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Der Zündzeitpunkt am Beispiel der Vollelektronischen Zündung (VEZ) von AUDIZum Verständnis der Zündzeitpunktsteuerung und -regelung moderner Zündanlagen wird die (jetzt nicht mehr ganz moderne) Zündung des AUDI 100 (5 Zylinder Turbomotor, Bj. 1990) herangezogen. Ich habe das System gewählt, weil es noch als eigenständiges Zündungssystem arbeitet und noch nicht in einer Motronic aufgegangen ist. Jedes Fahrzeug hat im Grunde zwar andere aber doch im wesentlichen ähnliche Zündsysteme. Jedes einzelne System zu erklären, wäre zu aufwändig. Warum muss der Zündzeitpunkt eigentlich verändert werden?
Mit sich änderndem Unterdruck im Saugrohr verändert sich die Last, d.h. das Gemisch ist mal magerer und mal fetter. Im Leerlauf und bei Volllast ist das Gemisch fetter, im Teillastbereich magerer. Mageres Gemisch brennt etwas langsamer, was somit ebenfalls eine frühere Entzündung des Kraftstoff-Luftgemisches erforderlich macht (vergleiche hierzu auch die Bilder über die Zündkennfelder weiter unten). Der Zündzeitpunkt wird übrigens nicht als "Zeit" sondern immer in Grad Kurbelwinkel (°KW) bezogen auf den OT angegeben. Mit zunehmender Motorlast (Drehmoment) steigt auch der Zünddruck, hierdurch kann eine Selbstzündung ausgelöst werden. Hochverdichtende Motoren sind besonders anfällig für das Klopfen, diese brauchen dann einen Kraftstoff, der selbst unter Höchstlast ein Klopfen verhindert. Die wichtigsten Informationen (Haupteingangsgrößen) für jede Zündanlage zur Bestimmung des Zündzeitpunkts sind somit:
Wichtige Korrekturgrößen sind:
Ein kalter Motor bzw. kalte Ansaugluft verändert die Gemischbildung, was wiederum eine Anpassung des Zündzeitpunkts erforderlich macht. Im folgenden Bild können Sie die Sensoren zur Bestimmung des Zündzeitpunkts, der Klopfregelung, der Leerlaufregelung und der Lambdaregelung des AUDI erkennen.
Zur Bestimmung des Zündzeitpunkts werden bei unserem Motor die Signale des Hallgebers, des Zündzeitpunktgebers (als Bezugsmarkengeber) und des Motordrehzahlgebers vom Steuergerät gemeinsam ausgewertet. Zündzeitpunktgeber und Drehzahlgeber sitzen beide über dem Anlasserzahnkranz (Bild links). Der Zündzeitpunktgeber ist ein Bezugsmarkengeber, der einen Stahlstift 62° v. OT "erkennt". Dabei wird bei jeder Kurbelwellenumdrehung ein Wechselspannungsimpuls erzeugt (induziert). Der Geber für die Motordrehzahl erfasst die 135 Zähne des Zahnkranzes und erzeugt ebenso viele Impulse. Das Hallgebersignal wird im Zündverteiler erzeugt (Bild rechts). Er besteht aus dem Blendenring und einem Hall-IC. Der Blendenring hat "Fenster" und läuft mit Nockenwellendrehzahl. Das Signal wird für den Motorstart und für die zylinderselektive Klopfregelung benötigt. Weitere Informationen zu Induktivgeber oder Hallgeber finden Sie übrigens bei den Sensoren.
