Funktion und Funktionsprinzip der Zündspule
Die Zündspule eines Autos ist ein Schlüsselelement der Zündanlage.
Die Zündspule eines Autos ist hauptsächlich dafür verantwortlich, die von der Fahrzeugbatterie gelieferte Niederspannung (üblicherweise 12 Volt) in eine Hochspannung (üblicherweise mehrere zehntausend Volt) umzuwandeln, um einen Zündfunken zur Entzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Zylindern des Motors zu erzeugen. Die Zündspule arbeitet nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion und wandelt Niederspannung in Hochspannung um, um den ordnungsgemäßen Betrieb und die gleichmäßige Verbrennung des Motors zu gewährleisten. Die Zündspule eines Autos besteht im Wesentlichen aus der Zündspule selbst und dem Zündschalter.
Die Zündspule kann die Niederspannung im Fahrzeug in Hochspannung umwandeln, da sie die gleiche Bauform wie ein Transformator aufweist und das Windungsverhältnis von Primär- zu Sekundärspule groß ist. Ihre Arbeitsweise unterscheidet sich jedoch von der eines Transformators. Während ein Transformator kontinuierlich arbeitet, zündet die Zündspule intermittierend. Sie speichert und gibt Energie mit unterschiedlichen Frequenzen entsprechend der Motordrehzahl wiederholt ab.
Wird die Primärspule an die Stromversorgung angeschlossen, entsteht mit steigendem Strom ein starkes Magnetfeld um sie herum, dessen Energie im Eisenkern gespeichert wird. Unterbricht der Schalter den Stromkreis der Primärspule, klingt das Magnetfeld der Primärspule rasch ab, und in der Sekundärspule wird eine sehr hohe Spannung induziert. Je schneller das Magnetfeld der Primärspule abklingt, desto höher ist der Strom im Moment der Stromunterbrechung, und je größer das Windungsverhältnis der beiden Spulen ist, desto höher ist die in der Sekundärspule induzierte Spannung.
Zündspulen werden anhand ihrer Magnetkreise in zwei Typen unterteilt: offene und geschlossene Magnetkreise.
Zündspule mit offenem Magnetkreis
Die Zündspule für den Leerlauf ist im Allgemeinen zylinderförmig. Sie besteht aus mehreren übereinander gestapelten Siliziumstahlblechen, die einen stabförmigen Kern bilden. Primär- und Sekundärspule sind jeweils außen um den Kern gewickelt. Die Sekundärspule hat einen Drahtdurchmesser von 0,05 bis 1 mm und ist mit 20.000 bis 30.000 Windungen versehen. Die Primärspule hat einen Drahtdurchmesser von 0,5 bis 1 mm, ist dicker als die Sekundärspule und besitzt nur 150 bis 300 Windungen. Da die Primärspule außen um die Sekundärspule gewickelt ist, ist die Änderung des magnetischen Flusses in beiden Spulen identisch. Die Wicklungsrichtungen von Primär- und Sekundärspule sind gleich. Der Anfang der Sekundärspule ist mit dem Hochspannungsausgang verbunden, ihr Ende mit dem Anfang der Primärspule und dem Pluspol (+) des Gehäuses. Das Ende der Primärspule ist mit dem „I“-Anschluss des Gehäuses und dem Kollektor des Leistungstransistors im Zünder verbunden. Der Zünder steuert das Ein- und Ausschalten des Stroms in der Primärspule.
Zündspule mit geschlossenem Magnetkreis
Der Kern einer Zündspule mit geschlossenem Magnetkreis ist umschlossen, und der gesamte magnetische Fluss durchdringt sein Inneres. Die magnetische Permeabilität des Kerns ist etwa zehntausendmal höher als die von Luft. Um denselben magnetischen Fluss wie eine Zündspule mit geschlossenem Magnetkreis zu erreichen, muss die Primärspule daher eine relativ hohe magnetische Spannung (Amperewindungen) aufweisen. Aus diesem Grund sind Primärspulen mit mehr Windungen und größeren Drahtdurchmessern erforderlich. Die Windungszahl der Primärspule ist hoch. Um dasselbe Windungsverhältnis zu erzielen, muss auch die Windungszahl der Sekundärspule erhöht werden. Daher ist eine Miniaturisierung der Zündspule mit offenem Magnetkreis nicht möglich. Im Gegensatz dazu kann bei einer Zündspule mit geschlossenem Magnetkreis aufgrund ihres geringen magnetischen Widerstands die magnetische Spannung der Spule effektiv reduziert und die Zündspule miniaturisiert werden. Heutzutage sind Zündspulen mit geschlossenem Magnetkreis bereits weit verbreitet und können mit dem Zündmodul kombiniert oder sogar in die Zündkerze integriert werden. Die Zündung des brennbaren, komprimierten Gases im Zylinder erfolgt über die Zündkerze. Die herkömmliche Zündspule ist vom offenen Typ. Ihr Kern besteht aus übereinander gestapelten Siliziumstahlblechen von etwa 0,3 Millimetern Dicke, um die Primär- und Sekundärspule gewickelt sind. Der geschlossene Typ verwendet einen Eisenkern in Form eines Typs III, um den die Primärspule gewickelt wird, und anschließend wird die Sekundärspule außen herum gewickelt. Die Magnetfeldlinien bilden durch den Eisenkern einen geschlossenen magnetischen Kreis. Die Vorteile der geschlossenen Zündspule sind geringere magnetische Streuung, niedrigere Energieverluste und eine kompaktere Bauweise. Daher findet die geschlossene Zündspule breite Anwendung in elektronischen Zündsystemen.
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