Das Zündsystem: Der Funke, der Ihr Auto am Laufen hält
Obwohl die Automobilindustrie im Laufe ihrer Geschichte drastische mechanische und technologische Fortschritte gemacht hat, gibt es ein Element, das alle Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor gemeinsam haben: das Zündsystem.
Wenn Sie Ihr wertvolles Fahrzeug ernst nehmen, ist es hilfreich, die Funktionsweise der verschiedenen Arten von Zündsystemen sowie ihre Vor- und Nachteile zu kennen, um die richtige Zündkerze zu wählen, die unter den Leistungsanforderungen des Zündsystems am effizientesten arbeitet.
Während fast alle Hauptkomponenten eines Autos im Laufe der Jahre Verbesserungen erfahren haben, haben sich die Grundprinzipien des Zündsystems seit fast einem Jahrhundert nicht verändert.
Die Methode, mit der der Funke erzeugt und verteilt wird, hat sich jedoch 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 Unterbrecherzündungen (mechanisch), Hochleistungszündungen (elektronisch), verteilerlose Zündungen (Wasted Spark) und Zündanlagen mit Zündspule pro Zylinder (Coil-on-Plug).
Unterbrecherzündungen (mechanisch) und Hochleistungszündungen (elektronisch) sind Zündanlagen mit Verteiler. Eine andere Möglichkeit, sie zu klassifizieren, ist daher die Einteilung in drei breitere Arten von Zündsystemen: Systeme mit Verteiler, ohne Verteiler und mit Zündspule pro Zylinder.
In diesem umfassenden Leitfaden werden wir uns ansehen, wie jedes System funktioniert, sowie die daraus resultierenden Vor- und Nachteile, basierend darauf, was sie für die Leistung und Wartungsanforderungen Ihres Motors bedeuten.
Wozu dient das Zündsystem?
Wenn Sie den Schlüssel ins Zündschloss Ihres Fahrzeugs stecken und drehen, startet Ihr Motor und läuft weiter. Haben Sie sich jemals gefragt, welcher vollständige Prozess hinter einer so einfachen Aktion steckt?
Kehren wir zu den Grundlagen zurück: Ihr Motor erzeugt Energie, um Ihr Auto anzutreiben, 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 zwei Aufgaben gleichzeitig effizient und präzise erfüllen können.
Erzeugen eines ausreichend starken und heißen Funkens
Die erste Aufgabe besteht darin, einen starken Funken zu erzeugen, der den Zündkerzenabstand überspringen 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 Spannungsstoß zu erreichen, verwenden die Zündsysteme aller Autos, mit Ausnahme von Dieselmodellen, eine Zündspule, die aus zwei Drahtspulen besteht, die um einen Eisenkern gewickelt sind, sogenannte Primärwicklung und Sekundärwicklung. Die Zündspule fungiert als Transformator für elektrische Energie.
Die Rolle der Zündspule ist es, einen Elektromagneten zu erzeugen, indem die 12 Volt von der Batterie durch die Primärwicklung geleitet werden. Wenn der Auslöseschalter des Zündsystems des Fahrzeugs die Stromversorgung der Zündspule unterbricht, bricht das Magnetfeld zusammen. Dabei fängt die Sekundärwicklung das zusammenbrechende Magnetfeld der Primärwicklung ein und wandelt es in 15.000 bis 25.000 Volt um.
Sie liefert dann diese Spannung an die Zündkerze, erzeugt so eine Verbrennung in der Brennkammer des Motors und erzeugt so die Energie, die benötigt wird, um den Motor Ihres Fahrzeugs zu starten und laufen zu lassen. Damit der notwendige Funke auftritt, muss die an die Zündkerze gelieferte umgewandelte Spannung zwischen 20.000 und 50.000 Volt liegen.
