Primärantrieb (Spannung/Stromstärke) und Sekundärzündung einer Zündspuleneinheit messen

Anschluss des Oszilloskops beim Messen von Spannung und Stromstärke bei Primärantrieb und Sekundärzündung einer Zündspuleneinheit

Manche Fahrzeuge sind mit einer verteilerlosen Zündung ausgerüstet, bei der die Zündspulen in einer Leiste oder einem Block zusammengefasst sind, die bzw. der direkt auf den Zündkerzen sitzt und die Zündung beherbergt. Gewöhnlich sind SAAB-Motoren, aber auch bestimmte Opel-, Peugeot- und andere Modelle mit einer derartigen, nachstehend auf Abbildung 1 dargestellten, Zündspuleneinheit ausgestattet.

1. Mehrfachstecker der Zündspuleneinheit trennen.
2. Zündspuleneinheit vom Motor trennen.
3. Über die COP-Verlängerungskabel (PP339) alle Spulenausgänge wie auf den Abbildungen 2 und 3 dargestellt an die Zündkerzen anschließen.
4. Hinweis: Im Advanced Kit sind standardmäßig 4 dieser Kabel enthalten. Für Motoren mit mehr als 4 Zylindern wie beispielsweise SAAB können zusätzliche Kabel gekauft werden. Bedenken Sie jedoch, dass man mit einem 4-Kanal-Oszilloskop nur bis zu 4 Zylinder zu einer Zeit prüfen kann.
5. Nach dem Anbringen aller COP-Verlängerungskabel schließen Sie den Mehrfachstecker wie auf den Abbildungen 2 und 3 gezeigt mit geeigneten Breakout-Kabeln wieder an der Zündeinheit an.
6. Bringen Sie ein Ende des Erdungskabels, das mit den COP-Verlängerungskabeln PP339 geliefert wurde, mit der mitgelieferten Mutter und Schraube an der Montagebohrung der COP-Einheit an.
7. Das andere Ende an einen geeigneten Massepunkt, z. B. der Montagebohrung der COP-Einheit am Motor anbringen (siehe Abbildung 2). Das dient dem Erdrückleitung der Spule durch das Zündspulenmodul sowie zur sicheren Ableitung sämtlicher Funken zum Schutz von Bediener und Ausrüstung.

Kanal A - Primärantrieb (digitale Schaltung)

1. Schließen Sie ein BNC-bis-4-mm-Prüfkabel an Kanal A des Oszilloskops an.
2. Schließen Sie den farbigen Stecker (Plus) des Prüfkabels an den 4-mm-Adapter des Breakout-Kabels an, der das primäre Antriebssignal (digitale Schaltung) zur Spuleneinheit schickt.
3. Bringen Sie die schwarze Delfinklemme am schwarzen Stecker des Prüfkabels und diesen am Minuspol oder einem geeigneten Massepunkt am Motor an (siehe Abbildungen 2 und 3).

Kanal B - Sekundärzündung

1. Schließen Sie ein Hochspannungsabgreifkabel PP178 an Kanal B des PicoScopes an.
2. Bringen Sie die Impulsgeberklemme am Hochspannungsverlängerungskabel und die Erdungsbrücke an eine geeigneten Erdungsstelle am Motor oder Fahrgestell an (siehe Abbildungen 2 und 3).

Kanal C - Stromstärke Primärantrieb (abgenommen vom Versorgungskabel)

1. Legen Sie eine 60/20-A-Stromzange an Kanal C des Oszilloskops an.
2. Wie auf den Abbildungen 2 und 3 gezeigt, die Stromzange am gleichen Draht anbringen, über den das Spannungsversorgungssignal läuft.
3. Drücken Sie die Nulltaste an der Klemme, um die Stromzange zu nullen.

Bei laufendem Motor sollte eine ähnliche Kurve auf dem Bildschirm erscheinen wie unten abgebildet.

Wenn keine Sekundärkurve zu sehen ist, könnte es daran liegen, dass der Ausgang positiv gezündet wird. Bringen Sie die Hochspannungsaufnahmeklemme an einer anderen Hochspannungsleitung an, um die Kurve anzuzeigen. Alternativ dazu können Sie die Einstellungen ändern, um eine positiv gezündete Spule zu betrachten. Wählen Sie dazu die Einstellungen für Kanal B und ändern Sie die Sondeneinstellung von „Secondary Ignition Probe (Inverted)“ zu „Secondary Ignition Probe (Pos)“ wie auf Abbildung 4 dargestellt.

