Vermehrte Motorstörungen bei Rotax Vergaser Motoren
von Walter Schmidt
Das BAZL informiert FOCA SAND 2023-003 über 19 Fälle vermehrte Motorstörungen mit Rotax 912 und 914 Motoren (plötzlicher Leistungsverlust). Betroffen sind überwiegend Tiefdecker. Das LBA berichtet am 14.08.23 ebenfalls über vermehrte Störungen bei Flugzeugen mit Rotax- Vergaser Motoren. Von 86 Ereignissen ereigneten sich 50 in der Startphase, die Ursachen sind bislang noch nicht abschließend geklärt. Ein Pilotenbericht mit Video, dessen Ablauf für die meisten Störungen stehen soll beschreibt die Störung: Nach dem Start in 1000 ft rauer Motorlauf übergehend in Schütteln, - Vergaser- Vorwärmung und Änderung der Propeller Einstellung brachten keine Änderung, - Rücknahme der Leistung beruhigte den Lauf etwas,- normale Landung.
Der Pilotenbericht klingt nach Störung der Brennstoffversorgung, typisch für beginnende Vergaser Vereisung bzw. Dampfblasen-bildung. Vergaser Vereisung scheidet aus, der Flieger ist mit einer Vergaser Vorwärmung ausgerüstet.
Im juristischen Sinne reichen die bisher vom LBA und BAZL veröffentlichen Erkenntnisse für einen Anfangsverdacht gegen Rotax. Für eine Technische Bewertung fehlen Informationen über Jahreszeit, Flughöhe, Lufttemperatur in der Luft und am Boden..
Das LBA hat zusammen mit Instandhaltungsbetrieben einen Fragebogen entwickelt, um mögliche Muster zu erkennen. Auf 15 Seiten werden viele Informationen abgefragt wie (Wem gehört das LFZ, wer hat das Ereignis erlebt: Eigentümer, Flugschüler, Charterer). Beim Kraftstoff wird nicht nach Sommer / Winterkraftstoff, frisch getankt / alt gefragt. Es wird auch nicht gefragt ob überschüssiger Kraftstoff, wie von Rotax gefordert in den Tank zurückgeführt wird, ob sich elektrische Pumpe unmittelbar hinter dem Tank, oder im Motorraum befindet. Bei Störungen die am Boden nicht reproduzierbar sind liegt es doch nahe, das Kraftstoffsystem auf Konzeptfehler, wie sinnvolle Verlegung, Isolierung, Brennstoffrückführung und Tank- Be / Entlüftung unter die Lupe zu nehmen.
In der OUV NEWS 03/21 „Schicksalsflug am 04.08.18“ wurde über Erfahrungen mit dem Red-Cube FT-60 Flow Transducer mit einem Rotax 912, AVGAS und weitere Flüge berichtet, die Flüge wurden die mit EMS sehr gut dokumentiert.. In der OUV News 01/22 ein weiterer Bericht über Motorstörungen wie beim Schicksalsflug, mit MOGAS und einem Rotax 914. Nach einem längeren e Mail Austausch waren wir uns einig, dass Dampfblasenbildung vorlag, hauptverantwortlich aber ein Konzeptfehler des KS- Systems. Im veröffentlichen Video des LBA hatte die Störung den gleichen Ablauf, vermutlich ist der Auslöser wie beim Schicksalsflug, Dampfblasenbildung in Verbindung mit einer Konzeptschwäche des KS – Systems.
Verdampfungsdruck und Siedebeginn
Der Pilot ist dafür verantwortlich, den für den Motor und der Jahreszeit geeigneten Kraftstoff zu tanken. Wichtig sind Oktanzahl, Siededruck, Temperatur des Siedebeginns. Informationen über die Kraftstoffsorte an Flugplätzen findet man u. a. Im Flieger Taschen-kalender und in Flugnavigation Apps. Wo erfährt man Siededruck, Siedetemperatur, Sommer/ Winterkraftstoff? Haben Sie schon einmal versucht, bei einer Tankstelle an der Kasse, oder im Tower, Siede- Druck, Siedetemperatur, ob Sommer/ Winterkraftstoff zu erfahren? EN228 legt fest, welche Benzinbestandteile in welcher maximalen Konzentration zulässig sind, welche (ROZ = Research-Oktan-Zahl) die unterschiedlichen Benzine (Normal, Super und Super Plus) haben müssen, welchen Dampfdruck sie haben dürfen bzw. haben müssen, wie der Siedeverlauf aussehen muss, in welchem Bereich sich die Dichte bewegen muss.
