Auswirkungen von Kompression und Nebenluft
Hallo,
es ist eine eher allgemeine Frage die ich gerne loswerden möchte. Ich hab so das ein oder andere Phänomen an meinem Passat (35i, 1.8l, PF). Daher mache ich mir schon seit einer Weile meine Gedanken. Ich weiß, dass er auf drei der vier Zylinder nicht mehr arg so viel Kompression hat. Zudem haben da offensichtlich Generationen schon dran rumgebastelt. Daher meine Fragen:
1. Welche Auswirkungen kann es denn ganz allgemein haben, wenn ein Motor zum einen überall zu wenig, andererseits nur auf einzelnen Zylindern zu wenig Kompression hat? Was sind denn da so typische Folgen, an denen man das bemerken könnte?
2. Welche Auswirkungen kann es denn ganz allgemein haben, wenn ein Motor Nebenluft zieht, welche vom Luftmengenmesser nicht mitgemessen wurde?
Ich möchte mich dabei nicht nur auf meinen Passat beziehen. Ist so eine ganz allgemeine Wissenslücke, da ich nicht selber KFZ-Mechaniker bin und daher nicht über allzu viel praktische Erfahrung verfüge. Vielen Dank.
Viele liebe Grüße,
Chris
6 Antworten
Servus !
Ich weiß zwar nicht, warum Du das ins BMW-Motoren-Forum schreibst, aber eigentlich ists wurscht, da das Folgende für alle Wärmekraftmaschinen gilt:
Der nach dem Otto-Printip arbeitende Hubkolbenmotor leistet im dritten Takt, dem so genannten Expansionshub Arbeit. Diese Arbeit verrichtet das durch Fremdzündung (Zündkerze) zur Verbrennung gebrachte Gemisch aus Luft und zerstäubtem bzw. verdampftem Kraftstoff. Hier von einer Explosion zu sprechen wäre falsch, da das Gemisch ausgehend von der Entzündung an der Zündkerze von einer durchlaufenden Flammfront verbrannt wird.
Durch die Verbrennung dehnt sich das Gemisch aus. Da bei dieser Wärmezufuhr das Brennraumvolumen im oberen Totpunkt des Kolbens gleich bleibt, spricht der Thermodynamiker hier vom Gleichraumprozess.
Das Arbeitsvermögen, also gewissermaßen die Leistung des Motors, hängt jetzt neben einigen anderen Faktoren auch von der Energie ab, die bei der Expansion des Frischgases über den Kolben an die Kurbelwelle abgegeben wird. Diese Energie ist um so höher, je größer der Unterschied von angesaugtem Frischgasvolumen zu Kompressionsvolumen ist. Dieses Verhältnis nennt man Verdichtung und kennzeichnet sie mitdem griechischen Buchstaben klein epsilon.
Man unterscheidet hier:
Geometrische Verdichtung : e = ( Vh + Vk) / Vk
Das ist die sich aus den "Hardwarebedingungen" wie Kompressionsraum (Vk) und Hubraum (Vh) ergebene theoretisch maximale Verdichtung bei einem Füllungsgrad von 100% beim Ansaughub.
Effektive Verdichtung: Hier geht der Füllgrad noch in die Rechnung mit ein, der bei guten Saugmotoren bei 90-94% liegen kann, aufgeladene Motoren erreichen hier auch Werte über 100%.
Wenn nun ein Motor eine geringere Verdichtung hat, bedeutet das, daß sein Arbeitsvermögen geringer ist und somit (weil Leistung = Arbeit pro Zeit) bei einer bestimmten Drehzahl auch die Motorleistung geringer ausfällt, als bei einem sonst gleichen Motor mit höherer Verdichtung.
Mit der Verdichtung steigt auch der Motorwirkungsgrad. Dieselmotoren mit einer Verdichtung zwischen 16:1 und 21:1 haben (auch aufgrund einiger anderer thermodynamisch bedingter Gegebenheiten) einen höheren Wirkungsgrad als Ottomotoren, die im Bereich zwischen 8,5:1 und 12,5:1 verdichtet sind.
Bei Aufgeladenen Motoren muß aufgrund der klopffestigkeit des Kraftstoffes die Verdichtung reduziert werden (abhängig vom Aufladegrad auf etwa 7:1 bis 9:1), was duirch den höheren Füllgrad und die damit dennoch höhere effektive Verdichtung mehr als kompensiert wird.
