Zündspule.
Mit der Entwicklung von Benzinmotoren in Kraftfahrzeugen hin zu hohen Drehzahlen, hohen Verdichtungsverhältnissen, hoher Leistung, niedrigem Kraftstoffverbrauch und geringen Emissionen konnte die herkömmliche Zündvorrichtung die Anforderungen nicht mehr erfüllen. Die Kernkomponenten der Zündvorrichtung sind die Zündspule und das Schaltgerät. Durch die Verbesserung der Energie der Zündspule kann die Zündkerze ausreichend energiereiche Funken erzeugen. Dies ist die Grundvoraussetzung für die Anpassung der Zündvorrichtung an den Betrieb moderner Motoren.
In der Zündspule befinden sich üblicherweise zwei Spulensätze: die Primärspule und die Sekundärspule. Die Primärspule besteht aus dickerem Lackdraht, üblicherweise etwa 0,5–1 mm stark, mit etwa 200–500 Windungen. Die Sekundärspule besteht aus dünnerem Lackdraht, üblicherweise etwa 0,1 mm stark, mit etwa 15.000–25.000 Windungen. Ein Ende der Primärspule ist mit der Niederspannungsversorgung (+) des Fahrzeugs verbunden, das andere Ende mit dem Schaltgerät (Unterbrecher). Ein Ende der Sekundärspule ist mit der Primärspule verbunden, das andere Ende mit dem Ausgangsende der Hochspannungsleitung, um Hochspannung auszugeben.
Der Grund, warum die Zündspule im Auto Niederspannung in Hochspannung umwandeln kann, liegt darin, dass sie die gleiche Form wie ein gewöhnlicher Transformator hat und die Primärspule ein größeres Windungszahlverhältnis als die Sekundärspule aufweist. Die Funktionsweise der Zündspule unterscheidet sich jedoch von der eines gewöhnlichen Transformators. Die Betriebsfrequenz eines gewöhnlichen Transformators beträgt fest 50 Hz und wird auch als Netzfrequenztransformator bezeichnet. Die Zündspule hingegen arbeitet gepulst und kann als Impulstransformator betrachtet werden. Sie speichert und entlädt Energie je nach Motordrehzahl mit unterschiedlichen Frequenzen.
Beim Einschalten der Primärspule entsteht mit steigendem Strom ein starkes Magnetfeld um sie herum, dessen Magnetfeldenergie im Eisenkern gespeichert wird. Trennt das Schaltgerät den Primärspulenstromkreis, fällt das Magnetfeld der Primärspule schnell ab, und die Sekundärspule erfasst eine hohe Spannung. Je schneller das Magnetfeld der Primärspule verschwindet, desto stärker ist der Strom im Moment der Stromunterbrechung und je größer das Windungsverhältnis der beiden Spulen, desto höher ist die von der Sekundärspule induzierte Spannung.
Spulentyp
Zündspulen werden je nach Magnetkreis in offene und geschlossene Magnetspulen unterteilt. Die herkömmliche Zündspule ist eine offene Magnetspule. Ihr Eisenkern besteht aus 0,3 mm starken Siliziumstahlblechen. Um den Eisenkern herum befinden sich Sekundär- und Primärspulen. Bei geschlossenen Magnetspulen wird ein Eisenkern ähnlich wie III um die Primärspule gewickelt. Die Sekundärspule ist außen gewickelt, wobei die magnetische Feldlinie durch den Eisenkern gebildet wird. Die Vorteile geschlossener Magnetspulen liegen in geringerer magnetischer Streuung, geringem Energieverlust und geringer Größe. Daher werden in elektronischen Zündsystemen üblicherweise geschlossene Magnetspulen verwendet.
CNC-gesteuerte Zündung
Im Hochgeschwindigkeits-Benzinmotor moderner Automobile wird ein mikroprozessorgesteuertes Zündsystem, auch digitales elektronisches Zündsystem genannt, eingesetzt. Das Zündsystem besteht aus drei Teilen: Mikrocomputer (Computer), verschiedenen Sensoren und Zündaktuatoren.
