Vom Unterbrecher- Kontakt zur Motronic - Mormon Bikers

TECHNI K
Vom Unterbrecher-
Kontakt zur Motroni c
Vor rund 20 Jahren besaßen Zündanlage n
noch einen pflegebedürftigen Unterbrecherkontakt .
Heutige Zündungen arbeiten hingegen vollelek -
tronisch und wartungsfrei . Wir erläutern die Funktio n
und verfolgen die technische Entwicklung .
Bei Verbrennungsmoto -
ren gibt es zwei Arten
von Zündungen: die
Selbstzündung und di e
Fremdzündung. Beim Dieselmotor
wird die Selbstzündung
angewendet. Durch Verdichtungsverhältnisse
von übe r
15 : 1 erreicht die komprimierte
Frischluft schon die Zündtemperatur
von etwa 350 Grad ,
das Dieselöl entzündet sich
dann beim Einspritzen praktisch
von selbst . Die Fremdzündung
beim Ottomotor benötigt
eine »fremde« Energiequelle,
die die notwendig e
Wärmemenge und Zündtemperatur
(ca. 500 Grad) liefert .
Die ersten Fremdzündungen
waren von eher abenteuerlicher
Art. Die Vorläufer der
nach dem Erfinder Nicolau s
Otto (1832 – 1891) benannte n
Viertaktmotoren besaßen ein e
Flammenzündung. Dabei entzündete
eine ständig brennende
Flamme ein Zündgemisc h
in einem Seitenkanal, welcher
76 Tourenfahrer 9/1997
durch einen Schieber vom
Brennraum getrennt war. lm
Zündzeitpunkt strömte da s
brennende Zündgemisch i n
den Brennraum und entflamm -
te das vom Kolben angesaugt e
Gemisch .
Eine weitere Zündvariant e
stellte die Glührohrzündung
dar. Ein zum Brennraum offenes
Glührohr wurde von außen
durch eine Gas-
flamme beheizt.
Im Verdichtungstakt
strömte
das Kraftstoff-
Luft-Gemisch i n
das glühende
Röhrchen un d
entzündete sich .
Der Urahn unserer heutige n
Viertakt-Ottomotoren entstand
übrigens 1876, er leistete
2,2 kW (3 PS) bei nur 18 0
U/min. Acht Jahre später erfand
Otto die Niederspannungs-Abreißzündung.
Daz u
ragten in den Brennraum ei n
isolierter feststehender und ein
Kolben
in OT
Bosch
entwickelte die
Hochspan -
nungszündung
Grundsatzschaltbild der Zündun g
drehbarer Bolzen mit Abreißhebel.
Der Hebel lag im Ruhe -
zustand auf dem isolierten
Bolzen, im Zündzeitpunkt hob
er ab und zog den Zündfunken .
Die Niederspannung bzw .
Zündspannung lieferte ein e
Spule . Erst kurz
nach der Jahrhundertwend
e
entwickelte
Bosch die Hoch -
spannungszündung,
nach deren
Grundprinzip
auch die heutigen Motoren
noch zünden .
Doch wie entsteht die Hochspannung?
Durch elektromagnetische
Vorgänge in de r
Zündspule, die vom Aufba u
her ein Transformator ist, wer -
den aus den 12 Volt Batteriespannung
rund 20.000 Vol t
Zündspannung erzeugt . In der
Glührohrzündung
S = Sekundärwicklung
P = Primärwicklun g
B = Batteri e
U = Unterbreche r
N = Nocke n
K = Kondensato r
Z = Zündkerze
Glühroh r
,asflamm e
Glührohrzündung anno
1900: Eine Gasflamme sorgt für
die Gemischentzündung.
Mitte der Spule befindet sich
ein Eisenkern, um den zwe i
Wicklungen aus isolierte m
Kupferdraht aufgespult sind .
Die äußere Primärwicklung
besteht aus dickem Draht und
rund 150 bis 300 Windungen .
Hier liegen die 12 Volt an . Die
innere Sekundärwicklung is t
aus dünnem Draht mit 15.000
bis 30.000 Wicklungen .
