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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen und/oder
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Einstellen von querschnittsveränderbaren Drosselstellen in einem von
einem Fluid durchströmten Strömungskanal gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen
dieses Verfahrens.
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Drosselstellen mit veränderbarern Querschnitt weisen vor allem Vergaser,
aber auch Luftmengenmesser an Einspritzanlagen für gemischverdichtende Brennkraftmaschinen
auf, die insbesondere in Verbindung mit einem Prüfstand für die Einstellung und
Prüfung der Zusammensetzung des Brenngemischs benötigt werden, welche von solchen
Gernischbildnern für die unterschiedlichen Betriebsbereiche der Brennkraftmaschine
bereitgestellt wird. Die Gemischzusammensetzung ist ein wesentlicher Faktor für
den Verbrennungsablauf, der die Abgasqualität, die Leistungsabgabe und die Wirtschaftlichkeit
bestimmt, was besonders für die Verwendung der Motoren in Kraftfahrzeugen ausschlaggebend
ist. Dabei ist der vorbeschriebene Strömungskanal Kernbestandteil einer sogenannten
Fließbank zum Prüfen und/oder Einstellen solcher Einrichtungen. Bei den die querschnittsveränderbare
Drosselstelle durchströmenden Fluiden kann es sich um Gase, Gasgemische, Dämpfe
und dergleichen handeln, also insgesamt um kornpressible Fluide, insbesondere um
die erwähnten Luft- und Kraftstoff-Luft-Gemische.
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Aus der Technik sind verschiedene Verfahren zur Überprüfung von Vergasern
bekannt, die im wesentlichen für die Einstellung und Prüfung beim Hersteller geeignet
sind, d.h. sie sind nur bedingt für Nachmessungen beim Verbraucher (KFZ-Hersteller)
geeignet, was jedoch im Zuge der verschärften Qualitätsforderungen nicht zu umgehen
ist.
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Eingangsinspektionen bei den KFZ-Herstellern für Vergaserlieferungen
ergaben Nachmeßergebnisse, die nicht den geforderten und beim Hersteller eingestellten
bzw. geprüften entsprachen. Hierfür wurden unterschiedliche Meßverfahren, Vorrichtungen
und Umwelteinflüsse, wie Höhe über Null, Luftdruck etc. verantwortlich gemacht,
so daß die Idee eines Verfahrens, das orts-, luftdruck- und prüfstandsunabhängig
ist, nicht mehr neu ist. Aus der DE-PS 19 36 321 ist zur Lösung dieses Problems,
an beliebigen Orten wiederholbar.e Nachmessungerl durchführen zu können, ein Verfahren
der eingangs beschriebenen Art bekannt, wobei dort allerdings stromauf der querschnittsveränderbaren
Drosselstelle eine weitere regelbare Drosselstelle im Strömungskanal vorgesehen
sein muß, welche im Bereich unmittelbar stromauf der querschnittsveränderbaren Drosselstelle
einen konstanten Fluiddruck - dort absolu en Luftdruck - gewährleistet.
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Eine dementsprechend ausgestattete Vergaserfließbank benötigt also,
wie alle bisher bekannten Vergaserfließbänke, eine Haubenabdeckung für den Vergaser
innerhalb der ein konstanter Tiorm-Luftdruck aufrechterhalten wird.
