Zündkerze

Bougie.jpg Die Zündkerze ist ein Bauteil des Ottomotors. Sie entzündet das Kraftstoff-Luft-Gemisch innerhalb des Zylinders. Zündkerzen sind extremen mechanischen, thermischen, elektrischen und chemischen Belastungen ausgesetzt. Es treten zum Beispiel Druckschwankungen zwischen 0,9 und 60 Bar, Temperaturschwankungen zwischen 100 °C und 2.400 °C, Zündspannungen bis zu 40 kV und Stromspitzen bis zu circa 300 A auf, was zu Elektrodenerosion führt.

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Die Zündkerze wurde 1903 von Robert Bosch erfunden. Auf die herausschraubbare Zündkerze, wie sie seit Jahrzehnten Standard ist, hatte jedoch zunächst Renault in Frankreich ein Patent.

Der von der Zündspule und dem Unterbrecher (heute elektronische Zündanlage) erzeugte Zündfunken springt zwischen einer keramisch isolierten Mittelelektrode und einer am Befestigungsgewinde fixierten Masseelektrode über und startet damit den Verbrennungsvorgang.

Die Zündkerze sollte schnell ihre Selbstreinigungstemperatur zwischen 400 °C und 850 °C erreichen. Die Selbstreinigung verhindert durch Abbrennen von Verbrennungsrückständen einen Kurzschluss beziehungsweise eine kürzere Funkenstrecke zwischen den Elektroden. Der die Mittelelektrode umgebende Isolatorfuß bestimmt durch seine Länge den Wärmewert einer Zündkerze. Bei einem kurzen Isolaturfuß kann die Wärme rasch über das Gewinde an den gekühlten Zylinderkopf abgegeben werden. Hier spricht man von einer "kalten" Kerze mit einem hohen Wärmewert. Diese wird für hochbeanspruchte Motoren eingesetzt.

Zündkerzen müssen mit ihren Wärmewerten dem jeweiligen Motor angepasst sein. Bei einer zu "kalten" Zündkerze kann obige Fehlfunktion auftreten. Wurde dagegen eine zu "warme" Zündkerze gewählt, verbrennen die Elektroden zu schnell.

Zündkerzen müssen wegen des Verschleißes der Elektroden regelmäßig gewechselt werden.

In letzter Zeit werden zunehmend auch Gleitfunkenzündkerzen eingesetzt. Der Zündfunke springt dabei stets an einer anderen Stelle über den Isolator und brennt diesen dabei von Rückständen frei.

Derzeit werden Versuche durchgeführt, das Zünden eines Benzin-Luftgemisches durch einen Laserstrahl durchzuführen. Dies muss durch eine Quarzglasscheibe erfolgen. Allerdings verursacht derzeit die laufende Verschmutzung des Glases Probleme.

Sitzform und Gewinde

Es gibt verschiedene Größen von Zündkerzen. Diese werden je nach Bauart und Größe des Motors eingesetzt. Die Zündkerzen unterscheiden sich in Länge, Durchmesser und Steigung des Zündkerzengewindes. Gebräuchliche Gewinde sind:

M10x1 SW 16
M12x1,25 SW 18 (meist bei Motorrädern; in jüngster Zeit zunehmend auch bei Autos)
M14x1,25 SW 20,8 (bei den meisten Autos)
M18x1,5 SW 26 (relativ selten, oft bei alten Zweitaktern)

Neben unterschiedlichen Gewinden gibt es auch verschiedene Sitzformen. Die klassische Ausführung weist einen flachen Sitz mit Dichtring auf. Neben dieser Form kommen aber auch Kerzen mit Kegelsitz zum Einsatz, welche keinen Dichtring benötigen.

Ausführung

Manche Zündkerzen enthalten einen eingebauten Entstörwiderstand von ca. 5 kΩ. Man erkennt diese Typen meist an dem Buchstaben R (z.B. bei Bosch) in der Typenbezeichnung.

Diese Zündkerzenvariante sollte nicht zusammen mit Kerzensteckern mit integriertem Widerstand eingesetzt werden, da der Zündfunke durch die Reihenschaltung der Widerstände zu sehr geschwächt würde.