Den Funken zum richtigen Zeitpunkt zünden
Gleichzeitig hat das Zündsystem auch die entscheidende Aufgabe sicherzustellen, dass der Funke zum richtigen Zeitpunkt während des Verdichtungshubs ausgelöst wird, um die durch das entzündete Luft-Kraftstoff-Gemisch erzeugte Leistung zu maximieren. Mit anderen Worten, eine ausreichende Spannung muss zum richtigen Zylinder zur richtigen Zeit geliefert werden, und dieser Vorgang muss häufig durchgeführt werden.
Alle Komponenten arbeiten präzise und harmonisch zusammen, damit Ihr Motor optimale Leistung erbringt. Selbst der kleinste Zeitfehler in einem einzigen Teil führt zu Motorleistungsproblemen und kann bei längerer Dauer sogar dauerhafte Schäden verursachen.
Das Zündsystem muss dem richtigen Zylinder einen ausreichenden Funken 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 Motorsteuergerät (ECM) ausgestattet waren, im Wesentlichen einer Art einfachem Prozesscomputer, um die elektrische Leistung an jeden Zylinder zu verteilen.
Um die Nachteile dieser frühen Verteiler zu bekämpfen, entstanden 100 % elektronische Zündsysteme, das erste davon war ein verteilerloses Zündsystem, bei dem der Verteiler eliminiert wurde.
Die neueste Erfindung, die Zündanlagen mit Zündspule pro Zylinder, verbesserte den Zündzeitpunkt erheblich, indem sie eine verbesserte Zündspule verwendete, die eine viel größere Leistung erzeugt und einen viel heißeren Funken generiert.
Wozu dient jede Komponente des Zündsystems?
Batterie
Wenn der Motor läuft, betreibt er auch die Lichtmaschine, die Strom erzeugt, um die Batterie zu laden. Die Batterie Ihres Autos speichert Strom und gibt ihn als Gleichstrom ab.
Die Batterie liefert zwölf Volt Gleichstrom. Um jedoch einen Funken für die Verbrennung zu erhalten, muss die Zündkerze mit einer Spannung zwischen 20.000 und 50.000 Volt versorgt werden. Um einen so großen Spannungsanstieg zu ermöglichen, wird die Zündspule benötigt.
Zündspule
Die Zündspule fungiert als Transformator für elektrische Energie. Frühe mechanische Zündsysteme stützten sich auf eine Spule, um die Niederspannung der Batterie in die für die 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 beim Verteiler in frühen Verteilerzündsystemen verursacht und durch einen Computer für eine präzisere Zeitsteuerung in späteren Zündsystemen. Die Rolle des Verteilers wird später behandelt.
Die Spannung in der Primärspule erzeugt ein Magnetfeld. Die periodische Störung des von der Primärspule empfangenen Stroms bewirkt einen konstanten Zusammenbruch des von der Primärspule erzeugten Magnetfelds. Solche signifikanten Bewegungen des Magnetfelds der Primärspule veranlassen die Sekundärspule, einen Hochspannungsenergieausbruch auf einmal zu erzeugen.
Die von der Sekundärspule erzeugte Spannung hängt vom Verhältnis der Windungszahl der Primärspule zur Windungszahl 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 die mindestens 20.000 Volt zu erhöhen, die 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 diskreten Ladungen erzeugt, die der Primärwicklung der Zündspule zugeführt werden. Der Verteiler enthält einen „Unterbrecherpunkt“, 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 Hochspannungsstöße in der Sekundärspule auslöst.
Darüber hinaus, während Batterie und Zündspule die Energie liefern, leistet der Verteiler wichtige Arbeit, indem er genau bestimmt, wohin und wann diese Energie zu jeder Zündkerze geht.
Der Verteiler enthält viele Teile, von denen die wichtigsten ein Rotor sind, der im Takt des Motors rotiert, und mehrere „Kontakte“, die auf dem Verteilerdeckel montiert sind. Der elektrische Strom von der Zündspule wird dem Rotor zugeführt.
Der Rotor dreht sich, und wenn sich das Ende des Rotors einem der Kontakte nähert, bildet sich ein elektrischer Lichtbogen zu diesem Kontakt. Von dort fließt die Energie entlang eines Zündkerzenkabels zur zugehörigen Zündkerze und synchronisiert so die Ladung jeder Kerze.