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Wegen der Drossele-inrichtung stromauf des Vergasers ist der am Vergaser
anstehende Fluiddruck zwangsläufig stets geringer als der niedrigste auf Meeresniveau
vorkommende atmosphärische Luftdruck, was insoweit erwünscht iL, als man auf diese
Weise Luftdrücke einstellen kann, wie sie in großen Höhen, in denen der Vergaser
eventuell betrieben werden soll, herrschen. Der auf konstantem Druck gehaltene Raum
- z.B. der Prüfraum unterhalb der Haubenabdeckung - stromauf des Vergasers ist deshalb
erforderlich, weil bei unterschiedlichen atmosphärischen Luftdrücken
gewonnene
Meßergebnisse nur dann für ein und denselben Vergaser gleich sind, wenn die Fluiddrücke
stromauf und stromab des Vergasers dieselben sind; anderenfalls müßte ein enormer
mathematischer Aufwand getrieben werden, um die Meßergebnisse jeweils auf Normbedingungen
umzurechnen. Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist
der relativ große Zeitaufwand beim Prüfen und/oder Einstellen der querschnittsveränderbaren
Drosselstellen bzw. der zur Ergebniskorrektur notwendige Rechenaufwand, da zwei
Größen, nämlich der Querschnitt der Drosselstelle und der Fluiddruck stromab dieser
Drosselstelle unabhängig voneinander eingestellt werden müssen und dabei ein bestimmter
Fluiddurchsatz zu realisieren ist. Würden demgegenüber die einzelnen Meßpunkte weniger
exakt angefahren, so wäre der Korrekturaufwand zum Umrechnen der Meßergebnisse auf
Normbedingungen sehr groß, da hierfür mehrere nicht lineare Eichkurven zu berücksichtigen
wären; andererseits ist eine sehr exakte Vorgehensweise aber notwendig, um Meßdaten,
die an verschieden hoch gelegenen Orten oder bei verschiedenen Luftdrücken ermittelt
wurden, vergleichen zu können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art und eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens zu schaffen,
durch welches bzw.
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welche das Prüfen und/oder Einstellen von querschnittsveränderbaren
Drosselstellen dadurch vereinfacht wird, daß der fluddurchströmte Raum stromauf
der querschnittsveränderbaren Drosselstelle nicht mehr auf einen konstanten, von
Umgebungsbedingungen unabhängigen, Fluiddruck gehalten werden muß; darüber hinaus
sollen auf ebenso vereinfachte Weise Messungen bei vorbestimmten Fluiddrücken unterhalb
des Normdrucks vorgenommen werden können;
schließlich soll der Regelaufwand
beim Prüfen und/oder Einstellen der querschnittsveränderbaren Drosselstellen vermindert
werden, ohne daß dadurch ein allzu hoher Rechenaufwand zur Korrektur der Meßergebnisse
erforderlich' ist.
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Die Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, daß unabhängig vom Fluiddruck strornauf der Drosselstelle die
Unterdruckquelle (Unterdruckpumpe) derart geregelt wird, daß das Verhältnis der
an den Druckmessern anstehenden Fluiddrücke (Druckverhältnis) einen vorbestimmten
Wert einnimmt. Die Querschnittsveränderung der Drosselstelle kann sowohl diskontinuierlich
als auch quasi- oder vollkontinuierlich erfolgen - letzteres zur Erfassung von quasi-
oder voll dynamischen Zuständen; dementsprechend ist das Druckverhältnis diskontinuierlich
bzw. (; oder vollkontinuierlich der Querschnittsveränderung nachzuführen.
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Durch die Erfindung wird erreicht, daß die beim Prüfen und/oder Einstellen
der querschnittsveränderbaren Drosselstellen bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen
gewonnenen Ergebnisse auf einfache Weise miteinander verglichen werden können, da
der Fluiddurchsatz volumenmäßig nunmehr unabhängig vom Fluiddruck stromauf der Drosselstelle
ist. Veränderliche Fluiddrücke stromauf der Drosselstelle, wie z.B. ein sich im
Laufe der Zeit ändernder Luftdruck bei einem Vergaser, haben zwar unterschiedliche
Massendurchsätze zur Folge, die jedoch über die Dichteabhängisgkeit des Fluids von
Luftdruck - und natürlich auch der Fluidtemperatur - leicht auf Normbedingungen
umgerechnet werden können.
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Ein besonderer Vorteil ergibt sich beim Einstellen und/oder Prüfen
von Vergasern, bei dem das Fluid Luft ist, weil sich das tatsächliche Mischungsverhältnis
nunmehr linear mit dem Luftdruck stromauf des Vergasers ändert, so daß Ergebnisse,
die nicht bei Normbedingungen erzielt wurden, auf einfache Weise mit Hilfe eines
konstanten Faktors auf Normbedingungen umgerechnet werden können.
