Einführung
Zündkerzen werden verwendet, um das Kraftstoff-Luft-Gemisch in Benzin-/Ottomotoren (IC) Verbrennungsmotoren zu entzünden; in Dieselmotoren sind sie nicht erforderlich. Verbrennungsmotoren lassen sich in zwei Zündkategorien einteilen: ‘Fremdzündung’ (Benzin-/Ottomotoren) und ‘Selbstzündung’ (Dieselmotoren).
Zündkerzen werden sowohl in Zweitakt als auch in Viertakt Motoren eingesetzt.
Zündkerze
Zündkerzenkomponenten
Obwohl sich die Designs von Zündkerzen unterscheiden können, bleiben die Hauptkomponenten einer Zündkerze gleich.
Zündkerze mit beschrifteten Teilen
Die Hauptkomponenten einer Zündkerze umfassen:
- Anschlussklemme - hier wird der elektrische Strom zur Zündkerze geleitet.
- Mittelelektrode - ein gerader Leiter, der durch die Mitte der Zündkerze verläuft.
- Masseelektrode - ein gebogener Leiter, der die Zündkerze mit der Masse verbindet.
- Widerstand - zur Reduzierung von elektrischen Störungen.
- Elektrodenabstand (Funkenstrecke) - der Raum zwischen der Masse- und Mittelelektrode, wo der Funke (elektrischer Lichtbogen) entsteht.
Elektrodenabstand
- Kriechstrombarriere - verhindert Stromleckagen von den Leitern zur Masse.
- Sitz - wo die Zündkerze gegen den Zylinderkopf drückt.
- Sechskantmutter - zum Ein- und Ausbau der Zündkerze.
Wie funktionieren Zündkerzen?
Das folgende Video ist ein Auszug aus unserem Online-Videokurs zu den Grundlagen des Verbrennungsmotors.
Eine Hochspannung (20-40.000 Volt) wird an die Anschlussklemme oben an der Zündkerze angelegt, um das elektrische Potenzial der Mittelelektrode zu erhöhen. Der elektrische Strom fließt durch die Mittelelektrode (normalerweise ein Kupferleiter) und durch einen Widerstand. Die hohe Spannung in der Mittelelektrode bewirkt, dass die Gase innerhalb des Elektrodenabstands ionisiert werden. Wenn die Gase ionisiert sind, werden sie zu einem viel besseren Leiter und die Elektronen können dann den Elektrodenabstand ‘überspringen’, um die Masseelektrode zu erreichen. Der ‘Sprung’ ist als Funke sichtbar und daher hat die Zündkerze ihren Namen; der korrekte technische Begriff für diesen Sprung ist ‘Lichtbogen’.
Der Lichtbogen zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode enthält genug Energie und Wärme, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Brennraum zu entzünden. Die Zündung des Kraftstoffs erfolgt etwa 5 Grad vor dem obersten Totpunkt (OT) und markiert den Beginn des Arbeitstakts.
Was ist der Zweck des Widerstands in einer Zündkerze?
Nicht alle Zündkerzen enthalten einen Widerstand, aber fast alle Automobilzündkerzen tun dies. Der Widerstand reduziert die Menge an elektrischem Rauschen, das von der Zündkerze erzeugt wird. Elektrisches Rauschen wird auch als elektromagnetische Störung (EMI) oder Hochfrequenzstörung (RFI) bezeichnet. Da die Zündkerze effektiv ein Leiter ist, erzeugt sie ihr eigenes Magnetfeld und auch der von der Zündkerze erzeugte elektrische Lichtbogen. Diese elektromagnetischen Felder können andere nahegelegene elektronische Schaltkreise stören und unerwünschte Effekte verursachen. Um die Wahrscheinlichkeit von EMI auf Gegenstände wie die Motorsteuerungseinheit (ECU), das Autoradio und andere elektronische Schaltkreise zu verringern, wird ein Widerstand eingebaut.
Was ist der ‘Wärmebereich’ einer Zündkerze?
Der Wärmebereich einer Zündkerze definiert die Wärmeleitfähigkeit der Zündkerze. Eine Wärmeskala von 1-10 wird normalerweise verwendet, aber die Skala hängt vom Hersteller ab, d.h. manchmal kann sie 1-11 sein. Zündkerzen werden irgendwo innerhalb des Wärmebereichs der Zündkerze eingestuft, z.B. ein Wärmebereichswert von 4.
Zündkerzen werden oft als entweder heiß oder kalt bezeichnet. Eine kalte Zündkerze ist eine, die Wärme schnell ableitet und sich langsam erwärmt. Eine heiße Zündkerze ist eine, die Wärme langsam ableitet und sich schnell erwärmt. Heiße Zündkerzen haben eine lange dünne Isolatorspitze, während eine kalte Zündkerze eine kurze und dicke Isolatorspitze hat.
Heiße und kalte Zündkerzen
Kleine, leistungsschwache Motoren, z.B. Rasenmäher, Heckenscheren usw., verwenden heiße Zündkerzen, da die Betriebstemperaturen und -drücke im Brennraum relativ niedrig sind. Hochleistungsmotoren, z.B. Rennwagen, verwenden kalte Zündkerzen, da die Betriebstemperaturen und -drücke im Brennraum relativ hoch sind.
Zündkerzen für leistungsschwache Motoren können eine Wärmebereichsbewertung zwischen 1-4 haben. Hochleistungsmotoren haben typischerweise eine Wärmebereichsbewertung zwischen 8-10.
Was ist die ‘Reichweite’ einer Zündkerze?
Die Reichweite einer Zündkerze entspricht ungefähr der Länge ihres Gewindeteils, gemessen von dort, wo der Zündkerzenkörper auf dem Zylinderkopf aufliegt, bis zum unteren Ende des Gewindes. Es ist wichtig, dass immer die richtige Reichweite der Zündkerze verwendet wird. Zündkerzen mit zu langer Reichweite riskieren, auf die Kolbenkrone zu stoßen, wenn der Kolben den OT erreicht. Der Einbau einer Zündkerze mit zu kurzer oder zu langer Reichweite birgt das Risiko von Kohlenstoffablagerungen auf den Gewinden sowie falscher Zündung.
Zündkerze kann auf die Kolbenkrone stoßen, wenn die Reichweite zu lang ist
Zündkerzen werden im Zylinderkopf installiert und durch Einschrauben der Zündkerze in den Kopf befestigt. Beim Anziehen der Zündkerze am Kopf muss sorgfältig darauf geachtet werden, dass das Gewinde nicht beschädigt wird und ein weiteres Anziehen nicht mehr möglich ist.
Zusätzliche Ressourcen
https://www.gsparkplug.com/shop/how-spark-plugs-work
https://auto.howstuffworks.com/spark-plugs.htm
https://en.wikipedia.org/wiki/Spark_plug
Bildnachweis
Bildnachweis für heiße und kalte Zündkerzen: Von Benutzer:Emmanuel.boutet (Datei:Dilatation-spark plug-bougie allumage-fr.svg) [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html), CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) oder CC BY-SA 2.5 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)], über Wikimedia Commons