Mit dem Einschalten der
Zündung fließt Strom durch
die dicken Primärwicklungen ,
und es baut sich ein konstante s
Magnetfeld auf. Erst wen n
dieser Strom abgeschalte t
wird, etwa durch einen Unterbrecherkontakt,
indiziert da s
zusammenbrechende Magnetfeld
in beiden Wicklungen eine
Spannung, die nach dem In -
duktionsgesetz der Ursache
entgegenwirkt. Durch di e
höchst unterschiedliche n
Wicklungszahlen (Übersetzungsverhältnis)
entsteht i n
der Sekundärwicklung eine
deutlich höhere Spannun g
(Zündspannung) zu Lasten de s
Stroms. Die Energie, also das
Produkt aus Strom und Spannung,
bleibt gleich. Der Eisen -
kern leitet und verstärkt dabei
das Magnetfeld.
Die induzierten Spannungen
sind auch um so höher, j e
rascher das Magnetfeld zusammenbricht.
Das wird mit
einem Kondensator erzielt, de r

parallel zum Unterbrecherkontakt
geschaltet ist . Gleich -
zeitig sorgt er dafür, daß zwischen
den Kontakten keine
Funken überspringen . Der Unterbrecherkontakt
ist ein nokkenbetätigter
Schalter, der da -
bei die Ströme zur Primärwicklung
von etwa fünf Ampere
trennen muß. Auf dem
Zündnocken liegt ein Kunststoffgleitstück
auf, das über einen
Hebelarm die Kontakt e
öffnet. Trotz des Kondensator s
entstehen zwischen den Kontaktflächen
kleine Funken, di e
auf Dauer zu einem Abbrand
der Flächen führen . Die Lebensdauer
der U-Kontakte beträgt
deshalb nur zirka 15 .000
Kilometer. Zwischenzeitliches
Nachjustieren des Kontaktabstands
(0,4 - 0,5 mm) ist ratsam,
da auch das Gleitstüc k
auf dem Zündnocken abnutzt .
Im Zündzeitpunkt öffnet de r
U-Kontakt, und es baut sic h
in der Sekundärwicklung di e
Zündspannung auf. Sie bewirkt
an der Zündkerze eine n
Funkenüberschlag, den Zünd -
funken. Nach der Zündun g
schließen die Kontakte, un d
um die Primärwicklung bau t
sich wieder ein Magnetfeld auf
— das Spiel beginnt erneut. Die
Schließdauer des U-Kontakt s
(= Zeit zum Aufbau des Primärmagnetfelds)
wird in Grad
Zündnockenwinkel ausgedrückt,
darum auch der Begriff
»Schließwinkel« . Seine Größe
ist vom Abstand der Kontakte
abhängig.
Solch ein simpel aufgebautes
Zündprinzip hat einen
großen Vorteil : Die Fehlersuche
gestaltet sich mit einer 12 -
Volt-Prüflampe recht einfach.
Doch die Nachteile überwiegen.
Infolge von Kontaktabbrand
und G leitstückabnutzun g
verschiebt sich der Zündzeitpunktim
Laufe derZeit in Richtung
»spät«, was zu einer Erhöhung
des Benzinverbrauch s
führt. Am Ende der Wartungsintervalle
ist daher mit einem
Mehrverbrauch von drei bis
fünf Prozent zu rechnen .
Zündspule im Schnitt
1 Hochspannungsanschluß außen, 2 Wickellage n
mit Isolierpapier, 3 Isolierdeckel ,
4 Hochspannungsanschluß intern übe r
Federkontakt, 5 Gehäuse, 6 Befestgungsschelle.
7 magnetisches Mantelblech, 8 Primärwicklung ,
9 Sekundärwicklung, 10 vergußmasse,
11 Isolierkörper, 12 Elsenke m
-
Klemme 4
Fllehkrattzündversteller in Ruhestellung
(oben) und in Arbeitsstellung (unten) .
1 Achsplatt e
2 Zündnocke n
3 Wälzbah n
4 Fliehgewicht
5 Zünciverteilerwelle
6 Mimehmer
olmi. Bosch
~ B
ti
Quelle : Bosch
— 6
Ende der siebziger Jahre
konnten dank der inzwischen
weit fortgeschrittenen Halbleitertechnik
die Nachteile de s
U-Kontakts ausgemerzt werden
. Beim Transistor handelt
es sich quasi um einen Schalter,
der auf elektronische m
Weg den Stromfluß unterbrechen
kann. Zu seiner Funktio n
benötigt er einen sehr geringe n
Steuerstrom, der nur ei n
Bruchteil des zu schaltenden
Stroms beträgt .