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Ebenso ist es natürlich möglich, im Bereich der Normbedingungen gewonnene
Ergebnisse auf Höhenbedingungen umzurechnen, so daß eine Veränderung der vorhandenen
Prüfstände nicht mehr notwendig ist, wodurch eine Weiterverwendung vorhandener Prüfstände
nach Umrüstung auf eine Druckverhältnisregelung gegeben ist.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es auch erstmals möglich,
den Regelaufwand beim Anfahren der einzelnen Prüf- und/oder Einstellpunkte an querschnittsveränderbaren
Drosselstellen erheblich zu verringern, ohne daß der hierdurch erzielte zeitliche
Vorteil durch einen relativ hohen Rechenaufwand für die Meßwertkorrektur wieder
kompensiert wird.
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Es versteht sich, daß zur Ermittlung von Mischungsverhältnissen an
Vergasern auch der Durchsatz an Prüfbenzin durch den Vergaser gemessen werden muß,
was nach bekannten Methoden erfolgen kann. Schließlich müssen auch - nach ebenfalls
bekannten Formeln - die Volumendurchsätze an Luft und Prüfbenzin in Massendurchsätze
umgerechnet werden; hierbei ist bekanntlich eine Druck- und/oder Temperaturkorrektur
der beiden Medien durchzuführen. Die Einstellarbeiten an einem Vergaser nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren werden in der Regel im Leerlauf anhand des Kennlinienfeldes
eines sogenannten Meistervergasers eingestellt,
welcher dit. exakt
gewünschten Strömungsverhältnisse aufweist; dabei wird jeweils der Luft- und Prüfbenzindurchsatz
und daraus das Mischungsverhältnis bestimmt. Die Einstellarbeiten können aber auch
bei jeder anderen als der Leerlaufstellung des Vergasers erfindungsgemäß durchgeführt
werden.
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In Weiterbildung der Erfindung wird der Drosselstellen-Querschnitt
sehr präzise und, in der Regel anschließend, das Druckverhältnis vergleichsweise
grob eingestellt sowie - nach erfolgter Messung des Fluidvolumen-Durchsatzes -derjenige
Massendurchsatz des Fluides ermittelt, der sich bei einer Fluidvolurnen-Durchsatzmessung
mit dem exakt gewünschten Soll- Druckverhältnis ergeben hätte. Hierzu wird die für
ideale Gase bekannte Formel
und A = Querschnittsfläche der Drosselstelle R = Gaskonstante T1 = Eintrittstemperatur
vor der Drosselstelle P1 = Fluiddruck stromauf der Drosselstelle P2 = Fluiddruck
stromab der Drosselstelle angewendet. Dies ist deshalb von Vorteil, weil der Querschnitt
der Drosselstelle durch einen Schieber oder eine Klappe verengt werden kann und
es mit mechanischen Mitteln relativ einfach ist, diese Querschnitts'werte reproduzierbar
einzustellen; demgegenüber ist es relativ zeitaufwendig, vorbestimmte Drücke genau
einzustellen, zumal jedes Nachregeln eine Einschwingzeit für den neuen Druckzustand
erfordert. "Sehr präzise" bedeutet hier, daß der
Drosselstellen-Querschnitt
im Rahmen der als tragbar erachteten Toleranzen eingestellt wird; demgegenüber bedeutet
"vergleichsweise grob", daß das Druckverhältnis, bei dem die Prüfung und/oder das
Einstellen erfolgt, aus dem Toleranzbereich für den einzelnen Prüfpunkt herausfallen
darf. Dies hat zur Folge, daß der vorbestimmte Wert des Druckverhältnisses nicht
exakt erreicht werden muß, sondern es ausreicht, wenn die Unterdruckpumpe für die
Dauer der einzelnen Messungen ein Druckverhältnis sicherstellt, das konstant ist.
