R53 Tuning - Zündung - Druckversion

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R53 Tuning - Zündung - herbi - 16.06.2009

Zündung

Gerade beim Motor des Mini Cooper S kommt der Zündung eine erhöhte Bedeutung zu. Da der Cooper S aus Gründen der Produktionskosten den identischen Zylinderkopf mit dem Saugmotor des Cooper und des One teilt, jedoch wegen der niedrigeren Grundverdichtung die Kolben ihren oberen Totpunkt schon 4-5 mm unterhalb der Oberkante des Motorblocks erreichen, ergibt sich insgesamt eine ungünstige Brennraumform mit einer Neigung zum Frühzündungsklopfen. Auch zu hohe Temperatur der Ladeluft führt zu Klopfen, da die Oktanzahlanforderungen dabei höher liegen.

Klopfen bzw. klingeln heißt in diesem Zusammenhang, dass sich nach dem Zünden des Gemisches die Flammfront im Brennraum ausgehend von der Zündkerze nach allen Seiten ausbreitet. Dabei treibt sie eine Druckwelle vor sich her, die wiederum am entferntesten Punkt im Brennraum den Druck so hoch treibt, dass sich das Gemisch dort von selbst – und somit vorzeitig – entzünden kann. Da dies im Gegensatz zur normalen Zündung, die nur eine Entflammung und keine Explosion erzeugt, explosionsartig geschieht, entstehen die gefürchteten Schwingungen, Geräusche und die dramatischen Druckanstiege. Klopfende Verbrennung - Klingeln - führt zu steilem Druckanstieg von bis zu 300 bar pro Grad Kurbelwinkel (Normalwert ca. 3 - 5 bar/Grad Kurbelwinkel) und zu einer ultraschallähnlichen Schwingung sowie gleichzeitig zu Überhitzung infolge unregelmäßigen Verbrennungsablaufes.
Die Temperatur und die Druckschwingungen führen am - für normale Betriebsverhältnisse dimensionierten - Kolbenringsteg zum Anreißen und späteren Bruchverlauf von oben nach unten. Beim besonders gefährlichen Hochgeschwindigkeitsklingeln kommt es zu starker Erwärmung des Kolbenbodens. Beim MINI Cooper S ist serienmäßig eine Spritzölkühlung im Block verbaut.
In Verbindung mit der Vor-Verdichtung der Ladeluft durch den Kompressor hat der Cooper S-Motor eine erhöhte Anfälligkeit gegen sog, Frühzündungsklingeln, d.h. die leistungsfördernde Frühzündung muss aus Rücksicht auf den Motor bzw. um Schäden zu vermeiden, zurückgenommen und in Richtung des OT bzw. nach „Spät“ verlegt werden. Da mit jedem Grad Frühzündung auch das Drehmoment steigt, ist diese Verlagerung der Zündzeitpunkte nach „Spät“ kontraproduktiv. Hier beginnt die Quadratur des Kreises zwischen
- Verdichtung ( höhere Verbrennungstemperatur )
- Brennraumform ( erheblich für Verbrennungsablauf / -geschwindigkeit )
- Leistungsziel ( PS/Kw und Nm
- Noch tolerierbarer / beherrschbarer Temperatur im Brennraum und an den Ventilen einhergehend mit – zündungsabhängigen – Abgastemperaturen sowie
- den daraus resultierenden Leistungswerten und
- der Qualität der Abgaswerte.

Wesentlich sind die Abgas-Temperaturen auch für das Überleben des PreKat’s und des HauptKat’s. Eine gute Zylinderkopfkühlung und gute Brennräume mit einer recht zentralen Positionierung der Zündkerze sind gute Voraussetzungen, um das Gemisch schnell genug und klopffrei durchbrennen zu lassen. Ist der Verbrennungsdruck durch frühere Zündwinkel oder mehr Füllung höher, steigt aber auch die Verbrennungstemperatur.
Wichtig ist auch die „Durchspülung“ des Motors mit Frischgas, d.h. innerhalb der vier Arbeitstakte die möglichst vollständige Entsorgung der verbrannten Abgase und eine gute Füllung mit Frischgasen ( = Ladeluft plus zerstäubter Kraftstoff ). Wenn der Gegendruck des Abgases höher ist als der Ladedruck, verbleiben – in Abhängigkeit von den Steuerzeiten der Nockenwelle / den Ventilöffnungszeiten - verbrannte Restgase im Brennraum und erhöhen in Folge der dann insgesamt schlechteren Gasqualität im Brennraum die Klingelneigung. Helfen kann hiergegen eine Erhöhung des Ladedrucks; die mit hohem Druck in den Brennraum einströmenden Frischgase drücken die verbrannten Gase des letzten Arbeitstaktes aus dem Brennraum.

Diese kurze Erläuterung gibt einen Einblick in die Komplexität des Themas mit seiner Vielzahl an Abhängigkeiten und Variablen.

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