Praxis

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Fünf Irrtümer übers Leanen und die Gemischverstellung

Die Gemischverstellung von Flugmotoren wird häufig unterschätzt. Räumen wir also mit fünf häufigen Irrtümern übers Leanen auf!

Von Thomas Borchert
Mixturehebel Leanen
Dreierpack: Mit dem roten Knopf wird das Gemisch geleant, der hellblaue ist für die Drehzahl, der dritte für den Ladedruck Foto: Christina Scheunemann

Auch in der Ausbildung wird der rote Hebel in der Nähe des Leistungshebels vernachlässigt. Zu Unrecht: Korrektes Abmagern (auf Deutsch-Englisch leanen) ist von zentraler Bedeutung für das Triebwerks- und Treibstoff-Management.

LeanenFoto: fliegermagazin
So hängen Temperaturen und Leistung mit dem Benzin-Luft-Gemisch zusammen

Doch zuerst die Grundlagen anhand einer Grafik. Sie gelten für das Kraftstoff-Luft-Gemisch, das in jedem Ottomotor verbrennt. Die Grafik zeigt, was sich im Zylinder abspielt, wenn das Gemisch durch Herausziehen des roten Mixture-Hebels von „rich“ (reich oder fett, also mehr Benzin, als mit der vorhandenen Luft verbrannt werden kann) immer weiter Richtung „lean“ (mager, also mehr Luft, als mit dem vorhandenen Benzin verbrannt werden kann) verändert wird. Alle anderen Leistungsparameter (Gas- und Propellerhebel) bleiben unverändert. Absichtlich sind keine absoluten Werte genannt, außer bei der Abgastemperatur (Exhaust Gas Temperature – EGT) für jeweils 50 Grad Fahrenheit auf der reichen und der mageren Seite des EGT-Spitzenwerts „peak EGT“. Die EGT-Kurve zeigt den Verlauf der Abgastemperatur beim Leanen, also beim Abmagern des Gemisches. Darunter ist die Zylinderkopftemperatur (Cylinder Head Temperature – CHT) aufgezeichnet. Sie erreicht ihren Spitzenwert bei einem reicheren Gemisch als „peak EGT“, etwa bei 65 bis 70 Grad „rich of peak“, kurz ROP. Der Druck im Zylinder (Internal Combustion Pressure – ICP) und die Motorleistung (Horse Power – HP) erreichen kurz vorher bei 75 Grad ROP ihr Maximum – genau dieser Wert findet sich folglich als Einstellung für die maximale Leistung in vielen Handbüchern.

Zugegeben: Das war kompliziert. Aber: Es lohnt sich, die Zusammenhänge rund ums Leanen zu verstehen.

Irrtum 1: Je magerer, desto heißer

Wer den roten Hebel herauszieht, sorgt dafür, dass der Motor heißer läuft: Abgas- und Zylinderkopftemperatur steigen an. Soweit richtig. Und das geht immer so weiter. Falsch! Wenn die Temperaturen nicht irgendwann wieder sinken würden, könnte niemand von „peak EGT“ reden, also vom Spitzenwert der Abgastemperatur. Details zeigt schon unsere Grafik. Die Grundlagen: Im Zylinder verbrennt ein Gemisch aus Benzin und Luft. 1:14,7 nach Gewicht ist das optimale Verhältnis. Ist mehr Benzin dabei, läuft die Verbrennung langsamer und damit kühler ab; ist zu viel Luft dabei, kühlt die und sorgt damit für eine niedrigere EGT. Warum gibt es bei Flugmotoren überhaupt die Notwendigkeit für einen Gemischregler? Weil die Luft in großer Höhe dünner wird, muss auch der Benzinanteil bei steigender Flughöhe verringert werden. Das macht der Pilot manuell – mit dem roten Hebel.

LeistungshebelFoto: Fliegermagazin
Der schwarze Gashebel, die blaue Propellerverstellung und der rote Gemischhebel bestimmen die Motorparameter. In dieser TB-10 kommt links noch die Vergaservorwärmung hinzu.

Irrtum 2: Niemals unter 5000 Fuß leanen!

Das Gemisch abmagern (auf Deutsch-Englisch leanen) kann, darf und soll man in jeder Höhe – obwohl es Handbücher gibt, die eine Mindesthöhe von 3000 oder 5000 Fuß empfehlen. Es kommt nicht auf die Höhe, sondern auf die Motorleistung an: Continental und Lycoming erlauben das beliebige Leanen bei praktisch allen Motoren bei 65 Prozent Leistung und weniger, oft schon ab 75 Prozent. Schiebt man dagegen alle Hebel nach vorn auf volle Leistung, etwa beim Start, kann Leanen sehr wohl Schaden anrichten. Dann ist ein Benzinüberschuss im Gemisch zu Kühlungszwecken erwünscht. Doch mit Reiseleistung ist der Spritüberschuss unnötige Verschwendung. Noch viel wichtiger: Die Handbuch-Tabellen für den Spritverbrauch im Reiseflug beziehen sich immer auf ein geleantes Triebwerk. Angegeben sind je nach Hersteller Werte für die beste oder die wirtschaftlichste Leistung (siehe Irrtum 3). Ohne Leanen sind die Verbrauchswerte viel höher! Wer also im Reiseflug nicht das Gemisch gemäß Handbuch abmagert, wird die dort angegebene Reichweite nie schaffen – die Tanks sind viel früher leer.