Dies mal so als grober Abriss. In Wirklichkeit sind die Zusammenhänge noch etwas komplexer, aber das würde an dieser Stelle zu weit führen.
Gruß
Tobias
Zum 2. Teil:
Damit der Motor in allen Betriebsbereichen optimal arbeitet, ist eine exakte Bemessung des Kraftstoffes zu dem angesaugten Frischgasvolumen notwendig. Dies geschah früher durch Vergaseranlagen, die, abhängig von der Größe der Kraftstoffdüse, eine dem Volumenstrom, der mit der Drehzahl steigt, proportionale Kraftstoffmenge beimessen. Heute findet man aufgrund schärferer Bestimmungen hinsichtlich Emissionen an allen Fahrzeugen ausschließlich Einspritzsysteme, die computergesteuert genau so viel Kraftstoff beimessen, wie der Motor im aktuellen Betriebspunkt und der Katalysator zum optimalen Arbeiten benötigen. Bei betriebswarmem Motor reichern Einspritzanlagen für Fzg. mit G-Kat auf Lambda = 1 an. Das heißt daß pro kg eingespritztem Kraftstoff 14,5 kg Luft zur Verbrennung zur Verfügung stehen.
Dies ist kein willkürlicher Wert, ein sondern aus chemischen Zusammenhängen stammender Wert, das sogenannte stöchiometrische Verhältnis. Dieses hängt zum einen vomn der Kraftstoffsorte ab un zum anderen vom Reaktionspartner, in diesem Fall Umgebungsluft mit 21% Sauerstoffanteil.
Wird nun an einer stelle, an der die Sensorik der Eispritzanlage dies nicht mehr wahrnehmen kann, Nebenluft ins System eingeschleust, so kann das System dem auch nicht durch eine Anreicherung des Gemisches entgegensteuern. Folge: Das stöchiometrische Gemisch magert ab. Dadurch steigt die Verbrennungstemperatur und mit ihr der Ausstoß an Stickoxiden (NOx). Gleichzeitug sinkt die Motorleistung, da ein zu mageres Gemisch bei Wärmezufuhr kein so hohes Arbeitsvermögen besitzt. Daher fahren Motoren im Motorsport bei Vollast eher mit angereichertem Gemisch um Lambda 0,85 bis 0,90.
Nebenluft bei kaltem Motor bzw. beim Kaltstart kann zu Folge haben, daß der Motor nicht mehr anspringt bzw. unrund läuft. Da in kaltem Zustand ein Teil der eingespritzten Kraftstoffmenge nicht vernünftig verdunstet, ein Teil sogar an kalten Motorteilen wie z.B. den Wänden des Ansaugsystems kondensiert, ist das zündfähige Gemisch zusätzlich abgemagert, weswegen hier die Kaltstartanreicherung eingreift und mehr Kraftstoff einspritzt, daß auf jeden Fall ein zündfähiges Gemisch zustande kommt.
Leichte Nebenluftlecks können vom Einspritzsystem ausgeregelt werden, wobei hier logischerweise der Kraftstoffverbrauch steigt. Alte Vergaser mit fest eingestellter Kraftstoffbeimessung reagieren auf Nebenluft sehr empfindlich.
Gruß
Tobias
Vielen Dank Tobias,
ich habe diesen Beitrag auch ins VW Motoren-Forum geschrieben. Da ich aber auch einen BMW 316i (E36) habe, wollte ich es auch mal in diesem Forum probieren, habe aber noch den Bezug zum VW drin gehabt. Ist auch eher eine allgemeine Frage gewesen. Mein Passat hat halt ein kleines Leerlaufproblem. Im Leerlauf sägt er ständig mit der Drehzahl hoch und runter. Alles erdenkliche wurde geprüft oder gewechselt. Meine letzte Vermutung ist nun Falschluft zwischen Drosselklappe und Einlassventilen gewesen. Gerade im Leerlauf bei geschlossener Drosselklappe müsste es ja schon enorm stören, wenn er dort Falschluft zieht. Vielleicht versucht er auf die abfallende Drehzahl immer wieder zu reagieren und versucht sie irgendwie auszuregeln. Keine Ahnung. Anders kann ich mir das "sägen" zwischen 800 und 1100 min^-1 nicht so recht erklären. Jemand aus dem VW Forum meinte genau das selbe Problem gehabt zu haben. Sie haben den Motor getauscht, weil er auf einem Zylinder unter 5 bar Kompressionsdruck hatte. Seitdem ists weg. Bei meinem Passat habe ich 11, 9, 9, 9 bar. Ist zwar nicht mehr so gut, aber kann es daran liegen? Daher halt die ganz allgemeine Frage an Leute, die praktische Erfahrung haben. Wie äußert sich mangelnde Kompression und Falschluft im Betrieb? Was für typische Erscheinungen treten auf, außer dass Leistung fehlt.
