10 Spannungsverlauf an den Elektroden

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2 20 Elektrische und elektronische Systeme im Kfz Motormanagement Motronic Bild 9 1 Batterie 2 EFU-Diode (in der Zündspule integriert) 3 Zündspule mit Eisen kern, Primärund Sekun därwicklung 4 Zündungsendstufe (alternativ im Motronic-Steuergerät oder in der Zündspule integriert) Zündkerze Kl. 1, Kl. 4, Kl. 4a, Kl. 1 Klemmenbezeichnungen Induktive Zündanlage Die Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Ottomotor erfolgt elektrisch durch einen Funkenüberschlag zwischen den Elektroden der Zündkerze. Die in dem Funken umgesetzte Energie der Zündspule entzündet das verdichtete Gemisch, die anschließend von dieser Stelle ausgehende Flammenfront sorgt für die Entflammung des Gemischs im gesamten Brennraum. Die induktive Zündanlage erzeugt in jedem Arbeitstakt die für den Funkenüberschlag erforderliche Hochspannung und die für die Entflammung notwendige Funkendauer. Die elektrische Energie wird dem Bordnetz entnommen und in der Zündspule zwischengespeichert. Aufbau Bild 9 zeigt den prinzipiellen Aufbau des Zündkreises einer induktiven Zündanlage Er besteht aus den Komponenten Zündungsendstufe (4), die im Motronic- Steuergerät oder in der Zündspule integriert ist, Zündspulen (3),, Zündkerzen () sowie Verbindungs- und Entstörmittel. Erzeugen des Zündfunkens In der Zündspule wird ein Magnetfeld aufgebaut, wenn im Primärkreis ein Strom 9 Zündkreis einer induktiven Zündanlage 1 12V Kl.1 Kl Kl.4a Kl.4 fließt. In diesem Magnetfeld ist die für die Zündung erforderliche Zündenergie gespeichert. Der Strom in der Primärwicklung erreicht aufgrund der induzierten Gegenspannung erst allmählich seinen Sollwert. Da die in der Zündspule gespeicherte Energie vom Strom abhängt (E = 1 / 2 LI 2 ), ist eine gewisse Zeit (Schließzeit) erforderlich, um die für die Zündung erforderliche Energie zu speichern. Diese Schließzeit hängt u. a. von der Bordnetzspannung ab. Das Steuergeräteprogramm berechnet aus der Schließzeit und dem Zündzeitpunkt den Einschaltzeitpunkt und schaltet über die Zündungsendstufe die Zündspule ein und im Zündzeitpunkt wieder aus. Das Unterbrechen des Spulenstroms im Zündzeitpunkt führt zum Zusammenbruch des Magnetfelds. Diese schnelle Magnetfeldänderung induziert auf der Sekundärseite der Zündspule aufgrund der großen Windungszahl (Übersetzungsverhältnis ca. 1:100) eine hohe Spannung (Bild 10). Bei Erreichen der Zündspannung kommt es an der Zündkerze zum Funkenüberschlag und das komprimierte Luft-Kraftstoff- Gemisch entzündet sich. Gemischentflammung Nach dem Funkenüberschlag fällt die Spannung an der Zündkerze auf die Brenn- 10 Spannungsverlauf an den Elektroden Spannung 1 kv 10 0 K t F S Bild 10 K Funkenkopf S Funkenschwanz t F Funkendauer 4 UMZ0338-1Y ca. 30 ms 0 1,0 2,0 3,0 ms Zeit UMZ0044-1D