Demnach kann es ausreichen, daß zum Einstellen eines Meßpunktes die Saugleistung
der Unterdruckpurnpe nach einem Erfahrungswert eingestellt - sie also gesteuert
wird - so daß ein einziger Einschwingvorgang ausreicht, während dessen die Unterdruckpumpe
das -vergleichsweise grob vorgegebene - Druckverhältnis auf einen konstanten Wert
einregelt.
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Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird mittels einer
dem Fluidvolumen-Durchsatzmesser und dem Druckmesser stromauf der Drosselstelle
vorgeschalteten, einstellbaren Drossel der zwischen ihr und der querschnittsveränderbaren
Drosselstelle anstehende Fluiddruck vermindert und frei vorgewählt. Diese Vorgehensweise
ermöglicht Prüf- und/oder Einstellarbeiten an der querschnittsveränderbaren Drosselstelle
bei geringeren Fluiddrücken, so wie sie z. B. in großen Höhen auftreten, und hat
gegenüber dem aus der erwähnten DE-PS 19 36 321 bekannten Verfahren den Vorteil,
daß der stromauf der querschnittsveränderbaren Drosselstelle einzustellende Fluiddruck
unabhängig vom Umgebungsdruck ist und nicht einen exakt einzuhaltenden Wert im Sinne
von Normbedingungen darzustellen braucht.
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Die Aufgabe wird hinsichtlich einer Vorrichtung zum Durchführen des
erfindungsgemäßen Verfahrens, welche aus einem Strömungskanal rnit einem Fluiddurchsatz-Volumenmesser
und einem Druckmesser stromauf einer querschnittsveränderbaren Drosselstelle sowie
einem weiteren Druckmesser mit nachgeschalteter regelbarer Unterdruckquelle (Unterdruckpumpe)
stromab der querschnittsveränderbaren Drosselstelle besteht, gelöst durch einen
Regler der Unterdruckpumpe für die Aufrechterhaltung eines jeweils konstanten, vorgegebenen
Verhältnisses der an dem Druckmesser stromauf und dem weiteren Druckmesser stromab
der Drosselstelle ermittelten Fluiddrücke zueinander. Die Unterdruckpumpe kann durch
an sich bekannte Maßnahmen - z. B. aus der DE-PS 19 36 321 - auf verschiedene Saugleistungen
an der querschnittsveränderbaren Drosselstelle mittels eines regel- oder steuerbaren
Bypasskanals geregelt bzw. eingestellt werden. Darüber hinaus muß der erfindungs:sr
aße Regler für die Aufrechterhaltung eines jeweils konstanten vorgegebenen Druckverhältnisses
für die Dauer der einzelnen Messung, d.h. gegebenenfalls auch während der Querschnittsveränderung
der Drosselstelle sorgen; hierzu wird, zumindest zum präzisen Einregeln eines vorbestimmten
Druckverhältnisses, je ein Drucksignal von stromauf und stromab der querschnittsveränderbaren
Drosselstelle dem Regler zugeleitet. Für den Fall, daß das Druckverhältnis nur vergleichsweise
grob eingestellt werden soll, kann der Regler nach einem vorgegebenen Meßprogramm
beeinflußt werden, so daß er ein Druckverhältnis einregelt, welches nicht zwangsläufig
dem Soll-Druckverhältnis entspricht; dann muß aber von dem Regler immer noch der
Fluiddruck stromab der querschnittsveränderbaren Drosselstelle berücksichtigt werden,
während der Druck stromauf der Drosselstelle ermittelt und einer Auswerteeinheit,
z.B.
einem Elektronenrechner, zugeführt wird, welcher die notwendigen Korrekturen der
Meßergebnisse auf solche durchführt, die bei dem Soll-Druckverhältnis erzielt worden
wären. Grundsätzlich ist es aber notwendig, daß das Druckverhältnis während der
Messung konstant ist.