Ethanol erhöht die Klopffestigkeit, verändert aber aufgrund einer Anomalie drastisch den Dampfdruck, was zur Dampfblasenbildung führen kann. Infolge dessen springen warm gefahrene Motoren (vor allem im Sommer) nach einem Neustart schlecht wieder an. Um dies zu vermeiden, muss das mineralische Grundbenzin einen niedrigeren Dampfdruck besitzen und anders zusammengesetzt sein, um die Vorgaben der EN228 einzuhalten. Das bringt die Raffinerien in die Bredouille, denn Rohöl enthält nur einen bestimmten Prozentsatz an Kohlenwasserstoffen, die sowohl ausreichend klopffest sind und einen Dampfdruck besitzen, der im gewünschten Bereich liegt.
Autobenzin nach EN228 E5 darf < 5% und E10 < 10% Methanol zugesetzt werden, Siedebereich = 25 – 210°C.
Autobenzin Super nach EN228 enthält <1% Methanol, Siedebereich = 30 - 215°C.
Als MoGas werden als Flugkraftstoff zugelassene Auto Super Benzinsorten bezeichnet, mit Benzol 0- 1% Siedebereich = 30-215°C (Siedebereich lt. Wikipedia 25 - 250°C)
Auszüge aus Sicherheitsdatenblättern
Aus Sicherheitsdatenblättern habe ich nachfolgend Siedebeginn und Verdampfungsdruck zusammengefasst. Wie bewertet der Pilot nun bei Aral, BP und Total den Verdampfungsdruck? Es gibt nur eine Kraftstoffsorte, die bei 30°C Kraftstofftemperatur zwischen 900 und 350 mbar Druck verdampfen kann? dann sollte man besser die Finger von den 3 Sorten lassen. Vermutlich gibt es eine Abgrenzung zwischen Sommer und Winterqualität – aber leider nicht im Datenblatt. An heißen Sommertagen (längeres Parken am Boden) kann sich bei farbigen Flügeln der Kraftstoff in den Flügeltanks schnell auf 25 - 30°C aufheizen, dann kann es schon in der Platzrunde zu Motorstörungen kommen.
Rotax macht drei Vorschläge für das KS-System
Die mech. Kraftstoffpumpe (5) ist vorne am Getriebe positioniert.
a) Nur die mechanische Pumpe: Brennstoffrückführung in den Tank zwingend, Länge der Saugleitung etwa 3 m Gesamtlänge 3,7 m.b) Mechanische und elektrische Pumpe: (links) Brennstoffrück- führung, Ansauglänge der mech. Pumpe unverändert, sie saugt im Alleinbetrieb über das Rückschlagventil (8) aus dem Tank (1). Wenn die el. Pumpe an der tiefsten Position des Flügeltanks bzw. Rumpftanks positioniert ist, ist der Ansaug- Unterdruck im Allein- betrieb der elektrischen Pumpe zu vernachlässigen.c) Rotax 914: zwei in Reihe geschaltete el. Kraftstoffpumpen mit mit Brennstoffrückführung in den Tank. Die Gesamt- Länge der KS- Leitung ist erheblich kürzer als bei (a + b) wenn die Pumpen am tiefsten Punkt der Tanks positioniert sind ist der Ansaugunterdruck im KS- System zu vernachlässigen.
