisher für "Normale" Motoren dagegen entschieden. Hochleistungsmotoren oder solche die bewußt für große Flughöhen ausgelegt sind hingegen benutzen zumeist eine Einspritzung, insbesondere da sich Turbolader und Vergaser nicht problemlos verbinden lassen.

 

Einspritzung hat ihre Vorteile insbesondere beim Teillastverbrauch, instationärem Betrieb und bei den Emmissionen.

Während Automotoren einen Großteil ihres Lebens < 30% Leistung betrieben werden, arbeiten Flugmotoren zumeist bei > 75%. Bei hohem Durchsatz arbeiten Vergaser sehr gut.

Instationärer Betrieb tritt bei Flugmotoren praktisch nicht auf, man sollte eigentlich das Gas nie schneller bewegen, als der Propeller regeln kann. Die meiste Zeit fliegt man mit konstantem Powersetting, bei einem typischen Flug verändert man das nur 5-10 mal.

Kolbengetriebene Flugmotoren machen einen kaum messbaren Anteil der globalen Emissionen aus, und das auch noch weit weg von Mensch und Tier. Da Aufwand zu treiben, Geld zu investieren und Risiken einzugehen macht nicht wirklich Sinn.

 

Bei einem simplen "Brot-und-Butter" Flugmotor in einem traditionellen Hochdecker besteht das Treibstoffsystem aus Benzinsieb, Leitung, Brandhahn, Leitung, Schwimmerkammer mit Nadelventil und Hauptdüse im Vergaser. Punkt. Dazu kommt noch die Vergaservorwärmung und ein Primer, bestehend aus Leitung, Handpumpe, Leitungen, Düsen. Der Primer wird aber nur am Boden gebraucht, im Flug sind alle Leitungen drucklos.

Bei einem Einspritzer hat man mindestens Benzinsieb, Leitung, Brandhahn, Leitung, Feinfilter, Hochdruckpumpe, Druckregler, Rücklaufleitung (bei mehren Tanks auch noch durch den Tankwahlhahn in den selben Tank zurückverteilt), Druckleitungen, Luftmengenmesser/Benzindosierer, Einspritzdüsen. Die Anzahl der Spritleitungsverschraubungen steigt um den Faktor 3-4, die ausserdem auch noch mit viel höherem Druck beaufschlagt sind. Das Risiko für Leckagen steigt gewaltig.

Bei einer elektronischen Einspritzung kommen dann noch die Steuereinheit, elektromagnetische Ventildüsen, diverse Sensoren (einige davon unabdingbar, wie der Kurbelwellenpositions/Drehzahlsensor), diverse Kabel und Stecker dazu. Wenn das falsche Kabel irgendwo scheuert oder der falsche Stecker bei den ständigen Druckänderungen Wasser zieht und irgendwann innen korrodiert, dann steht der Motor. Ausserdem braucht die Einspritzung natürlich Energie, sowohl als Verbraucher (für den Rest steht weniger zur Verfügung), insbesondere aber als unbedingte Voraussetzung zum Arbeiten. Kein Strom - kein Motorlauf.

 

Dazu kommt noch, das man viele Komponenten extra für die Luftfahrt konstruieren müsste, da die im Automobilbereich verbauten Teile eben für Autos gebaut sind. So sind z.B. die Luftmengenmesser nicht für große Druck- und Temperaturbereiche ausgelegt, ihr elektrisches Ausgangssignal ist bei ISA Bedingungen proportional zum Luftmendendurchsatz, aber bei 600 hPa Druck und -20°C Aussentemperatur liegt es weiter daneben, als ein Vergaser bei seinen primitiven Dosierbemühungen. Hier bräuchte man also weitere Sensoren, Kennfelder und Kompensationen. Beim Vergaser sorgt eine simple Bohrung dafür, das in der Schwimmerkammer der Druck mit der Höhe sinkt, und die Luftdichtenkorrektur der Temparatur liefert die Natur gratis. Der Vergaser korrigiert das automatisch mit, da der das Benzin fördernde Unterdruck in der Venturidüse immer automatisch Luftdichtenabhängig ist. Einen Luftdichtesensor kann man aber nicht kaufen, den muß man sich aus Druck- und Temperatursensor selbst zusammenstricken, dazu kommt noch das Problem das beide Typen von Sensoren einer Drift über ihre Lebensdauer unterliegen, und gelegentlich kalibriert werden müssten. Autos werden in so engen Bereichen betrieben, da spielt das kaum eine Rolle.

