Vakuumverstellung und Zündzeitpunkt – An der Seite der meisten Verteiler befindet sich eine kleine silberne Dose, die mit Abstand am meisten missverstandene Komponente jedes US V8 Motors mit konventionellem Zündverteiler. Von vielen gefürchtet und von noch mehr ignoriert, ist die Vakuumverstelldose eine wichtige Komponente der Zündanlage, die sowohl Leistung als auch Benzinverbrauch erheblich beeinflusst. Wenn du sie nicht richtig anschließt, ist das so, als würdest du einiges an Leistung und Effizienz einfach im Klo herunterspülen.
Vakuumverstellung und Zündzeitpunkt – Funktion
Um vollständig zu verstehen, warum die Unterdruckverstellung in jedem straßentauglichen Auto notwendig ist, müssen wir uns den Zündzeitpunkt insgesamt genauer ansehen und einige Grundlagen der Zündung behandeln.
Warum brauche ich überhaupt eine Zündverstellung?
Theoretisch verbrennt das Luft-Kraftstoffgemisch in der Brennkammer sofort, wenn die Zündkerze sie zündet. Dadurch wird der Kolben in der Bohrung nach unten gedrückt und die Energie erzeugt. Das ist aber eine ziemlich einfache, “theoretische” Beschreibung des Vorgangs. In der realen Welt würden wir damit kaum genug Leistung erzielen, um den Motor selbst am Leben zu erhalten, geschweige den ein Fahrzeug adäquat zu bewegen.
Tatsächlich dauert es eine Weile, bis das Luft-Kraftstoffgemisch verbrennt. Ein magereres Luft-Kraftstoffgemisch brennt langsamer als fettes. Jeder Aspekt des Zündvorgangs dauert seine Zeit: Das Zündsignal muss von der Zündspule erzeugt werden, die Funkenenergie muss vom Rotor des Verteilers zum Anschluss an der Kappe, durch das Kabel und schließlich zur Zündkerze gelangen. Würde die Zündkerze am oberen Totpunkt (0 Grad Kurbelwellenumdrehung) gezündet, könnte der Kolben schon weit auf dem Weg zum unteren Totpunkt sein, vielleicht sogar darüber hinaus und in den Auspufftakt eintreten, bevor die Verbrennung von Luft und Kraftstoff abgeschlossen ist. Das Ergebnis wäre ein Motor, der schrecklich ineffizient wäre und sehr wenig Leistung brächte. Um dem Kraftstoffgemisch also ausreichend Zeit zum Verbrennen zu geben, starten wir die Zündung früh, bevor der obere Totpunkt (OT) erreicht ist. Dieser Vorgang wird als Frühzündung bezeichnet. Die meisten Motoren haben im Leerlauf eine Zündverstellung von 5 bis 20 Grad. Dies wird als Initialer-Zündzeitpunkt bezeichnet.
Vakuumverstellung und Zündzeitpunkt – Was ist der Unterschied zwischen Vakuumverstellung und mechanischer Verstellung?
Wenn ein Motor hochdreht, müssen wir der Zündkerze einen größeren Vorsprung geben, damit eine vollständige Verbrennung stattfinden kann. Aus diesem Grund ist in fast allen Verteilern eine mechanische Vorverstellung eingebaut. Wenn sich der Verteiler mit der Motordrehzahl immer schneller dreht, schleudern die Fliehkraft-Gewichte im Verteilergehäuse nach außen, bewegen einen Mechanismus und stellen den Zündzeitpunkt vor. Diese mechanische, auch als Fliehkraftverstellung bezeichnete, Verstellung ist eine äußerst zuverlässige und einfache Lösung zur Steuerung des Zündzeitpunktes bei bestimmten Motordrehzahlen. Dies kann durch Ändern der Federkraft an den Gewichten des Verteilers eingestellt werden, und der Anteil der mechanischen Vorverstellung kann anhand der Anschlagbuchsen im Mechanismus erhöht oder verringert werden. Je schneller der Motor dreht, umso früher kommt der Zündfunke.
