SU-HS2 Vergaser: Düsennadeln selbst polieren (2019) 

Vorgeschichte

Seit Beginn an gab es Probleme mit dem SU-HS2 Vergasers meines Triumph Spitfire. Noch in dem Jahr, als ich den Wagen kaufte, besprach ich das Thema mit dem Mechaniker Manfred.
Ich zerlegte, reinigte und verbaute den SU-Servicesatz in beide Vergaser, allerdings ohne Verbesserung.
Der Fehler stellte sich als „Magerruckeln“ im Drehzahlbereich von ca. 3200 – 3700 U/min dar.
Manfred konnte mir bei dem Problem auch nicht mehr weiterhelfen  

Kerzenbild vor Düsennadelpolitur

vor der Politur

Kerzenbild nach Düsennadelpolitur

nach der Politur

Ich stellte den Vergaser selbst so ein (und probierte dabei verschiedene, fettere Nadeln aus), sodass das Magerloch möglichst nicht mehr spürbar war.

Damit bin ich rund 6000 Km gefahren, sogar bis nach Mittelitalien.

Ich war dabei ständig auf der Hut und beim Schrauben am Vergaser und am Prüfen des Kerzenbildes, das hat natürlich auch den Urlaub beeinflusst.  

Die Zündkerzen schauten zu diesem Zeitpunkt gut aus, die Fassungen leicht rußig, die Elektroden “rehbraun”. Allerdings war dieses Bild falsch, da der Vergaser mit 12% Co (!) in der Grundstellung viel zu fett und bei den Problemdrehzahlen, wie oben beschrieben, zu mager war. Daher glich sich das beim Kerzenbild fatalerweise aus und stellte sich so dar, als sei alles in Ordnung.

Oft überfettete der Motor im Leerlauf bzw. beim Fahren in der Kolonne (z.B. beim Einchecken in den Autoreisezug in Wien) so stark, dass er abstarb.

Ende 2018 versuchte ich mit dem Mechaniker Anton das Problem zu lösen. Er probierte viele unterschiedliche Ansätze aus und sprach sogar mehrmals mit seinem alten Lehrmeister, der ähnliche Jaguar-Vergaser für Rennen tunte, aber nichts führte zu einer Lösung.  

Tonis Werkstätte besitzt zwar einen 4Gas-Tester, aber keinen Prüfstand, daher konnte auch kein Prüfbild unter Last erstellt werden.

Aus diesem Grund kaufte ich mir eine Lambdasonde mit Auswertemöglichkeit (Zeitronix) und konnte nun auch messtechnisch verifizieren, dass das Magerloch tatsächlich existiert.

Im kritischen Drehzahlbereich stieg der AFR Wert auf >20 an, das ist deutlich über dem zulässigen Grenzwert!

Nach viele Anfragen im Spitfire-Forum und nach Telefonaten mit einem deutschen „Vergaserguru“ und einem Spitfire-Spezialisten aus dem Forum war ich mit meinem Latein am Ende und bereit, mir einen neuen Vergasersatz zu kaufen. Dieses Unterfangen bekam rasch einen Dämpfer, da zu diesem Zeitpunkt keine Vergaser lieferbar waren, selbst aus England nicht. Die Wartezeit betrug mehrere Wochen bis Monate und die Bestellung war nur im Austausch mit dem alten Gerät möglich. Nach einem Blick in die Rechnungen des Vorbesitzers, der mehr als ein Jahr (!) auf einen neuen Vergasersatz warten musste, nahm ich wieder Abstand von einer Bestellung.

Lambdasonde im Auspuffkrümmer

Lambdasonde im Auspuffkrümmer stationär verbaut

Am 22. November erklärte ich in meiner Verzweiflung Anton, es gibt Vergaser-Spezialisten, die die Düsennadeln selbst anpassen und polierten, wobei ich dabei keine sehr große Hoffnung hegte, dass wir das ebenfalls schaffen würden.

Er macht sich sofort auf den Weg zur Drehbank und begann zu polieren. Die ersten beiden Versuche waren durchwachsen, da sich keine Verbesserung einstellte. Beim 3. Versuch war das Magerruckeln plötzlich verschwunden und ich war glücklich, sollte das Problem nach 1 Jahr endlich behoben sein?

Freudig fuhr ich nach Hause und machte den Wagen winterfit.