Der Zündkerzenstecker wird auf die Kerze aufgesteckt und stellt so den Kontakt zur Mittelelektrode her. Dabei gibt es Stecker, die eine spezielle Mutter auf der Kerze benötigen und solche, bei denen diese Mutter nicht aufgeschraubt werden darf. Diese Mutter kann bei nahezu allen Zündkerzen mit einer Zange abgeschraubt werden, wenn sie nicht benötigt wird. Bei neuen Zündkerzen wird die Mutter meist separat in die Verpackung gelegt, so dass sie im Bedarfsfall erst aufgeschraubt werden muss.

Wärmewert

Der Wärmewert wird im Typencode als Zahl angegeben. Dieser Wert steht für die Fähigkeit einer Zündkerze, Wärme aus dem Brennraum aufzunehmen und abzuführen. Die Wärmezufuhr an der Zündkerze im Brennraum ist dabei vom jeweiligen Motortyp abhängig.

Der Wärmewert ist von elementarer Bedeutung, da eine Mindesttemperatur von etwa 400°C erreicht werden muss, damit sich die Zündkerze von Rückständen freibrennen kann, um ein "Verrußen" und damit Zündungsaussetzer zu vermeiden (Freibrenngrenze). Andererseits darf jedoch unter keinen Umständen eine Höchsttemperatur von ca. 850°C (Glühzündungsbereich) überschritten werden, da der Motor sonst zu Selbstzündungen neigt, was sich durch Klopfen des Motors äußern würde. Daraus ergibt sich, dass der Wärmewert stets an die Arbeitstemperatur (Betriebstemperaturbereich) der Zündkerze angepasst sein muss.

Die Kennzahlen der Wärmewerte sind von Hersteller zu Hersteller verschieden. Aus diesem Grund ist die richtige Kennzahl für einen Motor auch bei jedem Fabrikat anders. Bosch verwendet z.B. niedrige Kennzahlen für "kalte" Zündkerzen, bei NGK sind Kerzen mit niedrigen Wärmewert-Kennzahlen "heiß".

Eine "kalte" Zündkerze führt möglichst viel Wärme über den Isolator ab. Dabei ist der Keramikisolator kürzer als bei einer vergleichsweise "heißen" Zündkerze, was zu einer stärkeren Wärmeabfuhr über das Kerzengewinde führt.

Elektrodenausführung

Es gibt zahlreiche Hersteller von Zündkerzen, die nicht nur Ausführungen mit einer einzelnen Elektrode liefern. Heute sind auch Bauformen mit zwei, drei oder gar vier Elektroden gängig. Eine Spezialausführung sind darunter Kerzen mit einer gespaltenen Elektrode, welche unter dem Markennamen "Splitfire" angeboten werden.

Elektrodenabstand

Moderne Transistorzündanlagen liefern wesentlich höhere Spannungen als die älteren Unterbrecherzündungen. Dies erlaubt längere Funkenstrecken und somit auch größere Elektrodenabstände. Da ein größerer Elektrodenabstand im Vergleich zu einem kleineneren durch den längeren Zündfunken eine größere Angriffsfläche für das Gasgemisch im Brennraum liefert, ist eine wesentlich effezientere Verbrennung möglich. Heute sind Elektroden-Abstände von 1mm bis 2mm keine Seltenheit mehr, bei Unterbrecher gesteuerten Zündanlagen waren Werte von 0,3mm, 0,5mm oder 0,7mm üblich.

Da die Mittelelektrode mit zunehmendem Verschleiß einen immer größeren Abstand zur Masseelektrode bekommt, kann der Elektrodenabstand einer noch nicht zu stark verschlissenen Zündkerze mittels leichtem verbiegen der Masseelektrode korrigiert werden. Dies empfiehlt sich besonders bei einzylindrigen, einfachen Motoren (Mofa, Moped oder Mokick, sowie Bootsmotoren, etc.). Um den richtigen Abstand zu treffen, sollte man unbedingt mit einer Fühlblattlehre nachmessen oder eine Zündkerzenlehre verwenden!

Elektrodenmaterial

Bei Standard-Zündkerzen findet Kupfer Verwendung als Elektrodenmaterial. Bei Spezialzündkerzen wird auch Platin, Silber oder eine Nickel-Yttrium-Legierung verwendet. Normalerweise kommen solche Spezialausführungen aber nur in Sonderfällen zum Einsatz.