Irrtum 3: Ohne EGT-Anzeige geht’s nicht

„Magern Sie den Motor ab, bis die Abgastemperatur (EGT) ihr Maximum erreicht und auf der mageren Seite leicht abfällt. Dann reichern Sie das Gemisch wieder an, bis die EGT auf 75 Grad F unterhalb des Maximums gesunken ist.  Dann hat der Motor die beste Leistung.“ So oder ähnlich lesen sich Handbücher. Wenn man eine Abgastemperaturanzeige wenigstens für einen Zylinder hat, geht das prima. Noch besser ist ein Engine Analyzer, der die Temperaturen aller Zylinder zeigt. Zu bedenken ist aber, das bei dieser Einstellung die Temperatur- und Druckbelastung des Motors am höchsten ist. Je nach Motor empfiehlt das Handbuch auch eine Gemischeinstellung für den wirtschaftlichsten Betrieb – oft bei „peak EGT“, manchmal bei 50 Grad F unterhalb auf der mageren Seite. Doch es geht auch ganz ohne EGT-Anzeige: Dann leant man, bis der Motor rau läuft – und reichert wieder leicht an. Das entspricht der wirtschaftlichsten Einstellung.

EGT-AnzeigeFoto: Fliegermagazin
Typische EGT-Anzeigen für die Abgastemperatur liefern nur Informationen über einen einzigen Zylinder

Irrtum 4: Absolute EGT-Werte sind wichtig

Für die Gemischeinstellung ist der absolute Temperaturwert der Abgase (meist irgendwo bei 1200 bis 1400 Grad F) völlig egal. Entscheidend ist die Relation zum Spitzenwert „peak EGT“. Logischerweise ist die Temperatur bei einer anderen Gemischeinstellung als der für den Peak immer niedriger – um wie viel ist die entscheidende Frage. Dabei spricht man von „rich of peak“ (ROP), wenn die Temperatursenkung durch Anreichern des Gemisches erreicht wird, das Gegenteil ist „lean of peak“, kurz LOP. So erreicht ein Motor bei 75 Grad ROP seine beste Leistung – und etwa 60 Grad LOP seine größte Wirtschaftlichkeit (siehe Grafik). Wichtig sind die absoluten Temperaturwerte der Zylinderköpfe: Auch wenn sich die durch rote Linien markierten Grenzwerte bei 450 oder gar 500 Grad F finden, sind sich Experten einig, dass zugunsten der Langlebigkeit des Motors dauerhaft 380 Grad F nicht überschritten werden sollten – und wenn, dann nur kurzzeitig bis 420 Grad F.

Avidyne Engine PageFoto: Fliegermagazin
Glascockpits haben oft die Möglichkeit, Zylinderkopf- und Abgastemperatur für alle Zylinder anzuzeigen. Mit so ausführlichen Informationen lässt sich das Triebwerk perfekt managen.

Irrtum 5: „lean of peak“ ist gefährlich

Die meisten Motoren beginnen sehr unrund zu laufen, wenn man sie über „peak EGT“ hinaus abmagert. Der Grund: Die Gemischverteilung ist in den Zylindern nicht gleich, sie erreichen alle bei einer leicht anderen Gemischeinstellung „peak EGT“. Einige laufen vielleicht schon „lean of peak“, wenn der Zylinder mit dem Sensor der EGT-Anzeige gerade das Maximum erreicht, andere noch ROP. Weil aber die erzeugte Leistung auf der mageren Seite von „peak EGT“ steil abfällt (siehe Grafik), äußert sich die unterschiedliche Leistungsabgabe der Zylinder als rauer Motorlauf. Abhilfe ist nur bei Einspritzmotoren möglich: Besondere Einspritzdüsen mit unterschiedlich großen, sorgfältig abgestimmten Öffnungen können dafür sorgen, dass alle Zylinder bei der gleichen Gemischeinstellung „peak EGT“ erreichen. Das hat nichts damit zu tun, dass sie dabei alle die gleiche EGT haben, siehe Irrtum 4. Mit solchen Düsen, erhältlich von der US-Firma GAMI, laufen Motoren auch LOP ruhig und können den wirtschaftlichsten Betrieb bei etwa 60 Grad LOP nutzen. Seit vielen Jahren fliegen tausende Cirrus SR22 Turbo laut Handbuch immer „lean of peak“. Wenn es richtig gemacht wird, ist keine Gefahr für den Motor zu erkennen.

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Wer noch mehr über das Thema Leanen und Motormanagement wissen will und Englisch nicht scheut, dem seien die exzellenten Artikel von John Deakin bei Avweb empfohlen – insbesondere Nummer 15, 16, 18 und 19. Motor-Guru Mike Busch schreibt in seinen Büchern ebenfalls ausführlich über das Thema, hier ist auch ein Video von ihm.

Über den Autor
Thomas Borchert

Thomas Borchert begann 1983 in Uetersen mit dem Segelfliegen. Es folgte eine Motorsegler-Lizenz und schließlich die PPL in den USA, die dann in Deutschland umgeschrieben wurde. 2006 kam die Instrumentenflugberechtigung hinzu. Der 1962 geborene Diplom-Physiker kam Anfang 2009 vom stern zum fliegermagazin. Er fliegt derzeit vor allem Chartermaschinen vom Typ Cirrus SR22T, am liebsten auf längeren Reisen und gerne auch in den USA.

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