Zündkerzen und ihre Kabel
Zündkerzenkabel, auch Zündkabel genannt, sind isolierte Kabel, die Energie zu den Zündkerzen transportieren, damit diese endlich den Funken erzeugen können, der die Verbrennung verursacht.
Die Zündkerze besteht aus einem isolierten Keramikkörper mit einem zentralen leitenden Metallkern in der Mitte. Es gibt eine Lücke zwischen diesem zentralen Metallkern und der Spitze der Elektrode, die sich mit der Metallbasis der Zündkerze verbindet. Elektrizität bildet Lichtbögen oder springt über diese Lücke, was den Funken verursacht.
Die Bedeutung des Zündsystems
Die wichtigste Erkenntnis ist, dass Ihr Auto Schwierigkeiten beim Starten haben oder überhaupt nicht funktionieren kann, wenn das Zündsystem nicht richtig und präzise funktioniert.
Abgenutzte Zündkerzen und fehlerhafte Zündsystemkomponenten beeinträchtigen die Leistung Ihres Motors und verursachen eine breite Palette von Motorproblemen, einschließlich Startschwierigkeiten, Zündaussetzern, Leistungsverlust, hohem Kraftstoffverbrauch und sogar dauerhaften Schäden, wenn die Probleme nicht rechtzeitig behoben werden. Beachten Sie auch, dass diese durch defekte Zündsysteme verursachten Motorprobleme andere kritische Komponenten Ihres Fahrzeugs beschädigen können.
Eine regelmäßige Wartung Ihres Zündsystems ist daher unerlässlich, um eine optimale Motorleistung und damit eine reibungslose und sichere Fahrt zu gewährleisten. Wie oft ist in diesem Fall ausreichend? Mindestens einmal im Jahr sollten Sie eine Sichtprüfung der Komponenten Ihres Zündsystems durchführen, um Anzeichen von Verschleiß oder Ausfall zu überprüfen und sie dann bei Bedarf sofort zu ersetzen.
Bezüglich Ihrer Zündkerzen sollten Sie diese gemäß dem vom Hersteller Ihres Fahrzeugs empfohlenen Intervall überprüfen und ersetzen. Angesichts der Bedeutung des Zündsystems ist vorbeugende Wartung entscheidend, um die Leistung und Lebensdauer Ihres Motors zu maximieren.
Die 4 Arten von Zündsystemen verstehen
1. Verteilerbasierte Unterbrecherzündung (mechanisch)
Geschichte
Das älteste Zündsystem ist die konventionelle Unterbrecherzündung, manchmal auch mechanische Zündung genannt. Sie wird seit den Anfängen der Automobilindustrie verwendet, insbesondere bis in die 1970er Jahre.
Es ist eine der beiden Arten von Zündsystemen, die einen Verteiler verwenden, sogenannte Verteiler-Systeme. Im Gegensatz zu den drei anderen weiter unten beschriebenen Zündsystemarten ist die Unterbrecherzündung vollständig mechanisch, daher ihr zweiter Name.
Lassen Sie uns sehen, wie sie funktionieren, und darauf aufbauend werden wir die daraus resultierenden Vor- und Nachteile für diese Art von Zündsystem sehen. Wir werden die Details in diesem Abschnitt vertiefen, da die mechanische Unterbrecherzündung die erste Erfindung ist und somit die Grundlage für alle späteren Modelle bildet. Sie müssen die Funktionsweise dieses Systems gut verstehen, um die Vor- und Nachteile der späteren verbesserten Systeme zu erkennen.
Eine kurze Beschreibung der Verteilerzündung
Die ersten beiden Arten von Zündsystemen, das Unterbrechersystem und das elektronische System, basieren beide auf einem Verteiler, im Gegensatz zu den beiden anderen verteilerlosen Systemen. Lassen Sie uns also die Grundlagen der Funktionsweise eines verteilerbasierten Systems lernen