Als Zündung bezeichnet man beim Verbrennungsmotor die Entflammung des verdichteten Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum des Zylinders. Bei Ottomotoren zündet ein Hochspannungsfunken an der Zündkerze das verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch, beim Dieselmotor entzündet sich der Brennstoff von selbst, wenn er durch eine Düse fein verteilt in hochverdichtete, heiße Luft eingespritzt wird (Selbstzündung).

Die erste Form der Zündung war die Glührohrzündung, bei der mit einem kleinen Brenner ein Platinröhrchen im Verbrennungsraum des Zylinders zum Glühen gebracht wurde. Das führte bei der Komprimierung des Gasgemisches zur Entzündung. Diese Vorrichtung war jedoch störanfällig und nicht regulierbar.

Arten der Zündung Magnetzündung

Die Magnetzündung benötigt für den Zündvorgang keinen zusätzlichen elektrischen Energiespeicher wie einen Akkumulator oder Batterie. Stattdessen wird die elektrische Energie für den Zündfunken aus einem vom Verbrennungsmotor angetriebenen elektrischen Generator gewonnen. Sie ist eine der ältesten Zündmethoden für Verbrennungsmotoren, da in der Anfangszeit der ersten Verbrennungsmotoren Ende des 19. Jahrhunderts noch keine leistungsfähigen elektrischen Energiespeicher in Form von Batterien zur Verfügung standen.

Von der Jahrhundertwende 1900 bis nach dem Ersten Weltkrieg war die Magnetzündung die Standardvariante in Kraftfahrzeugen. Dann setzte sich bei Autos die Batteriezündung durch; bei Motorrädern blieb es bis in die 1960er bei der Magnetzündung. Ab etwa Mitte der Sechziger Jahre kamen Transistorzündungen auf, die zunächst noch mit einem Unterbrecher angesteuert wurden. Über diesen floss nun nicht mehr der gesamte Strom der Primärwicklung der Zündspule, sondern lediglich ein kleiner Steuerstrom. Später wurde der Unterbrecher durch einen kontaktlosen Sensor ("Totpunktgeber") ersetzt und damit die Zündanlage komplett wartungsfrei. Die Zündelektronik einer elektronischen Zündung ersetzt aber in ihrer einfacheren Form nur den Unterbrecher, in der etwas weiterentwickelten Form übernimmt sie auch die Funktion des Zündverteilers. Elektronische Zündungen sind daher im Prinzip Batteriezündungen oder Magnetzündungen – je nachdem ob die Zündspule von einer Batterie versorgt oder der Zündstrom vom Magneten in der Zündspule erzeugt wird.

In Anwendungen ohne eigene Stromversorgung wie Rasenmäher, Mofa und bei Flugmotoren findet die Magnetzündung nach wie vor Verwendung.

Batteriezündung

mini|hochkant=2|Prinzipschaltungen der Batteriezündung mit Zündspule und Unterbrecherkontakt

Die Zündspannung wird in der Zündspule wie bei der Magnetzündung durch Selbstinduktion erzeugt. Der Strom für die Zündspule kommt im Gegensatz zur Schwunglicht­magnetzündung jedoch aus dem Bordakku. Dazu fließt ein Strom durch die Primärwicklung der Zündspule, der durch einen mechanischen Unterbrecherkontakt kurz unterbrochen wird. In dem kurzen Moment, in dem die elektrische Spannung in der Primärwicklung der Zündspule zusammenbricht, entsteht eine Magnetfeldänderung, die in der Sekundärwicklung der Zündspule eine hohe Spannung induziert. Diese wird mit einem Kabel zu einer Zündkerze übertragen, an welcher ein Funke entsteht, der das Gasgemisch (aus Benzin und Luft) entflammt.

Parallel zum Kontakt ist ein Zündkondensator (meist 0,22 µF) geschaltet, der einerseits den Abbrand durch den Lichtbogen an den Unterbrecherkontakten verringert und andererseits mit der Primärspule einen Schwingkreis bildet, der die gleiche Resonanzfrequenz wie die Sekundärspule hat. Auf diese Weise wird die Energieübertragung vom Primär- auf den Sekundärkreis verbessert.

