Obwohl die Automobilindustrie im Laufe der Geschichte erhebliche mechanische und technologische Fortschritte erzielt hat, gibt es eine Komponente, die alle Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren gemeinsam haben: das Zündsystem.
Wenn Sie es mit Ihrem wertvollen Fahrzeug ernst meinen, ist es hilfreich, die Funktionsweise der verschiedenen Arten von Zündsystemen sowie deren Vor- und Nachteile zu kennen, um die richtige Zündkerze auszuwählen, die unter Berücksichtigung der Leistungsanforderungen des Zündsystems am effizientesten funktioniert.
Obwohl fast alle Hauptkomponenten eines Autos im Laufe der Jahre Verbesserungen erfahren haben, haben sich die Grundprinzipien des Zündsystems seit fast einem Jahrhundert nicht geändert.
Im Wesentlichen nimmt es die elektrische Spannung der Batterie, wandelt sie in eine viel höhere Spannung um und leitet diesen elektrischen Strom dann in die Brennkammer des Motors, wo das komprimierte Gemisch aus Kraftstoff und Luft entzündet wird, um eine Verbrennung zu erzeugen. Diese Verbrennung erzeugt die Energie, die zum Betrieb Ihres Autos benötigt wird.
Dennoch hat sich die Methode, mit der der Funke erzeugt und verteilt wird, durch technologische Fortschritte erheblich verbessert. Derzeit gibt es vier Arten von Zündsystemen, die in den meisten Autos und Lastwagen verwendet werden, in der Reihenfolge ihrer Erfindung: konventionelle Unterbrecherkontakt-Zündungen (mechanisch), Hochleistungszündungen (elektronisch), verteilerlose Zündungen (Wasted Spark) und Zündungen mit Zündspule pro Zylinder (Coil-on-Plug).
Unterbrecherkontakt-Zündungen (mechanisch) und Hochleistungszündungen (elektronisch) sind Zündungen mit Verteiler. Eine andere Möglichkeit, sie zu klassifizieren, besteht darin, sie in drei breitere Arten von Zündsystemen einzuteilen: Systeme mit Verteiler, ohne Verteiler und mit Zündspule pro Zylinder.
In diesem umfassenden Leitfaden werden wir die Funktionsweise jedes Systems sowie die Vor- und Nachteile jedes einzelnen im Hinblick auf die Leistung und Wartungsanforderungen Ihres Motors betrachten.
Was macht das Zündsystem?
Wenn Sie den Schlüssel in die Zündung Ihres Fahrzeugs stecken und ihn drehen, startet Ihr Motor und läuft weiter. Haben Sie sich jemals gefragt, welcher gesamte Prozess hinter einer so einfachen Aktion abläuft?
Zurück zu Motor-Grundlagen: Ihr Motor erzeugt die Energie, die zum Betrieb Ihres Autos benötigt wird, indem er eine Verbrennung oder Explosion in seiner Brennkammer erzeugt, daher der Name „Verbrennungsmotor“. Um eine solche Verbrennung zu erzeugen, spielt das Zündsystem eine Hauptrolle: Ihre Zündkerzen liefern den elektrischen Funken, der das Luft-Kraftstoff-Gemisch entzündet, das die Brennkammer antreibt.
Damit das Zündsystem richtig funktioniert, muss es in der Lage sein, zwei Aufgaben gleichzeitig effizient und präzise zu erfüllen.
Erzeugen Sie einen starken und ausreichend heißen Funken
Die erste Aufgabe besteht darin, einen starken Funken zu erzeugen, der den Zündkerzenabstand überbrücken kann. Mit anderen Worten, das Zündsystem muss die Spannung von 12 Volt der Batterie auf mindestens 20.000 Volt erhöhen, die benötigt werden, um das komprimierte Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Brennkammer zu entzünden und eine energieerzeugende Explosion zu erzeugen.
Um einen solchen Spannungsanstieg zu erreichen, verwenden Zündsysteme aller Autos, außer solchen mit Dieselmotoren, eine Zündspule, die aus zwei Drahtspulen besteht, die um einen Eisenkern gewickelt sind, Primärwicklung und Sekundärwicklung genannt. Die Zündspule wirkt als Transformator für elektrische Energie.
Das Ziel der Zündspule ist es, einen Elektromagneten zu erzeugen, indem die von der Batterie gelieferten 12 Volt durch die Primärwicklung geleitet werden. Wenn der Auslöseschalter des Zündsystems des Fahrzeugs die Stromversorgung der Zündspule unterbricht, bricht das Magnetfeld zusammen. Dabei nimmt die Sekundärwicklung das zusammenbrechende Magnetfeld der Primärwicklung auf und wandelt es in 15.000 bis 25.000 Volt um.
Anschließend liefert es diese Spannung an die Zündkerze, erzeugt so eine Verbrennung in der Brennkammer des Motors und schafft so Energie, um den Motor Ihres Fahrzeugs zu starten und zu betreiben. Damit der notwendige Funke auftritt, muss die an die Zündkerze gelieferte umgewandelte Spannung zwischen 20.000 und 50.000 Volt liegen.
