Verbrennungsaussetzer erkennen mit dem Oszilloskop

Erklärung des CSS-Skripts und der Analyse der Kurbelwellendrehfrequenz

Das USB-Autoscope-Gerät und die zugehörige Software bieten eine fortschrittliche Lösung zur präzisen Diagnose von Verbrennungsmotoren. Im Folgenden wird erklärt, wie die momentane Drehfrequenz und Beschleunigung der Kurbelwelle aus dem Signal des Kurbelwellendrehzahlsensors (CKP) ermittelt und zur Beurteilung der Zylinderwirksamkeit genutzt werden.

1. Grundlagen der Kurbelwellendrehzahlanalyse

Ein Verbrennungsmotor arbeitet durch periodische Zündungen in den Zylindern, die die Kurbelwelle antreiben. Die gleichmäßige Rotation der Kurbelwelle ist idealerweise das Ziel, doch in der Praxis führen verschiedene Faktoren, wie etwa unterschiedliche Zylinderfüllungen, Kompressionsverluste oder Zündprobleme, zu geringfügigen Schwankungen der Drehfrequenz.

• CKP-Sensor: Der Kurbelwellendrehzahlsensor erfasst die Rotationsgeschwindigkeit der Kurbelwelle und liefert ein pulsierendes Signal, das die Position und Geschwindigkeit der Welle repräsentiert.

• Signalform: Das Signal des CKP-Sensors besteht aus einer Reihe von Pulsen, die durch Zähne eines Zahnkranzes (Triggerwheel) erzeugt werden, der an der Kurbelwelle befestigt ist. Die Frequenz und die Abstände der Pulse variieren je nach Drehzahl und Beschleunigung der Kurbelwelle.

2. Ermittlung der momentanen Drehfrequenz

Das CSS-Skript wertet die Zeitabstände zwischen den aufeinanderfolgenden Pulsen des CKP-Signals aus. Da die Zähne des Triggerwheels einen konstanten Abstand haben, kann über den Zeitabstand zwischen zwei Pulsen die momentane Drehfrequenz der Kurbelwelle bestimmt werden. Dabei sind die Pulse die Zeitdifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen. Durch die kontinuierliche Berechnung dieser Frequenz entsteht ein Diagramm der momentanen Drehfrequenz, das Schwankungen in Echtzeit anzeigt. Solche Schwankungen deuten auf die mechanischen und thermodynamischen Zustände der einzelnen Zylinder hin.

3. Berechnung der momentanen Beschleunigung der Kurbelwelle

Da die momentane Drehfrequenz keine konstante Größe ist, sondern während des Motorzyklus variiert, wird die momentane Beschleunigung als Ableitung der Frequenz nach der Zeit berechnet. Die Beschleunigung gibt Auskunft darüber, wie stark sich die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle ändert. Solche Änderungen entstehen durch die Verbrennungskraft in den einzelnen Zylindern.

4. Zylindereffizienz

Das CSS-Skript analysiert die momentane Beschleunigung und identifiziert Punkte, die mit der Zündung eines Zylinders korrespondieren. Die Höhe der Punkte repräsentiert den Einfluss der Zündung auf die Beschleunigung der Kurbelwelle. Wenn ein Zylinder schwächer arbeitet (z. B. aufgrund eines Zündproblems oder einer schlechten Kompression), fällt die Beschleunigung geringer aus.

Vorgehensweise:

1. Das Kurbelwellen-Signal wird aufgezeichnet und das Diagramm der momentanen Drehfrequenz erstellt.

2. Gleichzeitig wird das Synchronisationssignal von Zylinder Nr. 1 erfasst, sei es das Zündsignal oder der Einspritzimpuls.

3. Der Benutzer gibt die Zündfolge des Motors ein (z. B. 1-4-3-6-2-5 bei einem Sechszylindermotor).

4. Das Skript teilt die erfassten Beschleunigungspunkte entsprechend der Zündfolge den jeweiligen Zylindern zu.

5. Die Effizienz jedes Zylinders wird als separate Kurve dargestellt, wobei die Höhe der Punkte die Stärke der Zündung darstellt.

5. Darstellung der Ergebnisse

Auf dem Bildschirm werden folgende Diagramme dargestellt:

• Gesamtdiagramm der momentanen Drehfrequenz der Kurbelwelle: Es zeigt die Schwankungen der Drehfrequenz über die Zeit an.

• Zylinder-Effizienz-Diagramme: Für jeden Zylinder wird ein separates Diagramm angezeigt, das die Stärke der Zündung visualisiert. Jeder Zylinder ist durch eine eigene Farbe und Nummer eindeutig zu erkennen.

Die Analyse ermöglicht es dem Diagnostiker, Schwächen einzelner Zylinder zu identifizieren. So können Probleme wie:

• Zündaussetzer

• unterschiedliche Kompressionsverhältnisse

• Einspritzprobleme

• ungenügende Füllung der Zylinder frühzeitig erkannt werden.

6. Nutzen in der Praxis

Für Kfz-Meister und Diagnostiker bietet diese Methode erhebliche Vorteile:

• Schnelle und präzise Fehlersuche: Durch die Zuordnung der Beschleunigungspunkte zu einzelnen Zylindern lässt sich genau erkennen, welcher Zylinder problematisch arbeitet.

• Objektive Bewertung: Anstatt sich auf subjektive Beobachtungen (z. B. Motorlaufgeräusche) zu verlassen, liefert die Software quantifizierbare und wiederholbare Ergebnisse.

• Zeitersparnis: Die automatische Auswertung durch das CSS-Skript verkürzt die Diagnosezeit erheblich.

• Kostensenkung: Durch gezielte Reparaturen wird der Austausch unnötiger Teile vermieden.

Das CSS-Skript stellt eine hochentwickelte Technologie dar, die Diagnostik auf Basis von Kurbelwellen-Drehfrequenzschwankungen ermöglicht. Die präzise Ermittlung der Zylinderwirksamkeit liefert wertvolle Einblicke in den Zustand des Motors und hilft dabei, selbst komplexe Probleme effizient zu lösen. Für die Aus- und Weiterbildung von Kfz-Meistern und Mechatronikern ist das Verständnis dieser Technik ein bedeutender Schritt, um moderne Diagnosesysteme effektiv nutzen zu können.

Beispiel: Aussetzer im Leerlauf in Zylinder Nr. 1 – Grund: Zu kleiner Abstand zwischen den Zündkerzenelektroden

1. Symptom

Der Motor zeigt im Leerlauf ein unregelmäßiges Laufverhalten, das sich durch Vibrationen und gelegentliche Zündaussetzer äußert. Das Fahrzeug beschleunigt zwar normal, aber im Stand ist eine instabile Drehzahl spürbar. Der Kunde beschreibt das Problem als „Motor ruckelt im Leerlauf“.