Mechanische Vorverstellung klingt ziemlich toll, und das Problem scheint gelöst (theoretisch). Aber es gibt ein großes Problem damit. Die mechanische Verstellung basiert auf einer einzigen Referenz: der Motordrehzahl. Die kann aber weder die Motorlast, das Kraftstoffgemisch noch eine der vielen anderen Variablen berücksichtigen, die den idealen Zündzeitpunkt bestimmen. Aus diesem Grund lässt sie sich am besten mit einer anderen Form der Zündverstellung kombinieren: Du hast es erraten, die Vakuumverstellung.
Was bringt mir das?
Wenn du bei einem Auto mit korrekt eingestellter Vakuumverstellung auf der Autobahn fährst und dabei eine Zündzeitpunktlampe anbringen würdest, wärs du äußerst überrascht. Deine Zündlichtpistole würde 40-50 Grad vor OT anzeigen. Oh Gott, Klingeln in Reinkultur? Detonation pur? Motorschaden? Nein. Nicht auf einem ebenen Autobahnabschnitt. In dieser Situation ist das, was viele als radikale Harakiri Zündeinstellung betrachten würden, tatsächlich ziemlich vorteilhaft für die Motorleistung.
Ein Zündzeitpunkt, der einen Motor bei Vollgas (WOT) potenziell beschädigen könnte, kann tatsächlich dabei helfen, den Kraftstoffverbrauch auf der Autobahn deutlich zu senken. Magere Kraftstoffgemische verbrennen nämlich sehr langsam und bei Reisegeschwindigkeit sollte der Motor ein stöchiometrisches Verhältnis von etwa 14,7:1 erreichen (das magerste Verhältnis, das er jemals erreichen wird). Die zusätzliche Frühzündung durch die Unterdruckverstellung ermöglicht dem mageren Reisegemisch eine möglichst vollständige Verbrennung während des Arbeitstakts und maximiert die Motoreffizienz.
Wie wird das gesteuert?
Aber woher weiß die Unterdruckverstellung, wann sie eingreifen muss? Ganz einfach. Wenn ein Auto auf einer ebenen Strecke der Autobahn fährt, sind die Drosselklappen im Drosselklappengehäuse bzw. Vergaser kaum geöffnet, da nur sehr wenig Motorleistung erforderlich ist, um ein Fahrzeug im hohen Gang auf einer ebenen Strecke zu bewegen.
Wenn der Motor auf der Autobahn zwischen 2000 und 3000 U/min läuft und die Drosselklappe ganz leicht geöffnet wird, schießt der Unterdruckwert im Ansaugtrakt stark nach oben. Dieser Unterdruck übt eine Zugkraft auf die Membran im Inneren der Unterdruckdose aus, die mit einem Mechanismus verbunden ist, um den Zündzeitpunkt zu verstellen.
Einfluss auf die mechanische Verstellung
Nehmen wir an, du stößt auf einen Hügel oder überholst ein anderes Auto, während du auf der Autobahn fährst. Wenn du mehr Gas gibst, strömt Luft durch den Vergaser in den Ansaugkrümmer, wodurch das Vakuum abfällt und die Membran in der Unterdruckdose wieder zurückgestellt wird. Dadurch wird der Zündzeitpunkt wieder auf den Wert zurückversetzt, der durch die Motordrehzahl und mechanischer Verstellung normalerweise erreicht wäre.
Wir können also Drosselklappenposition und sogar den Lastzustand, wie bei modernen computergesteuerten Motoren, komplett abbilden und damit die Zündkurve beeinflussen und das auch noch ohne Computer, Mapping und Programmierung. In den 80er Jahren wurden übrigens Vakuumanzeigen in die Fahrzeuge ab Werk eingebaut, die eine entsprechende Lastkurve anschaulich angezeigt haben. Diese Economy Anzeigen waren nichts anderes als Vakuumuhren, die bei einer benzinsparenden Fahrweise helfen sollten, dem Fahrer den Lastzustand zu zeigen.