Zünden Sie den Funken zum richtigen Zeitpunkt
Gleichzeitig besteht die andere wichtige Rolle des Zündsystems darin, sicherzustellen, dass der Funke genau zum richtigen Zeitpunkt während des Verdichtungshubs ausgelöst wird, um die durch das entzündete Luft-Kraftstoff-Gemisch erzeugte Leistung zu maximieren. Mit anderen Worten, ausreichend Spannung muss zum richtigen Zylinder zum genauen Zeitpunkt geliefert werden, und dies muss häufig geschehen.
Alle Komponenten arbeiten präzise und harmonisch zusammen, damit Ihr Motor optimale Leistung erzielt. Selbst der geringste Zeitfehler in einem einzigen Teil führt zu Motorleistungsproblemen und könnte bei längerer Dauer sogar dauerhafte Schäden verursachen.
Das Zündsystem muss ausreichend Funken am richtigen Zylinder liefern. Um einen präzisen Zündzeitpunkt zu gewährleisten, haben Ingenieure mehrere Methoden verwendet, die sich im Laufe der Jahre weiterentwickelt haben.
Frühe Zündsysteme verwendeten vollständig mechanische Verteiler, um den Zündzeitpunkt zu steuern, gefolgt von Hybridverteilern, die mit Halbleiterschaltern und dem Motorsteuermodul (ECM) ausgestattet waren, im Wesentlichen eine Art einfacher Prozesscomputer, um die elektrische Energie an jeden Zylinder zu verteilen.
Was als nächstes kam, um die Nachteile dieser frühen Verteiler zu bekämpfen, waren 100 % elektronische Zündsysteme, das erste war ein verteilerloses Zündsystem, bei dem der Verteiler eliminiert wurde.
Die neueste Erfindung, die Zündsysteme mit Zündspule pro Zylinder, konnte den Zündzeitpunkt erheblich verbessern, indem sie eine verbesserte Zündspule verwendete, die eine viel größere Leistung hat und einen viel heißeren Funken erzeugt.
Was jede Komponente des Zündsystems tut
Batterie
Wenn der Motor läuft, betreibt er auch den Generator, der Strom erzeugt, um die Batterie aufzuladen. Die Batterie Ihres Autos speichert Strom und gibt ihn als Gleichstrom ab.
Die Batterie liefert zwölf Volt Gleichstrom. Um jedoch den für die Verbrennung notwendigen Funken zu erhalten, müssen an der Zündkerze zwischen 20.000 und 50.000 Volt anliegen. Um einen so erheblichen Spannungsanstieg zu ermöglichen, benötigen Sie die Zündspule.
Zündspule
Die Zündspule wirkt als Transformator für elektrische Energie. Frühe mechanische Zündsysteme verließen sich auf eine Spule, um die Niederspannung der Batterie in die für Zündkerzen benötigte Hochspannung umzuwandeln.
Die elektrische Transformation der Zündspule funktioniert nach einem Prinzip namens magnetische Induktion. In einem traditionellen Transformator erhält die Primärspule Energie, d.h. Gleichstrom von den Batterien. Diese Ladung durch die Primärspule wird jedoch periodisch unterbrochen. Diese Unterbrechung wird in früheren verteilerbasierten Zündsystemen durch den Verteiler verursacht und durch einen Computer für eine präzisere Zeitsteuerung in späteren Zündsystemen. Die Aufgabe des Verteilers wird weiter unten ausführlicher besprochen.
Die Spannung in der Primärspule erzeugt ein Magnetfeld. Die periodische Unterbrechung des von der Primärspule empfangenen Stroms bewirkt, dass das von der Primärspule erzeugte Magnetfeld ständig zusammenbricht. Solche signifikanten Bewegungen des Magnetfelds der Primärspule veranlassen die Sekundärspule, gleichzeitig einen Ausbruch von Hochspannungsenergie zu erzeugen.
Der Wert der von der Sekundärspule erzeugten Spannung hängt vom Verhältnis der Anzahl der Windungen der Primärspule zur Anzahl der Windungen der Sekundärspule ab. Wenn die Sekundärspule doppelt so viele Windungen hat wie die Primärspule, ist die Ausgangsspannung doppelt so hoch wie die Eingangsspannung.
Um also die Spannung von 12 Volt auf mindestens 20.000 Volt zu erhöhen, die Zündkerzen benötigen, hat in der Zündspule eines Autos die Sekundärspule zehntausende Male mehr Windungen als die Primärspule.
Verteiler
Hier ist, wie der Verteiler die oben erwähnten periodischen und diskreten Ladungen erzeugt, die an die primäre Zündspule geliefert werden. Der Verteiler enthält einen „Unterbrechungspunkt“, der den Primärspulenkreis erdet. Dieser Punkt ist über einen Hebel mit Masse verbunden. Der Hebel wird durch eine Nocke bewegt, die mit der Verteilerwelle verbunden ist. Dies öffnet den Primärspulenkreis und verursacht den Zusammenbruch, der die Hochspannungsimpulse in der Sekundärspule auslöst.
Darüber hinaus führt der Verteiler, während Batterie und Zündspule die Energie liefern, eine wichtige Arbeit aus: genau zu bestimmen, wohin und wann diese Energie zu jeder Zündkerze geht.