Bei Motoren mit mehreren Zylindern gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, die einzelnen Zündkerzen anzusteuern: Im einfachsten Fall, bei Zweizylindermotoren mit gleichem Zündabstand (360°), sind die Zündkerzen hintereinander geschaltet und zünden gleichzeitig. Einer der beiden Funken trifft auf das Ende des Auspufftakts und hat keine Wirkung (Wasted Spark). Bei Mehrzylindermotoren wurden sonst Zündverteiler eingebaut, die die Hochspannung der Sekundärwicklung der Zündspule wahlweise auf eine der Zündkerzen leiteten. Dazu hat der Zündverteiler einen rotierenden Kontakt, den Verteilerfinger, der nacheinander dicht an Kontakten vorbeifährt, die über die Zündkabel mit den Zündkerzen verbunden sind. Bei jeder Zündung muss der Zündunterbrecher einmal den Stromfluss zur Primärwicklung der Zündspule unterbrechen, damit der Zündstrom vom rotierenden Finger am Kontakt in der Verteilerkappe und an der Zündkerze einen Funken erzeugen kann. Am aufwändigsten ist die Verwendung einer eigenen Zündanlage für jeden Zylinder, also bestehend aus Unterbrecherkontakt, Zündspule und Zündkerze, oft bei Zweitaktmotoren. Bei modernen Motoren verbreitet sind ruhende Zündungen, bei denen der Unterbrecher als eine elektronische Schaltung ausgeführt ist und je eine Zündspule jeweils zwei Zündkerzen speist. Ein Sensor am Schwungrad misst den Kurbelwinkel, sein Signal wird von einem Steuerrechner verarbeitet.

Bei älteren Fahrzeugen muss regelmäßig die Zündung eingestellt werden. Das erfordert etwas Geschick: Der Zündfunke an der Zündkerze entsteht, wenn der Zündkontakt geöffnet wird (Selbstinduktion). Bei der Einstellung des Zündzeitpunktes kann eine über den Unterbrecherkontakt angeschlossene kleine Meldelampe helfen. Zunächst wird der Zündkontaktabstand eingestellt und dann der Zündzeitpunkt, da umgekehrt der zunächst eingestellte Zündzeitpunkt durch eine nachträgliche Änderung des Kontaktabstands wieder verstellt würde.

Wichtig für die Funktion der Zündanlage ist der korrekte Zündkontaktabstand, der sich direkt auf den Schließwinkel auswirkt: Ein zu großer Kontaktabstand führt zu einem zu schwachen Magnetfeld (zu kurze Zeit zum Stromaufbau) und in der Folge insbesondere bei höheren Drehzahlen zu einem zu schwachen Zündfunken. Ein zu kleiner Kontaktabstand führt zu erhöhtem Abbrand des Unterbrecherkontakts, da durch das bei sich öffnendem Kontakt zusammenbrechende Magnetfeld der Strom auch dort weiterfließen kann (der Kontakt öffnet zu langsam). Hier hilft dann auch der Zündkondensator zur Funkenunterdrückung nur begrenzt – die Kontakte brennen schneller ab als üblich.

Die dynamische Einstellung des Zündzeitpunktes (Funktion der Fliehkraft-Verstellung des Zündzeitpunktes) wird mit einem Stroboskop vorgenommen, das induktiv über das Zündkabel des ersten Zylinders getriggert wird. Damit kann man die an der Motorwelle angebrachten Markierungen beobachten.

Transistorzündanlagen (TSZ-h/TSZ-i/TSZ-k) Die Transistor-Spulenzündanlage (TSZ) funktioniert im Prinzip wie die Unterbrecherzündung mit Fliehkraft- und Unterdruckverstellung. Der Unterbrecherkontakt ist als verschleißender Schalter durch einen Leistungstransistor mit hohem Strom für mehr Zündenergie ersetzt, der belastete Kondensator gegen den Kontaktabbrand entfällt. Das Zündsignal kommt meist von einem Geber, entweder dem Hallsensor (TSZ-h) oder einem Induktivgeber (TSZ-i). Ältere Transistorzündanlagen mit Vorwiderstand schalteten durch einen unbelasteten mechanischen Unterbrecherkontakt (TSZ-k) stets exakt.

Transistorzündanlagen kamen im Automobilbau ab Ende der 1960er Jahre auf. Dennoch wurden in den 1970er Jahren weiterhin vorwiegend Unterbrecherzündanlagen verwendet, die kostengünstig herzustellen waren und im Laufe der Zeit auch einen hohen technologischen Reifegrad und bei regelmäßiger Wartung gute Zuverlässigkeit erreicht hatten. Erst das verstärkt einsetzende Umweltbewusstsein brachte um 1980 den Durchbruch für Transistorzündanlagen. Der stets exakte Zündzeitpunkt und die größere Funkenenergie gestatteten es, ein besseres Abgasverhalten der Motoren und einen möglichst mageren Betrieb zu gewährleisten. Hinzu kamen die vorgezeichneten Entwicklungsperspektiven der fortschreitenden Mikroelektronik, die eine Kombination mit der elektronischen Einspritzung wie der L-Jetronic zu einer elektronischen Motorsteuerung wie der Motronic ermöglichten. Verglichen mit der parallel verbreiteten Hochspannungskondensatorzündung hatte die Spulenzündung den Vorteil einer wesentlich längeren Funkendauer.Kontaktlose Transistorzündanlage mit erhöhter Zündenergie. In: Kraftfahrzeugtechnik 6/1981, S. 176–177.