3 Elektrische und elektronische Systeme im Kfz Motormanagement Motronic 21 spannung ab (Bild 10). Die Brennspannung hängt von der Länge des Funkenplasmas ab (Elekt rodenabstand und Auslenkung durch Strömung) und liegt im Bereich von wenigen hundert Volt bis deutlich über 1 kv. Wäh rend der Brenndauer des Zündfunkens von wenigen 100 µs bis über 2 ms wird Energie der Zündspule im Zündfunken umgesetzt. Nach dem Funkenabriss schwingt die Spannung gedämpft aus. Der elektrische Funke zwischen den Elekt roden der Zündkerze erzeugt ein Hochtemperaturplasma. Der entstehende Flammkern entwickelt sich bei zündfähigen Gemischen an der Zündkerze und ausreichender Energiezufuhr durch die Zündanlage zu einer sich selbstständig ausbreitenden Flammfront. Zündzeitpunkt Der Zeitpunkt, an dem der Zündfunke das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Brennraum zündet, muss sehr genau eingestellt werden. Diese Größe hat entscheidenden Einfluss auf den Motorbetrieb und bestimmt das abgegebene Drehmoment, die Abgasemissionen und den Kraftstoffverbrauch. Die Einflussgrößen, die den Zündzeitpunkt im Wesentlichen bestimmen, sind Motordrehzahl und Motorlast bzw. Drehmoment. Zusätzlich werden noch weitere Größen, wie z. B. die Motortemperatur 11 Schematische Darstellung von Zündspulen a b c Kl.1 Kl.1 Kl.4a Kl.1 +12V +12V +12V Kl.1 Kl.4 Kl.1 Kl.4 Kl.1 Kl.4a Kl.4b UMZ027-4Y zur Bestimmung des günstigsten Zündzeitpunkts herangezogen. Diese Größen werden von Sensoren erfasst und dem Motorsteuergerät (Motronic) zugeführt. Aus Kennfeldern und Kennlinien wird der Zündzeitpunkt berechnet und das Ansteuersignal für die Zündungsendstufe erzeugt. Klopfende Verbrennungen treten auf bei einem zu frühen Zündzeitpunkt. Dauerhaftes Klopfen kann zu Motorschäden führen. Deshalb werden Klopfsensoren eingesetzt, die das Verbrennungsgeräusch überwachen. Nach einer klopfenden Verbrennung wird der Zündzeitpunkt nach spät verstellt, dann langsam wieder auf den Vorsteuerwert geführt. So wird dauerhaftem Klopfen entgegengewirkt. Spannungsverteilung Die Spannungsverteilung erfolgt auf der Primärseite der Zündspulen (Ruhende Spannungsverteilung, RUV). Anlage mit Einzelfunken-Zündspulen Jedem Zylinder ist eine Zündungsendstufe und eine Zündspule zugeordnet (Bild 11a und 11b). Das Motorsteuergerät steuert entsprechend der Zündfolge die Zündungsendstufen an. Allerdings muss die Anlage über einen Nockenwellensensor zusätzlich mit der Nockenwelle synchronisiert werden. Anlage mit Zweifunken-Zündspulen Eine Zündungsendstufe und eine Zündspule sind jeweils zwei Zylindern zugeordnet (Bild 11c). Die Enden der Sekundärwicklung sind an jeweils eine Zündkerze in unterschiedlichen Zylindern angeschlossen. Die Zylinder sind so gewählt, dass sich im Verdichtungstakt des einen Zylinders der zweite gerade im Ausstoßtakt befindet (nur bei geradzahligen Zylinderzahlen möglich). Die Anlage muss deshalb nicht mit der Nockenwelle synchronisiert sein. Im Zündzeitpunkt erfolgt an beiden Zündkerzen ein Funkenüberschlag. Bild 11 a Einzelfunken- Zündspule in Sparschaltung b Einzelfunken-Zündspule c Zweifunken-Zündspule

4 22 Elektrische und elektronische Systeme im Kfz Motormanagement Motronic Bild 12 1 Leiterplatte 2 Zündungsendstufe 3 EFU-Diode (Einschaltfunkenunterdrückung) 4 Sekundärspulenkörper Sekundärdraht 6 Kontaktblech 7 Hochspannungsbolzen 8 Primärstecker 9 Primärdraht 10 I-Kern 11 Permanentmagnet 12 O-Kern 13 Feder 14 Silikonmantel Zündspulen Kompaktzündspule Aufbau Der Magnetkreis der Kompaktzündspule besteht aus dem O-Kern und dem I-Kern (Bild 12), auf dem die Primär- und die Sekundärwicklungen aufgesteckt sind. Diese Anordnung wird in das Zündspulengehäuse eingebaut. Die Primärwicklung (mit Draht bewickelter I-Kern) wird mit dem Primärsteckanschluss elektrisch und mechanisch verbunden. Ebenfalls verbunden wird