Ausserdem regeln Autos ohnehin das meiste über die Lambdasonde wenn sie erstmal warm gelaufen sind, die wiederum arbeitet nur im mageren Bereich (es ist genaugenommen eine Sauerstoffsonde). Die müsste man also auch noch zusätzliuch einbauen. Im hohen Leistungsbereich aber läuft der Motor fett (auch Automotoren tuen dies, deshalb sind sie ja da auch vom Verbrauch her kein bischen besser als Vergasermotoren) und dann kann die Lambdasonde auch nur sagen, das Lambda <= 1 ist, aber ob 0,7 oder 0,9 weiss sie auch nicht. (Ob 1,5 oder 1,7 weiss sie auch nicht, aber da läuft der Motor ja ohnehin nicht mehr rund. Sie braucht eigentlich nur von 1,0 bis 1,1 gut zu arbeiten) Folglich kann dann auch die Einspritzung nicht sehr exakt arbeiten. Im Auto macht das aber oft weniger als 1% des Betriebszeit aus, beim Flugzeug im F-Schlepp Betrieb aber 80%, bei schnellen Reiseflugzeugen u.U. bis zu 90%.

 

Fazit: Da bei den typischen Betriebsbedingungen eines Flugmotors eine elektronische Einspritzung kaum Vorteile, aber viele Risiken mit sich bringt und nebenbei sehr speziell ausgelegt und daher teuer sein müsste, gibt es sie bis heute nicht in Serienflugzeugen zu kaufen. "einfache" Flugzeuge fliegen nach wie vor mit Vergaser. Turbogeladene Motoren und Hochleistungsmotoren bzw. Motoren für Kunstflug haben eine sehr simple, mechanische Einspritzung die dem Vergaser in Präzision der Benzindosierung kaum was vormacht. Dafür entfällt das Problem der Vergaservereisung und es funktioniert auch auf dem Rücken (der Vergaser nutzt die Schwerkraft !). Bei Turbomotoren entfällt die Notwendigkeit einer bedruckten Schwimmerkammer mit entsprechender Benzinpumpe.

 

Gruß

Ralf

[Chipart]

Hallo Ralf,

 

viele Deiner Punkte sind ja richtig (jetzt mal abgesehen davon, dass das Argument es käme bei Flugmotoren nicht auf Emmissionen an in meinen Augen falsch ist...). Auch könnte man schon deutlicher erwähnen, dass (gerade auch im Vollastbereich) es schon mit Einspritzung (in Verbindung mit elektronischer Zündung) Möglichkeiten gibt, Leistung und oder Verbrauch (und damit Reichweite) signifikant zu verbessern.

 

Aber der wichtigste Punkt ist in meinen Augen: Vergaservereisung ist ein Sicherheitsprobelm von Flugmotoren. Daher ist es eben nicht so, dass man eine risikolose Technik mit einer risikobehafteten Vergleicht, sondern ein Risiko (Vergaservereisung) gegen ein anderes Risiko (Stromausfall) abwägen muss. Und wie oben schon geschrieben halte ich das Ergebnis dieser Abwägung nicht für offensichtlich.....

 

Gruss,

Florian

[Volume]

Hallo Florian,

 

Ich denke, man kann das Risiko von Vergaservereisung schwerlich mit dem Risiko von defekten Sensoren, Kabeln, Steckern, elektronischen Bauteilen, Ventilen etc. vergleichen. Zumal man gegen Vergaservereisung eine Vergaservorwärmung ziehen, und das Risiko nahezu ausschließen kann.

 

Über Statistiken kann man sicher trefflich streiten, aber wenn ich mit mal die BFU-Bulletins der letzten 5 Jahre zusammennehme, und dann alle Motorausfälle zusammennehme, und dann die bei denen Deutschland Herstellerstaat des Motors war, oder bei denen ein "TDI" in der Typbezeichnung steht (wir alle wissen, wer das dann ist), und mir dann angucke wieviele dieser Motoren fliegen, und wieviele US-Dinosaurier fliegen, dann erscheint mir die Zuverlässigkeit dieses "modernen", "innovativen" Motors (bei dem kein Vergaser vereisen kann) doch mindestens eine Größenordnung schlechter zu sein, als die der "bewährten" (die keine Kabel, Sensoren, Computer, Ventile.... haben). Und die allermeisten Motorausfälle sind nicht auf "Stromausfall" sondern auf Motorinterne technische Defekte der sehr zahlreichen vitalen Zusatzkomponenten zurückzuführen.

