Wie kräftig muss ein Zündfunke sein und wann soll er
überspringen? Das sind zwei Fragen die geneigte Motortuner immer wieder
beschäftigen.
Wenn das Temperament des neu aufgebauten und frisierten
Motors zu Wünschen übrig lässt oder der gute alte Originalmotor das Gas nicht
mehr so richtig annehmen will dann kann es durchaus sein dass die Zündung
überfordert ist oder wegen alten Komponente durchschlägt.
Ein kleiner Tipp:
Wenn man wissen will ob Komponenten der
Zündung durchschlagen dann gibt es mehrere wirksame Methoden…. man fasst alle
Komponenten an und merkt sich die Stelle bei der es weh tat… diese Methode
sollte tunlichst vermieden werden.
Eine andere recht teure Variante ist man wechselt alle
Komponenten der Zündung aus bis der Motor wieder rund läuft… oder man klaut der
Frau einen Wasserzerstäuber vom Balkon und vernebelt den laufenden Motor in der
Dunkelheit mit einem feinen Wassernebel. Wenn es jetzt ein Gewitter gibt sieht
man die Funken springen und kann das oder die entsprechenden Teile ersetzen.
Gehen wir zurück zum neu aufgebauten Monstermotor… keine
fein gewuchtete Kurbelwelle mit 308° Nockenwelle und 48er Dellorto’s nützt
etwas wenn die Zündung dem Motor nicht gewachsen ist. Der Zündverteiler ist der
Herzschrittmacher des Motors. Wenn die Herzfrequenz nicht stimmt dann sind
Performance Probleme angezeigt. Beim Motor ist es nicht so schlimm wie bei uns
Menschen doch die Ursache ist vergleichbar.
Die volle Leistung des Motors ist nur dann gegeben wenn
jeder Kolben zur richtigen Zeit abwärts geschickt wird. Stellt euch ein Vierer
vor (Ruderboot). Die volle Leistung wird nur dann erzielt wenn alle
gleichmässig die Riemen (Ruder) ziehen. Kommt einer aus dem Takt oder rudert
nicht richtig mit dann verliert das Boot an Geschwindigkeit (Leistung).
Generell kann man sagen dass eine geänderte
Brennraumgeometrie im Kopf, eine höhere Verdichtung einen stärkeren Zündfunken
benötigt. Geänderte Steuerzeiten der Nockenwelle passen unter umständen nicht
mehr zur Zündkennlinie, zur Zündverstellung des originalen Verteilers.
Für die Leser die
jetzt noch an diesem Thema interessiert sind erläutere ich zuerst ein
paar Grundlagen der Zündung bevor wir in die Abgründe der MSD und Mallory
Zündungen abtauchen.
Die Hochspannung welche den Funken an der Zündkerze tanzen
lässt kommt von der Zündspule. Der Aufbau der Zündspule entspricht einem Transformator und besteht aus
einer Primärwicklung welche mit Batteriespannung versorgt wird und einer
Sekundärwicklung welche durch Induktion Spannungen von mehreren tausend Volt
erzeugt. Bei eingeschalteter Zündung wird die Primärwicklung der Zündspule von
Strom durchflossen, wodurch sich ein Magnetfeld um die Spule bildet. Dieses
Magnetfeld wird durch den gemeinsamen Eisenkern beider Wicklungen auch auf die
Sekundärwicklung übertragen. Das Öffnen des Unterbrechers im Primärkreis der
Zündspule verursacht dann im Sekundärkreis einen Hochspannungsimpuls, da das
Magnetfeld rasch zusammenbricht. Die Hochspannung gelangt durch das Zündkabel
zur Zündkerze. Damit dies zum richtigen Zeitpunkt passiert gibt es den
Unterbrecher. Wenn der Unterbrecher schliesst, fliesst Strom durch die
Primärwicklung und ladet dabei quasi den Hochspannungsteil auf. Je länger der
Unterbrecher geschlossen bleibt je stärker kann sich die Zündspule aufladen und
je kräftiger kann der Zündfunken ausfallen. Wenn der Unterbreccher öffnet
entlädt sich die Hochspannung der Spule an der entsprechenden Zündkerze.
Jetzt wird
schnell klar dass die Anzahl der Zylinder und die Drehzahl massgebend für die
Aufladezeit der Zündspule und dementsprechend die Stärke des Funkens
verantwortlich sind. 8 Zylinder und grössere Motoren haben aus diesem Grund oft
2 oder mehrere Zündspulen die von einem Verteiler mit 2 Unterbrechern oder von
mehreren Zündverteiler bei Laune gehalten werden. So verlängert sich die Zeit
in der der Unterbrecher geschlossen bleibt und somit verlängert sich die
Ladezeit der Zündspule…
Macht das soweit
Sinn?