Im Jahr 2019 fand die erste Ausfahrt nach der Winterpause aus persönlichen und beruflichen Gründen (ich musste seit vielen Monaten den Abteilungsleiter vertreten), sehr spät statt. Der Frühling war kalt und sehr regnerisch. Bei den wenigen Testfahrten stellte ich fest, dass der Vergaser im Stop/Go Betrieb und im Stadtverkehr (wie rund um Tonis Werkstatt) durchaus gut funktionierte, allerdings im „echten“ Betrieb auf der Landstraße und den Hügeln in der Südsteiermark massivst zu fett war. Der gemessene Lambdawert reichte bis <0,6, das ist der unterste Grenzwert, den die Lambdasondensoftware noch darstellen kann! 

Anton wollte mir noch helfen, damit ich meinen Urlaub im Juni guten Gewissens erleben könne. Das war sehr nett von ihm, aber auch er hatte zur selben Zeit Urlaub wie ich und daher auch nicht mehr die Zeit und Muße, sich um das Vergaserproblem weiter zu kümmern.

2 Wochen vor Urlaubsbeginn reifte bei mir der Gedanke, selbst die Düsennadeln zu polieren.

Nach den ersten vielversprechenden Versuchen durch Toni, die Düsennadeln an den Vergaser anzupassen, wollte ich mir nun selbst maßgeschneiderte Nadeln anfertigen.

Da ich weder ein Mechaniker noch ein Vergaserspezialist bin, musste ich mir eine Messapparatur und eine Poliermaschine bauen, die möglichst in Echtzeit die Zustände der Verbrennung in Abhängigkeit der Düsennadelposition unter Last aufzeichnet. Diese Aufzeichnungen wollte ich dann als Grundlage für die Politur der Nadeln verwenden.

Der erste Schritt war die Entwicklung des Meßgerätes für die Nadelposition bezogen auf den Lambdawert in Abhängigkeit unterschiedlicher Lastzustände.

Zu diesem Zwecke las mich in die Materie ein. Dabei lernte ich, dass die Politur im 1/100 bis 1/10 mm Bereich stattfinden muss. Ebenso, dass viele Iterationen (d.h. Messen – Polieren - Testen – Messen – Polieren – Testen - usw…) zu erwarten sind, bis die Nadeln korrekt funktionieren.

Alle Ansätze, die ich bis jetzt kannte, basieren auf statischen Messungen der Düsennadel-Position bei stehendem Fahrzeug, mit diversen Meßstäben (aus Bambus, Draht, oder änlichen Werkstoffen) und Linealen.

Beim Spitfire MKIV mit SU-HS2 Vergasern ist dies nur bei geöffneter Motorhaube möglich, da die oben erwähnten Messeinrichtungen weit über die geschlossene Motorhaube hinausragen würden.

Da ich Messreihen während der Fahrt aufzeichnen wollte, versuchte ich einen neuen elektronischen Ansatz, um die erfassten Daten auch in die schon vorhandene Auswertesoftware der Lambdasonde mit zu kombinieren.

Als Nebeneffekt der Messung konnte ebenfalls festgestellt werden, dass die beiden Kolben in jeder Belastungssituation synchron verstellt werden und somit korrekt arbeiten. 

Düsennadel Messgerät

elektronisches Düsennadel-Höhenmeßgerät mit einem Microkontroller

Ich begann zuerst, für alle möglichen Belastungssituationen Messwerte zu sammeln, die am Schluss eine eindeutige Bestimmung zulassen, an welcher Position die Nadeln angepasst werden müssen.
Dazu entwickelte ich ein Meßsystem, das den Hub der Düsennadeln elektronisch misst (Bild oben). Dieses zeichnet während der Fahrt den Lambawert und die beiden Positionen der Düsennadeln auf. Diese Messwerte werden durch einen kleinen „Hack“ in die Visualisierungs-Software der Lambdasonde geschrieben, sodass die Auswertung einfach möglich ist.

Es wurde immer die gleiche Teststrecke gefahren, mit leicht unterschiedlichem Verkehrsaufkommen.

Lambdasonden-Software Hack

Y/t Grafik Oben: Lambda und AFR, unten Höhe der Düsennadeln in 1/10 mm (Front/Rear)


Danach begann ich mit der Entwicklung einer Poliermaschine inklusive elektronischer Nadeldicke- und Nadelpositionsmessung und einer Visualisierung der Messwerte.

