Multi-Spark Capacitor Discharge Ignition / CDI  Click for english version

Nachdem wir jetzt schon alles mögliche für den Mini gebaut haben,
musste auch noch ne vernünftige Zündung her.

Hier mal das Video.... Rest unten :-)

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 Also jetzt noch mal weshalb das Ganze.
Nachdem ich von Klas mal wieder eine Vorlesungsstunde bekommen hatte war es klar, das man das zumindest mal ausprobieren muss.
Unsere Zündung besteht eigentlich aus zwei relativ einfachen und überschaubaren Schaltungsteilen: der erste ist ein hochleistungs-Spannungswandler, der mit Hilfe eines selbstgewickelten Ferrit-Transformators die KfZ Bordspannung von 13,8V auf ca. 300V transformiert. Mit dieser Spannung wird ein Kondensator geladen, der als Energiespeicher für die nächste Zündung dient.
Normalerweise wird mit dem schliessenden Unterbrecherkontakt der Eisenkern der Zündspule aufgeladen, bis der Unterbrecherkontakt wieder öffnet. In diesem Moment bricht das Magnetfeld im Eisenkern zusammen und erzeugt die Hochspannung für den Zündfunken in der Sekundärwicklung. Mit einem Unterbrecherkontakt der immer den gleichen Schließwinel hat ist klar, das die Ladezeit der Zündspule mit steigender Drehzahl immer kürzer wird. Somit steht auch immer weniger Energie für den Zündfunken zur Verfügung.
Mit einem Motorsteuergerät gibt es keinen Schliesswinkel, sondern die Ladezeit der Spule wird fest eingestellt. Beim SPI Mini liegt die Ladezeit bei ca. 3,5ms.

Die CDI arbeitet anders. Der zweite Teil unserer Zündung schaltet mittels hochspannungsfester MOSFET Transistoren die im Kondensator gespeicherte Energie und Spannung von 300V direkt auf die Zündspule. Dies geht so schnell, das der Eisenkern sich nicht mit einem Magnetfeld aufladen kann, und die Zündspule nur wie ein Transformator arbeitet. Das Resultat ist eine Ausgangsspannung von 30.000 bis 40.000 Volt mit einer extrem kurzen Brenndauer von 10 bis 12 Mikrosekunden (Mikrosekunde = ein millionstel Sekunde).
Dieser Zündfunke ist zwar sehr kurz, aber dafür sehr stark, und sollte in der Lage sein alles mögliche zu entzünden. Damit auch unter extrem Bedingungen eine sichere Zündung und optimale Verbrennung garantiert ist, liefert unsere Zündung immer eine Mehrzahl von Zündfunken. Je nach eingestellter Ladezeit oder Schließwinkel zwischen 2 und 6.

Natürlich ist das nicht alles auf meinem Mist gewachsen, sondern wie so oft hab ich mir die Anregung von woanders geholt. Die Grundidee kam von hier:

http://www.molla.org/DIY-CDI/

Nur hatte diese Lösung ein paar gravierende Unschönheiten. Zum einen war mir die Platine viel zu groß und was die verwendeten Bauteile angeht, so konnte man da auch noch das ein oder andere verbessern.
Ich hab das Ganze jetzt auf eine Platine von 110x100 mm gebaut und konsequent smd Bauteile vermieden, um den Nachbau einfach zu halten. Die etwas veralteten Bauteile hab ich durch moderne Hochleistungs-MOSFETs ersetzt und diese auch noch mal gedoppelt. Die Primärwicklung des Trafos besteht aus 2x 5 Windungen, die Sekundärwicklung aus 125 Windungen. Ich habe einen Kupferlackdraht von 0,4 mm Durchmesser verwendet. Für die Primärwicklung habe ich acht dieser Drähte miteinander verdrillt und an den Enden zusammengelötet. Damit habe ich eine effektive Leitungsquerschnitt von 1qmm und begegne damit dem Skin-Effekt, der den Ladungstransport sonst nur auf der Oberfläche eines einzelnen Leiters ermöglichen würde. 
Hier ein Link mit ein paar Bildern, wie der Trafo gebaut wird. Alle Teile bekommt man preisgünstig z.B. bei Conrad Elektronik.
Dann hab ich eine generelle Änderung bei der Spannungsversorgung gemacht: normal arbeitet das Schaltnetzteil bei etwa 22 kHz. Das bedeutet, dass die Kondensatoren für die Zündspannung alle 23 us mit Impulsen aufgeladen werden. Unser Netzteil arbeitet dagegen bei sogar 56 kHz, was bedeutet, dass die Ladeimpulse alle 9 us kommen. Dadurch erreicht die Kondensatoren schneller wieder ihre volle Ladung für den nächsten Zündfunken.
Mal nachgerechnet: bei 8.000 U/min zündet der Motor 267 mal pro Sekunde, also alle 3,75 ms ... das bedeutet das selbst bei Höchstdrehzahl zwischen zwei Zündvorgängen über 400 Ladeimpulse die Kondensatoren nachladen. Hier noch mal der gut gemeinte Rat: nichts von der Zündung anfassen, wenn sie aktiv ist (Zündung an) oder der Motor läuft!

Zu guter letzt hier noch die Downloads zum Artikel und eine kleine Hilfstabelle zum Umrechnen von Umdrehungszahl des Motors in die Zeitabstände zwischen den Zündungen.