Zündanlage

Aus VW-ILTIS Wiki

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Die Benzinerversion des VW Iltis ist bei der militärischen Version mit einer speziell abgeschirmten 24 Volt Transistorzündanlage (TSZ-I) ausgerüstet. Der zivile Iltis mit einer herkömmlichen 12 Volt Kontaktzündung.

Inhaltsverzeichnis

Allgemeine Funktionsbeschreibung

Daten/Werte

Zündfolge

1-3-4-2 [1. Zylinder in Fahrtrichung vorn.]

Verteiler dreht, von oben gesehen, rechts rum.

Zündkerzen

zivile Version

...


mil-Version

Laut TDv 2320/050-12 entweder:

  • Beru 14C-7D.
  • Bosch WC7D oder alte Bezeichnung von Bosch:
  • WC 175 ERT 27 bzw. WC 175 ERT 30.

(Der Buchstabe "D" bei den Zündkerzen für den VW-Iltis bedeutet: 19,0mm Gewindelänge bei Flachsitz-Kerzen und Elektrodenhöhe über Rand = 3mm.)

  • GENTAS RESISTOR GB263072 Made in USA.

Siehe auch: Alternative Ersatzteile

Kontakt Zündanlage

12Volt zivile Ausführung

Die Transistorzündung des Iltis militärische Version (24V)

Die Zündanlage des Iltis besteht aus dem Verteiler, der Zündspule mit den Vorwiderständen bzw. Widerstandsdraht in der frühen Version sowie dem Steuergerät (TSZ, TZA oder TZG genannt).

Die Zündung des Iltis in der Militärversion ist eine induktiv gesteuerte Transistorzündung. Das bedeutet, dass die Steuerung der Zündung über eine Spule (Induktivität) im Verteiler erfolgt, die über einen Rotor mit vier "Armen" erregt wird. Dieses Prinzip wird auch als TSZ-I Zündung bezeichnet. Dies ist ein recht altes Prinzip und unterscheidet sich deutlich von der etwas moderneren Hall-Geber gesteuerten Zündung (auch TSZ-H genannt).

Bei der TSZ-I Zündung ist das Steuersignal kein eindeutiger Spannungs-Impuls ("an-aus"), sondern eine Sinus-förmige Steuerspannung, die im TZG in einen Impuls umgewandelt werden muss.

Der wesentliche Unterschied (und aus meiner Sicht Nachteil) der induktiv gesteuerten Zündung zu einer Hallgeber - und auch zu einer optisch durch Lichtschranke oder mechanisch durch Unterbrecherkontakt gesteuerten Zündung - ist, dass bei der induktiven Zündung sowohl Zündzeitpunkt als auch Schließwinkel nicht stabil vorgegeben sind, sondern erst durch die Schaltung des TZG aus der sinusförmigen Steuerspannung generiert werden. Aufgrund von Alterung und Schäden an den Bauteilen des TZG kann sich daher sowohl Zündzeitpunkt wie Schließwinkel im Betrieb verändern. Das führt nicht unbedingt sofort zum kompletten Ausfall, kann aber zu schlechterem Motorlauf oder Folgeschäden führen, z.B. an der Zündspule, wenn der Schließwinkel zu groß wird. Der Zündzeitpunkt kann natürlich durch Nachstellen am Verteiler mechanisch korrigiert werden, nicht aber der Schließwinkel. Der Schließwinkel wird, wie später noch erklärt wird, im TZG durch die Steilheit einer Sägezahn-förmigen Spannung, die durch Parameter des TZG vorgegeben sind, in einen Rechteck-förmige Spannung mit einem bestimmte Puls-Pausen-Verhältnis umgewandelt.

Gemäß TDV beträgt das Puls-Pausen-Verhältnis im TZG bei 50Hz übrigens 6:4, mit anderen Worten ist das ein Schließwinkel von fast 60% oder 54°, was mir persönlich schon viel vorkommt.

Pepetronic für Munga

Um diesen Unterschied zu verdeutlichen hier ein Bild einer klassischen Hallgeberzündung, der Pepetronic für den Munga. Durch die Scheibe ist sowohl der Zündzeitpunkt als auch der Schließwinkel fest vorgegeben.


Funktion der Vorwiderstände bzw. des Widerstandsdrahts

Häufig wird fälschlich geschrieben, dass die Vorwiderstände (bzw, der Anfangs verwendete Widerstandsdraht) dazu dienen, die Spannung an der Zündspule zu reduzieren. Dies ist allerdings aus elektrotechnischer Sicht Unsinn, die Widerstände begrenzen vielmehr den maximalen Strom durch die Primärseite der Zündspule.