KISS !

Keep It Simple, Stupid.

Damit ist die Luftfahrt bisher bestens gefahren. Nur was nicht da ist, wird auch nicht ausfallen.

 

jetzt mal abgesehen davon, dass das Argument es käme bei Flugmotoren nicht auf Emmissionen an in meinen Augen falsch ist.

Auch hier gilt es abzuwägen. Mit dem Geld, das Piloten in eine Umrüstung der Weltflotte auf "moderne" und schadstoffärmere Technik investieren müssten, könnten sie auch alle ihr Auto gegen ein Hybridauto mit halbem Verbrauch tauschen. Damit wäre das Gesamtvolumen an eingesparten Schadstoffen deutlich größer. Man sollte sich auf die Schlachtfelder konzentrieren, wo es wirklich was zu gewinnen gibt.

Ausserdem dürfte ein Lycontisaurier bei Stickoxiden und Ruß noch besser liegen, als ein Diesel. Eigentlich sind nur CO und CHX ein Problem.

 

Auch könnte man schon deutlicher erwähnen, dass (gerade auch im Vollastbereich) es schon mit Einspritzung (in Verbindung mit elektronischer Zündung) Möglichkeiten gibt, Leistung und oder Verbrauch (und damit Reichweite) signifikant zu verbessern.

Verbessern gegenüber was? gegenüber dem "ich lasse den roten Hebel mal sicherheitshalber immer ganz vorn"-Piloten, oder gegenüber dem, der seinen Motor zu bedienen versteht?

Kein Autofahrer fährt die ganze Zeit im ersten Gang, oder den Berg im fünften bei Vollgas hoch, aber die meisten Piloten sind überfordert, ihr Gemisch an den Betriebszustand anzupassen.

Eine noch viel simplere Maßnahme ist übrigens eine vernünftige Kühlluftführung zu konstruieren, dann kann man den Motor nämlich von Grund auf magerer einstellen, und hat trotzdem keine CHT Probleme. Viele Flieger "saufen" weil sie z.T. über das Gemisch kühlen, da ihre Nasenpartie mehr aus Designgesichtspunkten, als für eine optimale Kühlung konstruiert ist. Und nein, das gigantische Maul á la Morane ist keine optimale Kühlluftführung. Es muß also nicht hässlich aussehen. Und hat keinerlei Zusatzrisiko involviert.

 

Gruß

Ralf

[Brufi]

Der Vorteil einer neumödigen Motorelektronik ist zweifellos darin zu suchen, dass die Gemischaufbereitung, der Zündzeitpunkt und die Drehzahl (Verstellpropeller) mittels Kennfeldern optimiert werden können. Somit laufen diese Vorgänge automatisch ab und der Pilot ist davon entlastet bzw. der Motor wird permanent optimal betrieben, auch wenn der Pilot sich - wie in 90% aller Fälle - nicht darum kümmert bzw. "es" nicht besser versteht (99% aller Individuen).

Wer hier konservativ auf Technologie der 50-er Jahre beharren will, der soll das meinetwegen tun. Funktionieren tut das alte Zeugs ja, bloss optimal ist anders. Sicher ist jedenfalls, dass mit so Ansichten jeglicher Fortschritt auf der Strecke bleibt.

Schaut man mal seitwärts zu den Turbinentriebwerken, dann ist einzusehen, dass auch mit bzw. dank Elektronik und Sensorik auch eine grosse Zuverlässigkeit erreicht werden kann.

 

Ich habe dieses Jahr während zwei Wochen eigene Erfahrungen sammeln können im Schulbetrieb mit so einem PA-28TDi Dings. Gelaufen ist das Teil zuverlässig und die Bedienung ist deutlich einfacher als so ein altbewährter Lycoming. Engine run-up: Per Knopfdruck, Programm ablaufen lassen und warten bis alle Lampen wieder ausgehen.

Power setting mit einem einzigen Hebel, ablesen kann man direkt Leistungs-%. Was will man(n) noch mehr?