Wenn das Hallgebersignal und das Zündzeitpunktgebersignal gleichzeitig eingehen, weiß die VEZ, dass der Zünd-OT des 1. Zylinders folgt und löst die Zündung aus. Das Steuergerät zählt von diesem Punkt aus 54 Zähne (144° KW, 5 Zylindermotor) des Schwungrades und löst die nächste Zündung aus. Der Zylinder wird intern berechnet. Der Motorstart wird durch das Hallgebersignal erkannt. Nach dem Start wird das Zündzeitpunktgebersignal nicht mehr gebraucht. Signalverläufe
Signale der Zündung (VEZ) Die zweite große Steuergröße für den Zündzeitpunkt neben der Drehzahl ist, wie erwähnt, die Last. Sie wird in unserem Beispiel durch einen Saugrohrdrucksensor im Steuergerät indirekt ermittelt. Weitere Informationen finden Sie auch hier bei den Sensoren. Durch die Last- und die Drehzahlinformationen kann das Steuergerät den Zündzeitpunkt mit Hilfe der Zündkennfelder steuern und mit Hilfe der Klopfregelung den Zündzeitpunkt regeln (siehe weiter unten). Die vorgegebenen Zündkennfelder 1 und 2 für die Berechnung des Zündzeitpunkts sind im Steuergerät gespeichert. An den Bildern kann man gut erkennen, dass bei Normalsprit der Zündzeitpunkt besonders bei hoher Drehzahl und hoher Last später liegt.
Bei Start des kalten Motors wird Kennfeld 2 verwendet. Ab 65° Motortemperatur wird auf Kennfeld 1 umgeschaltet. Bei anhaltender klopfender Verbrennung wird auch auf Kennfeld 2 geschaltet. Bei klopfender Verbrennung steigt der Verbrennungsdruck sehr stark an. Kapitale Motorschäden können daraus erfolgen. Durch die Klopfregelung wird die Klopfneigung rechtzeitig erkannt und der Zündzeitpunkt angepasst, d.h. stufenweise (siehe Bild) in Richtung "spät" verstellt. Anschließend geht der Zündzeitpunkt wieder schrittweise in Richtung "früh". Klopfregelung
Klopfen und VerbrennungDurch das Hallgebersignal kann das Klopfen dem richtigen Zylinder zugeordnet werden. Es ist somit möglich, jedem Zylinder seinen eigenen Zündzeitpunkt zuzuordnen. Bei diesem System ist bei weiterer Klopftendenz trotz Zündungsrücknahme, noch die Senkung des Ladedrucks und die Gemischanfettung möglich. Dass der Motor zu klopfen beginnt, weiß der Klopfregler im Steuergerät aber nur durch die Klopfsensoren. Diese arbeiten nach dem piezoelektrischen Prinzip, d.h., dass durch Druck (auf den Piezokristall) eine Spannung erzeugt wird. Dieses Prinzip wird beispielsweise auch bei elektronischen Feuerzeugen angewendet. Die Änderungen im Verbrennungsdruck werden über den Zylinder auf den Klopfsensor übertragen und erzeugen ein Spannungssignal, dass im Klopfregler ausgewertet werden muss. Die Klopfgrenze ändert sich nach den Betriebsbedingungen des Motors. Bei klopfender Verbrennung ändert sich das Signal signifikant und kann vom Steuergerät deshalb vom normalen Verbrennungsdruck unterschieden werden.
Klopfsensoren Der Audi verwendet einen Klopfsensor für die Zylinder 1 und 2, den anderen für die restlichen Zylinder 3, 4 und 5. Wie bereits erwähnt hilft der Hallgeber bei der genauen Zylinderzuordnung. Am so berechneten Zündzeitpunkt wird ein Ausgangssignal vom Steuergerät zur Leistungsendstufe der Zündspule gesetzt. Diese schaltet den Primärstrom der Zündspule ab, was die Zündung auslöst.
Zündspule mit Leistungsendstufe Leerlaufschwankungen werden beim AUDI durch Veränderung des Zündzeitpunkts aufgefangen. Man nennt dies auch Digitale Leerlaufstabilisierung (DLS). Zusammen mit der saugrohrseitigen Leerlaufstabilisierung (Zusatzluft) wird ein ruhiger Motorleerlauf bewirkt.
Maßnahmen zur Vermeidung von klopfender Verbrennung
Quelle der Informationen und Bilder: AUDI Selbststudienprogramm SSP 110, Fachhochschule Frankfurt am Main, Kolbenbild von Mahle, Weiterführende Infos | Zündkerzen | Übersicht Zündanlagen | Sensoren | Autor: Johannes Wiesinger bearbeitet: Folgen Sie kfztech auf Twitter  Besuchen Sie kfztech auf Facebook |
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