Zündzeitpunkt

Bei einem Fremdzündungsmotor muss die Zündkerze vor dem oberen Totpunkt (OT) des Kolbens im Verdichtungstakt zünden, nicht genau am OT selbst. Der Zündzeitpunkt beschreibt diesen Voraussprung in Kurbelwellengradanteilen: wie viele Grad vor dem OT die Zündkerze das Luft-Kraftstoff-Gemisch zündet. Ein typischer Benzinmotor zündet 10 bis 40 Grad vor dem OT, je nach Motordrehzahl, Last und Oktanzahl des Kraftstoffs. Dieses Zeitfenster ist notwendig, weil die Verbrennung Zeit benötigt, etwa 30 bis 50 Millisekunden vom Zündfunken bis zum Druckaufbau, und die Flammenfront den maximalen Druck kurz nach dem Durchgang des Kolbens durch den OT im Arbeitstakt erreichen muss, um eine wirksame Entspannung und Leistungsabgabe zu ermöglichen.

Der Zündzeitpunkt verstellt sich mit den Betriebsbedingungen. Bei Leerlauf und niedriger Last wird der Zündzeitpunkt üblicherweise zurückgenommen (näher am OT), um Motorklopfen zu reduzieren und die Emissionen zu verbessern. Mit steigender Motordrehzahl wird der Zündzeitpunkt weiter vor den OT vorverlegt, weil der Kolben schneller bewegt und die Verbrennung mehr Vorlaufzeit benötigt, um vor der Leistungsabgabe vollendet zu sein. Moderne Motoren verwenden elektronische Steuerung: Der Motor-Computer berechnet den optimalen Zündzeitpunkt durch Sensoren, die den Saugrohrunterdruck, die Lufttemperatur, die Kühlmitteltemperatur, die Drosselklappenstellung und manchmal den Sauerstoffgehalt im Abgas messen. Mechanische Zündsysteme in älteren Fahrzeugen nutzten Fliehgewichte und Unterdruckdosen, um den Zündzeitpunkt selbsttätig nachzustellen.

Klopfen und Selbstzündung sind die wichtigsten Ausfallarten. Wenn der Zündzeitpunkt zu weit vorgestellt ist, zündet die Flammenfront und drückt das Gemisch auf, bevor der Kolben die Verdichtung vollendet. Dieser schnelle Druckanstieg erzeugt ein hörbares metallisches Klingeln oder Klopfen und erzeugt Druckwellen, die Kolbenringe, Lager und Zylinderwände beschädigen. Umgekehrt, wenn der Zündzeitpunkt zu weit zurückgenommen ist, vollendet sich die Verbrennung zu spät im Arbeitstakt, verschwendet Kraftstoff und erzeugt hohe Abgastemperaturen. Ein gewisses Klopfen ist in modernen Motoren grenzwertig akzeptabel, weil Klopfsensoren es erfassen und den Computer veranlassen, den Zündzeitpunkt um Zehntelgrad zurückzunehmen.

Der Begriff "Zündzeitpunkt" stammt direkt von der physikalischen Aktion: Sie steuern, wann die Zündung relativ zur mechanischen Position auslöst. Kurbelwellengradanteile dienen als Maßstab, weil sie absolut und drehzahlunabhängig sind. Eine Kurbelwelle, die 360 Grad pro zwei vollständige Kolbenhübe rotiert, definiert den zeitlichen Ablauf; Zünden 20 Grad vor dem OT bedeutet, dass der Zündfunke auslöst, wenn die Kurbelwelle 20 Grad von ihrer höchsten Stellung im Verdichtungstakt entfernt ist.

Der Zündzeitpunkt ist bei modernen eingespritzten Fahrzeugen nicht vom Fahrer verstellbar, sondern wird in Echtzeit vom Motor-Steuergerät berechnet. Ältere Fahrzeuge mit Vergaser und mechanischer Zündanlage hatten eine Verstellschraube am Verteiler, und Mechaniker nutzten ein Zündlicht, ein stroboskopisches Messinstrument, das synchron mit Zündpulsen aufblitzt, um die Zündmarke auf der Kurbelwellenscheibe mit einer Marke am Motorblock auszurichten. Selbst kleine Versteller um 3 bis 5 Grad beeinflussen das Fahrverhalten, den Kraftstoffverbrauch und die Emissionsabgaben deutlich.