Aufgabe der Zündung ist es, das verdichtete Luft-Kraftstoff-Gemisch im richtigen Zeitpunkt zu entflammen und so eine Verbrennung einzuleiten. Im Ottomotor geschieht das durch einen elektrischen Funken, d.h. durch eine kurzzeitige Lichtbogenentladung zwischen den Elektroden der Zündkerze.

Gemischentflammung

Zum Entflammen eines Luft-Kraftstoff-Gemisches durch elektrische Funken ist pro Einzelzündung eine Energie von etwa 0,2 mJ erforderlich, sofern das Gemisch stöchiometrisch zusammengesetzt ist. Fette und magere Gemische brauchen über 3mJ. Diese Energie ist nur ein Bruchteil der im Zündfunken steckenden Gesamtenergie, der Zündenergie. Steht zu wenig Zündenergie zur Verfügung, so kommt die Zündung nicht zustande; das Gemisch kann nicht entflammen, und es gibt Verbrennungsaussetzer. Aus diesem Grund muss soviel Zündenergie bereitgestellt werden, dass selbst unter widrigen äußeren Bedingungen das Luft-Kraftstoff-Gemisch mit Sicherheit entflammt. Dabei genügt es, wenn eine kleine zündfähige Gemischwolke entflammt, entzündet das übrige Gemisch im Zylinder und leitet so die Kraftstoffverbrennung ein. Gute Aufbereitung und leichter Zutritt des Gemisches zum Zündfunken verbessert die Zündeigenschaft ebenso wie lange Funkendauer und große Funkenlänge bzw. großer Elektrodenabstand. In ähnlicher Weise günstig wirkt sich starke Gemischturbulenz aus. Funkenlage und Funkenlänge sind durch die Abmessungen der Zündkerze gegeben, die Funkendauer durch Art und Auslegung der Zündanlage sowie durch die augenblicklichen Zündverhältnisse.

Entstehen des Zündfunkens

Ein Funken kann nur dann von einer Elektrode auf die andere überschlagen, wenn ausreichend Hochspannung wirksam ist. Zum Zündzeitpunkt steigt die Spannung an den Elektroden der Zündkerze von Null sprunghaft an, bis die Überschlagspannung (Zündspannung) erreicht ist. Sobald der Funke gezündet ist, sinkt die Spannung an der Zündkerze auf die Brennspannung ab. Während der Brenndauer des Zündfunkens (Funkdauer) hat das Luft-Kraftstoff-Gemisch Gelegenheit, zu entflammen. Nach dem Funkenabriss schwingt die Spannung gedämpft aus. Ist das Gemisch stark bewegt (hohe Drehzahl, hohe Verdichtung), reißt der Funken in mehrere Folgefunken auf. Folgefunken beeinträchtigen die Gemischentflammung im allgemeinen nicht.

Hochspannungserzeugung und Energiespeicherung

Die zur Funkenzündung erforderliche Hochspannung wird bei Batteriezündanlagen meist mit Hilfe einer Zündspule hochtransformiert. Die Zündspule ist schaltungsmäßig ein Spartransformator. Sie hat aber bei der Spulenzündung die weitere wichtige Funktion, Zündenergie zu speichern. Die Zündspule nimmt primärseitig während der Schließzeit der Zündkontakte elektrische Energie aus dem Bordnetz auf, speichert sie im Magnetfeld und gibt sie im Zündzeitpunkt sekundärseitig als Hochspannungszündimpuls an eine der Zündkerzen des Motors weiter. Die Zündspule ist so ausgelegt, dass die verfügbare Hochspannung ausreichend weit über dem größtmöglichen Zündspannungsbedarf der Zündkerze liegt; das Hochspannungsangebot beträgt 25...30kV bei einer in der Spule gespeicherten Energie von 60...120 mJ. Die Funktionsreserve an Hochspannung und Zündenergie ist so bemessen, dass damit alle elektrischen Verluste bestritten werden können. Vernachlässigung der Wartungsarbeiten bauen die Hochspannungsreserven ab. Zündstörungen in Form von Zündaussetzern und Verbrennungsaussetzern sind die Folge. Die Motorleistung geht zurück und der Kraftstoffverbrauch steigt. In krassen Fällen bleibt der Motor stehen – oder springt – besonders bei Kaltstart nicht an.