Ja? Dann wird es
jetzt noch ein wenig komplizierter… Bezogen auf die volle Umdrehung des
Verteilerfingers (360°) nennt man die Zeit in der der Unterbrecher geschlossen
bleibt den Schliesswinkel (z.B. 50°). Dieser Schliesswinkel sollte möglichst
gross sein weil er die Ladezeit der Zündspule beeinflusst. Der
Unterbrecherkontakt Abstand spielt hier eine wesentliche Rolle. Je kleiner
dieser Abstand ist je länger kann der Kontakt geschlossen bleiben weil der
Unterbrecher in der gleichen Zeit weniger weg machen muss. Bei einem kleinen
Unterbrecherabstand springt aber der Strom beim Schalten in Form eines Funkens
unkontrolliert früh über da die sogenannte Luft und Kriechstrecke zu klein ist
(Luft ist ein Isolator). Dieser Funke ist für den Kontaktabbrand am
Unterbrecher verantwortlich und wird durch den Kondensator gezähmt. Um diese
unnötige Funkenbildung zu verhindern wird ein Kondensator parallel zum
Unterbrecher geschaltet welcher die Spannung aufnimmt und den Funken am
Unterbrecher löscht.
Weiter?
Der Unterbrecher
wird über die Verteilerwelle über Nocken geschaltet. Diese Nocken drücken über
ein Gleitstück am Unterbrecher diesen auf und die Feder des Unterbrecher wirkt
dagegen um ihn wieder zu schliessen. Das muss sanft geschehen da sonst der
Unterbrecherkontakt bei hoher Drehzahl anfängt zu hüpfen. Das Problem hierbei
ist ein mechanisches, die Masse der Teile macht das System träge. Da dieses
öffnen und schliessen sanft geschehen muss geht Schliesswinkel und demnach
Ladezeit der Zündspule verloren.
Hier kommt die
Kontaktlose Zündung zur Hilfe. Eine elektronische Steuerung hat kein
Trägheitsproblem und schaltet ohne Funken und Zeitverlust was einen grösseren
Schliesswinkel und höhere Drehzahlen zulässt. Meistens arbeiten diese
kontaktlosen Zündungen mit einem Impulsgeber der auf Magnetbasis arbeitet. Pro
Zylinder ein Magnet an der Verteilerwelle welche beim passieren am Hall-Sensor
(benennt nach dem Physiker Edwin Hall) ein Schaltimpuls an die Zündspule
abgegeben.
Ein weitere
Vorteil dieser Zündung ist, wie bereits erwähnt, sie hat kein Trägheitsproblem.
Das heisst bei hoher Drehzahl kann der Kontakt nicht unkontrolliert springen
was zu Kontaktprellen führen kann was der Motor mit stottern und Zündaussetzern
quittiert.
Eine
Unterbrecherzündung kann ca. 18000 Zündungen pro Minute auslösen. Das reicht
theoretisch für 9000 U/min bei einem 4 Zylinder Motor. Bei 6 Zylinder reicht es
aber nur noch für 6000 U/min. Bei einem kontaklosen System sind da ca. 24000
Zündungen pro Minute drin. Das reicht dann auch beim Porsche für 8000 U/min.
Die nächste
Limitation ist die Zündspule selbst. So ein Bosch Blue Coil schafft ca 17000
Volt.
Die schwarze
Version 23000 Volt und der Bosch Red Coil 26000 Volt.
Eigentlich
reichen auch bei einem Motor mit hoher Verdichtung 10000 Volt aus doch die
steigende Drehzahl verkürzt die Ladezeit (zur Erinnerung… Schliesswinkel) der
Spule und deshalb sinkt die Zündspannung merklich. Deshalb sind
Hochleistungszündspulen wichtig da nur diese genügend Reserven haben.
Die
Hochleistungszündspule belastet aber den herkömmlichen Unterbrecher und
Kondensator zusätzlich, spätestens hier leuchtet ein warum eine Kontaktlose
Zündung (oder ein Turbolader… GRINS) Vorteile hat. Zusätzlich schaltet die
kontaktlose Zündung viel genauer. Beim 4 Zylinder müsste theoretisch alle 90°
ein Funke fliegen. Bei einer Unterbrecherzündung sind da Abweichungen von bis
zu 3° normal. Bezogen auf die Kurbelwelle sind das dann bereits 6° Toleranz bei
welchen der Funke zu früh oder zu spät kommt. (Kurbelwelle läuft mit halber
Drehzahl zum Verteiler).
Die elektronische
Zündung arbeitet da punktgenau und man kann den Motor so viel genauer an die
Klopfgrenze bringen. (maximaler Wert der Frühzündung).
Frühzündung?? Die
richtige Frühzündung bedeutet mehr drehzahlpotential und Leistung.
Ja genau, nicht
nur die Spannung spielt eine Rolle sondern vor allem auch der Zündzeitpunkt.
Schauen wir
unseren Käfermotor an, die gesamte fliehkraftgesteuerte Vorzündung eines 009
Verteilers liegt bei ca. 21° (der 050er ca. 26°). Der originale Zündverteiler
mit Unterdruck und Fliehkraftverstellung brachte es je nach Typ auf
erstaunliche 32-35°.