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Eine in Weiterbildung der Erfindung dem Fluiddurchsatz-Messer und
dem Druckmesser stromauf der Drosselstelle im Strömungskanal vorgeschaltete einstellbare
Drossel ermöglicht, wie vorbeschrieben, Prüf- und/oder Einstellarbeiten an der querschnittsveränderbaren
Drosselstelle bei geringeren Drücken als Umgebungsdruck. Hierbei kann "Umgebungsdruck"
auch bedeuten, daß das Fluid auf einem höheren Druckniveau als Atmosphärendruck
am Strömungskanal ansteht, so daß auch nach Passieren der Drossel der Fluiddruck
stromauf der querschnittsveränderbaren Drosselstelle höher als Atmosphärendruck
ist. Die hieraus sich ergebenden Vorteile entsprechen den bereits hinsichtlich des
Verfahrens erwähnten. Die Drossel kann z.B. aus einer oder mehreren Blenden mit
veränderlichem Querschnitt bestehen; hierbei ergibt sich der Vorteil, daß durch
Bestimmung des Verhältnisses der stromauf und stromab der Blende herrschenden Fluiddrücke
auf einfache Weise der Fluidvolumen-Durchsatz bestimmt werden kann, so daß eine
gesonderte Vorrichtung für diesen Zweck entfallen kann.
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Ein solcher Fluidvolumen-Durchsatzrllesser, bei dem der Druckverlust
über vorwählbaren Strörnungsblenden gemessen wird, ist aus der DE-PS 19 36 321 bekannt.
Bei Verwendung eines derartigen Fluiddurchsatz-Messers muß verständlicherweise der
für die querschnittsveränderbare Drosselstelle relevante Fluiddruck in Strörnungsrichtung
nach der Meßblende ermittelt werden. Es ist allerdings nicht notwendig,
stromauf
der Meßblende vorbestimmte Fluiddrücke aufrechtzuerhalten, da die erfindungsgemäße
Vorrichtung ja unabhängig von solchen Fluiddrücken in der Lage ist, reproduzierbare
Meßwerte zu gewährleisten.
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Erfindungsgemäß wird besonders die Verwendung eines Fluiddurchsatz-Messers
für Direktmessung des Fluiddurchsatzes ohne spürbaren Druckverlust bevorzugt, wie
sie z.B. aus der DE-OS 28 19 228 bekannt ist.
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Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der
vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
anhand der beiliegenden Zeichnung.
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Die Zeichnung zeigt ein kombiniertes Fließbild zur Darstellung der
Verfahrensabläufe und Vorrichtungsmerkmal In Fig. 1 sind in einem Strömungskanal
1 nacheinander angeordnet ein Fluidvolumen-Durchsatzmesser 2 für Durchsatzmessungen
des Luftvolumens, ein Druckmesser 3 zur Me ssung .des Luftdruckes stromauf der querschnittsveränderbaren
Drosselstelle 4 in einen Vergaser 5, ein weiterer Druckmesser 6 stromab der Drosselstelle
sowie eine regelbare Unterdruckpumpe 7. Der dargestellte Fluidvolumen-Durchsatzmesser
2 weist verschiedene, durch einen Motor 8 austauschbare Blenden 9 unterschiedlichen
Querschnitts auf. Ein Druckmesser 10 erfaßt die Luftdrücke stromauf und stromab
der Blenden 9, wodurch auf an sich bekannte Weise der Luftvolumendurchsatz zu bestimmen
ist. Für die Verstellung der Drosselstelle 4 ist ein Schrittmotor 11 vorgesehen.
Die Druckregelung an der Unterdruckpumpe erfolgt dadurch, daß auf ihrer Saugseite
der Luftdurchsatz
durch eine Bypassleitung 12 verändert werden
kann. Je mehr Luft durch die Bypassleitung in den Strömungskanal 1 einströmt, umso
geringer ist der Saugrohrdruck an der Drosselstelle 4. Der Luftdurchsatz durch die
Bypassleitung kann durch einen Stellmotor 13 mittels eines Reglers 14 derart verändert
werden, daß das Druckverhältnis der stromauf und stromab der Drosselstelle 4 herrschenden
Fluiddrücke konstant ist. Durch eine Leitung 15 wird dem Vergaser 5 Prüfbenzin zugeführt,
dessen Volumendurchsatz mittels eines Kraftstoffmessers 16 bestimmt werden kann.