Zündzeitpunkt und seine Verstellung

Vom Augenblick der Gemischentflammung bis zur vollständigen Gemischverbrennung vergehen etwa 2 Millisekunden. Der Zündfunke muss deshalb so frühzeitig überspringen, dass der Verbrennungsdruck in jedem Betriebszustand des Motors optimal ist. Der Zündzeitpunkt soll so gewählt sein, dass folgende Forderungen erfüllt werden können:
-Maximale Motorleistung
-Sparsamer Kraftstoffverbrauch
-Vermeiden des Motorklopfens
-Sauberes Abgas.
Diese Forderungen sind aber nicht gleichzeitig erfüllbar, es müssen von Fall zu Fall Kompromisse geschlossen werden. Der jeweils günstigste Zündzeitpunkt hängt von vielen Faktoren ab, von der Motorbelastung, von der Motorbauweise, vom Kraftstoff und von besonderen Betriebsbedingungen, z.B. Starten, Leerlauf und Schiebebetrieb. Die Anpassung des Zündzeitpunktes an den augenblicklichen Betriebszustand des Motors besorgen drehzahlabhängige und saugrohrdruckabhängige Zündverstelleinrichtungen. Beide Verstellarten können einzeln oder auch zusammen wirksam sein. Wie weit durch sie der Zündzeitpunkt vorverlegt oder zurückgenommen wird, bestimmen die sogenannten Zündverstelllinien, die von Motortyp zu Motortyp verschieden sind. Bei Volllast ist das Gaspedal stark durchgetreten und die Drosselklappe weit geöffnet; mit steigender Drehzahl setzt die Zündung immer etwas früher ein, damit der Verbrennungsdruck in Bezug auf die Motorleistung optimal bleibt. Bei Teillast ist die Drosselklappe nur wenig geöffnet, das Luft-Kraftstoff-Gemisch ist abgemagert und damit wenig zündfähig. Die Entflammung benötigt längere Zeit und der Zündzeitpunkt muss deshalb noch weiter in Richtung „Frühzündung“ gelegt werden. Der Unterdruck als Maß für die notwendige Frühverstellung wird vor der Drosselklappe abgenommen. Er nimmt zunächst mit zunehmender Öffnung der Drosselklappe zu und fällt bei Annäherung an die Volllaststellung wieder ab. Da für die Fahrlinie (Strassenteillast) mit zunehmender Drehzahl die Drosselklappe immer weiter geöffnet sein muss, ergibt sich der im Diagramm dargestellte Verlauf des Unterdrucks über der Drehzahl bei Strassenteillast. Ein weiteres Diagramm zeigt den Druckverlauf im Arbeitszylinder eines Viertaktmotors bei richtig und bei falsch gewähltem Zündzeitpunkt. Selbst bei anfänglich richtiger Zündeinstellung kommt es vor, dass der Zündzeitpunkt durch mangelhafte Wartung mehr oder weniger stark wegwandert. Dies hat zur Folge, dass bei Verstellung in Richtung „spät“ die Motorleistung allmählich zurückgeht und der Kraftstoffverbrauch allmählich ansteigt. Bei der Verstellung in Richtung „früh“ können in Extremfällen schwere Schäden an Zündkerzen oder am Motor auftreten, wenn der Motor bei zuviel Frühzündung klopft. Außerdem werden die Abgase giftiger.