der Wicklungsanfang der Sekundärwicklung (mit Draht bewickelter Spulenkörper). Der zündkerzenseitige Anschluss der Sekundärwicklung befindet sich im Gehäuse und die elektrische Kontaktierung wird bei der Montage der Wicklungen hergestellt. Im Gehäuse integriert ist der Hochspannungsdom, der einerseits das Kontaktteil 12 Aufbau der Kompaktzündspule UMZ0344-2Y zur Zündkerzenkontaktierung trägt und andererseits den Silikonmantel zur Isolation der Hochspannung zu außen liegenden Teilen und dem Zündkerzenschacht aufnimmt. Nach dem Zusammenbau der Bauteile wird das Innere des Gehäuses mit einem Imprägnierharz unter Vakuum vergossen und anschließend ausgehärtet. Das ergibt eine hohe mechanische Festigkeit, einen guten Schutz vor Umwelteinflüssen und eine hervorragende Isolation der Hochspannung. Abschließend wird der Silikonmantel auf den Hochspannungsdom aufgeschoben und fixiert. Wegbau- und COP-Variante Aufgrund der kompakten Bauweise der Zündspule ist der in Bild 12 dargestellte Aufbau möglich. Diese Bauart wird als COP bezeichnet (Coil on Plug). Die Zündspule wird direkt auf die Zündkerze montiert, sodass zusätzliche Hochspannungs- Verbindungskabel entfallen. Damit ergibt sich eine geringere kapazitive Belastung des Sekundärkreises der Zündspule. Zusätzlich wird durch die Bauteilreduzierung die Funktionssicherheit erhöht (z. B. kein Marder verbiss der Zündkabel mehr möglich). Bei der selteneren Wegbauvariante werden die Kompaktzündspulen im Motorraum mit Schrauben befestigt. Hierzu sind Befestigungsaugen oder ein zusätzlicher Halter vorgesehen. Die Hochspannungsverbindung wird über jeweils ein Hochspannungs-Zündkabel von der Zündspule zur Zündkerze bewerkstelligt. COP- und Wegbauvariante sind nahezu gleich aufgebaut. An die Wegbauvariante (Karosserieanbau) werden jedoch geringere Anforderungen hinsichtlich Temperatur- und Schüttelbedingungen gestellt, da hier geringere Belastungen auftreten.

5 Elektrische und elektronische Systeme im Kfz Motormanagement Motronic 23 Stabzündspule Die Stabzündspule ermöglicht eine optimale Ausnutzung der Platzverhältnisse im Motorraum. Durch die zylindrische Bauform kann der Zündkerzenschacht als Montageraum mitbenutzt werden und ermöglicht eine bauraumoptimierte Anordnung im Zylinderkopf. Stabzündspulen werden immer direkt auf die Zündkerze montiert, daher sind keine zusätzlichen Hochspannungs-Verbindungskabel erforderlich. 13 Aufbau der Stabzündspule UMZ0349-1Y Aufbau und Magnetkreis Stabzündspulen (auch als Pencil Coil bezeichnet) arbeiten wie Kompaktzündspulen nach dem induktiven Prinzip. Aufgrund der Rotationssymmetrie unterscheiden sie sich im Aufbau jedoch deutlich von Kompaktzündspulen. Der Magnetkreis besteht zwar aus den gleichen Materialien, der im Zentrum liegende Stabkern (Bild 13, Pos. ) wird hier aus verschieden breit gestanzten Blechlamellen annähernd kreisrund gestapelt und paketiert. Der magnetische Kreis wird über das Rückschlussblech (9) als gerollte und geschlitzte Hülse ebenfalls aus Elektroblech, teilweise aus mehreren Lagen hergestellt. Im Gegensatz zu Kompaktzündspulen liegt die Primärwicklung (7) mit größerem Durchmesser über der Sekundärwicklung (6), deren Spulenkörper gleichzeitig den Stabkern aufnimmt; hierfür sind konstruktive und funktionale Vorteile maßgebend. Die kompakte Bauform der Stabzündspule lässt bei