Vakuumverstellung und Zündzeitpunkt – Wie muss nun die Vakuumdose angeschlossen werden?
Es wird viel darüber diskutiert, an welchen Anschluss die Vakuumdose der Zündverstellung angeschlossen werden sollte. Diskutiert werden hier immer drei generelle Möglichkeiten, 1. weglassen, 2. Manifold Vakuum und 3. Ported Vakuum. In den einschlägigen Internetforen wimmelt es von vielen unterschiedlichen Meinungen zum Thema. Es gibt jedoch nur einen richtigen und viele falsche Wege. Und das ist keine Meinung, sondern einfach eine Tatsache.
Wenn du deine Vakuumdose an eine Direktquelle anschließt (Manifold Vakuum), kann die Dose bereits im Leerlauf eingreifen, was aus mehreren Gründen gut ist. Ähnlich wie bei Reisetempo auf der Autobahn laufen Motoren im Leerlauf magerer als unter Last. Dies bedeutet wiederum, dass das Gemisch langsamer verbrennt und einen früheren Zündfunken benötigt, um die Verbrennung zu optimieren. Wenn wir sicherstellen, dass das Gemisch vollständig verbrannt ist, bevor es durch den Auslasskanal austritt, läuft der Motor im Leerlauf auch kühler. Alle Vergaserautos wurden übrigens ab Werk mit direktem Unterdruck zum Verteiler ausgestattet, bevor strengere Emissionsanforderungen aufkamen. Abgesehen davon, dass bei mehr Frühzündung im Leerlauf das Ansprechverhalten wesentlich besser ist. Ein weiterer positiver Effekt ist auch die Eliminierung des Dampfblasen-Ungeheuers, aber dazu schreibe ich ein anderes Mal mehr.
Vakuumverstellung und Zündzeitpunkt – Anschlüsse
Ported Vakuum als Unterdruckquelle ist das Ergebnis von Emissionsgesetzen und Herstellern, die alles Mögliche versucht haben, um große V8-Motoren noch vor der Verwendung des Katalysators durch die Abgasuntersuchung zu bringen. Die Idee war, dass durch eine geringe oder keine Zündverstellung im Leerlauf das Abgas den Zylinder noch brennend verlässt und die Effizienz veralteter Lufteinblassysteme dadurch maximiert wird. Motoren aus dieser Zeit liefen oft sehr, sehr heiß, waren anfällig für verzogene Auslassventile, gerissene Zylinderköpfe und alle möglichen anderen Probleme. Bei Verwendung von Ported Vakuum für die Zündverstellung kann die Unterdruckverstellung bei gleichmäßiger Fahrt immer noch ihre Aufgabe erfüllen, aber alle Vorteile und auch die Leerlaufkühlung gehen verloren.
Hier mal ein kurzes Experiment, das du leicht selbst an deinem Auto ausprobieren kannst. Schließ den Schlauch der Unterdruckdose an eine beiden möglichen Vakuumquellen an und prüfe jeweils die Leerlaufdrehzahl. Ich wette, die Drehzahl hat beim Anschluss der Dose am Manifold-Vakuum zugenommen. Warum? Weil die zusätzliche Zündverstellung, die durch die Dose mit vollem Vakuum im Ansaugkrümmer erreicht wurde, es dem Motor ermöglichte, das Luft-Kraftstoffgemisch effektiver zu verbrennen. Er erzeugt daher mehr Leistung (auch im Leerlauf) und die Drehzahl steigt infolgedessen.
Wie soll ich Vakuumverstellung und Zündzeitpunkt bei Kompressor oder Turbolader machen?
