Diode für Einschaltfunkenunterdrückung von Zündspulen

Einfach nicht so hart einschalten.

Die Ausgangsspannung ist ja von der Eingangsstromänderung abhängig, also schön vorsichtig einschalten und so plötzlich wie möglich den Strom trennen. Geht evtl. mit begrenztem Gatestrom, also einem Gatewiderstand.

Hi, ich würde zunächst die Spule checken, ob sie wirklich beim Einschalten (da kaum Stromfluss) schon einen nennenswerten Funken unter Normaldruck @ 10mm EA macht. Unter Verdichtung im Zyli ist eine ~10-fache Zündspannung (siehe Dein 2. Bild) für einen sicheres Anzünden notwendig. Evtl. eine andere Spule verwenden, dabei die Höchstdrehzahl und ausreichende Spulenladezeit (2...3 tau = L/R) berücksichtigen. Dann könnte auf diese (überflüssige) Diode verzichtet werden.

Hallo, vielen Dank für eure Hinweise. Ich hätte für diese Anwendung den Zündungs-IGBT ISL9V3040P3 genommen.

Was den Vorfunken angeht, hatte ich mit der Zündspule schon Versuche unternommen, leider gab es immer wieder Fehlzündungen. Diese hatte ich mit einer Doppelfunkenspule, bei der die Zündkerzen in Reihe geschaltet sind, nicht hatte.

Ein andere Bauart würde ich nicht gerne verwenden, da die alten Spulen für Dauerstrom ausgelegt sind.

Wenn ich es richtig verstanden habe, müsste ich das Gate mit einem hochohmigen Widerstand langsam aufladen. Und bei Zündung schnell Entladen.

Könnte ich das vielleicht mit zwei MOSFETs als Push-Pull-Treiber realisieren, der hochohmig auflädt und niederohmig entlädt?

Wenn ich die Spule langsam laden möchte, wie berechne ich den Gatewiderstand für eine langsamere Ladekurve? Im konkreten Fall bei VGE = 3.3V und VCE = 12V, wäre hier die Gate-Ladung bei 8nC? Kann ich hier jetzt wie bei einem Kondensator weiterrechnen, wenn ich Series Gate Resistance und Gate to Emitter Resistance mit einbeziehe?

Hmm, das Einschalten einer Spule beginnt doch immer mit geringem Strom (Bild 1).

Vermeidbaren Dauerstrom an der Z-Spule hast Du selbst in der Hand mit Deiner Elektronik. Nennt sich Schließwinkel (Dwell). (Bild 2)

Falls es hilft: ich baute mir vor einigen Jahrzehnten eine MSD2 nach. Das war ein Multi-Spark Design. Darin schaltete ein BU608 mit 1KV Vce. Hatte damit niemals Probleme über 20 Jahre Betrieb. Kann mich nicht jehr erinnern ob da noch irgendwelche Schutzkomponenten im Zündspulenkreis waren. Wenn der BU608 noch erhältlich ist, wäre es meiner Ansicht nach eine gute Wahl.

@Overdrive: Danke, für die Info. Aber trotz der Kurve ist scheinbar der Einschaltstrom hoch genug, um einen Funken zu erzeugen.

Eine Dwell-Steuerung im Microcontroller ist mir leider zu kompliziert, weil dann müsste ich das Drehzahlsignal mitverarbeiten.

Deswegen die Zündspule von einer Unterbrecherzündung, welche nur stromlos ist, wenn der Kontakt geöffnet ist.

@Gerhard: Das ist sehr interessant. Hattest du die Zündung über einen Hallsensor oder Unterbrecher gesteuert?

Michael, deswegen solltest diese Z-Spule ausmessen: Induktivität und Widerstand. Dann kannst ein Tau (L/R) berechnen: 2...3 tau ergeben die optimale Einschaltzeit. Und dieser Dwell ist unabhängig von den RPMs, was auch der große Vorteil einer µP-Zündung ist (keine abgebrannte Spule bei Motor-AUS).

