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Lexikon der Chemie: Klopfen

Klopfen, eine akustische Erscheinung bei Verbrennungsmotoren (Otto- und Dieselmotoren), die infolge anomaler Verbrennungsvorgänge im Motor auftritt und zu Leistungsminderung, überhöhter mechanischer Beanspruchung des Motors und Überhitzung von Kolben und Zylinder führt. Die häufigste Form des K. von Ottomotoren ist das Zündklopfen (Beschleunigungsklopfen), für das die mit steigender Temperatur und Druck ablaufenden Vorreaktionen im Kraftstoff-Luft-Gemisch verantwortlich sind. Durch Oberflächenzündung, die vor allem durch Ablagerungen im Verbrennungsraum ausgelöst wird, kommt es zum Klingeln des Motors. Eine besondere Form der Oberflächenzündung ist das Weiterlaufen des Motors (Dieseln), das sich bemerkbar macht durch Erschütterungen, die nach Abschalten der Zündung das gesamte Fahrzeug erfassen. Bei Verdichtungsverhältnissen oberhalb 9 : 1 wird die als Rückstandszündung oder Rumpeln bezeichnete Erscheinung beobachtet. Sie wird ebenfalls durch Ablagerungen im Verbrennungsraum ausgelöst und tritt vorzugsweise bei hohen Drehzahlen auf. Das Hochgeschwindigkeitsklopfen tritt auf, wenn der Motor über einen längeren Zeitraum bei hohen Drehzahlen mit einem Kraftstoff niedriger Octanzahl betrieben wird. Die Auswirkungen sind meist erheblich schwerwiegender als beim Zündklopfen, da bei der hohen Geschwindigkeit die Nebengeräusche (Wind) das K. überdecken und oftmals erst die Zerstörung des Motors die mangelnde Kraftstoffqualität anzeigt.

Klopftheorien. Die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Motoren ist so geregelt, daß sich die Flammenfront, ausgehend vom Zündkerzenfunken, mit einer Geschwindigkeit von 15 bis 30 m/s ausbreitet. Die als Verpuffung ablaufende Verbrennung bedingt im Verbrennungsraum einen Druckanstieg, der den Kolben zur Arbeitsleistung zwingt. Die Erscheinung des K. tritt dann auf, wenn in den vor der Flammenfront befindlichen Gasen Vorreaktionen ablaufen, die die Selbstentzündungstemperatur des Gasgemisches herabsetzen, so daß sich dieser Teil des Gas-Luft-Gemisches detonationsartig zersetzt. Die Folge dieser Selbstentzündung ist eine starke lokale Erhöhung des Druckes, während das normal verbrennende Gas-Luft-Gemisch einen Druck aufweist, der wesentlich darunter liegt. Im Zylinder befinden sich somit zwei unterschiedliche Druckbereiche, deren Ausgleich das Klopfgeräusch hervorruft. Eine andere Hypothese geht davon aus, daß während der Verbrennung durch eine Gegenströmung Mikrowellenturbulenzen in der Flammenfront entstehen, wodurch die Flammenfront auf 50 bis 100 m/s beschleunigt wird. Der Massefluß überschreitet dabei auf der heißen Seite der Flammenfront die Schallgeschwindigkeit, so daß möglicherweise das K. eine Art "Überschallknall" darstellt. Durch den Zusatz von Antiklopfmitteln und durch günstige Gestaltung des Brennraums versucht man das K. zu verhindern. Die Klopffestigkeit eines Kraftstoffes wird durch die Octanzahl charakterisiert.

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