Bei der Zündspule handelt es sich um eine Induktivität, die keinen konstanten Ohmschen Widerstand besitzt. Wird der Strom durch das TZG bzw. den Kontakt eingeschaltet, so fließt zunächst ein geringerer Strom, denn die Zündspule hat im ersten Moment einen sehr hohen Widerstand. (Alter Merksatz: „bei Induktivitäten die Ströme sich verspäten“ ). In der Spule baut sich ein Magnetfeld auf. Mit zunehmenden Magnetfeld steigt der Strom an (d.h. der Ohmsche Widerstand der Spule sinkt), sobald das Magnetfeld in Sättigung ist, fließt der maximale Strom durch die Zündspule. In diesem Zustand hat die Zündspule einen Widerstand von ca. 0,8-1,3Ohm (gemessen an meiner Zündspule 1,2Ω). Ohne die Vorwiderstände würde hier ein Strom von ca. 20-25A durch die Zündspule fließen, das entstpricht eine Verlustleistung von über 500W, die in der Zündspule in Wärme umgewandelt werden müssten. Man kann sich leicht überlegen, dass das in kurzer Zeit zu einem Ausfall führt.

Die beiden Vorwiderstände haben zwischen 1,5 und 2,6Ohm (nach verschiedenen Quellen, bei meinem Iltis gemessen: 1,7Ω). Im Normalfalls sind die Widerstände in Reihe geschaltet, so dass die Zündspule einen Vorwiderstand von ca. 3,5Ω hat, in Summe (Zündspule+Vorwiderstände) sind das also ca. 5,5Ω. Dadurch wir der maximal Strom durch die Zündspule auf ca. 5A begrenzt.

Spannungsverlauf an der Zündspule im Betrieb

Hier eine Messung des Spannungsverlaufs an der Zündspule meines Iltis im normalen Betrieb. Die Bordspannung beträgt ca. 28V.

Die Spannung an der Zündspule wird durch den sich verändern Widerstand der Zündspule bestimmt. Im Einschaltmoment liegen die vollen 28V an der Zündspule an, und es fließt ein sehr geringer Strom. Nach ca. 1ms fallen an der Zündspule noch ca. 20V ab, die restlichen 8V fallen an der Vorwiderständen ab, es fließt also ein Strom von ca. 2,2A, d.h. zu diesem Zeitpunkt werden ca. 44W in der Zündspule „verheizt“. Ist das Magnetfeld nach ca. 6ms in Sättigung, dann fallen nur noch rund 9V an der Zündspule ab, es fließt ein Strom von. Ca. 5A, also werden also weiterhin ca. 45W in der Zündspule „verheizt“.

Man sieht also klar die Bedeutung der Vorwiderstände, ohne die Strombegrenzung durch sie, würde in der Zündspule mehr 10mal soviel Leistung verheizt werden...

Ein weiteres Interessantes Phänomen ist die Sättigungszeit, wie man sieht dauert es ca. 6ms, bis das Magnetfeld in der Zündspule komplett aufgebaut ist. Das bedeutet aber, dass bei 2 Zündungen pro Umdrehung (4 Zylinder 4 Takter) ab spätestens 6000 U/min nicht genügend Zeit für eine Sättigung der Zündspule bleibt und damit die Zündenergie nachlässt. Für den Iltis kein Problem... wer fährt schon mit 6000 U/min?


Funktion der Anhebung des Primärstroms durch die Zündspule beim Starten

Die Batterien werden beim Startvorgang des Motors sehr stark durch den hohen Strom des Anlassers belastet. Aufgrund des Innenwiderstandes der Batterien sinkt dadurch in diesem Moment die Bordspannung sehr stark ab, so dass von den circa 28 Volt nur noch circa 16 Volt für die Zündanlage, insbesondere für die Primärwicklung der Zündspule, zur Verfügung stehen, der Strom durch die Zündspule ist entsprechend geringer. Der Primärstrom bestimmt aber die Stärke des Magnetfelds in der Spule und ist damit ausschlaggebend für die im Abschaltmoment in der Sekundärwicklung induzierte Zündspannung ( Zündenergie ). Durch die verringerte Bordspannung kann es vorkommen, dass die somit verringerte Zündenergie nicht ausreicht für einen reibungslosen Startvorgang des Motors, es kann zu Zündaussetzern kommen. Daher sind im Iltis 2 Vorwiderstände verbaut, diese sind, wie bereits beschrieben, in Reihe geschaltet. Das eine Ende dieser Reihenschaltung geht an Zündplus, das andere an Klemme 15(Stromversorgung) der Zündspule. Die Mittelanzapfung, im Orginalkabelbaum lila/weiß, geht an einen Kontakt im Magnetschaler vom Anlasser. Beim Starten wird damit ein Vorwiderstand überbrückt. Das bedeutet, unter der Annahme, dass die Spannung im Anlassmoment nur ca. 16V beträgt, dass der maximal Strom durch die Zündspule auf ca. 5,5A begrenzt ist, dies entspricht in Etwa den Bedingungen im Normalbetrieb ohne Anlasser.