Die Babetta war 1970 das erste Zweirad mit Transistorzündanlage.

Elektronische Zündanlage (EZ) mini|Zündrechner Ford Fiesta XR2 von 1985 (ESC-1, electronic spark control)

Die elektronische Zündanlage basiert meist ebenfalls auf einer Transistorspulenzündung, bei der jedoch ein Mikrocomputer den Zündzeitpunkt aufgrund der fest abgespeicherten Werte eines Zündkennfeldes errechnet. Das kann durch ein zentrales Motorsteuergerät wie bei der Motronic erfolgen, es sind aber auch Varianten mit separatem Einspritzsystem oder mit Vergaser möglich. Einige Hersteller bezeichneten auch Zündanlagen als elektronische Zündung, bei denen kein Kennfeld durch einen Mikrocomputer verarbeitet wird. Der Begriff ist daher nicht immer eindeutig.

Vollelektronische Zündanlage (VEZ) Die VEZ ist eine elektronische Zündanlage, bei der auch der rotierende Verteiler durch Elektronik ersetzt wurde (als ruhende Zündverteilung bezeichnet)

Vorteile: Höhere Betriebssicherheit durch wenige Hochspannung führende Verbindungen Verschleißfrei durch Verzicht auf bewegliche (rotierende) Teile Geringere Funkstörungen, da keine Funken außerhalb des Verbrennungsraumes entstehen

Nachteile: Höherer Integrationsaufwand, weniger Standardbauteile, oft motorspezifische Herstellung der Bauteile

Die VEZ verarbeitet wie auch die EZ die Signale von zwei bis vier Sensoren: Motorlast Motordrehzahl Motortemperatur (optional) Klopfsensor (optional)

Man unterscheidet zwei Arten von Zündspulen, mit denen eine VEZ ausgestattet sein kann:

Einzelfunkenspule Jeder Zylinder hat seine eigene Zündspule, die vom Steuergerät bzw. vom ECM (Electronic Control Modul) angesteuert und geregelt wird.

Doppelfunkenspule mini|Ford-Doppelfunkenzündspulen, 1. Generation

Von einer sogenannten Doppelfunkenspule werden zwei Zylinder, deren Zündabstand 360° beträgt, gleichzeitig mit Zündfunken versorgt. Der eine Funke zündet das Kraftstoff-Luft-Gemisch in einem Zylinder am Ende des Verdichtungstaktes, der andere im parallel laufenden Zylinder am Ende des Auspufftaktes heißt „Stützfunke“. Doppelfunkenspulen sind nicht wie herkömmliche Zündspulen als Spartransformator ausgeführt, sondern haben getrennte Primär- und Sekundärwicklungen, die Zündkerzen sind in Reihe geschaltet.

Steuerung mini|Leiterplatte einer ECM, elektronische Steuereinheit

Die elektronische Steuerung, , arbeitet mit einem Festwertspeicher wie einem EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) oder Flashspeicher. Bis in die 1990er-Jahre waren EPROMs (Erasable Programmable Read Only Memory) gebräuchlich, die nur umständlich umprogrammiert werden konnten. Bei der Verwendung von Flashspeicher und EEPROM kann das ECM im geschlossenen Zustand umprogrammiert werden. Die analogen Signale, zum Beispiel vom Kühlflüssigkeitstemperatursensor, werden im ECM mit Analog-Digital-Wandlern in digitale Signale umgewandelt, damit der Mikroprozessor sie verarbeiten kann. Das Zündkennfeld im Mikroprozessor wird in der Regel nach folgenden Kriterien abgestimmt: Verbrauchsminderung Schadstoffreduzierung Drehmomenterhöhung bei niedriger Drehzahl Leistungserhöhung Verbesserung der Laufkultur des Motors Verbaute Teile, je nach Zulieferer

In allen Betriebszuständen, wie Start, Volllast, Teillast, Schubbetrieb können Zündwinkelkorrekturen vorgenommen werden, wenn äußere Einflussgrößen (zum Beispiel Motortemperatur, Ansauglufttemperatur, Batteriespannung) es erfordern.

Weitere im ECM integrierte Zusatzfunktionen sind zum Beispiel: Leerlaufdrehzahlregelung Drehzahlbegrenzung (variabel verschiebbar) Klopfregelung Notlaufprogramm Sensorüberwachung Eigendiagnose