Bei 4-Zylindermotoren mit dieser Art von Zündsystem gibt es gewöhnlich zwei negativ und zwei positiv gezünde

Beispielkurven

Anmerkungen zur Beispielkurve

Primärkurve

Kanal A - Primärantrieb (digitale Schaltung)

Das Niederspannungssignal schaltet zwischen null Volt und ca. 5 Volt. Wenn das Auslösesignal steigt, wird die Spule eingeschaltet. Wenn die Spannung wieder auf null absinkt, wird die Stromversorgung der Primärwicklung in der Zündspule ausgeschaltet und der die Wicklung umgebende Magnetfluss bricht zusammen, was eine Spannung im Sekundärstromkreis und das Zünden der Hochspannung an der Zündspule auslöst. Die Ein- (Anstieg von null auf 5 Volt) und Ausschaltpunkte (Absinken von 5 auf 0 Volt) werden vom elektronischen Steuergerät des Fahrzeugs vorgegeben. Das dazwischenliegende Intervall bezeichnet man als Verweilzeit oder Sättigungsdauer. Die Verweilzeit wird bei einem Motor mit elektronischer Zündung durch den Strombegrenzungskreis im Zündverstärker oder elektronischen Steuergerät (ECM) gesteuert.

Kanal C - Stromstärke Primärantrieb

Die Beispielkurve zeigt, wie der Strombegrenzungskreis wirkt. Zu Beginn der Verweilzeit wird der Primärstromkreis eingeschaltet und steigt auf etwa 10 Ampere. Der Strom bleibt dann kurzzeitig konstant und wird zum Zündzeitpunkt freigegeben. Wie lange es vom anfänglichen Einschalten bis zur Freigabe des Stroms dauert, hängt von der Motorendrehzahl ab. Bei niedrigen Drehzahlen ist die Rampe kürzer und wird bei steigenden Drehzahlen verlängert.

Sekundärkurve

Unsere Beispielkurve zeigt das typische Bild eines Motors mit elektronischer Zündung. Diese Signaldarstellung stammt von einer Einzelspule im Vectra-Motor Z22SE.

Die Sekundärkurve zeigt, wie lange die Hochspannung nach der zur anfänglichen Überbrückung des Elektrodenabstands erforderten Spannungsspitze über den Elektrodenabstand der Zündkerze fließt. Diese Zeit wird als Brennzeit oder Zünddauer bezeichnet. Auf der Abbildung liegt die horizontale Spannungslinie in der Mitte des Oszilloskops bei einer recht konstanten Spannung, fällt dann aber steil zur sogenannten Spulenschwingungsphase ab. Die Brennzeit wird auch auf Abbildung 5 dargestellt.

Die Spulenschwingungsphase (wie auf Abbildung 6 dargestellt) sollte insgesamt mindestens 4 Spitzen aufweisen (sowohl obere als auch untere). Mangelnde Spitzen weisen darauf hin, dass die Zündspule ersetzt werden muss. In der Zeit zwischen der Spulenschwingung und dem nächsten Absinken ruht die Spule und es liegt keine Spannung im Sekundärkreis der Spule vor. Das Absinken wird als negative Polaritätsspitze bezeichnet (siehe Abbildung 7) und verursacht eine kleine Schwingung in die Gegenrichtung der Zündspannung. Dies ist auf das anfängliche Einschalten des Primärstroms der Zündspule zurückzuführen. Die Spannung in der Spule wird nur zum korrekten Zündzeitpunkt freigegeben, wenn der Hochspannungsfunke das Luft-/Kraftstoffgemisch entzündet.

Die Zündspannung ist die Spannung, die zum Überbrücken des Spalts in der Zündkerzenelektrode nötig ist. Dies ist auf Abbildung 8 dargestellt. In diesem Beispiel beträgt die Zündspannung 13,5 kV.

Technische Informationen

Einzelspulenzündungen funktionieren im Prinzip genauso wie andere Zündsysteme.