Tatsächlich werden in modernen Motoren sowohl die Benzineinspritzung als auch die Zündung von derselben elektronischen Steuereinheit (ECU) gesteuert, die über einen gemeinsamen Sensorsatz verfügt. Die Sensoren sind im Wesentlichen dieselben wie in elektronisch gesteuerten Benzineinspritzsystemen, wie beispielsweise Kurbelwellenpositionssensoren, Nockenwellenpositionssensoren, Drosselklappensensoren, Ansaugkrümmerdrucksensoren und Klopfsensoren. Der Klopfsensor ist ein sehr wichtiger Sensor für elektronisch gesteuerte Zündungen (insbesondere bei Motoren mit Abgasturboladern). Er überwacht, ob und wie stark der Klopfvorgang ist, und gibt der ECU als Rückkopplungssignal den Befehl, frühzeitig zu zünden. Dadurch wird der Motor vor Klopfvorgängen geschützt und eine höhere Verbrennungseffizienz erreicht.
Das digitale elektronische Zündsystem (ESA) wird je nach Aufbau in zwei Typen unterteilt: Verteilerzündung und Nichtverteilerzündung (DLI). Die elektronische Verteilerzündung erzeugt Hochspannung mit nur einer Zündspule. Anschließend zündet der Verteiler die Zündkerzen jedes Zylinders entsprechend der Zündreihenfolge. Da das Ein- und Ausschalten der Primärspule der Zündspule vom elektronischen Zündkreis übernommen wird, entfällt die Unterbrechereinrichtung des Verteilers, der lediglich die Hochspannungsverteilung übernimmt.
Zweizylinderzündung
Bei der Zweizylinderzündung teilen sich zwei Zylinder eine Zündspule. Daher kann diese Zündung nur bei Motoren mit einer geraden Zylinderzahl verwendet werden. Wenn sich bei einer Vierzylindermaschine zwei Zylinderkolben gleichzeitig in der Nähe des oberen Totpunkts befinden (einer komprimiert, der andere entlädt), teilen sich zwei Zündkerzen dieselbe Zündspule und zünden gleichzeitig, dann zündet eine effektiv, die andere ineffektiv. Die erste Zündung erfolgt im Gemisch aus hohem Druck und niedriger Temperatur, die zweite im Abgas mit niedrigem Druck und hoher Temperatur. Daher ist der Widerstand zwischen den Zündkerzenelektroden der beiden völlig unterschiedlich, und die erzeugte Energie ist nicht dieselbe. Dadurch ist die für eine effektive Zündung benötigte Energie viel höher und macht etwa 80 % der Gesamtenergie aus.
Separate Zündung
Bei der Einzelzündung wird jedem Zylinder eine Zündspule zugewiesen. Die Zündspule ist direkt auf der Zündkerze montiert, wodurch das Hochspannungskabel entfällt. Diese Zündmethode wird durch den Nockenwellensensor oder durch Überwachung der Zylinderkompression erreicht, um eine präzise Zündung zu gewährleisten. Sie eignet sich für Motoren mit beliebiger Zylinderzahl, insbesondere für Motoren mit vier Ventilen pro Zylinder. Da die Zündkerzen-Zündspulen-Kombination in der Mitte der doppelten obenliegenden Nockenwelle (DOHC) montiert werden kann, wird der Spaltraum optimal ausgenutzt. Durch den Wegfall von Verteiler und Hochspannungsleitung sind Energieleitungs- und Leckverluste minimal, es entsteht kein mechanischer Verschleiß. Zündspule und Zündkerze jedes Zylinders sind zusammen montiert, und das externe Metallgehäuse reduziert elektromagnetische Störungen erheblich, wodurch der normale Betrieb der elektronischen Motorsteuerung sichergestellt wird.
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