Wozu brauche ich einen Klopfsensor?

In einem Benzin-Verbrennungsmotor ist unter bestimmten Umständen ein metallisches Klopfgeräusch zu hören. „Klopfende Finger“, sagen manche Fahrer. Tatsächlich wird dieses Phänomen als Klopfen bezeichnet und sein Auftreten ist äußerst unerwünscht, da es aufgrund der enormen Geschwindigkeit der Flammenfrontausbreitung (mehr als 2000 m/s) und der hohen Stoßbelastungen an den Zylinderwänden, dem Kolben und dem Zylinderkopf zu einem Motorschaden führen kann. Um das Gefahrenniveau zu kontrollieren, wird ein Detonationssensor am Zylinderblock installiert.

Der Detonationssensor wird verwendet, um den Grad der Detonation während des Betriebs eines Benzin-Verbrennungsmotors zu überwachen. Der Sensor ist am Motorzylinderblock montiert. Er ist ein wichtiger Bestandteil des Motormanagementsystems, da er es ermöglicht, die maximale Motorleistung zu erzielen und die Kraftstoffeffizienz sicherzustellen.

Was ist eine Detonation?

Eine Detonation oder korrekter eine Detonationsverbrennung tritt auf, wenn ein Teil des Kraftstoff-Luft-Gemischs, das von der Zündkerze entfernt wird, durch die Flammenfront erhitzt wird und sich spontan entzündet, um eine Explosion zu bilden. Eine Detonation wird von akustischen Anzeichen begleitet – metallisches Klopfen im Kurbeltrieb. Der Detonationsgrad bezieht sich auf den Teil des Kraftstoff-Luft-Gemischs, der mit einer Detonation verbrennt.

Ursachen für eine Detonation sind:

1. chemische Zusammensetzung des Kraftstoffs (Oktanzahl);
2. Konstruktionsmerkmale des Motors (Kompressionsverhältnis, Lage der Zündkerzen, Form des Brennraums usw.);
3. Betriebsbedingungen (Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemischs, Zündvorverstellwinkel, Motorlast, Ruß auf Brennraumteilen usw.).

Die Folge einer Detonationsverbrennung ist eine erhöhte Wärmeableitung der Kurbelmechanismuselemente, die mit erhöhtem Verschleiß, Bruch und Zerstörung einhergeht. Wie oft dieses Phänomen auftreten kann, hängt von drei Hauptfaktoren ab.

Zunächst wird die Wahrscheinlichkeit des Auftretens durch die chemische Zusammensetzung des Benzins beeinflusst, genauer gesagt durch seine Oktanzahl. Je höher diese ist, desto widerstandsfähiger ist das Benzin gegen dieses Phänomen. Der zweite Faktor, der nicht weniger Einfluss hat, sind die Konstruktionsmerkmale des Motors, nämlich das Verdichtungsverhältnis, die Form der Brennkammer, die Position der Zündkerzen, die Form des Kolbenbodens usw. Beispielsweise ist ein Motor mit einem höheren Verdichtungsverhältnis anfälliger für Klopfen und benötigt Benzin mit hoher Oktanzahl. Warum schreiben die Hersteller sonst die minimal zulässige Oktanzahl auf die Tankklappe? Der dritte Faktor sind die Betriebsbedingungen des Motors. Die Wahrscheinlichkeit einer Detonation wird durch die Zusammensetzung des Arbeitsgemischs, die Last, den gewählten Gang und Ruß beeinflusst.

Wie funktioniert der Detonationssensor?

Das Funktionsprinzip des Detonationssensors basiert auf dem Piezoeffekt. Der Sensor besteht aus einer piezoelektrischen Platte, an deren Enden bei einer Detonation eine Spannung entsteht. Je größer die Amplitude und Frequenz der Schwingung, desto höher die Spannung. Wenn die Spannung am Sensorausgang einen vorgegebenen Wert überschreitet, der einem bestimmten Grad an Detonation entspricht, korrigiert die elektronische Steuereinheit die Betriebseigenschaften des Zündsystems, um den Vorzündwinkel zu verringern. Auf diese Weise wird die optimale Eigenschaft des Systembetriebs für bestimmte Betriebsbedingungen erreicht.

Der Klopfsensor erfasst die Energie der mechanischen Schwingungen des Zylinderblocks und wandelt sie in elektrische Impulse um. Der Klopfsensor sendet kontinuierlich Signale an die elektronische Motorsteuerung, die daraufhin die qualitative Zusammensetzung des Arbeitsgemischs und den Zündvorverstellwinkel ändert.

