Eine Zündkerze ist ein täuschend einfaches Gerät, obwohl sie einige verschiedene, aber wichtige Aufgaben hat. In erster Linie erzeugt sie (buchstäblich) künstliche Blitze im Brennraum des Motors (Zylinderkopf). Sie überträgt elektrische Energie (Spannung) mit sehr hoher Spannung, um einen Funken zu erzeugen und im kontrollierten Chaos des Brennraums „das Feuer zu entzünden“. Dabei kann die Spannung an der Zündkerze zwischen 20,000 und über 100,000 Volt liegen.
Thermische Eigenschaften der Zündkerze
Obwohl die Zündkerze einen Funken erzeugt, der eine Verbrennung hervorruft, hält sie diesen nicht aufrecht. Sie trägt tatsächlich dazu bei, die Wärme aus der Brennkammer in den Wassermantel des Zylinderkopfs zu übertragen.
Die Fähigkeit einer Zündkerze, Wärme aus der Brennkammer abzuleiten, wird durch den „Wärmebereich“ der Zündkerze definiert. Die Temperatur am Zündende der Zündkerze muss hoch genug gehalten werden, um Verschmutzungen zu verhindern, aber niedrig genug, um Frühzündungen zu vermeiden. Zündkerzenhersteller nennen dies „Wärmeleistung“. Die Wärmeleistung oder der Wärmebereich einer Zündkerze hat nichts mit der Energie zu tun, die vom Zündsystem durch die Zündkerze übertragen wird. Der Wärmebereich der Zündkerze ist der Bereich, in dem die Wärme der Zündkerze wirkt.
Kalte Zündkerzen und heiße Zündkerzen
„Kalte“ Zündkerzen haben typischerweise einen kürzeren Wärmeflussweg. Dies führt zu einer sehr schnellen Wärmeübertragungsrate. Darüber hinaus hat die kurze Isolatorspitze einer kalten Zündkerze eine geringere Oberfläche und kann daher keine nennenswerte Wärmemenge aufnehmen.
Eine „heiße“ Zündkerze hingegen hat eine längere Isolatorspitze und einen längeren Wärmeübertragungsweg. Dies führt zu einer viel langsameren Wärmeübertragung zum umgebenden Zylinderkopf (und damit zum Wassermantel).
Der Wärmebereich einer Zündkerze muss sorgfältig ausgewählt werden, um eine optimale thermische Leistung zu erzielen. Wenn der Wärmebereich falsch ist, können ernsthafte Probleme auftreten. Normalerweise liegt eine geeignete Endtemperatur bei (ungefähr) 900-1.450 Grad. Unter 900 Grad kann es zu Kohlenstoffablagerungen kommen. Darüber wird Überhitzung zum Problem.
Die Zündkerzenspannung steigt
Funktionell ist die Zündkerze mit der von der Zündspule erzeugten Hochspannung verbunden (entweder über einen herkömmlichen Verteiler oder über die Elektronik). Wenn Strom von der Spule fließt, entsteht zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode der Zündkerze eine Spannungsdifferenz.
Aufgrund des Zündkerzenspalts und des darin enthaltenen Luft-Kraftstoff-Gemisches (das als Isolator wirkt) zündet die Zündkerze nicht sofort.
Wenn die Spannung auf etwa 20,000 Volt ansteigt, „bricht“ der Spalt in der Zündkerze und es kommt zur Zündung. Sobald die Zündkerze aus dem Zylinderkopf entfernt und für die Zündung richtig geerdet ist, sollten Sie ein deutliches Klickgeräusch hören. Wenn es dunkel genug ist, können Sie Funken sehen.
Die Klickgeräusche, die Sie hören, sind im Wesentlichen Miniaturdonner und die Funken, die Sie beobachten, ähneln Miniaturblitzen.
Im Brennraum erzeugt die von der Zündkerze erzeugte intensive Hitze einen kleinen Feuerball im Spalt. Der Feuerball oder „Verbrennungskern“ dehnt sich aus und der Zylinder verbrennt (zumindest theoretisch) vollständig.
Aufbau der Zündkerze:
Der Aufbau von Zündkerzen ist vielleicht nicht so einfach, wie Sie denken. Tatsächlich handelt es sich jedoch um Präzisionsgeräte.