Da ich unnötige Testläufe möglichst vermeiden wollte, baute ich ein Gerät, das möglichst präzise die zu polierenden Stellen der Nadel anzeigt und auch die Nadeldicke reproduzierbar visualisiert. Ziel war es, ein möglichst identisches Nadelpaar, das an den korrekten Stellen poliert ist, mit möglichst geringem Aufwand zu erstellen. 

Wichtig war für mich auch, dass das Gerät in der Garage funktioniert, um die Wege möglichst kurz zu gestalten. Die Drehbank meiner kleinen Werkstätte kam daher nicht in Frage, da ich hier ständig 50 Treppenstufen auf und ab laufen müsste.

Einerseits spielte natürlich auch der Kostenfakor und die Verfügbarkeit der zu verwendenden Komponenten eine Rolle, andererseits war wichtig für mich, ein Werkzeug zur Verfügung zu haben, welches das Vergaserproblem endgültig löst.

Aus diesen Gründen baute ich aus teilweise vorhandenen und teilweise neu gekauften Teilen das unten abgebildetes Gerät.

Auf einer stabilen Grundplatte sitzen 4 Linearlager, die auf je einer 10mm Stahlwelle gleiten und den Haupttisch in Richtung Y-Achse bewegen. Auf diesem sitzt ein Dickemessgerät, das mit einer Linearführungsschiene in X-Achse ebenfalls gelagert ist. Der Grund für diese Lagerung war der Tatsache geschuldet, dass das Bohrfutter der Perlen-Maschine einen relativ starken Höhenschlag besitzt und dadurch bei der Messung ausgeglichen werden muss.
Die Perlen Maschine ist starr mit der Grundplatte verschraubt, und wird mit einer relativ niedrigen Drehzahl (~ 500 U/min) betrieben, die ich zuvor an einer Testnadel ermittelte.  
Die Position der Y-Achse wird mittels eines digitalen Meßschiebers bestimmt, der von einem Arduino Nano ausgelesen wird und die Werte an die Visualisierungssoftware („ComVisu“) weiter sendet.
Die Dicke wird, in X-Achse frei gelagert und durch 2 Rollen mittels Federkraft vorgespannt, durch eine digitale Meßuhr mit einer Auflösung von 1/1000 mm gemessen und ebenfalls vom oben erwähnten Arduino an die Visu-Software gesendet. 

Düsennadel Poliermaschine

Düsennadel-Poliermaschine mit einem Microkontroller

Beim Polieren selbst war konzentriertes Arbeiten unumgänglich, da vor jeder Messung die Nullpunkte neu geprüft werden mussten und auch der Bereich, wo poliert werden sollte, musste möglichst genau bestimmt werden.

Dazu kam die elektronische Längenmesseinrichtung zum Einsatz, wo ein spitzer Dorn am Rahmen der Dickemessung die exakten Messpunkte markiert.
Diese wurden dann an der Nadelposition mit einem schwarzen Filzstift gekennzeichnet.
Die Messwerte werden direkt von der Höhenmessung an beiden Vergasern, zuzüglich der Offsets der Düsenstockunterkante (Einstellung der Vergaser für Co & fett/mager), übertragen.
Diese Werte ermittelte ich durch ausgiebiges Studium der vielen Messreihen, die entlang der Teststrecke von der Lambdasondensoftware aufgezeichnet wurden. 

Meßdorn zur Bestimmung der Polierposition an der Düsennadel

Meßdorn zur Bestimmung der Polierposition an der Düsennadel

Der erste Testlauf an einer alten Düsennadel war schon sehr vielversprechend, ich bekam recht rasch ein Gefühl, mit welchem Fingerdruck und welcher Körnung des Polierpapiers zu arbeiten ist.
Schlußendlich verwendete ich ein Naßschleifpapier mit der Körnung 400, das ich in schmale Streifen schnitt, um nicht über das Ziel hinaus zu polieren.
Ebenso konnte durch den längeren Streifen bei jeder Politur rasch auf eine neue saubere Stelle innerhalb des Papieres gewechselt werden. 

Düsennadelpolitur

nach der Politur

Düsennadelpoliermaschine Schleifpapier

Probe mit Schleifpapier

Die abschließende Feinpolitur wurde mit einem 1000er Papier ausgeführt, da das zuvor getestete Scotch-Brite zu grobporig war.
Die finale Politur sah beinahe glatter aus als die einer fabriksneuen Nadel. Im Bild oben rechts ist die untere Nadel die neu polierte.