Bei der Zündung ergab sic h
nun folgendes Bild: Der Tran-
sistor schaltet den Primärstrom
(5 A) der Zündspule un d
der U-Kontakt seinen Steuerstrom
(50 mA). Gegenüber der
konventionellen Spulenzündung
(SZ) wies die kontaktgesteuerteTransistor-Spulenzündung
(TSZ-k) folgende
Vorteile auf: erheblich verringerter
Kontaktverschleiß und
Wartungsaufwand sowie ein e
Verlängerung der U-Kontakt -
Wechselintervalle auf übe r
50.000 km . Die TSZ-k wurde
in ersterLinie von derZubehörindustrie
als Nachrüstmöglichkeit
für die S Z
angeboten, in der
Großserie kam
diese Ausführung
kaum zu m
Einsatz .
Seit Anfang
der Achzige r
gehörte der U-Kontakt endgültig
der Vergangenheit an . Ei n
völlig berührungsfreies System,
der Hall-Geber, nah m
seinen Platz ein. Grundlage ist
ein elektromagnetischer Effekt,
welcher nach seinem Entdecker,
dem amerikanischen
Physiker Edwin Hall, benann t
wird . Der Geber reagiert auf
Veränderungen eines Magnetfelds.
Er besteht aus einer Magnetschranke
und einem dosenförmigen
Rotor, an desse n
Seiten zwei »Fenster« ausgeschnitten
sind . Der Rand de s
Rotors läuft durch die Magnetschranke,
und sobald eine
Lücke die Schranke passiert,
Zündzeitpunkt
(Grad v . OT)
Anfang der
Achziger wurde
der U-Kontakt
abgelös t
Zündverstellkurve n
TECHNI K
wird ein elektrischer Impul s
erzeugt. Ein elektronische s
Steuergerät verarbeitet diese s
Signal und schaltet den Primärstrom
. Diese Steuerun g
beinhaltet dazu eine Strom -
und Schließwinkelregelung .
Durch Hybridtechnik (= viel e
elektronische Bauteile au f
kleinstem Raum) bauen dies e
Steuergeräte sehr kompakt
und leicht.
Aufgrund der völlig berührungsfreien
Bestimmung de s
Zündzeitpunktes arbeitet die
Transistorzündung mit Hall -
Geber (TSZ-h)
wartungsfrei, verbunden
mit der
lebenslangen Konstanz
des Zündzeitpunktes
.
Neben dem
Hall-Geber hat
sich ein weiteres berührungsfreies
Auslösesystem etabliert ,
der Induktionsgeber (TSZ-i) .
Ein auf dem Kurbelwellen -
stumpf befestigter Roto r
streicht mit einer zeigerförmigen
Nase an mehren Induktionsspulen
vorbei und induziert
dort einen Strom . Eine
Transistorschaltung verarbeitet
und verstärkt dieses Signa l
zum Primärstrom .
Beide Hochleistungszündanlagen
(TSZ-h und TSZ-i) arbeiten
mit speziellen Zündspulen,
die primärseitig einen höheren
Strom (6 A) benötigen
und sich sehr schnell wiede r
aufladen. Das Resultat kan n
0 2 .000 4 .000 6 .000 8 .000 10 .000 12 .000 14 .000 U/mi n
9/1997 Tourenfahrer 77
`s

TECHNIK
' Quelle : Bosch
Moderne Zündanlagen bestimmen
den ZZP unter Berücksichtigung
der Last. Es entsteht
ein dreidimensionales Kennfeld.
sich sehen lassen : Neben eine r
erhöhten Zündleistung beträgt
das Hochspannungsangebot
nunmehr bis zu 40.000 Volt .
Mit solchen Hochleistungszündanlagen
werden Zündaus -
setzer weitestgehend vermieden,
wie sie mit konventionellen
Zündanlagen bei ungünstigen
Bedingungen wie Kaltstart,
verschlissenen und verrußten
Zündkerzen oder niedriger
Batteriespannung auftraten
. Durch umfangreiche Versuche
wurde beispielsweis e
nachgewiesen, daß Zündaus -
setzerraten bis zu zehn Prozent
von einem Normalfahrer kau m
bemerkt werden, aber zu einer
sechsprozentigen Erhöhung
des Benzinverbrauchs führen .
