Autotechnik
Zündsysteme in Ottomotoren

Die Geschichte der Zündsyteme

Hier werden technische Grundlagen für den Laien verständlich erklärt!
Auf detaillierte Erklärungen zu komplexen Zusammenhängen wurde bewusst verzichtet.

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Das Zündsystem

Zündspule Da bei Ottomotoren das Kraftstoff-Luft-Gemisch "Fremd" gezündet wird, ist eine Zündanlage erforderlich.

Die Entwicklung der Zündsysteme ist schnell voran geschritten. Insbesondere die Abgasvorschriften und die damit verbundene Verringerung der Schadstoffemissionen, machten genauere Systeme erforderlich.
Auf Transistorzündanlagen und elektronischen Zündanlagen gehe ich weiter unten ein.
Zunächst werde ich  -zum besseren Verständnis der Aufgaben und Funktionen- eine konventionelle Zündanlage erklären.


Aufbau einer konventionellen Zündanlage

Im Wesentlichen besteht die Zündanlage aus folgenden Bauteilen:

Die Zündspule

Sie besteht aus einer dicken Primärwicklung und aus einer dünnen feinen Sekundärwicklung. Diese sind um einen laminierten Eisenkern gewickelt. Sie hat die Aufgabe, die schlappe Batteriespannung von in der Regel 12 Volt, auf mehrere 1000 Volt zu transformieren, damit ein kräftiger Zündfunke zwischen den Elektroden an den Zündkerzen gewährleistet wird.

Der Verteiler

Der Verteiler übernimmt gleich mehrere Funktionen. Er verteilt die Zündfunken an die einzelnen Zylinder und er beherbergt die Unterbrecherkontakte, Kondensator sowie die Fliehkraft- und Unterdruckversteller des Zündzeitpunktes.

Die Zündkabel, Zündkerzen

Die Zündkabel sind Spezialkabel, die in der Lage sind, Spannungen von mehreren 1000 Volt zu den einzelnen Zündkerzen bzw. zwischen Verteiler und Zündspule (Kabel 4) zu leiten.
Die Zündkerzen, zwischen deren Elektroden der Zündfunke im Brennraum das Kraftstoff-Luft- Gemisch entzündet, sind im Zylinderkopf eingeschraubt.

Die Zündkontakte

Zündkontakte Die Zündkontakte haben die Aufgabe den Primärstromkreis der Zündspule aufzubauen, bzw. im richtigen Augenblick zu unterbrechen. Dies geschieht mittels eines Nockens, der an der Verteilerwelle angebracht ist.

Der Kondensator

Der Kondensator hat die Aufgabe, den beim Unterbrechen des Primärstromkreises entstehenden Abreisfunken zu unterdrücken und somit die Lebensdauer der Unterbrecherkontakte zu erhöhen.

Die Fliehkraft-Unterdruck-Verstelleinrichtung

Sie sorgen mittels Fliehgewichte bzw. Unterdruckdose für den richtigen Zündzeitpunkt, bei jeder Drehzahl und jedem Lastzustand des Motors. Siehe dazu auch Zündverstellung.

Schema Zündanlage



Die Funktion der Zündanlage

Durch die geschlossenen Unterbrecherkontakte wird, durch den -über die Primärwicklung der Zündspüle- fließenden Strom, ein Magnetfeld aufgebaut. Die Zündkontakte unterbrechen den Stromkreis, das Magnetfeld in der Zündspule bricht zusammen und induziert eine Spannung in die Sekundärwicklung der Zündspule. Diese Spannung wird über den Verteiler auf den entsprechenden Zylinder geleitet, wo sie sich durch einen Zündfunken an den Elektroden der Zündkerze abbaut.

Hier ein konventioneller Verteiler mit Zündkontakte . Die Zündverstellung wird durch eine Unterdruckdose (Motorlast) die die Kontaktplatte verschiebt realisiert. Unten im Verteiler sind Fliegewichte (Drehzahl), die den Zündzeitpunkt entsprechend der Drehzahl verstellen.

Kontaktplatte Verteiler


Die Zündkontakte werden (oder wurden) mittels eines Schließwinkeltesters eingestellt. "Schließwinkel ist der Winkel, in dem die Zündkontakte, beim Drehen des Verteilernockens, zwischen zwei Öffnungen geschlossen sind!" Alles klar? (Musste ich als Lehrling auswendig lernen...) Anschließend muss mit der Stroboskoplampe der Zündzeitpunkt neu eingestellt werden.