Nach jeder Politur konnte ich durch Zwischenmessungen prüfen, wie weit ich vom Ziel entfernt war, beziehungsweise an welcher Position noch Polierbedarf bestand.

Die zweite Nadel passte ich so lange an, bis beide Kurven (blau und grün) deckungsgleich waren. 

Konzentration und Ruhe beim Polieren waren essentiell, da die Software leider nicht in der Lage ist, Zwischenmessungen zu verwerfen, sodass jede fehlerhafte oder unnötige Messung ebenfalls im Bild ist. Bei so kleinen Änderungen im 1/100 bis 1/1000 Bereich ist es sehr schwierig, dabei nicht den Faden zu verlieren.

Düsennadel Messgerät Visualisierung

Visualisierung des elektronischen Düsennadel-Höhenmeßgeräts


Für die erste Politur an den „echten“ AAN Nadeln benötigte ich inklusive Bestimmung der Position und Poliertiefe mehr als 2 Stunden.

Die Anspannung war sehr hoch, als ich die Nadeln wieder in die Vergaser einbaute, hatte ich doch keine Ahnung, wie weit ich mit meinen theortisch ermittelten Polierwerten daneben lag und wie oft ich noch zu polieren hatte. 

Das Staunen und die Freude waren sehr groß, als ich sah, dass die Düsennadeln in jedem kritischen Lastbereich für ein gutes bis optimales leicht fettes Gemisch sorgten. So gut waren die Messwerte noch nie, seit ich den Wagen besitze.
Er fuhr sich auch viel „spritziger“, der Verbrauch sank, beim Cruisen mit 70-80 Km/h, auf für mich unglaubliche 7,4 Liter pro 100 Km.

Der Aufwand war zwar sehr hoch, vor allem um eine Maschine zu entwickeln, die möglicherweise nur ein einziges Mal zum Einsatz kommt, aber für das Ergebnis war er es absolut wert!
Ich besitze nun einen Vergaser, der nach 2 langen Jahren endlosen Suchens und Umbauens im Rahmen seiner Möglichkeiten korrekt arbeitet.

Düsennadel Poliermaschine Aufbau in der Garage

Aufbau der Poliermaschine in der Garage

Literatur:

Praxishandbuch SU-Vergaser: Baureihen H, HD, HS, HIF (Autor: Des Hammil) 
„Detecting S.U. piston lift“ (www.terryhunt.co.uk/tech/picsc/pics.htm
„SU Needle polishing“ (https://www.terryhunt.co.uk/tech/picsb/pics.htm)
„SU Vergaser Tuning“ (http://www.bobs-services.de)

Software:
Zeitronix Protokoll (http://www.css-networks.com/2017/11/datalogger-for-zeitronix-zt-2-wideband-afr-plus-obd2-arduino-adafruit-feather-m0-circuitpython/)
Pegelanpassung Meßschieber (https://www.instructables.com/id/Reading-Digital-Callipers-with-an-Arduino-USB/)
Codebeispiel für einen Meßschieber (http://wei48221.blogspot.com/2016/01/using-digital-caliper-for-digital-read_21.html)
ComVisu von Janik Österle (http://comvisu.de)

Hardware:
Mini Perlen Maschine ca. € 40.— (www.amazon.de)
DC Motor Drehzahlregler (PWM) ca. € 13 .— (www.amazon.de)
Neoteck Digitale Messuhr 0.001mm/0.00005''Digital Messtaster ca. € 37 .— (www.amazon.de)
Audew Profiltiefenmesser 2x € 8,99 (www.amazon.de)
Anpro 5 Stück Aruino Nano Plus ca € 16,99 (www.amazon.de)
Linearführungsschiene,Jectse MGN12 400mm ca. € 28.— (www.amazon.de)
LUJII Meßschieber Messschieber digital LCD ca. € 22 .— (www.amazon.de)
DC 6-60 V 12 V 24 V 36 V 48 V 30A PWM DC Motor Drehzahlregler ca € 14.— (www.amazon.de)
diverse Teile (Welle und Linarlager, Grundplatte, …) waren schon vorhanden ca. € 80.—
Kosten in Summe ca. € 260.— bis € 300.—

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