Vielen Dank nochmals für die ausfühliche Antwort von Tobias.
Chris
Servus nochmal !
2 Bar Druckunterschied zwischen den Zylindern ist noch im Bereich des Vertretbaren. VW gibt bei den 10:1 verdichteten Motoren (wie auch der PF einer ist) eine Verschleißgrenze von 7,5 bar und einen maximalen Druckunterschied von 3,5 bar zwischen den einzelnen Zylindern an.
Sägender Motorlauf hängt nicht direkt mit unterschiedlichen Kompressionswerten der Zylinder zusammen (zumindest nicht, wenn es sich im Rahmen bewegt). 5 bar ist natürlich schon arg wenig, da ist was ganz gravierend faul, wahrscheinlich die Brennraumabdichtung ventilseitig. Und in dem Fall gehen unverbrannte Gemischanteile ins Abgassystem, ebenso unverbrauchter Restsauerstoff im Frischgas. Und der wird von der Lambdasonde erkannt und als zu mageres Gemisch gedeutet, wodurch die Einspritzanlage anreichert, evtl. zu viel des Guten. In diesem Fall hätte aber ein Tausch des Zylinderkopfes bzw. oftmals sogar ein Neueinschleifen der Ventile, damit diese wieder hinreichend abdichten, ausgereicht.
Anders, wenn die Kompressionsverluste durch verschlissene Kolbenringe entstehen. Dann wandert das komprimierte Frischgas teilweise ins Kurbelgehäuse, wobei unverbrannter Kraftstoff das Öl verdünnt (Gefahr des Abrisses des dünnen Schmierfilms an der Zylinderwand). Beim Arbeitshub werden durch Blow-By-Gase zusätzlich Rußanteile ins Öl befördert, wodurch dieses schnell gesättigt ist und seinen Schmiereigenschaften nicht mehr ausreichend nachkommen kann.
In Deinem Fall tippe ich eher auf Probleme in der Gemischaufbereitung, also entweder ein Fehler in der Einspritzanlage (Tip: mal den blauen Temperatursensor für 11 Euro erneuern), evtl. durch Nebenluft (Flansch der Einspritzanlage bzw. Drosselklappe undicht ?, Unterdruckschlauch vom Saugrohr zum Bremskraftverstärker rissig ?).
Die Kompressionswerte sind zwar auf 3 Zylindern unter Soll, aber noch längst nicht an der Verschleißgrenze. Der Druckunterschied zwischen den Zylindern ist auch noch einigermaßen im Rahmen.
Viel Erfolg bei der Fehlersuche
Tobias
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Vielen Dank Tobias,
meine nächste Vermutung liegt auch in Richtung Falschluft im Ansaugtrakt. Als wir bei meinem PF die Kompression geprüft hatten, kamen wir zu der Vermutung, dass der Druck über Kolben/Zylinder verschwindet. Ist halt nicht mehr der Jüngste. Den Temperatursensor hab ich langsam auch ausschließen können. Hab auch mal die Kabel zwischen Sensor und Steuergerät durchgemessen. Was ich auf die Schnelle machen konnte hab ich gemacht. Bleiben nur noch Lecks im Ansaugtrakt übrig. Hatte auch mal alle Unterdruckleitungen blind gemacht: Lief unverändert.
Vielen Dank erstmal. Ich suche weiter.
Also beim Motorrad kannst WD-40 auf den Ansaugkanal sprühen, dann geht die Leerlaufdrehzahl hoch. Müsste beim Auto wohl auch gehen?