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Die vorerwähnten Meß- und Regeleinrichtungen sind mit einem Zentralrechner
17 verbunden, welcher einerseits das Meßprogramm vorgibt und andererseits die Meßwertauswertung
und -anzeige übernimmt. Um einen möglichst einfachen Vergasereinbau bzw. Wechsel
im Strömungskanal 1 zu ermöglichen, ist der Vergaser unter einer Abdeckhaube 18
eines Prüfraumes 19 mit seinem Flansch 20 am Saugrohr 21 aufgespannt. Der Prüfraum
19 weist einen Luftanschlußflansch 22 und weitere Anschlüsse für Prüfbenzin, den
Schrittmotor 11 und den Druckmesser 3 auf. Die Blende 9 oder eine dem Fluidvolumen-Durchsatzmesser
2 vorgeschaltete, einstellbare Drossel 23 können dazu verwendet werden, stromauf
. de r der querschnittsveränderbaren Drosselstelle 4 einen frei vorwählbaren, verminderten
Fluiddruck zu realisieren.
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Nachfolgend wird ein erfindungsgemäßer Einstell- und Prüfablauf eines
Vergasers auf einem Prüfstand gemäß der beiliegenden Figur beschrieben: Der Vergaser
5 wird bei abgenommener Abdeckhaube 18 auf den Aufspannflansch 20 gespannt, mit
der Brennstoffzuführleitung 15 verbunden und durch Aufsetzen der Abdeckhaube 18
gegen die Umgebung abgekapselt. Im allgemeinen wird
der Vergaser
sodann auf einen Leerlaufluftdurchsatz eingestellt, der gleichzeitig die Mindestöffnung
der Drosselklappe 4 bestimmt; hierzu wird eine Anschlagschraube für einen Mindestspalt
in Öffnungsrichtung verdreht und es stellt sich dadurch ein Luftvolumenstrom ein,
der bei aufrecht erhaltenem Druckverhältnis am Luftvolumen-Durchsatzmesser 2- gemessen
wird, wobei die Öffnung mit E:rreichen des Volumendurchsatzes, der bei Normbedingungen
dem geforderten Massendurchsatz entspräche, beendet wird. Für den so eingestellten
Leerlaufluftdurchsatz wird nun mittels einer Leerlaufregulierschraube ein Brennstoffzufluß
zum Vergaser eingestellt, bis am Kraftstoffmesser 16 ein vorgegebener Wert erreicht
ist.
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Ausgehend von dieser Grundeinstellung kann eine weitere Vergasereinstellung
in bestimmten Durchsatzbereichen gefordert sein, die durch eine präzise mechanische
O=dilvng der Drosselklappe oder bestimmte Luftdurchsätze fixiert sein können, wobei
jedoch konstruktive Eingriffsmöglichkeiten am Vergaser für die Brennstoffregulierung
vorgesehen sein müssen. Für eine Prüfung des Vergasers wird nur das sich einstellende
Mischungsverhältnis mit dem des Meistervergasers bei gleichen Luftdurchsätzen verglichen
und ausgewertet. Durch den Rechner können gemessene Werte durch mathematische Schritte
(Interpolation, Extrapolation etc.) und Anwendung der naturwissenschaftlchen Erkenntnisse
(Gasgleichung, Höhengleichung, etc.) auf Normbedingungen hochgerechnet und angezeigt
werden oder umgekehrt, so daß ein wesentlich geringerer Regleraufwand betrieben
werden muß und eine kürzere Einstell- bzw.
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Prüfzeit benötigt wird, da Einschwingvorgänge usw. entfallen.
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