Hochspannungskondensatorzündung

Hochspannungskondensatorzündung (Elektronikeinheit links, Zündtransformator rechts)

Die Hochspannungskondensatorzündung (HKZ), auch als Thyristorzündung oder englisch Capacitor Discharging Ignition (CDI) bezeichnet, ist bei Verbrennungsmotoren eine Methode der Zündung, bei der ein Kondensator durch Gleichspannung aufgeladen und schlagartig über die Primärseite des Zündtransformators entladen wird. Die an der Sekundärseite entstehende Hochspannung wird an die Zündkerzen weitergeleitet. Die Hochspannungskondensatorzündung speichert die Energie, im Gegensatz zur klassischen Batteriezündung mit einer Zündspule, nicht im Zündtransformator, sondern in dem namensgebenden Kondensator.

Hochspannungskondensatorzündsysteme werden in speziellen Anwendungsbereichen wie bei Hochleistungs- und Motorsportmotoren eingesetzt und sind in Kraftfahrzeugen großteils durch vollelektronische Zündanlagen (VEZ) abgelöst worden.

Aufbau

Schaltungsprinzip einer HKZ, unten Ersatzschaltbild

Eine HKZ besteht im Prinzip wie in nebenstehender vereinfachter Schaltskizze aus einer Gleichspannungsquelle U mit Vorschaltwiderstand welche über die Primärseite des Zündtransformator L1 den Kondensator C auflädt. Die Gleichspannung U liegt im Bereich von 300 V bis 500 V wird üblicherweise über einen Gleichspannungswandler entweder aus einer Batterie, Akkumulator oder einem vom Verbrennungsmotor angetriebenen elektrischen Generator gewonnen.

Zur Auslösung wird der Thyristor Th über ein Steuerimpuls von der nicht dargestellten Steuerelektronik gezündet, dabei entlädt sich die im Kondensator C gespeicherte elektrische Energie schlagartig über die Primärseite des Zündtransformator L1. Durch das Verhältnis der Windungszahlen des Zündtransformators mit den Windungszahlen n1 für L1 und n2 für L2 wird der Spannungsimpuls um den Faktor des Spannungsübersetzungsverhältnisses ü:

${\ddot {u}}={\frac {n_{2}}{n_{1}}}$

auf die Hochspannung von bis zu einigen 10 kV hochtransformiert und über den Zündverteiler der jeweiligen Zündkerze zur Erzeugung des Zündfunken zugeführt. Die Anstiegszeit liegt mit 3 kV/µs bis 10 kV/µs um ca. den Faktor 10 höher als bei induktiven Zündspulen, die Funkendauer liegt im Bereich von 50 µs bis 100 µs. Nach der Zündung sperrt der Thyristor Th wieder und der Kondensator C wird über die Gleichspannungsquelle und Vorschaltwiderstand für die nächste Zündung aufgeladen.

Im Gegensatz zur induktiven Zündspule mit Unterbrecherzündung, zu der auch die Transistorzündung zählt, dient der Zündtransformator nicht zur Energiespeicherung, sondern nur zur Spannungstransformation. Die Funkendauer ist durch die gesamte Kapazität C’ und der Streuinduktivität Lσ gebildete Resonanzfrequenz abhängig, dargestellt im Ersatzschaltbild des Zündkreises. Der Funkenabriss erfolgt nach dem Durchlauf der ersten Stromhalbwelle im Hochspannungskreis. Bei der HKZ ist wegen der geringen Funkendauer die Gefahr einer ungenügenden Zündenergie höher als bei der Unterbrechungszündung.

Everding-HKZ

Schaltungsprinzip einer Everding-HKZ, unten Ersatzschaltung

Eine Erweiterung, welche die Vorzüge der Hochspannungskondensatorzündung mit der erheblich längeren Funkendauer der induktiven Zündspule mit Unterbrecherzündung vereint, wurde in den 1960er Jahren von Helmut Everding entwickelt.

Wie bei der HKZ wird auch bei der Everding-HKZ mittels eines Thyristors ein auf einige hundert Volt aufgeladener Kondensator C durch den Steuerimpuls über die Primärwicklung L1 des Zündtransformators entladen. Für eine vorbestimmte Zeitspanne von ca. 1,0 ms bis 1,2 ms wird dabei eine zusätzliche Gleichspannung U_Batt an die Primärwicklung der Zündspule gelegt und somit ein zusätzlicher und länger dauernder Stromfluss durch deren Kopplungsinduktivität M des Zündtransformators erzeugt. Dieser Strom bildet den funktionstypischen Hauptanteil des Zündfunken. Damit kann der Vorteil eines raschen Spannungsanstiegs der HKZ mit einer relativ großen Zündenergie von 50 mJ, vergleichbar mit induktiven Unterbrecherzündungen, kombiniert werden.

Spezielles

Rechtlich kann die englische Abkürzung der Kondensatorentladungszündung zu Problemen führen, da die Bezeichnung „CDI“ eine eingetragene Marke der Daimler AG ist.

Literatur

• Hans-Hermann Braess, Ulrich Seiffert (Hrsg.): Vieweg Handbuch Kraftfahrzeugtechnik. Springer, 2013, ISBN 978-3-658-01691-3.