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Zündkerzen : klein - aber wichtig !

Ohne Kraftstoffzufuhr und Zündung läuft beim Motor gar nichts. Nach der Kontrolle von Benzinstand, -leitung und Vergaser sollte deshalb auch ein Blick auf Zündkerzen, -kabel und -kerzenstecker geworfen werden.

Zündkerzen gibt es in allen erdenklichen Varianten. Sie unterscheiden sich in ihren äusseren Abmessungen und - was besonders wichtig ist - durch den sogenannten Wärmewert. Dieser ist ein Mass für die thermische Belastbarkeit der Zündkerze und muss auf die Bedingungen des Motors abgestimmt sein. Das alles ist in der  Bezeichnung codiert.

Die Zündkerzen haben die Aufgabe, die von der Zündspule erzeugte Hochspannung in den Verbrennungsraum einzuleiten und das verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch mit  einem elektrischen Funken zu entzünden. Zündkerzen geben daher Aufschluss über eine gute oder schlechte Verbrennung und haben Einfluss auf die Laufleistung des Motors. Deshalb werden an Zündkerzen hohe Anforderungen gestellt :

 

• Funktionsfähigkeit auch bei hohen Zündspannungen bis zu 40.000 Volt.
• Hohe Isolierfähigkeit auch bei Temperaturen von 1.000 °C.
• Beständigkeit gegen oszillierende Drücke bis etwa 100 bar im Brennraum.
• Hohe mechanische Festigkeit für einen sicheren Einbau.
• Beständigkeit gegen chemische Prozesse im Brennraum und gegen aggressive Rückstände.
• Thermoschockbeständigkeit (heisse Abgase - kaltes Ansauggemisch).
• Gute Wärmeableitfähigkeit des Isolators und der Elektroden für sicheren Betrieb ( Angaben Fa. Bosch ).

Aufbau der Zündkerze

1 Anschlussmutter

2 Anschlussgewinde

3 Kriechstrombarriere ( Isolationsrippen ) : Durch eine Verlängerung des  Schafts wird ein  elektrischer Überschlag des Stroms zwischen dem Kontaktpunkt des Kerzenstecker und der Fahrzeugmasse  verhindert

4 Isolator : Aus weissem Keramik hergestellt. Dies führt zu einer guten Wärmeableitung und ergibt eine zusätzliche elektrische Isolierung.

5 Elektrisch leitende Glasschmelze :  Der Kern im Inneren der Kerze  ist in der Regel aus Kupfer - manchmal auch aus Edelstahl. Er leitet die Energie zur Mittelelektrode. Er verhindert das Überhitzen durch eine verbesserte Wärmeableitung.

6 Anschlussbolzen

7 Stauch- und Warm-Schrumpfzone

8 unverlierbarer äusserer Dichtring (bei Flachdichtsitz) : Dichtungen zwischen Isolator und Metallkörper  verhindern den Austritt des Kompressionsdrucks und bewirkt eine gleichmässige Wärmeverteilung.

9 Isolatorfussspitze

10 Mittelelektrode : ( Zentralelektrode ) Hochlegiert (z.B. Nickel) und ein stark beanspruchtes Kerzenteil.  Der Wärmewert der Kerze ist niedrig, wenn sie weit in den Brenntraum ragt. Sie reinigt sich daher  schon bei geringen Temperaturen. Tiefsitzende Elektrode =  hoher Wärmewert. Folge : es wird eine höhere Motortemperatur für eine gute Funktion benötigt

11 Masseelektrode : Sorgt für das kontrollierte Überspringen des Zündfunkens zwischen Zentralelektrode und der Fahrzeugmasse.

Wärmewert

Der Wärmewert beschreibt die Fähigkeit einer Zündkerze, Wärme aufzunehmen und wieder abzuführen. Prinzipiell ist in der Auswahl einer Kerze mit passendem Wärmewert immer eine Anpassung an die im Dauerbetrieb tatsächlich auftretende thermische Belastung zu sehen. Die unterschiedlichen Eigenschaften der Motoren hinsichtlich Belastung, Arbeitsverfahren, Verdichtung, Drehzahl, Kühlung und Kraftstoff machen es unmöglich, mit einer "Einheitskerze" auszukommen.