Gleichzeitig erhöht sich di e
HC-Emission (unverbrannte
Benzinanteile) erheblich. Mi t
steigender Motordrehzah l
bleibt für den Verbrennungsvorgang
weniger; Zeit; ergo
muß der Zündzeitpunkt in
Richtung »Frühzündung« verlegt
werden. Bei den bisher
aufgeführten Hochspannungszündanlagen
übernimmt diese
Aufgabe ein Fliehkraftregler .
In Abhängigkeit von der Drehzahl
klappen zwei Fliehgewichte
nach außen und betäti -
78 Tourenfahrer 9/1997
Zündwinkelkennfeld
gen einen Verstellmechanismus,
der den Zündnocken ent -
gegen seiner Drehrichtung
verstellt .
Fliehkraftregler können lediglich
sehr einfache zweidimensionaleZündverstellkurven
erzeugen, deren Verlau f
einer einzigen Treppenstufe
ähnelt; z. B. bei den BMW-
Zweiventilboxern der Baujahre
'69 bis '97 . Eine überarbeitete
Variante der Zündanlagen
arbeitet ohne Fliehkraftregler ,
die Zündung an sich bleibt da -
bei unverändert. Die drehzahlabhängige
Frühverstellung des
Zündzeitpunktes übernimm t
jetzt die Elektronik, und zwar
ein Mikroprozessor. Er kann
beliebige (zweidimensionale )
Zündverstellkurven erzeugen.
Selbstverständlich lieg t
man damit viel näher am Optimum,
wie etwa bei der Hon -
da CBR 600 F .
Aktuelle Zündanlagen bestimmen
den Zündzeitpunk t
unter zusätzlicher Berücksichtigung
der Last, also der Stellung
des Gasgriffs . Der Lastzustand
ist deshalb von großer
Bedeutung, da er die Verbrennungsgeschwindigkeit
und damit
den Zündzeitpunkt beein-
Steuergeräte vereine n
elektronische Bauteile auf eng -
stem Raum (Nvbridieehnik) .
Der Hall-Geber (u.) besteht aus
Rotor und Magnetschranke .
flußt. Im Gegensatz dazu sin d
die ausschließlich drehzahlabhängigen
Zündverstellkurve n
durch die Klopfgrenze be i
Vollast bestimmt und verschenken
somit im Teillastbereich
einiges an Wirkungsgrad.
Die last- und drehzahlab -
hängigen Zündverstellunge n
arbeiten nach einem dreidimensionalen
Zündkennfeld ,
daher der Nam e
Kennfeldzündungen
. Aktuelles
Beispiel istdi e
Yamaha XJ 900 S
(ab Bj . '95), hie r
erkennt ein Sensor
an den Vergasern
die Stellung der Drossel -
klappe bzw. den Lastzustand .
,Vorläufiger Höhepunkt der
Zündtechnik ist ein elektronisches
Motormanagement, be i
BMW auch Motronic genannt
(ab Bj. 1991 ; Hersteller =
Bosch). Hier wird die gesamte
elektronische Motorsteuerung
in einer »Blac k
Box« vereinigt. Das sind im
Kennfeldzündungen
arbeite n
last- und drehzahlabhängig
wesentlichen Zündung un d
Benzineinspritzung; abgeleitet
davon sind beispielsweis e
Drehzahlbegrenzer, Schubabschaltung,Leerlaufstabilisierung,
Kaltstartanreicherung
(Choke) oder die Lambda-Regelung
des Katalysators . Die
Krönung des Ganzen ist ei n
Notlauf- und Diagnosesystem .
Vorteil des zentralen Motor -
managements ist
die Unterbrin -
gung von ver -
schiedenen Steu -
erungseinheite n
in einem Gehäu -
se, bei gemein -
samer Nutzung
der Spannungsversorgung un d
des digital arbeitenden Mikrocomputers.
Da auch die
Sensoren (z. B. Drehzahl- und
Temperaturaufnehmer) fü r
Zündung und Einspritzung
gemeinsam verwendet werden ,
ergibt sich insgesamt ein höherer
Nutzen bei geringerem
Bauteileaufwand.
Volker Buchholz

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