Verteilerlose Zündsysteme werden nur in Fahrzeugen mit einer geraden Anzahl an Zylindern eingesetzt, z. B. mit 2, 4, 6 oder 8 Zylindern. Der Grund dafür ist, dass jeweils zwei Zylinder an eine Spule angeschlossen sind, die in beiden Zylindern gleichzeitig einen Zündfunken erzeugt. Das wird gewöhnlich als Wasted-Spark-System bezeichnet. Die beiden Zündkerzen sind so angeordnet, dass eine davon beim Arbeitstakt des Motors und die andere um 360 Grad versetzt beim Ausstoßtakt des Gegenzylinders zündet. Nach einer kompletten Umdrehung des Motors sind die beiden Zylinder nun beim Gegenhub angekommen und die beiden Zündkerzen zünden wieder, nun allerdings in entgegengesetzten Rollen.

Bei einem Vierzylindermotor gibt es 2 Spulen mit einzelnen Antrieben, die meist Zylinder 1 und 4 bzw. 2 und 3 betätigen. Das bedeutet, dass alle 180 Grad ein doppelter Funken gezündet wird, und einer davon auf einen Ausstoßtakt des gegenüberliegenden Zylinders, der beim Arbeitstakt zündet, „verschwendet“ wird.

Der einzige wirkliche Unterschied zwischen Einzelspulen- und anderen Zündsystemen besteht darin, dass jede Einzelspule direkt auf der Zündkerze angebracht ist, sodass die Spannung direkt zu deren Elektroden fließt, ohne einen Verteiler oder Zündkerzenkabel zu passieren. Dieser direkte Anschluss liefert den stärkstmöglichen Zündfunken und verlängert das Leben des Zündsystems.

Technische Informationen - Zündspule

Primärantrieb - digitales Schaltsignal

Die Ein- (Anstieg von null auf 5 Volt) und Ausschaltpunkte (Absinken von 5 auf 0 Volt) der Spule werden vom elektronischen Steuergerät des Fahrzeugs vorgegeben. Das zwischen diesen Punkten liegende Intervall bezeichnet man als Verweilzeit oder Sättigungsdauer. Die Verweilzeit wird bei einem Motor mit elektronischer Zündung durch den Strombegrenzungskreis im Zündverstärker oder elektronischen Steuergerät (ECM) gesteuert.

Spannungsführend oder nicht?

Historisch betrachtet war Versorgungsspannung präsent, sobald die Zündung eingeschaltet wurde. Bei modernen Systemen wird die Spannung erst eingeschaltet, wenn der Schlüssel gedreht und der Motor angelassen wird. Bei einem relativ einfachen Defekt wie einem nicht funktionierenden Kurbelwinkelsensor kann die Versorgungsspannung ausfallen, weil die elektronischen Steuerkreise nicht erkennen, dass sich der Motor dreht.

Erdung

Der Masseanschluss ist für den Betrieb aller Motorstromkreise essenziell. Wenn die Stromstärke in einem elektrischen Stromkreis zunimmt, so sinkt gleichzeitig die Spannung ab. Die Erdrückleitung kann nur getestet werden, wenn der Stromkreis unter Last steht, daher ist eine einfache Durchgangsprüfung zur Erde mit einem Multimeter ungenau. Da der Primärstromkreis der Spule nur während der Verweilzeit geschlossen ist, sollte der Spannungsabfall während dieser Zeit beobachtet werden. Die Spannungsrampe am Massesignal sollte 0,5 Volt nicht übersteigen. Je flacher die Kurve, desto besser: Eine Kurve mit praktisch keinem Anstieg zeigt, dass der Zündverstärker bzw. das Modul perfekt geerdet ist. Wenn die Rampe zu hoch ist, müssen die Erdungsanschlüsse untersucht werden, um den problematischen Anschluss zu ermitteln.

Primärantrieb - Strom

Die Beispielkurve zeigt, wie der Strombegrenzungskreis wirkt. Zu Beginn der Verweilzeit wird der Primärstromkreis eingeschaltet und steigt auf etwa 10 Ampere und bleibt dann konstant, bis er zum Zündzeitpunkt freigegeben wird.

Der Verweilwinkel wird mit steigender Motordrehzahl größer, um eine konstante Spulensättigungszeit und somit eine konstante Energieversorgung aufrechtzuerhalten. Zum Messen der Spulensättigungszeit wird ein Zeitlineal auf den Beginn der Verweilzeit und das andere am Ende der Stromrampe angelegt. Der Abstand zwischen den beiden Linealen bleibt ungeachtet der Motordrehzahl stets unverändert.

AT193-3(DE)