Zündsysteme im Kfz: Technik, Typen und Funktionsweise

Vergleich der Zündsysteme

Konventionelle Zündung: Bietet eine gute Leistung für normale Anforderungen (geeignet zur Erzeugung von bis zu 20.000 Funken pro Minute, d. h. sie kann die Anforderungen eines 4-Zylinder-Motors bis zu 10.000 U/min erfüllen; bei 6- und 8-Zylinder-Motoren treten mehr Probleme auf). Die technische Realisierung des Unterbrechers, der durch den elektrischen Strom in der Primärspule schweren Lasten ausgesetzt ist, stellt einen Kompromiss zwischen dem Schaltverhalten bei niedriger Drehzahl und dem Kontaktprellen bei hoher Geschwindigkeit dar. Es entstehen Spannungsverluste aufgrund von Kondenswasser, Schmutz, Abbrand etc., was die verfügbare Spannung signifikant reduziert.

Elektronisch unterstützte Zündung

Dieses System liefert eine höhere Spannung an die Zündkerze, besonders bei hohen Drehzahlen. Mit einem kontaktarmen Leistungsschalter können bis zu 24.000 Funken pro Minute ohne Unterbrechung erzeugt werden. Der Schalter ist keinen hohen Lasten ausgesetzt, wodurch die Lebensdauer verlängert und Wartung sowie Fehlersuche reduziert werden. Der Kondensator entfällt bei dieser Art der Zündung.

Kontaktlose elektronische Zündung

Diese Modelle erfüllen noch höhere Ansprüche. Der mechanische Unterbrecher wird durch einen Impulsgeber (induktiv oder Hall-Effekt) ersetzt, der wartungsfrei ist. Die Anzahl der Funken steigt auf 30.000 pro Minute. Aufgrund der geringeren Impedanz der verwendeten Spulen steigt die Hochspannung schneller an, wodurch die Zündspannung weniger empfindlich gegenüber elektrischen Verlustleitungen ist.

Integrierte elektronische Zündung

Mechanische Systeme zur Zündverstellung werden durch elektronische Bauelemente ersetzt. Dadurch erhält man präzisere Zündkennfelder, die den gesetzlichen Abgasvorschriften entsprechen. Die Wartung dieser Systeme ist nahezu null.

Elektronische Zündung für Kraftstoffeinspritzung

In modernen Systemen wird die elektronische Einspritzung mit einer integrierten elektronischen Zündung kombiniert. Dabei werden viele Sensoren gemeinsam genutzt und über ein zentrales Steuergerät (ECU) geregelt. Innerhalb dieser Systeme kann die Zündung entweder noch über einen Verteiler oder vollständig statisch (DIS) erfolgen.

Kondensatorentladungszündung (HKZ)

Dieses System eignet sich für Motoren, die bei hohen Drehzahlen eine sehr hohe Zündspannung benötigen. Der extrem schnelle Spannungsanstieg macht die Anlage unempfindlich gegen elektrische Kriechströme, allerdings ist die Funkendauer sehr kurz.

Klassifizierung der Bosch-Zündsysteme

• SZ: Konventionelle Spulenzündung (mechanischer Unterbrecher)
• TZ: Transistor-Zündung (mit Leistungstransistor)
• EZ: Elektronische Zündung (elektronische Verstellung)
• VZ: Vollelektronische Zündung (ruhende Verteilung)

Funktionsmerkmale im Vergleich

Bestimmung des Zündwinkels nach Geschwindigkeit und Motorlast:

• Mechanisch (SZ, TZ)
• Elektronisch (EZ, VZ)

Erzeugung der Hochspannung: Induktiv über die Zündspule. Verteilung und Übertragung auf die Zylinder: Mechanisch über den Zündverteiler oder elektronisch (bei VZ/DIS).

Der Zündstromkreis und seine Funktion

Der Stromkreis bei Benzinmotoren ist für die Erzeugung eines elektrischen Funkens im Inneren des Zylinders verantwortlich, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch zum richtigen Zeitpunkt zu verbrennen. Die Zündspule fungiert als Transformator, der die 12-V-Batteriespannung in eine Hochspannung von etwa 12.000 bis 15.000 V umwandelt.