Dass ein Kolbenmotor Fehlzündungen macht, kann viele Ursachen haben, nicht nur dieser vermeintliche Einschaltfunke (mech. Zustand, Gemisch, Kerzenfarbe, Funkenenergie etc.)

Michael schrieb:

Eine Dwell-Steuerung im Microcontroller ist mir leider zu kompliziert, weil dann müsste ich das Drehzahlsignal mitverarbeiten.

Wie willst du eine Zündung bauen, wenn du nicht weißt wie schnell der Motor sich dreht?

Und falls du nur auf das Unterbrechersignal reagieren willst... Wofür dann der Mikrocontroller?

Michael schrieb:

@Overdrive: Danke, für die Info. Aber trotz der Kurve ist scheinbar der Einschaltstrom hoch genug, um einen Funken zu erzeugen.

Eine Dwell-Steuerung im Microcontroller ist mir leider zu kompliziert, weil dann müsste ich das Drehzahlsignal mitverarbeiten.

Deswegen die Zündspule von einer Unterbrecherzündung, welche nur stromlos ist, wenn der Kontakt geöffnet ist.

@Gerhard: Das ist sehr interessant. Hattest du die Zündung über einen Hallsensor oder Unterbrecher gesteuert?

Ich baute sie in einen 1973er Austin Mini mit 997cc Motor ein. Der hatte noch einen Schaltkontaktunterbrecher. Nachdem Einbau der elektronischen Zündung, hielt der Unterbrecher zwei Jahrzehnte, weil er nur noch eine Widerstandslast hatte. Die Schaltung war ein Nachbau der MSD2. Das Startverhalten, speziell bei niedrigen Temperaturen, verbesserte sich beträchtlich.

@Overdrive: Danke, ich werde mich da nochmal einlesen was Induktivitäten angeht.

@schuk0: Die alten Zündverteiler aus den 60ern mit Unterbrecher kamen auch ohne Drehzahlsignal aus. Die Spule ist im Normalzustand dauerbestromt, der Stromkreis wird nur geöffnet, wenn ein Zylinder zünden soll.

Diese Zündspulen von damals sind für sowas ausgelegt, was heute nicht mehr funktioniert.

Den Mikrocontroller hätte ich verwendet um eventuell den Ladevorgang der Zündspule zu regeln, mit meiner anfänglichen Idee über eine PWM, was jetzt quasi hinfällig ist.

@Gerhard: Sehr interessantes Projekt! Hattest du eine Begrenzung der Dwell in deiner Schaltung? Wie oft musstest du den Unterbrecher nachstellen?

Michael, um welchen Motor geht es genau? OEM oder Tuning ... was?

Also konkret geht es um einen alten Rasentraktor mit einem luftgekühlten 2-Zylinder Briggs&Stratton Motor.

Das Teil hat original eine Unterbrecherzündung und eine Doppelzündspule, die beide Zylinder gleichzeitig zündet. Die Zündspule soll rausfliegen.

Dann ist dieser Umbau eher akademischer Art ... zur Übung für höheres.

Michael schrieb:

@Gerhard: Sehr interessantes Projekt! Hattest du eine Begrenzung der Dwell in deiner Schaltung? Wie oft musstest du den Unterbrecher nachstellen?

Nein. Der Unterbrecher Kontaktpunkt brauchte nicht nachgestellt zu werden, so weit ich mich erinnere; ist aber schon vierzig Jahre her;-). Die Multispark brauchte das nicht, weil die Dwell Zeit bei der MSD2 nicht von Bedeutung war. (Wenn ich das richtig verstehe, ist die Dwell Zeit normalerweise dazu da, die Zeitdauer der Spulenbestromung und Energie zu bestimmen, und damit die Stärke der Hochspannung. Bei der MSD2 war die Schaltung dafür verantwortlich. Aber die Impulse waren dem Oszi nach von relativ kurzer Dauer und haben sich nicht verändert). Der Motor lief damit wesentlich gleichmäßiger und das Startverhalten verbesserte sich dramatisch. Bei der MSD2 verringern sich die Impulse je höher die Motordrehzahl wird. Im Leerlauf wird die Zündspule 15 mal getriggert. Bei 2000 RPM, nur noch drei Mal. Die Schaltung war ziemlich aufwendig.

