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Erstellt, am 14.07.2011
Letzte Änderung, am 10.12.2011

Einführung in die HKZ bzw. CDI Thyristor Zündtechnik

Hier wird über die Entstehung, Funktionsweise und viele wichtige Details von CDI Zündsystemen berichtet. Elektrotechnische und physikalische Grundkenntnisse sollten vorhanden sein, um diese Literatur zu verstehen und eigenes Fachwissen zu erweitern. Ich freue mich auch immer über kritische und ergänzende Hinweise, oder Vorschläge zur besseren allgemeinen Verständlichkeit von technischen Abhandlungen, falls etwas unverständlich formuliert wurde. Je mehr Feedback auf diese Weise zurückkommt, um so besser kann ich das bei späteren Änderungen in die Texte einbinden.


Alle, denen diese Informationen hilfreich waren, können sich hier mit einem Trinkgeld für den Fortbestand, künftige Erweiterungen und Aktualisierung meiner Webseite erkenntlich zeigen.

Kontaktlose Kondensator-Entlade-Zündanlagen mit der deutschen Bezeichnung Hochspannungs Kondensator Zündung und Englisch Capacitor Discharge Ignition (HKZ oder CDI) sind Thyristor-Zündsyteme, die können wir uns heute an Motorrädern und manchen Autos gar nicht mehr wegdenken. Die Geschichte von Kondensator-Zündsystem kann man bis in die 1950er Jahre zurückverfolgen, das erste kommerzielle Motorrad mit CDI-Zündung wurde von Kawasaki hergestellt. Die CDI Zündung wurde ursprünglich für Motoren mit hohen Drehzahlen (kleinere Motoren, Rennmotoren und Kreiskolbenmotoren) entwickelt. Bosch, Motoplat und Kröber haben damit ungefähr ab 1970 begonnen und verwendeten dafür die Kurzbezeichnung MHKZ, welche für Magnet-Hochspannungs-Kondensator-Zündung steht.

Im Gegensatz zu konventionellen induktiven Spulen-Zündanlagen mit Kontakten, ist bei Zweiradschraubern für modernere CDI Zündsyteme wenig bis gar kein brauchbares Fachwissen vorhanden. Meiner Meinung ist schon seit den frühen 70er Jahren von renommierten Herstellern, sehr viel in Richtung Kundenfreundlichkeit schief gelaufen. Wurden seit damals doch nur vergossene Brocken als sogenannte Blackbox, zu astronomisch hohen Preisen verkauft. Aus verständlichen Gründen konnte man für derart einfache Komponenten keine so hohen Preise rechtfertigen, aber als vergossene Trümmer wusste ja niemand wie wenig da wirklich drinnen steckt.

zündboxen

Unsere klassischen Moppeds der letzten 40 Jahre, arbeiten überwiegend mit sogenannten AC-CDI-Zündsystemen, welche mit einer Zündgeneratorspule unabhängig vom Bordnetz versorgt werden.
Ein einfaches Mhkz oder CDI-Zündschaltgerät mit integrierter Zündspule, besteht im wesentlichen aus einem Transformator, eine Ladeschaltung, eine Ansteuerschaltung für den Thyristor und dem Haupt-Kondensator als Energie-Zwischenspeicher.

mhkz

Zunächst wird über die Gleichrichterdiode der Haupt-Kondensator bis auf max. 400 Volt aufgeladen, die Gleichrichterdiode in der Ladeschaltung verhindert in Sperrichtung auch eine Kondensatorentladung vor dem Zündzeitpunkt. Wenn die Ansteuerschaltung positive Signale vom Zündimpulsgeber empfängt, wird der Thyristor durchgezündet und die gespeicherte Energie im Haupt-Kondensator entlädt sich in die niederohmige Primärwicklung des Zündtranformators. Über die hochohmige Sekundärwicklung entsteht dann ein kräftiger Zündfunke mit durchschnittlich 20 kV an der Zündkerze. Ist der Haupt-Kondensator entladen und liegt kein positives Triggersignal vom Zündimpulsgeber an, dann wird der Thyristor wieder gelöscht und der Haupt-Kondensator kann erneut aufgeladen werden.
Die Menge an Energie die ein CDI-Zündsystem für die Erzeugung eines Zündfunkens speichern kann, ist abhängig von der jeweiligen Ladespannung und Kapazität des Haupt-Kondensator, bei unseren 6 poligen Bosch Mhkz Zündanlagen für Kreidler, Maico, Puch und Zündapp sind das im mittleren Drehzahlbereich etwa 75 Millijoule.

zündgen

Derartige AC-CDI-Zündschaltgeräte wie wir sie auch von moderneren Motoren kennen, beziehen ihre elektrische Energie ausschließlich vom Wechselstrom-Magnetzündergenerator und werden überwiegend in kleinen Motoren bis 250 ccm Hubraum verwendet. Anders als bei kontaktgesteuerten Spulen-Zündsystemen ist für AC-CDI-Zündanlagen eine Mindest Drehzahl erforderlich, welche je nach Typ, Hersteller und Magnetisierung des Polrades zwischen 250 bis knapp unter 1000 Upm liegen kann. Wird am Polrad gedreht, dann kann man an Ausgang der Zündgeneratorspule und am Zündimpulsgeber mit einem Oszilloskop die jeweiligen Wechselstrom Signale aufzeichnen. An 6 poligen Magnetzündergeneratoren erfolgen 3 positive Ladeimpulse für den Haupt-Kondensator und anschließend der Zündimpuls welcher diesen wieder entlädt.

oszillogramm

Erfolgt die Kondensatorentladung wie in diesem Bild noch vor dem letzten Nulldurchgang, so erkennt man dass die fallende dritte Halbwelle bei ca.20 Volt schon kurzgeschlossen wird. So etwas soll niemals bei steigenden Flanken der positiven Halbwellen passieren, sonst könnte ein erheblicher Anteil der verfügbaren Ladeenergie verloren gehen. Hätten unsere namhaften Hersteller diese Informationen früher auch veröffentlicht, so wüssten heute viele Zweiradschrauber wesentlich besser darüber Bescheid. Viele denken sogar dass es sich um richtig komplizierte Technik handelt, aber diese Handvoll einfache Bauteile von Zündschaltgeräten kosten nicht viel.  


Vorteile und Nachteile von CDI Zündanlagen

Ein CDI-Zündsystem hat eine kurze Ladezeit, einen schnellen Spannungsanstieg (zwischen 3 und 10 kV / us) im Vergleich zu typischen induktiven Systemen (300 ~ 500 V / us) und eine kurze Brenndauer von ca. 50-100 us. Der schnelle Spannungsanstieg macht CDI-Systeme unempfindlich gegenüber Nebenschlüssen, aber die begrenzte Brenndauer kann für manche Anwendungen auch zu kurz sein, um für eine zuverlässige Zündung zu sorgen.