Das Zündkerzenbild

Wenn eine Zündkerze mehrere Betriebsstunden in einem Motor eingesetzt wird, so kann man an ihr durch das sogenannte Kerzenbild (aussehen der im Brennraum befindlichen Zündkerzenteile) feststellen, ob der Motor korrekt arbeitet. Dies ist auch heute noch uneingeschränkt möglich, wenngleich die Werkstätten heute lieber verschiedene Messgeräte einsetzen, um Fehler an Motoren festzustellen.

Die Zündkerze im Foto links sollte allerdings bald gewechselt werden. Man erkennt den Verschleiß an den abgerundeten Kanten der Mittelelektrode

Z%C3%BCndkerze_rehbraun.jpg	Zündkerze rehbraun: Der Motor arbeitet einwandfrei, die Gemischzusammensetzung ist korrekt, der Wärmewert der Zündkerze passt.	Keine Maßnahmen sind erforderlich.
Z%C3%BCndkerze_abgebrannt.jpg	Zündkerze abgebrannt: Der Motor arbeitet einwandfrei, die Gemischzusammensetzung ist korrekt.	Die Zündkerze sollte ausgetauscht werden.
Z%C3%BCndkerze_explodiert.jpg	Zündkerze explodiert: Der Motor neigt zum Klopfen und zu Frühzündungen.	Kerze austauschen und das Klopfen des Motors durch Treibstoff mit höherer Oktanzahl abstellen.
Z%C3%BCndkerze_glasiert.jpg	Zündkerze glasiert: Zusätze in Öl und Benzin bilden Ablagerungen	Motor einstellen, Markenzündkerzen verwenden.
Z%C3%BCndkerze_mechanisch_zerst%C3%B6rt.jpg	Zündkerze mechanisch beschädigt: Bei Motorschäden können sich Metallspähne auf der Zündkerze ablagern oder sie zerstören.	Die Zündkerze sollte ausgetauscht werden. Bei wiederholter Beschädigung liegt ein mechanischer Defekt am Motor vor.
Z%C3%BCndkerze_verkohlt.jpg	Zündkerze verkohlt: Wärmewert der Zündkerze könnte zu niedrig sein oder das Treibstoffgemisch ist zu fett.	Bei passendem Wärmewert der Zündkerze die Gemischzusammensetzung einstellen (Vergaser oder Einspritzung justieren).
Z%C3%BCndkerze_verkrustet.jpg	Zündkerze verkrustet: Bestandteile des Öls können Rückstände bilden, die sich auf der Zündkerze ablagern.	Eventuell Ölsorte wechseln oder Motoreinstellung überprüfen
Z%C3%BCndkerze_verschlissen.jpg	Zündkerze verschlissen: Der Motor ist zwar korrekt eingestellt, jedoch leidet die Leistungsfähigkeit und die Effizienz unter dem schlechten Zustand der Zündkerzen	Zündkerzen austauschen.
Z%C3%BCndkerze_ver%C3%B6lt.jpg	Zündkerze verölt: Zu viel Öl im Verbrennungsraum, Kolbenringe undicht, Ölstand zu hoch, Zündkerze undicht (lose, defekt) Bei Zweitaktmotoren: Zu viel Öl im Kraftstoff durch falsches Öl/Kraftstoff Mischverhältnis	Zündkerzen anziehen, Motor überholen Bei Zweitaktmotoren: Öl/Kraftstoff Mischverhältnis überprüfen oder bei Getrenntschmierung Einstellung der Ölpumpe überprüfen
Z%C3%BCndkerze_zu_hei%C3%9F.jpg	Zündkerze angeschmolzen oder weiß: Thermische Überlastung durch Glühzündung oder zu heiße Verbrennung, Wärmewert könnte zu hoch sein oder das Treibstoffgemisch zu mager, Motor neigt zum Klopfen	Bei passendem Wärmewert der Zünderze die Gemischzusammensetzung einstellen (Vergaser oder Einspritzung justieren). Eventuell Oktanzahl des Kraftstoffs überprüfen.
Z%C3%BCndkerze_%C3%BCberbr%C3%BCckt.jpg	Zündkerze überbrückt: Bei verbleiten Kraftstoffen kann die Zündkerze durch Bleiablagerungen überbrückt sein.	Zündkerze ausbauen und mit Messingdrahtbürste reinigen.

Siehe auch

Weblinks

Verbrennungsmotor | Motorradtechnik

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