Dazu die Gewissheit, dass der Motor jederzeit in einem optimierten Betriebspunkt läuft. Bei de facto gleichen Flugleistungen 20 l/h Jet A1 statt 35 l/h AVGAS100LL, das ist ein Wort, finde ich jedenfalls.

Ich finde, dies ist der Weg für die Zukunft. Ich meine damit nicht zwingend die Dieseltechnologie sondern ich meine die Motorelektronik.

 

Viele Grüsse

Philipp

[Chipart]

Eigentlich erstaunlich, dass unsere Flugzeuge heute nicht von Pferden bewegt werden:

Diese Neumodische Dampmaschinentechnik hat doch viel zu viele Kinderkrankheiten im Vergleich zu der seit Jahrtausenden bewährten und anerkannten Art der Fortbewegung.

Mal ganz ehrlich: Pferde haben weder Vergaservereisung noch geht ihnen von jetzt auf gleich der Sprit aus - gerade die lange Vorwarnzeit eines möglichen Fehlens von Brennstoff, während derer die Leistung graduell und nicht schlagartig abbaut ist doch ein Vorteil von Pferden, den Dampfmaschinen nie erreichen werden.

 

Viele hundert Tote in der Fliegerei hätten vermieden werden können ...

 

:005::005::005::005:

Florian

[Volume]

Der Vorteil einer neumödigen Motorelektronik ist zweifellos darin zu suchen, dass die Gemischaufbereitung, der Zündzeitpunkt und die Drehzahl (Verstellpropeller) mittels Kennfeldern optimiert werden können.

Die Betonung liegt auf können. Die Allermeisten modernen Motoren tun es aber im oberen Leistungsbereich gar nicht mehr! Zündzeitpunkt und Gemisch werden ausschließlich im niedrigen Drehzahl- und Ladedruckbereich optimiert, da wo Autos 99% ihrer Zeit, und Flugzeuge 1% ihrer Zeit betrieben werden. Das Kennfeld ist in der "Leistungsecke" ein ebenes Feld (volle Frühzündung, maximal fettes Gemisch), und kein Gebirge.

Und ausserdem sprachen wir bisher vom Vergaser, nicht von der Zündung. Das es etwas zuverlässigeres als Unterbrecherkontakte und Schnapper gibt, bestreite ich auch nicht. Obwohl sich die Rotax CDI-Module kräftig bemühen, das Gegenteil zu beweisen... Aber das Rotax System von integriertem Permanentmagnetgenerator auf der Kurbelwelle ohne weitere bewegliche Teile und elektronischer Zündung ist allemal schlauer, als die zwei über einen Nebentrieb laufenden mechanischen Zündmagnetmonster. Aber auch hier wieder, ausser verbessertem Anspringverhalten sind im typischen Lastbereich eines Flugmotors keine Wunder von einem Zündzeitpunktkennfeld zu erwarten. Allenfalls von einem energiereicheren Zündfunken und u.U. von einer sequentiellen Zündung (die näher am Auslassventil sitzende Zündkerze zündet früher...)

 

Schaut man mal seitwärts zu den Turbinentriebwerken, dann ist einzusehen, dass auch mit bzw. dank Elektronik und Sensorik auch eine grosse Zuverlässigkeit erreicht werden kann.

Schaut man dann mal auf das Preisschild, dann wird auch schnell klar warum. Und dabei gibt es nicht mal eine Zündung, und wenn es überhaupt mehrere Einspritzdüsen gibt, dann werden sie jedenfalls nicht intermittierend, individuell und sequentiell benutzt, und sind nie mit elektromagnetischen Ventilen ausgerüstet. Multiplizier also den Preis mal locker mit Faktor 4.

Natürlich kann man für einen Flugmotor ein Einspritzsystem entwickeln, das dem Vergaser in Punkto Zuverlässigkeit in nichts nachsteht, aber das kostet dann etwa soviel wie der Rumpfmotor selbst. Und mehr als der Sprit, den es über sein Leben einspart (1% Verbrauchsersparnis = €1500, mehr als 10% verspricht kein Anbieter von Einspritzsystemen).

Automobiltechnik im Flugzeug funktioniert genausowenig, wie mit einem Lycoming im Auto die AU zu bestehen.

Guck mal wieviele Teile am Thielert noch Benz oder Bosch sind, und wieviele inzwischen Eigenentwicklung oder Premium(=luftfahrt)zulieferer. Die haben das auch erst schmerzhaft lernen müssen, und das waren Motorenprofis, keine Stammtischingenieure.