Die Zündverstellung

Die Zündverstellung ist für den Ottomotor enorm wichtig. Sie sorgt dafür dass, dem jeweiligen Betriebszustand des Motors angepasst, zum richtigen Zeitpunkt das Kraftstoff-Luft-Gemisch entzündet wird.
Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird nicht am Anfang des 3.Taktes entzündet, wenn der Kolben auf OT (=oberer Totpunkt, Umkehrpunkt des Kolbens), sondern kurz vorher, also gegen Ende des 2.Taktes, des Verdichtungstaktes.
Dies hat folgenden Sinn:
In dem Brennraum findet keine schlagartige Explosion des Kraftstoff-Luft-Gemisches statt, wie immer wieder auch in Lexika und anderen nichtfachkompetenten Medien behauptet wird,  sondern eine kontrollierte Verbrennung!
Eine Explosion wäre, als ob einer mit einem Vorschlaghammer auf den Kolben drischt, und das ist so ziemlich das Letzte, was man in einem Verbrennungsmotor will! Erwünscht ist eine "weiche" gleichmässige Verbrennung!
Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird mittels Zündfunken an einer Stelle entzündet, und die Verbrennung findet "weich" nach und nach statt, bis das komplette Gemisch verbrannt ist. Dies bedarf einer gewissen Zeit, ca. 0.00033 Sekunden. (Ähnlich, als ob man ein Streichholz ansteckt, dauert es auch eine Zeit, bis er ganz abgebrannt ist.)
Diese Zeit, also rund 1/3000 Sekunde, bleibt immer -bei jeden Betriebszustand des Motors- gleich!
Da der Kolben möglichst mit dem höchsten Gasdruck nach UT gedrückt werden soll, der aber erst mit der vollständigen Verbrennung erreicht wird, muss also 1/3000 Sekunden bevor der Kolben OT erreicht, die Zündung eingeleitet werden.
Der Weg, den der Kolben noch bis OT zurücklegen muss, wird in Winkelgrade Kurbelwelle gemessen.

Nehmen wir an, ein Motor läuft auf 800 1/min mit einer Zündung von 12° vor OT. (12° entsprechen also ca. 1/3000 Sekunde bis zur vollständigen Verbrennung und damit höchster Druck)
Jetzt wird der Motor auf 4000 1/min beschleunigt, er läuft jetzt 5 X so schnell. Der Kolben ist somit jetzt auch 5 X schneller bei OT°!
Da die Zeit von 1/3000 Sekunde der Dauer der Verbrennung jedoch gleich bleibt, muss die Zündung also weiter vor OT gestellt werden.

Die Transistorzündanlage

Die Transistorzündanlage funktioniert im Grundaufbau wie die oben beschriebene konventionelle Zündanlage, lediglich die Verschleiss anfälligen Zündkontakte wurden durch Transistoren ersetzt. Durch den Verschleiss der Zündkontakte, änderte sich immer auch etwas der Schließwinkel und damit der Zündzeitpunkt.
Ebenso wird der Zündfunke durch einen Rotor (Verteilerfinger) in der Verteilerkappe, auf die einzelnen Zylinder verteilt.
Die Information wann gezündet werden muss, liefert meist ein Hallgeber, der in dem Verteiler verbaut ist.
Vorteile:
  • Verschleissfrei
  • Wartungsfrei
  • genauerer Zündzeitpunkt
  • gleichmässig hohe Zündspannung auch bei hohen Drehzahlen
  • hohe Schaltleistung


Die Vollelektronische Zündanlage

Bei den heutigen Fahrzeugen kommt eine Vollektronische Zündanlage zum Einsatz.
Diese hat keinerlei bewegliche Bauteile mehr, also keinen Verteilerrotor mehr, der die Zündfunken verteilt und wird deshalb auch "ruhende Zündanlage" genannt.

Ein Motorsteuergerät, dass meist auch die Einpritzregelung übernimmt, berechnet aus den Signalen der Sensoren für
  • Motordrehzahl
  • Motorlast
  • Motortemperatur
  • u. ev. Klopfsensor
den optimalen Zündzeitpunkt, anhand eines gespeicherten 3D Kennfeld. Dieses Kennfeld ist optimiert für hohe Leistung, geringer Verbrauch und geringerem Schadstoffausstoss.
Sollte einer der Sensoren ausfallen, ist ein Notlaufprogramm intrigiert.

Oft hat jeder Zylinder eine eigene Zündspule, die sich direkt über die Zündkerze befindet und von dem Steuergerät angesteuert wird. (Siehe Bilder rechts)
Vorteile:
  • keine beweglichen Bauteile, kein Verschleiss
  • hohe Zündgenauigkeit bei allen Motorzuständen
  • hohe Laufkultur des Motors
  • Erhöhung der Motorleistung
  • weniger Abgasemissionen
  • geringerer Kraftstoffverbrauch
  • gute Entstörung da keinerlei Funken mehr in der Verteilerkappe u. Rotor entstehen
  • hohe Zündleistung
  • Leerlaufdrehzahlregelung

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