Funktionsweise des TZG

Das TZG hat zum einen die Aufgabe aus der Sinus-förmigen Steuerspannung einen Rechteck-Impuls mit vorgegebenem Schließwinkel zu machen. Daneben gib es eine weitere wichtige Funktion, nämlich die Abschaltung der Zündspule im Stand:

Wird die Zündung eingeschaltet, der Motor aber nicht gestartet, so ist das TZG zunächst durchgeschaltet und es fließt ein hoher Strom durch die Vorwiderstände und die Zündspule - dies entspricht dem Zustand bei einer Kontaktzündung, wenn der Motor zufällig in einer Position stehen geblieben ist, bei der der Kontakt geschlossen ist. Dieser hohe Strom kann über längere Zeit zur Erwärmung der Zündspule und der Vorwiderstände führen, im Extremfall kann das zum Ausfall führen. Damit dies nicht passiert ist im TZG des Iltis eine Abschaltung eingebaut, die nach ca. 4-6 Sekunden den Strom durch die Zündspule wieder abschaltet.

Hier das Schaltbild des TZG aus der TDV 2320_050-40 (F) im Anhang mit einer kurzen Erläuterung der Funktion der wichtigsten Komponenten.

Schaltplan TZG

D2 dient zum Schutz der Schaltung vor Verpolung.

Die Eingangsstufe, bestehend aus D1, D3, T1, T2, C1, C2, C3, C7, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7 und erzeugt aus der sinsuförmigen Steuerspannung eine sägezahnförmige Ansteuerung für die Zwischenstufe. Die Flankensteilheit des Sägezahns wird durch R4-R7 und C3 vorgegeben und ist relevant für das Plus-Pausen-Verhältnis und damit für den Schließwinkel.

Die Zwischenstufe besteht aus R8, T3, die die sägezahnförmige Spannung zu einem Rechteck mit einer variablen Pulslänge umformt.

Der Elko C4 ist zuständig für die Entkopplung der Zwischenstufe von der Endstufe und sorgt dafür, dass im Ruhezustand nach einigen Sekunden die Endstufe gesperrt wird und damit nicht unnötig Strom durch die Zündspule und die Vorwiderstände fließt.

Die Endstufe, bestehend aus D4, D5, D6, D7, T4, T5, R9, R10, R11, R12, R13, C5, C6 schaltet, gesteuert durch die Rechteck-Ansteuerung den Strom durch die Zündspule. Die Z-Dioden D6, D7 mit jeweils 180V Durchschlagspannung schützen dabei den Leistungstransistor T5 vor den Spannungsspitzen, die beim Abschalten des Stroms durch die Zündspule entstehen.

Funktion des TZG im Detail

Im Ruhezustand, d.h. ohne Steuerspannung, wird C2 über R2 und R3 schnell auf rund 1V aufgeladen, bis T1 durchschaltet. Dadurch wird T2 gesperrt und der Kondensator C3 wird über R6 geladen.

Im Betrieb kann die Funktion sehr gut über Messungen an den in der TDV angegebenen Meßpunkte nachvollzogen werden, ich habe entsprechende Oszillogramme jeweils beigefügt mit Angabe des Meßpunkts.

Die Diode D1 lässt von der Sinusförmigen Steuerspannung aus dem Verteiler nur die negative Halbwelle durch. Während der positiven Halbwelle wird, wie im Ruhezustand, C2 über R2 und R3 schnell auf ca. 1V aufgeladen, dann schaltet T1 durch. Dadurch sperrt T2, der zuvor durchgeschaltet war (T1 und T2 bilden einen Inverter). C3 wird über R6 geladen (ansteigende Flanke des Sägezahns).

Während der negativen Halbwelle wird über R1 der Kondensator C2 bis auf ca. -0,7V entladen, begrenzt durch D3. Durch die Entladung von C2 sperrt der Transistor T1, damit schaltet T2 durch, weil die Basis von T2 über R4 auf ca. 1,5 V gezogen wird. C3 wird über R5 schnell entladen (Abfallende Flanke des Sägezahns).