 

Eigentlich erstaunlich, dass unsere Flugzeuge heute nicht von Pferden bewegt werden

Ein erstaunlich stichhaltiges Argument... Wenn man auf technischer Ebene nicht gegen die Naturgesetze argumentieren kann, dann wird es eben philosophisch. Weil physikalisch nicht sein kann, was das Marketing nicht will.

Ich mach mir die Welt, wie sie mir gefällt, heissahi heissahopsassa.:005:

 

und noch ein Update:

Im BFU Bulletin vom August (http://www.bfu-web.de/Bulletin2011-08.pdf) ist ein Motorbrand bei einer FK-9 dokumentiert, ausgerüstet mit einem "ach so modernen" Smart Motor mit elektronischem Motormanagement. Wie viele Smart-Motoren fliegen rum? Wieviele Rotaxe? Wie viele Lycontisaurier? Und wann hat das letzte mal ein Motor im Flug gebrannt? OK, eine Schwalbe macht noch keinen Frühling, und Statistiken sind bei derartig seltenen Vorfällen immer mit Vorsicht zu geniessen (bei der Concorde hat es einen einzigen Tag gebraucht, um sie von der Spitzengruppe der "zero fatality" Flugzeuge ans Ende der Unfallstatistik zu katapultieren), aber irgendwie wird die theoretisch berechnete Zuverlässigkeit doch von der Realität bestätigt. Mehr Leitungen, mehr Verschraubungen und mehr Druck sind nur schwerlich in eine geringere Wahrscheinlichkeit eines Spritlecks umzurechnen.

 

Gruß

Ralf

[PeterH]

Wobei man dem ROTAX allerdings doch eine gewisse "Zusatzintelligenz wünschen könnte: Er hat ja, genau genommen, zwei Magnetgeber auf der Kurbelwelle: Einen für den Startvorgang (Spätzündung) und einen für normale Frühzündung. Und in der kalten Jahreszeit ist beim Motorstart manchmal die Spätzündung noch zu früh und der Motor schlägt zurück. Abhilfe bei uns: Motor mit Föhn aufwärmen...

 

Ansonsten (als Replik zur Pferdephilosophie): Hat Irgendwer nicht mal gesagt:

"Eine Maschine ist nicht dann vollkommen, wenn man nichts mehr hinzufügen muss, sondern wenn man nichts mehr wegnehmen kann".

 

Gefällt mir. Ach so - das war Saint Exupery. Naja, vermutlich völlig veraltet... :D

 

Viele Grüsse

Peter

 

P.S. Der Smart in einer FK9 war zweifellos BEQUEM für den Piloten. Das Ding war so intelligent, dass er (frisch vom Autobau übernommen) nach einer gewissen Zeit Idle den Motor zwecks Spritersparnis abschaltete. Hat beim Descent ein paar Herzstillstände verursacht, bis man ihm diese "Intelligenz" dann doch wieder abgewöhnt hat... :009:

[Volume]

Wobei man dem ROTAX allerdings doch eine gewisse "Zusatzintelligenz" wünschen könnte

Wunsch erfüllt!

Es gibt neue Zündboxen (optional, http://www.rotax-aircraft-engines.com/d04985.pdf, ab Seite 15) die nicht mehr bei 400 u/min auf Frühzündung schalten, sondern erst wenn ein Signal nicht mehr gegeben wird. Diese Leitung legt man dann mit auf den Anlasserschalter (solange man anlässt bleibt die Zündung spät), dank Freilaufkupplung kann man den Anlasser ja nicht zu lange betätigen und dann überdrehen wenn er nicht rechtzeitig ausspurt.

Gegen etwas mehr "Zusatzintelligenz" habe ich auch nicht unbedingt was, insbesondere wenn dazu keinerlei weitere Bauteile, Kabel, Stecker sprich Fehlerquellen eingebaut werden. Da die Drehzahlinformation ja ohnehin in der Zündbox vorhanden ist, kann eine Zündzeitpunktkennlinie ohne viel zusätzliches Ausfallrisiko eingebaut werden. Aber ausser für den Kaltstart und bei der Gasannahme aus dem Standgas heraus dürfte das nicht viele Vorteile bringen.

 

Gruß

Ralf

[PeterH]

Ralf, ein wirklich guter Tip, Danke! :008:

 

Viele Grüsse

Peter