Es gibt eine bestimmte Sicherheitsschwelle. Wenn der Spannungswert diese überschreitet, gibt die elektronische Steuereinheit einen Befehl zur Reduzierung des Zündvorverstellwinkels.

Wenn der Klopfsensor nicht richtig funktioniert (kein Signal), leuchtet die entsprechende Signallampe auf dem Armaturenbrett auf, der Motor läuft jedoch weiter.

Ausfall des Klopfsensors

Wenn der Klopfsensor nicht richtig funktioniert, leuchtet die Anzeigelampe auf dem Armaturenbrett auf. Der Motor läuft und das Auto kann gefahren werden. Die Antwort auf die berechtigte Frage, warum dieser Sensor dann benötigt wird, lautet wie folgt.

Bei alten Fahrzeugen, die nicht mit einer elektronischen Steuereinheit ausgestattet sind, wurde der Zündvorverstellwinkel manuell durch Drehen der Zündverteilerkappe korrigiert. Dadurch konnte das Zündsystem je nach Oktanzahl des Benzins eingestellt werden, die an verschiedenen Tankstellen stark variieren kann. Bei einem modernen Motor ist die Einrichtung des Zündverstellers anders, seine Abdeckung ist fest, sodass diese Funktion von der ECU ausgeführt wird. Dementsprechend kann der Zündvorverstellwinkel nicht korrigiert werden, wenn der Klopfsensor ausfällt.

Ein defekter Klopfsensor beeinträchtigt die Dynamik und Wirtschaftlichkeit des Motors. Das Funktionsprinzip der elektronischen Steuereinheit ist so ausgelegt, dass sie bei einer Fehlfunktion des Sensors aus Sicherheitsgründen die Zündung auf eine bekannte späte Zündung einstellt, um die Möglichkeit einer Zerstörung des Motors auszuschließen. Infolgedessen arbeitet das Triebwerk, verbraucht jedoch viel mehr Kraftstoff und die Dynamik der Maschine verschlechtert sich. Der zweite Effekt macht sich besonders bei erhöhter Last bemerkbar.

Überprüfung des Klopfsensors

Die wichtigsten Symptome, die auf einen Ausfall dieses Geräts hinweisen:

• Leistungsabfall;
• Verschlechterung der Beschleunigungseigenschaften und starker Anstieg des „Appetits“ des Motors;
• Rauchausstoß.

Gleichzeitig leuchtet die Motorfehlfunktionsanzeige auf dem Armaturenbrett auf. Darüber hinaus kann sie ständig brennen oder auch nur kurz aufleuchten, wenn die Last zunimmt.

Nicht immer ist ein Scanner zur Hand, der den Fehlercode lesen und entschlüsseln kann. Nicht immer ist es möglich, eine Werkstatt aufzusuchen. Es stellt sich die Frage: Wie kann man den Klopfsensor selbst überprüfen? Von den Werkzeugen benötigen Sie ein digitales Multimeter.

Zunächst muss festgestellt werden, welchen Widerstand ein funktionsfähiger Sensor bei einem bestimmten Fahrzeug- oder Motormodell haben sollte, da alle Hersteller unterschiedliche Werte haben. Wenn er vom Normalwert abweicht, muss er ausgetauscht werden.

Sie können auch die Spannung an den elektrischen Kontakten des Sensors überprüfen. Dazu müssen Sie den elektrischen Stecker der Sensorstromversorgung abziehen und den Sensor vom Motor entfernen. Danach wird das Multimeter in den Spannungsmessmodus in Millivolt geschaltet, die Plus-Sonde wird an den Signalkontakt und die Minus-Sonde an die Sensormasse (das Loch, durch das die Motorbefestigungsschraube verläuft) angeschlossen.

Die Überprüfung des Klopfsensors besteht darin, den Sensor mit den angeschlossenen Sonden in die Handfläche zu klemmen und dann leicht auf eine Oberfläche zu klopfen. Beim Klopfen sollte das Multimeter das Auftreten von Spannung erkennen (normalerweise liegt sie bei etwa 30–40 mV). Das Prinzip ist einfach: Je stärker der Aufprall, desto größer ist die Potenzialdifferenz zwischen den Elektroden. Da die Spannung gering ist, kann sie nicht von jedem Gerät gemessen werden. Daher muss sichergestellt werden, dass das verwendete Messgerät für solche Messungen ausgelegt ist. Eine vollständige Abwesenheit von Potenzialdifferenz weist darauf hin, dass der Detonationssensor defekt ist.