Frühzündung ist
notwendig (Zündung bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht hat) weil der
Brennraum im Kopf und vor allem der lange Ansaugweg des Hirschgeweihs
unvorteilhaft sind. Die Flammenfront welche sich nach erfolgter Zündung mit 20
m/s ausbreitet braucht relativ lange bis sie alle Winkel des Brennraums
erreicht hat. Deshalb muss die Zündung erfolgen bevor der Verdichtungstakt
abgeschlossen ist.
Bei einem 911er
Motor reichen bereits 25° Gesamtvorzündung bei 6000 U/min für die volle
Leistung. Die Brennraumform und die perfekte Gemischaufbereitung bestimmen den
Zündzeitpunkt.
Für eine optimale
Leistungsausbeute wäre es ideal man könnte den Zündzeitpunkt möglich nahe an
den oberen Totpunkt bringen. Formel 1 Motoren mit dem Rennbenzin zünden
tatsächlich erst kurz vor dem oberen Totpunkt damit das verbrennende Gemisch
seine Kraft genau in dem Moment entfaltet wenn sich der Kolben im Arbeitstakt
befindet.
Hier ist eine
Doppelzündung (mit 2 Zündkerzen) vorteilhaft will sich so die Flammenfront
nahezu doppelt so schnell bewegt.
Jeder Motor
braucht eine individuelle Frühzündung für die höheren Drehzahlbereiche.
Deshalb hat der
Zündverteiler eine dynamische Verstellung über Fliehkraftgewichte sowie ein
Lastabhängige Verstellung über Ansaugunterdruck. Diese Verstellung ist jedoch
relativ ungenau. Für den Rennbetrieb gibt es da eine einfache Lösung, man
blockiert die dynamische Verstellung ganz einfach da eh nur Vollgas gefahren
wird.
Das ist natürlich
unpraktisch da sich so ein Motor nur unwillig starten lässt und er im unteren
Drehzahlbereich unkultiviert läuft. Im Standgas kann er sogar ausgehen (ausser
beim Turbo…).
Hier hilft die
moderne Elektronik einer digitalen MSD oder Mallory Zündung. Diese modernen
Zündsystem sind sogenannte Kennlinienzündungen. Hier wird der aktuell
gemessenen Drehzahl eine zuvor individuell definierte Frühzündung zugewiesen.
Ein weiterer Vorteil der Kennlinienzündung ist dass beim Startvorgang die
Zündung bis zum oberen Totpunkt zurück genommen werden kann was einen extrem
schönen Leerlauf zur Folge hat. Gleichzeitig ermöglicht die Kennline dass die
passende Frühzündung auch bei höchster Drehzahl perfekt und genau anliegt. Das
ist einer der Gründe warum ein hoch gezüchteter GT2 mit X hundert PS lammfromm
durch die Stadt bewegt werden kann.
Noch moderner ist
die Kennfeldzündung der neusten Generation der MSD Digital und z.B. der CB
Performance Zündung. Hier wird eine sogenannte 3D Map angelegt bei welcher
allerlei elektronische Sensoren nicht nur die Drehzahl des Motors
berücksichtigen sondern auch Aussentemperatur, Motortemperatur, Luftdruck,
Drosselklappenstellung, Saugdruck, Lambdawert und wenn ein Turbolader verwendet
wird auch der Ladedruck an das Steuergerät weitergeleitet wird. Diese
Steuergeräte regeln dann nicht nur die Zündung sondern bei eingespritzten
Motoren auch die Benzinzufuhr. Klopfsensoren ermöglichen dass der Motor immer
genau unterhalb der Klopfgrenze laufen kann.
Weitere Vorteile
der MSD Zündung ist die Mehrfachabgabe des Zündimpulses. MSD bedeutet nämlich
Multi Spark Discharge. Die Zündelektronik zündet nicht nur
einmal pro Arbeitstakt sondern mehrmals. Dies hält die Flammenfront stabil,
gerade bei sehr hoch Verdichteten Motoren bei welchem hochoktaniges Benzin
gefahren wird ist dies Vorteilhaft.
Klar diese letzte
Evolutionsstufe mag für eingefleischte old school 48IDA Fahrer zu viel des Guten sein doch möchte
ich mit diesem Beitrag etwas zum Mythos Zündung beitragen. Es reicht einfach
nicht bei einem teuer frisierten Motor einen billigen Chinesischen 009er einzubauen
mit einer blauen Zündspule. Das bringt gar nichts, wenn teure Kurbelwellen,
Köpfe, Vergaser und Auspuffsysteme verbaut werden muss die Zündung mithalten.
Da die wenigsten Tuner die Möglichkeit haben die Kennlinie eines Verteilers
einzustellen ist eine Elektronische Kennfeldzündung trotz allem nicht verkehrt
da man dies am Computer optimal einstellen kann.
Nur Mut!