Zündung und Abgase

Die Zündung hat einen wesentlichen Einfluss auf das Abgas, denn sie kann die verschiedenen Abgas-Komponenten direkt beeinflussen. Die daraus ableitbaren optimierten Zündwinkel können allerdings nur zum Teil verwirklicht werden, da sich die Optimierungskriterien Abgas, Verbrauch, Fahrbarkeit usw. nicht immer decken.

Spulenzündung (SZ)

Viele Fahrzeuge sind mit einer konventionellen Spulenzündung ausgerüstet. Wenn bei eingeschaltetem Zündschalter der Unterbrecherkontakt geschlossen ist, fließt Strom aus der Batterie bzw. dem Generator in die Primärwicklung der Zündspule und baut zur Energiespeicherung ein starkes Magnetfeld auf. Im Zündzeitpunkt unterbricht der Unterbrecher den Strom, das Magnetfeld verschwindet und induziert in der Sekundärwicklung die zur Zündung notwendige Hochspannung, die über Hochspannungskabel zur entsprechenden Zündkerze gelangt. Zwischen der Drehzahl des Viertakt-Ottomotors und der Funkenzahl je Minute besteht im allgemeinen der folgende Zusammenhang:

f = z*n/2
f Funkenzahl, z Zylinderzahl, n Motordrehzahl.

Im Bereich niedriger Drehzahlen ist die Schließzeit des Unterbrechers genügend lang, um die größtmögliche Zündenergie zu speichern. Mit steigender Drehzahl verkürzt sich die Schließzeit und der Primärstrom wird schon bei kleinerer Stromstärke unterbrochen. Verminderte Speicherungsraten haben vermindertes Hochspannungsangebot der Zündspule zur Folge. Die Zündspule ist jedoch so ausgelegt, dass selbst bei der oberen Grenzdrehzahl des Motors das Hochspannungsangebot wesentlich über dem Zündspannungsbedarf der Zündkerze liegt. Schmutzbelag auf Isolierteilen wirkt als kapazitiver und ohmscher Nebenschluss und bedeutet eine besondere Zündbelastung der Anlage. Es treten Verbrennungs- und Zündaussetzer auf.

Zündspule

Die Zündspule ist je nach ihrem Einsatz unterschiedlich ausgelegt. Neben Standardtypen gibt es Hochleistungszündspulen für extrem hohe Zündspannung und Grenzfunkenzahlen. Ferner sind metallgekapselte, d.h. funkentstörte Zündspulen auf dem Markt. Hochleistungszündspulen haben einen Vorwiderstand, der beim Starten des Motors überbrückt ist, um das Spannungsangebot kurzzeitig zu steigern („Startanhebung“, wichtig für Kaltstart).

Zündverteiler

Der Zündverteiler ist ein in sich geschlossenes Bauteil der Zündanlage mit folgenden Funktionen:
-Verteilen der Zündspannungsimpulse auf die Zündkerzen des Motors in festgelegter Reihenfolge
-Auslösen des Zündimpulses durch den Primärstrom-Unterbrecher oder den Impuls-Geber bei kontaktlos gesteuerten Anlagen
-Verstellen des Zündzeitpunktes durch Zündversteller bei konventionellen Zündanlagen
Unterbrecher und Zündversteller gehören funktionell nicht zum Zündverteiler. Sie sind mit diesem in einer Baueinheit vereinigt, weil sie einen synchronen Antrieb benötigen. Der Zündimpuls gelangt über Mittelanschluss und Schleifkohle zur umlaufenden Verteilerelektrode. Mittels Verteilerfunken wird der Zündimpuls auf die eingepressten Festelektroden übertragen und über die Zündleitungen den Zündkerzen zugeführt. Ein Staubschutzdeckel trennt den Hochspannungsraum vom übrigen Gehäuseteil.