Dieselbe Zündkerze würde sich in einem Motor stark erhitzen, in einem anderen dagegen nur eine relativ niedrige mittlere Temperatur annehmen. Im ersten Fall würde sich das Gemisch an den glühenden Teilen der Kerze unkontrolliert entflammen (Glühzündung), im anderen Fall wäre die Isolatorfussspitze schnell so sehr verrusst, dass Zündaussetzer auftreten.
Unterhalb von etwa 500 Grad Celsius lagern sich nämlich kohlenstoffhaltige Verbrennungsrückstände auf dem Isolatorfuss ab und sorgen dort für einen Nebenschluss. Die Zündspannung wandert also ohne den erwünschten Zündfunken über die leitende Russschicht zum Masseanschluss am Kerzengewinde.
Da diese Rückstände bei höheren Temperaturen verbrennen, sollte die Kerze also möglichst schnell eine Temperatur  oberhalb dieser Freibrenngrenze erreichen.

Durch bauliche Varianten mit entsprechenden Wärmewerten versuchen die Hersteller die Temperatur am Isolatorfuss stets innerhalb eines Bereichs zwischen 500 und 850 Grad Celsius zu halten. Zwischen 850 und etwas über 1.000 Grad liegt ein Sicherheitsbereich, in dem es zwar noch nicht zu Glühzündungen kommt, der Elektrodenverschleiss aber stark zunimmt. Erst wenn die Temperatur noch höher steigt, beginnen die gefürchteten Glühzündungen.

Der Wärmewert einer Zündkerze wird durch die Wärmewert-Kennzahl bestimmt und muss der spezifischen Motorcharakteristik angepasst sein.
Eine relativ "heisse" Kerze nimmt durch ihre Bauform viel Wärme auf, und leitet wenig Wärme an den Zylinderkopf ab. Damit erreicht sie schnell die Freibrenntemperatur in einem Triebwerk, das thermisch auf moderatem Niveau arbeitet - ein typischer Vorkriegsmotor etwa, oder ein braves Limousinentriebwerk mit geringer Literleistung.

Eine sogenannte "kalte" Kerze nimmt nur wenig Wärme auf und leitet einen Grossteil davon sofort ab. Damit ist sie für hochgezüchtete Motoren geeignet, die thermisch auf hohem Niveau arbeiten.

(1)
Zündkerze mit hoher Wärmewertkennzahl ("heisse Zündkerze"). Grosse Isolatorfussfläche nimmt viel Wärme auf. Wärmeableitung gering.

(2)
Zündkerze mit mittlerer Wärmewertkennzahl
Isolatorfussfläche geringer als bei "heisser Zündkerze". Weniger Wärmeaufnahme. Wärmeableitung besser.

(3)
Zündkerze mit niedriger Wärmewertkennzahl ("kalte Zündkerze"). Kleine Isolatorfussfläche nimmt  wenig Wärme auf. Wärmeableitung sehr gut.

Zündkerzengesichter

Das Aussehen von Elektroden und Isolatoren der Zündkerze - des "Zündkerzengesichtes" - gibt Hinweise auf das Betriebsverhalten der Zündkerze sowie auf die Gemischzusammensetzung und den Verbrennungsvorgang des Motors.

Normal
Isolatorfuss- und Spitze rehbraun bis grauweiss/-gelb. Der Idealfall, das heisst Motor, Zündung und Wärmewert der Kerzen sind rundum in Ordnung. Keine thermische Überlastung. Die leichte Verkrustung ( Elektrodenabbrand ) an der Masseelektrode ist bedeutungslos. Die Gemisch- und Zündeinstellung sind einwandfrei.

Verrusst
Isolatorfuss, Elektroden und Kerzengehäuse sind von einem samtig-schwarzen Belag überzogen. Zündkerze erreichte nicht die nötige Selbstreinigungstemperatur (500-850°C).
Ursache: Zu fette Gemischbildung (Vergaser, Einspritzanlage), verschmutzter  Luftfilter, defekte Kaltstarteinrichtung, übermässiger Kurzstreckenverkehr oder falscher Wärmewert.
Auswirkungen: Zündaussetzer durch Kriechströme, schlechtes Kaltstartverhalten. Unverbrannter Kraftstoff in den Katalysator gelangen und diesen schädigen.
Abhilfe: Gemisch oder Starteinrichtung korrekt einstellen, Luftfilter prüfen und gegebenenfalls ersetzen, Zündkerzen reinigen oder ersetzen.