Sobald die Hochspannung erzeugt wurde, muss sie an die einzelnen Zylinder verteilt werden. Bei Mehrzylindermotoren erfolgt dies in einer vorgegebenen Zündfolge (z. B. 1-3-4-2 bei einem 4-Zylinder-Motor). Das verantwortliche Element hierfür ist der Zündverteiler (auch Delco genannt). Die Zündkerzen (eine pro Zylinder) lösen schließlich den Funken aus.

Aufbau und Funktion der Zündspule

Die Zündspule ist ein Transformator, der die Batteriespannung in Hochspannungsimpulse umwandelt. Sie besteht aus einem Eisenkern mit einer Sekundärwicklung (15.000 bis 30.000 Windungen aus feinem Kupferdraht) und einer Primärwicklung (einige hundert Windungen aus dickem Draht). Das Verhältnis der Windungszahlen liegt zwischen 60 und 150.

Die Wicklungen sind oft in einem Metallgehäuse untergebracht und zur Isolierung sowie Kühlung in ein Ölbad getaucht. Einige Spulen besitzen eine Hilfs-Primärwicklung oder einen Vorwiderstand, um den Spannungsabfall beim Startvorgang (durch den hohen Stromverbrauch des Anlassers) zu kompensieren.

Der Zündverteiler (Delco)

Der Verteiler steuert die Unterbrechung des Primärstroms und verteilt die Hochspannung. Er enthält oft einen Fliehkraftregler (drehzahlabhängig) und eine Unterdruckdose (lastabhängig) zur Zündzeitpunktverstellung. Der Verteiler wird von der Nockenwelle angetrieben und dreht sich mit der halben Kurbelwellendrehzahl.

Elektronische Zündimpulsgeber

Moderne Systeme ersetzen den mechanischen Unterbrecher durch kontaktlose Impulsgeber:

• Induktivgeber: Erzeugt durch Induktion ein elektrisches Signal mittels eines Rotors mit Metalllaschen. (2 Anschlusskabel)
• Hall-Effekt-Geber: Nutzt eine magnetische Schranke und einen Blendenrotor, um ein digitales Signal an das Steuergerät zu senden. (3 Anschlusskabel)

Integrierte elektronische Zündung und Sensoren

Hier entfallen mechanische Verstellsysteme komplett. Das Steuergerät nutzt Sensoren für:

• Drehzahl und OT-Position: Ein Magnetsensor am Schwungrad erkennt die Position des Kolbens (90° vor OT).
• Unterdruck: Ein Sensor misst den Saugrohrdruck zur Lastbestimmung.
• Temperatur: Sensoren für Kühlmittel und Ansaugluft.
• Klopfsensor: Ein piezoelektrisches Mikrofon erkennt klopfende Verbrennung, um den Zündzeitpunkt zum Schutz des Motors (Pleuellager) zurückzunehmen.

Statische Zündverteilung (DIS)

Bei der ruhenden Zündverteilung (DIS) entfällt der mechanische Verteiler. Es werden Doppelzündspulen verwendet, die zwei Zylinder gleichzeitig versorgen (Wasted Spark). Ein Nachteil kann eine Fehlzündung im Ansaugtrakt bei großen Ventilüberschneidungen sein. Modernste Systeme nutzen daher eine Einzelfunken-Zündspule direkt auf jeder Zündkerze, was Hochspannungskabel überflüssig macht.

Zündkerzen: Aufbau und Wärmewerte

Zündkerzen müssen extremen thermischen und chemischen Belastungen standhalten. Die Elektroden bestehen oft aus Nickel-Legierungen mit Mangan, Silizium oder Chrom. Der Wärmewert ist entscheidend:

• Kalte Zündkerze: Kurzer Isolatorfuß, schnelle Wärmeabfuhr. Für Hochleistungsmotoren mit hoher Kompression.
• Warme Zündkerze: Langer Isolatorfuß, langsame Wärmeabfuhr. Für Motoren mit niedriger Kompression.

Heutige "Multigrade"-Zündkerzen decken ein breites Spektrum ab. Der Elektrodenabstand liegt üblicherweise bei 0,6 bis 0,65 mm und sollte mit einer Fühlerlehre geprüft werden. Platin-Zündkerzen bieten eine höhere Lebensdauer und chemische Beständigkeit, sind jedoch teurer.