Unterbrecher

Der Unterbrecher hat einen nockenbetätigten Kontakt, der den Primärstrom der Zündspule im Zündzeitpunkt unterbricht. Der Nocken hat so viele Höcker, wie der Motor Zylinder hat. Der Drehwinkel der Zündverteilerwelle , bei dem der Kontakt geschlossen ist, heißt b. Am Unterbrecher gibt es drei Ursachen des natürlichen Verschleißes:
-Kontaktabbrand
-Abrieb am Hebelgleitstück
-Plastische Verformung und lokale Verdichtungen des Kontaktmetalls.
Kontaktabbrand entsteht durch Abreißfunken (Öffnungsfunken) infolge der Induktionsspannung beim Unterbrechen des Primärstroms. Der Zündkondensator hat zwar Funkenlöscheigenschaft, aber völlig unterdrücken kann er die Abreißfunken nicht. Kontaktabbrand und Abrieb wirken sich gegenläufig aus, wobei die Wirkung des letzteren meist etwas überwiegt und ein Wegwandern des Zündzeitpunktes in Richtung „Spätzündung“ verursacht.

Zündverteiler haben in der Regel zwei Zündversteller: den drehzahlabhängigen, fliehkraftgesteuerten Versteller (Fliehkraftversteller) und den lastabhängigen, saugrohrdruckgesteuerten Versteller (Unterdruckversteller).

Fliehkraftversteller

Der Fliehkraftversteller verstellt den Zündzeitpunkt in Abhängigkeit von der Motordrehzahl. Die mit der Verteilerwelle umlaufende Achsplatte trägt die Fliehgewichte. Mit steigender Drehzahl bewegen sich die Fliehgewichte nach außen. Sie verdrehen den Mitnehmer über die Wälzbahn gegen die Verteilerwelle in Drehrichtung. Dadurch verdreht sich auch der Zündnocken gegen die Verteilerwelle um den Zündverstellwinkel a. Um diesen Winkel wird der Zündzeitpunkt vorverlegt.

Unterdruckversteller

Der Unterdruckversteller verstellt den Zündzeitpunkt in Abhängigkeit von der Motorleistung. Als Maß für diese Zündverstellung dient der Unterdruck im Saugrohr nahe der Drosselklappe. Der Unterdruck wird zwei Membrandosen zugeführt.

 

Je kleiner die Belastung, desto früher muss das Luft-Kraftstoff-Gemisch gezündet werden, weil es langsamer verbrennt. Der Anteil verbrannter, aber nicht ausgeschobener Restgase im Brennraum nimmt zu und das Gemisch magert ab. Der Unterdruck für die Frühverstellung wird von der Drosselklappe abgenommen. Mit abnehmender Motorbelastung steigt der Unterdruck in der Frühdose und bewirkt eine Bewegung der Membran samt Zugstange nach rechts. Die Zugstange verdreht die Unterbrecherscheibe entgegen der Drehrichtung der Zündverteilerwelle; der Zündzeitpunkt wird noch mehr vorverlegt, d.h. in Richtung „früh“ verstellt.

Der Unterdruck im Saugrohr wird in diesem Fall hinter der Drosselklappe abgenommen. Mit Hilfe der ringförmigen „Spätdose“ wird der Zündzeitpunkt bei bestimmten Motorzuständen (z.B. Leerlauf, Schiebebetrieb) zur Abgasverbesserung zurückgenommen, d.h. in Richtung „spät“ verstellt. Die Ringmembran bewegt sich samt Zugstange nach links, sobald Unterdruck herrscht. Die Zugstange verdreht die Unterbrecherscheibe einschließlich Unterbrecher in Drehrichtung der Zündverteilerwelle. Das Spätverstellsystem arbeitet unabhängig vom Frühverstellsystem, es ist jedoch diesem untergeordnet: gleichzeitiger Unterdruck in beiden Dosen bewirkt die erforderliche Teillastverstellung in Richtung „früh“.

Ihr habt Zündprobleme am 311er? Bei Scoobies Störungssuche gibts Hilfe.

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