gegebener Geometrie hinsichtlich der elektrischen Auslegung nur eine sehr eingeschränkte Variation des Magnetkreises (Stabkern, Rückschlussblech) und Wicklungen zu. Bei den meisten Stabzündspulenanwendungen werden aufgrund des eingeschränkten Bauraums zur Erhöhung der Funkenenergie Permanentmagnete eingesetzt. Die Kontaktierung der Zündkerze und der Anschluss an den Motorkabelbaum ist bei Stabzündspulen vergleichbar mit den Kompaktzündspulen. Bild 13 1 Steckanschluss 2 Leiterplatte mit Zündungsendstufe 3 Permanentmagnet 4 Befestigungsarm lamellierter Elektroblechkern (Stabkern) 6 Sekundärwicklung 7 Primärwicklung 8 Gehäuse 9 Rückschlussblech 10 Permanentmagnet 11 Hochspannungsdom 12 Silikonmantel 13 aufgesteckte Zündkerze

6 24 Elektrische und elektronische Systeme im Kfz Elektronische Dieselregeleung EDC Elektronische Dieselregelung EDC Systemübersicht Die elektronische Steuerung des Dieselmotors erlaubt eine exakte und differenzierte Gestaltung der Einspritzgrößen. Nur so können die vielen Anforderungen erfüllt werden, die an einen modernen Dieselmotor gestellt werden. Die Elektronische Dieselregelung EDC (Electronic Diesel Control) wird in die drei Systemblöcke Sensoren/Sollwertgeber, Steuergerät und Stellglieder (Aktoren) unterteilt. Anforderungen Die Senkung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen (NO X, CO, HC, Partikel) bei gleichzeitiger Leistungssteigerung bzw. Drehmomenterhöhung der Motoren bestimmt die aktuelle Entwicklung auf dem Gebiet der Dieseltechnik. Konventionelle indirekt einspritzende Motoren (IDI) konnten die gestellten Anforderungen nicht mehr erfüllen. Stand der Technik sind heute direkt einspritzende Dieselmotoren (DI) mit hohen Einspritzdrücken für eine gute Gemischbildung. Die Einspritzsysteme unterstützen mehrere Einspritzungen: Voreinspritzung (VE), Haupteinspritzung (HE) und Nacheinspritzung (NE). Die Einspritzungen werden zumeist elektronisch gestellt (VE bei UIS-Pkw jedoch mechanisch). Weiterhin wirken sich die hohen Ansprüche an den Fahrkomfort auf die Entwicklung moderner Dieselmotoren aus. Auch an die Schadstoff- und Geräuschemissionen werden immer höhere Forderungen gestellt. Daraus ergeben sich gestiegene Ansprüche an das Einspritzsystem und dessen Regelung in Bezug auf: hohe Einspritzdrücke, Einspritzverlaufsformung, Voreinspritzung und gegebenenfalls Nacheinspritzung, Anpassung von Einspritzmenge, Ladedruck und Spritzbeginn an den jeweiligen Betriebszustand, temperaturabhängige Startmenge, lastunabhängige Leerlaufdrehzahlregelung, geregelte Abgasrückführung, Fahrgeschwindigkeitsregelung, geringe Toleranzen der Einspritzzeit und -menge und hohe Genauigkeit während der gesamten Lebensdauer (Langzeitverhalten), Unterstützung von Abgasnachbehandlungssystemen. 1 Systemblöcke der EDC Sensoren und Sollwertgeber Steuergerät Aktoren Fahrpedalsensor Luftmassensensor Raildrucksensor Ladedrucksensor Temperatursensoren (Luft und Kühlmittel) Lambda-Sonde Drehzahlsensoren (Kurbelwelle, Nockenwelle) Bremsschalter Kupplungsschalter Startschalter Glühzeitsteuergerät CAN Diagnose ADC Funktionsrechner RAM Flash- EPROM EEPROM Injektoren Überwachungsmodul Einlasskanalabschaltung Ladedrucksteller Abgasrückführsteller Drosselklappensteller Klimakompressor Zusatzheizung Lüfter Raildruckregelventil Elektronische Abstellung (EAB) Diagnoselampe UMK1988D