Michael schrieb:

2-Zylinder Briggs&Stratton Motor.

Dann wird das mit den Fehlzündungen klarer: Der Waste-Spark (@ Doppelspule) beim ansaugenden Zyli kann schon mal anzünden (abhängig von der NoWe, Drehzahl und Gas). => Einzelzündung (2 Spulen = SingleFire) behebt die Knallerei.

B. schrieb:

Dann ist dieser Umbau eher akademischer Art ... zur Übung für höheres.

Genau, um mich einfach mit den Grundlagen etwas vertraut zu machen und etwas Erfahrung zu sammeln.

Gerhard O. schrieb:

werden, so weit ich mich erinnere; ist aber schon vierzig Jahre her;-).

Es ist wirklich immer wieder beeindruckend, wie ihr damals komplizierte Schaltungen weitestgehend ohne Microcontroller umgesetzt habt. :-)

B. schrieb:

Dann wird das mit den Fehlzündungen klarer: Der Waste-Spark (@ Doppelspule) beim ansaugenden Zyli kann schon mal anzünden (abhängig von der NoWe, Drehzahl und Gas). => Einzelzündung (2 Spulen = SingleFire) behebt die Knallerei.

Unter das Schwungrad an der Kurbelwelle passt ein Hallsensor mit Sensorrad von einem Zündverteiler. Damit könnte ich pro Kurbelwellenumdrehung einmal zünden. Wie du geschrieben hast, 2 Spulen jeweils mit Wasted Spark.

Ich werde mich jetzt auf jeden Fall in Induktivitäten und IGBTs einlesen und meine Zündspule vermessen.

Michael schrieb:

Unter das Schwungrad an der Kurbelwelle passt ein Hallsensor mit Sensorrad von einem Zündverteiler. Damit könnte ich pro Kurbelwellenumdrehung einmal zünden. Wie du geschrieben hast, 2 Spulen jeweils mit Wasted Spark.

Das ist doch ein 4T-Twin (egal ob V2 oder Parallel), also jeweils pro Zyli 1 Funke in 720° KuWe im Arbeitstakt ( = Single-Fire).

Um den Waste Spark (Dual-Fire) zu vermeiden, soll der Trigger-PickUp an die NoWe. Und beim Twin sinds 2 PickUps, 2-Kanal-Zdg mit 2 Z-Spulen.

Michael schrieb:

Die alten Zündverteiler aus den 60ern mit Unterbrecher kamen auch ohne Drehzahlsignal aus.

Nunja, früher wurde der Zündzeitpunkt typischerweise drehzahlabhängig über einen sog. Fliehkraftregler geregelt.

B. schrieb:

Das ist doch ein 4T-Twin (egal ob V2 oder Parallel), also jeweils pro Zyli 1 Funke in 720° KuWe im Arbeitstakt ( = Single-Fire).

Um den Waste Spark (Dual-Fire) zu vermeiden, soll der Trigger-PickUp an die NoWe. Und beim Twin sinds 2 PickUps, 2-Kanal-Zdg mit 2 Z-Spulen.

Das ist noch das ältere Modell, ein 2-Zylinder Boxer der eine Wasted Spark Zündspule. Der V2 hat 2 Zündspulen mit Abgriff vom Schwungrad. Bei dem Boxer passt unter das Schwungrad ein fertiger Hallsensor mit Encoderscheibe aus einem VW Zündverteiler.

Harald W. schrieb:

Nunja, früher wurde der Zündzeitpunkt typischerweise drehzahlabhängig über einen sog. Fliehkraftregler geregelt.

Stimmt. Glücklicherweise bei den Räsenmähern nicht :-)