Wenn dein Auto mit einem Kompressor oder Turbo ausgestattet ist, kannst du die Unterdruckverstellung trotzdem problemlos anschließen. Die Unterdruckverstellung kennt den Unterschied zwischen Überdruck und Nulldruck nicht. Tatsächlich reagiert sie auf beides gleich. Wenn der Turbo/Kompressor beginnt, positiven Krümmer druck (Ladedruck) zu erzeugen, verschwindet der Einfluss der Unterdruckverstellung sofort, genauso wie es bei einem Auto mit Saugmotor der Fall wäre, bei dem gerade Gas gegeben wurde. Jetzt kann es etwas kompliziert werden. Bei einem Roots-Gebläse sollte die Unterdruckzufuhr zum Verteiler unter dem Gebläse hindurchgeführt werden. In bestimmten Fällen kann zwischen dem Vergaser und der Oberseite des Gebläses ein leichtes Vakuum entstehen und das Letzte, was wir wollen, ist, dass der Verteiler ein falsches Unterdrucksignal erhält und die Zündung unter Ladedruck positiv verstellt. Gerade bei Roots-Kompressoren, wäre aber der Kühlungseffekt durch mehr Frühzündung im Leerlauf interessant, um der starken Temperaturentwicklung entgegenwirken zu können. Blower-Motoren werden durch den schlechten Wirkungsgrad extrem schnell heiß.
Rennmotoren sind meist nicht mit einer Unterdruckverstellung ausgestattet. Warum ist das so?
Es stimmt. Wenn du zu deiner örtlichen Rennstrecke fährst und dir die Verteiler der Motoren anschaust, wirst du einen deutlichen Mangel an Vakuumdosen bemerken. Der Grund dafür ist einfach: Rennwagen laufen hauptsächlich bei Vollgas, wie man es von einem „Rennauto“ ja auch erwarten würde. Anders als im Straßeneinsatz, wo die Motoren kalt starten, einen akzeptablen Kraftstoffverbrauch haben sollen und im Verkehr im Leerlauf laufen müssen, ohne zu überhitzen, gibt es beim Rennwagen nicht so viele Schwankungen in den Betriebsbedingungen. Und wie wir bereits erwähnt haben, ist bei niedrigem Saugrohrunterdruck kein Unterdruckverstellbereich vorhanden, das System würde bei einem Auto, das mit Vollgas gefahren wird, nichts verändern. Würde eine Vakuumdose bei einem Rennwagen Probleme verursachen? Nein, würde sie nicht, aber der Einfachheit halber lassen die meisten Racing- orientierten Verteilerhersteller sie einfach weg.
Vakuumverstellung und Zündzeitpunkt – Fazid
Dieser Artikel wurde auf basis meiner über 30 Jährigen Erfahrung mit US-Cars und der Erfahrung vieler Fachleute, Freunde und Kollegen (die übrigens am Anfang auch oft den Schlauch falsch gesteckt haben) aus der Banche erstellt. Ich selbst wurde von jemanden “Aufgeklärt” der den Job damals(in den 90ern) schon über 30 Jahre gemacht hat. In den Original-Handbüchern der Autohersteller stehen diese Daten sogar richtig drin und es gibt bei dem ein oder anderen “Surviver” auch Aufkleber im Motorraum wo das noch drauf steht.
Die missverständliche “Anleitung” der Edelbrockvergaser mit der Bezeichnung “Timed Vakuum” für den Ported Vakuumanschluss hat viele Leute auf einen falschen weg geführt. Einige haben das als “Timing Vakuum” falsch verstanden. Sicher eine weitere Ursache für die Verwirrung ist auch der Fakt das es tatsächlich Verteiler gibt die den Verstellbereich mit zwei Anschlüssen haben.
Auch wenn sich immer noch einige “Fachleute” der branche dagegen stellen und meinen sie wüssten es besser. Bitte schaut euch die Faktenlage nochmal genau an und probiert es einfach mal aus. Ach und übrigens “Dampfblasen im Kraftstoffsystem” ist absoluter Blödsinn der erst duch Falschen Service und schlechte Setups entstanden ist, auch wenn einige Leute mit diesem Schreckgespenst eine menge Geld verdienen.Ein original Motor braucht keinen befummelten Verteiler oder Isolationsplatten unter dem Vergaser. Eine korrekte Vergaser/Zündeinstellung reicht völlig aus.
Der großteil des Inhalts und die Bilder stammen aus diesem US Artikel der Hot-Rod den ich übersetzt und etwas erweitert habe: