Klopfen, Detonation und Glühzündung
Dieses metallische Klingeln beim Gasgeben im hohen Gang, das man seit jeher Klopfen oder Klingeln nennt, gehört zu den Dingen, die einem Benzinmotor am meisten schaden können. Ich erkläre dir, was im Zylinder passiert, warum Klopfen und Glühzündung nicht dasselbe sind und wie sich das Auto wehrt.
Die gute Verbrennung
Im Benzinmotor lässt die Zündkerze den Funken kurz bevor der Kolben oben ankommt überspringen, und von dort breitet sich die Flamme geordnet durch den Brennraum aus, wie eine Welle, und drückt den Kolben, wenn er schon nach unten geht. Die Verbrennung ist schnell, aber kontrolliert.
Klopfen oder Detonation
Manchmal explodiert das noch unverbrannte Gemisch, zusammengepresst und heiß, schlagartig von selbst, bevor die Flamme auf der anderen Seite des Brennraums ankommt. Zwei Flammenfronten prallen aufeinander, und der Druck macht einen heftigen Sprung, der wie ein Hammer auf den Kolben schlägt: Das ist das Klopfen, auch Detonation genannt, und genau das ist das metallische Geräusch, das du hörst. In Abbildung 1 siehst du es rot im zweiten Zylinder: eine wilde Stichflamme statt einer Welle.
Es passiert eher bei einem Motor, der bei niedriger Drehzahl stark belastet wird, mit Benzin mit weniger Oktan als vorgeschrieben, bei Hitze, mit Ölkohle im Brennraum oder mit zu magerem Gemisch. Gelegentlich steckt der Motor das weg. Klopft er dauerhaft, frisst es die Kolben an, bricht Kolbenringe und kann die Zylinderkopfdichtung beschädigen.
Die Glühzündung
Die Glühzündung, auch Frühzündung genannt, ist noch schlimmer, und sie ist etwas anderes. Hier entzündet sich das Gemisch, bevor der Funke überspringt, an einer heißen Stelle: ein glühendes Stück Ölkohle, eine zu heiße Zündkerze, der Rand eines Ventils. Der Kolben geht nach oben und verdichtet ein Gemisch, das schon brennt, und der Druck schießt in die Höhe. Das kann in sehr kurzer Zeit ein Loch in einen Kolben brennen. Bei modernen Benzinern mit Direkteinspritzung und Turbo gibt es eine Form davon, die bei niedriger Drehzahl und hoher Last auftritt, und deshalb haben die neueren Öle Rezepturen, die das verhindern sollen.
Verwechsle diese Glühzündung nicht mit der Selbstzündung beim Diesel: Beim Diesel ist das Zünden allein durch die Verdichtung genau so gewollt.
Wie sich das Auto wehrt
Der Motor hat einen oder mehrere Klopfsensoren, kleine Mikrofone, die am Motorblock angeschraubt sind. Das Steuergerät hört jedem Zylinder genau dann zu, wenn er gerade zündet, und wenn es Klopfen hört, nimmt es bei diesem Zylinder den Zündzeitpunkt ein paar Grad zurück, bis das Klopfen aufhört. Danach stellt es ihn nach und nach wieder früher. So schützt es den Motor, auf Kosten von etwas Leistung und etwas mehr Verbrauch.
Die häufigsten Fehler
- Klopfsensor oder seine Verkabelung
Ohne ihn geht das Steuergerät auf Nummer sicher: Es nimmt den Zündzeitpunkt bei allen Zylindern zurück, und das Auto zieht schlechter und verbraucht mehr.
Typische Fehlercodes: P0325, P0327, P0328, P0330 - Klopfen wegen des Benzins
Benzin mit weniger Oktan tanken, als der Hersteller für einen Turbomotor oder einen Motor mit hoher Verdichtung vorschreibt.
- Ölkohle im Brennraum
Erhöht die Verdichtung und hinterlässt heiße Stellen. Mehr Klopfen und Gefahr von Glühzündung.
- Mageres Gemisch
Falschluft oder ein Injektor, der zu wenig einspritzt, lassen das Gemisch heißer verbrennen und machen es klopffreudiger.
Typischer Fehlercode: P0171
Das kannst du mit Final OBD sehen
Bei manchen Autos gibt das Steuergerät an, wie weit es den Zündzeitpunkt bei jedem Zylinder wegen Klopfen zurücknimmt, und Final OBD zeigt das Zylinder für Zylinder: Wenn einer immer mehr zurückgenommen wird als die anderen, stimmt dort etwas nicht (Ölkohle, eine Zündkerze, ein Injektor). An unserem eigenen Abarth feilen wir gerade daran, dass die echten Werte angezeigt werden. Bei den anderen Autos siehst du den Zündzeitpunkt aus dem normalen OBD und die Fehler der Klopfsensoren, verständlich erklärt.
Motorhaube aufdie ausführliche Erklärung
Oktan: was die Zahl wirklich bedeutet
Die Oktanzahl misst nicht die Energie im Benzin, sondern wie klopffest es ist. Ein 98er Benzin verträgt mehr Verdichtung und mehr Temperatur ohne zu klopfen als ein 95er. Deshalb bringt 98 bei einem Auto, das für 95 ausgelegt ist, fast nie mehr Leistung: nur dann, wenn das Steuergerät den Zündzeitpunkt wegen Klopfen zurückgenommen hatte, zum Beispiel bei Hitze und hoher Last. Bei einem Motor, der 98 verlangt, sorgt 95 dafür, dass das Steuergerät den Zündzeitpunkt oft zurücknimmt, und das merkst du an Leistung und Verbrauch.
Der Zündzeitpunkt
Der Funke springt über, bevor der Kolben oben ankommt, weil das Gemisch etwas Zeit zum Verbrennen braucht und der Spitzendruck genau dann kommen soll, wenn der Kolben gerade nach unten geht. Für jede Drehzahl und Last gibt es einen idealen Zündzeitpunkt: Mit weniger Frühzündung verliert der Motor Leistung und der Auspuff wird heißer, mit mehr klopft er. Moderne Motoren laufen sehr nah an der Klopfgrenze, um das Maximum herauszuholen, und verlassen sich darauf, dass die Sensoren rechtzeitig zurückregeln.
Der Zündzeitpunkt gehört zu den Werten, die jedes OBD liefert. Im Leerlauf liegt er meist zwischen 5 und 15 Grad und steigt mit der Drehzahl. Wenn du bei warmem Motor siehst, dass er beim Beschleunigen unter Last deutlich unter dem liegt, was er sonst unter gleichen Bedingungen anzeigt, nimmt das Steuergerät ihn womöglich wegen Klopfen zurück.
Wie das Steuergerät einen bestimmten Zylinder hört
Ein Klopfsensor ist ein Piezoelement, das die Schwingungen des Motorblocks in Spannung umwandelt. Klopfen hat eine typische Frequenz von einigen Kilohertz, die vom Zylinderdurchmesser abhängt. Das Steuergerät hört nur in dem Zeitfenster hin, in dem der jeweilige Zylinder verbrennt, und filtert diese Frequenz heraus: So weiß es, welcher Zylinder geklopft hat, auch wenn der Sensor zwischen zweien sitzt. Bei zwei Sensoren hört jeder auf die Zylinder, die ihm am nächsten sind.
Erkennt es Klopfen in einem Zylinder, nimmt es dort schlagartig ein paar Grad Frühzündung weg und gibt sie dann nach und nach zurück. Wiederholt sich das Klopfen, lernt es, in diesem Betriebsbereich mit weniger Frühzündung zu fahren. Genau dieser Lernwert ist es, den man bei manchen Autos als Spätverstellung pro Zylinder sieht.
Die Glühzündung bei modernen Turbomotoren
Bei kleinen Benzinern mit Direkteinspritzung und Turbo kann bei niedriger Drehzahl und hoher Last (Vollgas im hohen Gang bei 1.500 Umdrehungen) eine sehr heftige Vorentflammung auftreten. Man bringt sie mit Öltröpfchen und Ablagerungen in Verbindung, die in den Brennraum gelangen. Die neuesten Ölnormen enthalten eigene Tests, um das einzudämmen, und deshalb ist es bei diesen Motoren so wichtig, genau das Öl zu verwenden, das der Hersteller vorschreibt. Und sie nicht untertourig in hohen Gängen dahinzuquälen.
Welchen Schaden es anrichtet
Leichtes, gelegentliches Klopfen korrigiert das Steuergerät, und es passiert nichts. Starkes, dauerhaftes Klopfen, zum Beispiel mit einem unsauber umprogrammierten Steuergerät oder einem Sensor, der nicht funktioniert, frisst den Kolbenboden an, bricht die Stege zwischen den Kolbenringen und kann die Zylinderkopfdichtung durchblasen. Und eine anhaltende Glühzündung kann einen Kolben in Minuten schmelzen lassen. Wenn du also beim Gasgeben ein Klingeln hörst, ist das keine Marotte des Motors: Es ist eine Warnung.
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Schau es dir an deinem eigenen Auto an
Fast alles, was in diesem Ratgeber steht, siehst du mit Final OBD und einem eingesteckten Adapter: die Fehler erklärt, die Live-Daten und das, was zu jedem System gehört.
