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Zündenergie & Zündspulen

Hintergründe und Erläuterungen zu Zündspulen, Zündenergie, Kontaktzündung und elektronischer Zündung.

Die Energie der Zündspule kann man mit der Formel E=1/2I²*L berechnen,also Energie = 0.5*Strom²*Induktivität .Für Kontaktzündungen werden ja Spulen mit einem höheren Widerstand und einer größeren Induktivität verwendet, damit der Kontaktverschleiß sich in Grenzen hält. Zumeist sind das 4-5 Ohm bei 12V und 2-3 Ohm bei 6V Spannung.

Der Ruhestrom beträgt I=Ub/R:

  • 12V: 14 V / 5 Ohm = 2,8 A
  • 6V: 7,2 V / 2.5 Ohm = 2,88 A

Eine Erhöhung des Stroms ergibt eine quadratisch ansteigende Erhöhung der Energie. Hochleistungsspulen, z.Bsp. mit 0,8 Ohm haben eine immense Stromaufnahme von 17,5 A und eine Verlustleistung von 245 Watt!

Bei den Normalen Spulen sind das:

  • 12V (5 Ohm) = 40 Watt
  • 6V (2,5 Ohm) = 21 Watt
  • 6V Doppelspule (1,5 Ohm) = 35 Watt

Induktivitäten der Zündspulen liegen in der Regel bei 4-10 mH (Zündspulen für Kontaktzündung bei 12-20 mH)

Die Energiebilanz einer Doppelzündspule ist zumeist besser als zwei Einzelzündspulen! Die benötigte Energie berechnet sich aus dem Schließwinkel, also der Zeit bei der die Zündspule Stromdurchflossen ist bei Drehzahl n, der Spannung, der Induktivität und des Innenwiderstands. Die Induktivität und der Eisenkern der Zündspulen wirken sich direkt auf die erhältliche Zündenergie aus, wobei Zündspulen mit höherer Induktivität und/oder niedrigerem Widerstand aber auch längere Zeit zum Aufladen benötigen (Sättigungszeit). Man kann mittels einer Näherungsgleichung berechnen wie lange man eine Spule aufladen muss, damit sie sich im Sättigungsbereich befindet. Mit Sättigung ist eine ausreichend große Energie gemeint, die zur Verfügung steht.

Die Berechnung:

Mit L / R erhält man die Zeitkonstante Tau bei der die Spule ca. 63% ihres Ruhestroms erreicht hat. Die “Sättigung” der Spule erfolgt exponential. Man kann das Erreichen von 99% der Sättigung mit der Faustformel L / R * 5 berechnen. Da jedoch die erhältliche Zündenergie im Zeitverlauf der Sättigung nicht mehr wesentlich ansteigt, wird für Zündspulen in der Regel folgende Formel angewandt:

tau = L / R * 3

  • Beispiel: 7 mH / 5 Ohm = 1,4 ms * 3 = 4,2 ms

Bei Doppelzündspulen ist der Innenwiderstand kleiner:

  • 12V: 7 mH / 3 Ohm = 2,3 ms * 3 = 7 ms
  • 6V: 7 mH / 1,8 Ohm = 3,8 ms * 3 = 12 ms

Die gespeicherte Energie dabei ist (E=1/2I²*L): 0.5 * 4² * 7= 56 mWs nach 7 ms (12V) Da die Kontaktzündungen einen festen Schließwinkel haben, verbraten sie im unteren und mittleren Drehzahlbereich immense Mengen an unnötiger Energie. Bei 1500 1/min beträgt die Umlaufzeit einer KW-Umdrehung 43 ms (bei jeder KW-Umdrehung wird ein Funke erzeugt). Der Schließwinkel bei Kontaktzündungen beträgt ca. 60%, d.h. die Spule ist 26 ms eingeschaltet, egal ob bei 12V oder bei 6V.

Bei Kontaktzündung ist also die Zündspule 26 ms eingeschaltet. Die elektronischen Zündungen mit dynamisch geregeltem Schließwinkel schalten die Zündspulen demgegenüber jedoch nur solange, wie es zur ausreichenden Sättigung der (passenden) Zündspule benötigt wird. Die Kontaktzündung verbrät also durch ihre feste Schließwinkelregelung bei 1500 1/min ca. 370% so viel Energie wie eine elektronisch geregelte Zündung. Bei höheren Drehzahlen wird wiederum die Sättigung der Zündspule nicht erreicht, da der Schließwinkel mechanisch fest vorgegeben ist.

Drehzahlen

Die Auswahl der richtigen Zündspule ist um so wichtiger, je höhere Drehzahlen erreicht werden sollen. Wenn eine Zündspule beispielsweise 8 ms zur Sättigung benötigt und man die 2 ms der notwendigen Zeit zum Ausschwingen der Zündspule hinzurechnet, dauert der Gesamtschaltvorgang 10 ms.

10 ms ist jedoch die Zeit die eine einzige Kurbelwellenumdrehung bei 6000 1/min benötigt. Höhere Drehzahlen müssen zwangsläufig in einer Verkürzung der Gesamtschaltzeit der Zündspule resultieren, womit die Zündspule dann nicht mehr ausreichend gesättigt wird.

Fazit

Die richtige Auswahl der Zündspule ist ebensowichtig wie die Tatsache, dass mit einer elektronisch geregelten Zündung einiges an Energie gespart werden kann. Bei den zumeist schwach ausgelegten Lichtmaschinen eine nicht zu unterschätzende Größe.

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