Das Rotax KS- System: Die Saugleitung (vermutlich DN6) vom Brandhahn (3) zur mechanischen Pumpe (5) ist etwa 1,70 m lang und muss 500 mm Höhenunterschied überwinden. Die Druckleitung führt dann etwa 0,70 m durch den Motorraum, (zurück zu den Vergasern vor dem Brandschott). Das Rohrvolumen vom Brandhahn bis Vergaser beträgt etwa 0,75 Liter. Die mechanische Pumpe (5) (vorne am Getriebe) saugt den Kraftstoff vom Tank (1) durch den Brandhahn (3) durch die Umgehung (8) und drückt den Kraftstoff durch den Verteiler (6) zu den Vergasern (kurz vor dem Brandschott). Über die Drosseldüse (6) wird überschüssiger Kraftstoff zum Ausgasen in den Tank zurückgeführt. Tiefdecker mit Flügel- oder Rumpftank haben eine Höhendifferenz zwischen Tank und Vergaser von etwa - 500 mm, die von der Kraftstoffpumpe ausgeglichen wird, das ist ein Höhenminus von etwa 500 ft. Wenn es nach Benzin riecht, findet Verdampfung statt. In einem geschlossenen KS- System, wenn Kraftstoffdruck und Temperatur die Verdampfungs- Voraussetzungen erfüllen, wird Kraftstoff, wenn sich der Druck in der Pumpe (Ventile) oder im Vergaser (Düsen Schwimmerkammer) entspannt aufschäumen (wie eine Flasche Selters beim öffnen). Bei gleicher Gasstellung kommt es dann zu einer Unterversorgung.. Drehzahl und der Brennstoffdruck im KS- System schwanken, der Motor wird rau laufen, evtl. stottern. Wird überschüssiger Kraftstoff über die Drosseldüse (6) in der Tank zurückgeführt, kann sich die Situation beruhigen. Wird aber überschüssiger Kraftstoff auf der Saugseite der Brennstoffpumpe wieder eingespeist, wird man die Blasen nicht mehr los, der Motor fängt an zu rütteln, wenn man Glück hat dreht er noch im Leerlauf. Wird die elektrische Pumpe zugeschaltet und sie ist an der tiefst möglichen Stelle des Flügel oder Rumpftanks positioniert, wird frischer Kraftstoff in die 2,5 – 3 Meter lange Benzinleitung gepumpt. Der Motor muss mindestens 0,75 Liter mit Dampfblasen angereichertem Kraftstoff verbrauchen, dafür wird mehr als eine Vollgas – Minute benötigt, im Leerlauf dauert es einiges länger bis er aufhört zu rütteln.
W. Schmidt 27.01.24
Bei der Zulassung in der beschränkten Sonderklasse sollte geprüft werden, ob durch Sonneneinstrahlung ein zu ¼ gefüllter Gfk- Flügel- Tank, innerhalb von 4 Stunden auf 43°C aufheizt. Warmer Sommertag (um 10.00 Uhr, 28°C in 1,50 m über dem Boden) der Flügeltank wird einer schwarzen Folie abgedeckt und mit 10 Liter frischen Brennstoff 15 °C gefüllt. Beginn der Messung um 11:30
Versuchsbeurteilung: mindestens 29°C in 1,50 m über dem Boden (1) wurde erfüllt. (2) die Oberflächentemperatur des mit schwarzer Folie abgedeckten Tank hat 43°C überschritten. (3) Das Gasgemisch oberhalb des Brennstoffspiegels, (4) die Brennstofftemperatur im Tank, und (5+6) die Ablasstests haben 43°C nicht erreicht.
Anmerkung:
1) Nur mit MoGas – Sommer darf im Sommer bis 6.000 ft geflogen werden mit Mogas - Winter kann bei sommerlichen Temperaturen ab 3.500 ft Dampfblasenbildung eintreten.
2) Gummiteile die für Avgas entwickelt wurden quellen bei Mogas auf und verengen den Querschnitt. Ob sich DIN 73379S Gummiteile mit Avgas vertragen, muss hinterfragt werden.
3) Bei Problemen mit der Motorleistung an warmen Tagen in großen Höhen, sollte einmal der Brennstoffdurchlauf vor dem Vergaser, mit und ohne Pumpenleistung gemessen werden.
W. Schmidt August 2003
(1) OUV Journal 3/02 Neues aus der Amtsstube
(2) JAR-VLA 955 Messung des Kraftstoffdurchflusses
W. Schmidt
fliegerschmidt@t-online.de