An der Basis von T3 liegt der durch C3/R7 spannungsmäßig invertierte und um 180Grad phasenverschobene Sägezahn an, d.h. in der positiven Halbwelle ist T3 durchgeschaltet, mit Beginn der negativen Halbwelle wird die Basis von T3 auf ca. -4 V gezogen und T3 sperrt sofort. Die Spannung stiegt dann im Sägezahnprofil während der negativen Halbwelle bis auf -0,7V an, dann schaltet T3, bedingt durch seine hohe Stromverstärkung, sehr schnell durch. Im Ergebnis entsteht am Kollektor von T3 eine Rechteck-Spannung, deren Puls-Pausen-Verhältnis durch die Steilheit der Sägezahn-Flanke gesteuert wird. Wird das TZG im Ruhezustand nicht angesteuert, dann ist T3 ebenfalls wie in der positiven Halbwelle durchgeschaltet.

Über C4 wird die Zwischenstufe von der gleichspannungsmäßig entkoppelt, im Ruhezustand ist T3 dauerhaft durchgeschaltet, ohne C4 wären somit auch T4 und T5 durchgeschaltet, was dazu führen würde, dass ein Dauerstom durch die Vorwiderstände und die Zündspule fließt. Im Ruhezustand wird aber C4 über den Basisstrom von T4 über R9 langsam aufgeladen, bis nach ca. 4-6 Sekunden T4 sperrt. Die Diode D4 ist eine Schutzdiode für T4, damit beim ersten Schalten nach dem Ruhezustand und damit geladenem C4 die Spannung an der Basis von T4 nicht über Versorgungsspannung + 0,7V ansteigt.

Der PNP-Transistor T4 dient als Impedanzwandler für die niederohmige Ansteuerung des Schalt-Leistungstransistors T5. Der BUX 37 (T5) ist ein Darlington-Transistor und hat dennoch, wie alle Schalt-Leistungstransistoren nur eine recht geringe Stromverstärkung. Um die notwendigen hohen Ströme von ca. 5A schalten zu können, muss T5 mit einem Strom von ca. 100mA angesteuert werden. Dieser Steuerstrom wird durch T4 geschaltete und durch R10/11 (parallel geschaltet, also 235Ω) begrenzt.

Die beiden 180V Z-Dioden D6 und D7 schützen T5, der maximal 400V aushält, vor den Spannungsspitzen, die beim Abschalten durch die Selbstinduktion in der Zündspule entstehen. Die Z-Dioden sind in Reihe geschaltet und haben damit eine Durchbruchsspannung von 360V. Wichtig! Es dürfen hier, wie anderswo fälschlich geschrieben, keinesfalls andere Z-Dioden mit nur wenigen Volt Durchbruchsspannung verwendet werden.


Prüfgerät für TZG

Um das TZG und seine beiden o.g. wesentlichen Funktionen prüfen und ggf. reparieren zu können ist in der TDV 2320_050-40 (F) im Anhang (Link) ein Prüfgerät beschrieben.
Prüfgerät für TZG aus TDV

Dieses ist vermutlich nirgends mehr original zu bekommen, aber bei einer etwas eingehenderen Analyse der Schaltung des TZG und der Prüfprozeduren und Beschreibungen in der TDV lässt sich das Prüfgerät recht leicht analysieren und damit "nachbauen".

Im Grunde besteht das Prüfgerät nur aus wenigen Komponenten und simuliert quasi einen Iltis in Bezug auf die Zündung: - eine 24V Gleichspannungsversorgung als Ersatz für Batterie/Lima - eine zuschaltbare 24V / 50Hz Sinus-Spannung (Steuerspannung) als Ersatz für den Impulsgeber im Verteiler - ein Lastwiderstand mit parallel geschalteter Anzeigelampe und zuschaltbarem Lautsprecher als Ersatz für die Zündspule nebst Vorwiderständen.

Ein Blockschaltbild sieht im Prinzip so aus wie nebenstehend abgebildet.
Blockschaltbild Prüfgerät TZG

Das Prüfgerät kann man also in unterschiedlicher Form realisieren, z.B. improvisiert mit einem Labornetzteil oder 2 Autobatterien als Stromversorgung, einem kleinen 24V Trafo für die Steuerspannung und einer 24V Glühbirne als Lastwiderstand.

Da ich ein mobiles, schnell einsetzbares Prüfgerät haben wollte, habe ich mit den Dingen, die ich in der Elektronik-Bastelkiste hatte und ein paar zusätzlichen Teilen, wie den Print-Trafos, die ich bei Conrad geholt habe, ein kompaktes Prüfgerät gebaut.

Das ganze sieht bei mir jetzt so aus:


Plantine


Fehlerquellen

  1. Durchgeschlagene Zündkabel führen zu Zündaussetzern und später zum Totalausfall des betreffenden Zylinders.
  2. Wackelkontakt in dem Kabel zum TZG Transistorzündgerät. Durch Alterung der Gummierinsätze in den Steckern, lösen sich teilweise die Verbindungen. Dieser Fehler ist oft schwer zu entdecken, weil er durch den Wackelkontakt nicht immer auftritt.
  3. ........
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