Rippen: Isolatorrippen bieten zusätzlichen Schutz vor Sekundärspannung oder Funkenüberschlag und verbessern zudem den Halt des Gummizündkerzensteckers am Kerzenkörper.
Isolator: Der Isolatorkörper ist aus Aluminiumoxidkeramik geformt. Zur Herstellung dieses Teils der Zündkerze wird ein Hochdruck-Trockenformungssystem verwendet. Nachdem der Isolator geformt ist, wird er in einem Ofen auf eine Temperatur gebrannt, die den Schmelzpunkt von Stahl übersteigt. Das Verfahren erzeugt Komponenten mit ausgezeichneter Durchschlagsfestigkeit, hoher Wärmeleitfähigkeit und ausgezeichneter Schlagfestigkeit.
Der Zeiger zeigt auf den Zündkerzenisolator. Wie oben erwähnt, besteht er aus Aluminiumoxidkeramik. Die Außenfläche ist gerippt, um dem Zündkerzenstecker Halt zu geben und gleichzeitig einen Zündkerzenüberschlagschutz (Crossfire) zu bieten.
Sechseckig: Die Sechskantform stellt den Kontaktpunkt für den Steckschlüssel dar. Die Sechskantgröße ist in der Branche grundsätzlich einheitlich und bezieht sich im Allgemeinen auf die Zündkerzengewindegröße.
Gehäuse: Das Stahlgehäuse wird in einem speziellen Kaltfließpressverfahren mit präzisen Toleranzen hergestellt. Bei einigen Zündkerzentypen wird für die Gehäusekonstruktion Knüppelstahl (Stangenmaterial) verwendet.
Überzug: Das Gehäuse ist fast immer plattiert. Dies erhöht die Haltbarkeit und bietet Schutz vor Rost und Korrosion. Die Stahlhülle wird in einem speziellen Kaltfließpressverfahren mit präzisen Toleranzen hergestellt oder in anderen Sonderfällen aus Vollstahl gefräst. Ein gefräster Sechskant am Gehäuse ermöglicht Ihnen die Montage oder Demontage des Steckers mit einem Steckschlüssel.
Unterlegscheiben: Einige Zündkerzen verwenden Unterlegscheiben, während andere „dichtungslos“ sind. Die Dichtungen an Zündkerzen haben eine gefaltete Stahlkonstruktion, die eine glatte Oberfläche für Abdichtungszwecke bietet. Dichtungslose Zündkerzen verwenden ein konisches Sitzgehäuse, das mit engen Toleranzen innerhalb der Zündkerze abdichtet.
Themen: Zündkerzengewinde werden normalerweise gerollt und nicht geschnitten. Dies entspricht den Spezifikationen von SAE und dem International Standards Institute.
Erdungselektroden: Es gibt viele verschiedene Formen und Konfigurationen von Erdungselektroden, aber meist bestehen sie aus Nickellegierungsstahl. Erdungselektroden müssen Funkenkorrosion und chemischer Korrosion bei extremen Temperaturen widerstehen können.
Mittelelektrode: Die Mittelelektrode muss aus einer speziellen Legierung bestehen, die gegen Funkenkorrosion und chemische Korrosion beständig ist. Bedenken Sie, dass sich die Temperaturen in der Brennkammer (manchmal stark) ändern. Die Mittelelektrode muss innerhalb dieser Parameter arbeiten.
Elektrodenabstand der Funkenparkelektrode: Der Bereich zwischen der Masseelektrode und der Mittelelektrode wird als Abstand bezeichnet. Die Mittelelektrode muss aus einer speziellen Legierung bestehen, die gegen Funkenkorrosion und chemische Korrosion beständig ist.
Isolatornase: Es gibt Isolatorspitzen in verschiedenen Formen und Größen, aber im Wesentlichen muss die Isolatorspitze in der Lage sein, Kohlenstoff-, Öl- und Kraftstoffablagerungen bei niedrigen Drehzahlen abzustoßen. Bei höheren Motordrehzahlen wird das vordere Ende des Isolators normalerweise gekühlt, wodurch Temperatur und Elektrodenkorrosion reduziert werden.