Verölt
Isolatorfuss, Elektroden und Zündkerzengehäuse sind mit einem schwärzlichen Ölfilm überzogen.
Ursache: Zu viel Öl im Brennraum durch defekte (verschlissene) Kolbenringe, Zylinder, Ventilschaftabdichtungen oder Ventilführungen. Verstopfte Kurbelgehäuseentlüftung.
Auswirkungen: Schlechtes Startverhalten, Zündaussetzer oder kurzschlussbedingter Totalausfall der Kerze.
Abhilfe: Schäden am Motor beseitigen, Zündkerzen bei Bedarf ersetzen. richtiges Kraftstoff -Öl- Gemisch einstellen.

Ablagerungen
Deutliche, meist schlackeartige Ablagegen auf Isolatorfuss und Masseelektrode.
Ursache: Legierungsbestandteile aus Öl- oder Kraftstoffzusätzen haben Rückstände gebildet.
Auswirkungen: Kann zu Glühzündungen und damit zu Motorschäden führen.
Abhilfe: Motoreinstellungen, Kraftstoff und Öl prüfen überprüfen; evtl. Ölsorte wechseln. Neue Zündkerzen einbauen.

Angeschmolzene Mittelelektrode
Deutlich angeschmolzene Mittelelektrode. Schwammartig erweichte Isolatorfussspitze.
Ursache: Thermische Überbelastung durch Glühzündung, zum Beispiel durch zu frühen Zündzeitpunkt. Verbrennungsrückstände im Brennraum, defekte Ventile,  schadhafter Zündverteiler, schlechter Treibstoff, Ansaugen von Falschluft oder ein Fehler an der Kühlung oder Schmierung. Zündkerzen mit falschem Wärmewert oder falsches Anzugsdrehmoment und dadurch zu geringe Wärmeableitung an den Zylinderkopf.
Auswirkungen: Zündaussetzer, Leistungsverlust, Motorschaden.
Abhilfe: Zündung und Gemischaufbereitung prüfen, gegebenenfalls neue Kern mit richtigem Wärmewert einbauen.

Ausbrüche am Isolatorfuss
Ursache: Schlag, Fall oder Druck auf die Mittelelektrode, klopfende Verbrennung, Öl im Brennraum.
Auswirkungen: Zündaussetzer, Zündfunke springt an Stellen über, die nicht durch Frischgemisch erreicht werden. Bei überlanger Betriebsdauer kann der Isolator gesprengt werden.
Abhilfe: Zündkerzen ersetzen.

Übermässiger Elektrodenverschleiss
 Mittel- und Masseelektrode weisen sichtbaren Materialverlust auf.
Ursache: Aggressive Kraftstoff- oder Ölzusätze, schlechte Strömungsverhältnisse im Brennraum durch Ablagerungen.
Auswirkungen: Zündaussetzer besonders beim Beschleunigen, da die Zündspannung für den zu grossen Elektrodenabstand nicht mehr ausreicht.
Abhilfe: Zündkerzen ersetzen.

Angeschmolzene Elektrode
"Blumenkohl" Elektroden, Anlagerungen von kerzenfremden Material.
Ursache: Glühzündung, etwa durch extreme Frühzündung, und / oder falsch eingestellter Vergaser. Mangelnde Kühlung und Schmierung. Rückstände im  Brennraum, defekte Ventile, schadhafter Verteiler, schlechter Treibstoff. Zündkerzen mit falschem Wärmewert oder falsches Anzugsdrehmoment und dadurch zu geringe Wärmeableitung an den Zylinderkopf.
 Auswirkungen: Anfangs Zündaussetzer, danach Motorschaden.
Abhilfe: Zündung und Gemischaufbereitung prüfen, Zündkerzen ersetzen.

Stark verschlissene Masseelektrode
Ursache: Zündkerzenwechselintervall nicht beachtet, aggressive Kraftstoff- und  Ölzusätze. Ungünstige Strömungseinflüsse im Brennraum, evtl. durch starke Ablagerungen. Motorklopfen. (Keine thermische Überlastung).
Auswirkungen: Zündaussetzer, besonders beim Beschleunigen, da die Zündspannung für den zu grossen Elektrodenabstand nicht mehr ausreicht. Schlechtes Startverhalten.
Abhilfe: Zündkerzen ersetzen.

Stark verschlissene Mittel- und Masseelektroden
Dieses Kerzengesicht deutet auf Überalterung hin.
Ursache: Zündkerzenwechselintervall nicht beachtet
Auswirkungen: Zündaussetzer, besonders beim Beschleunigen, da die Zündspannung für den zu grossen Elektrodenabstand nicht mehr ausreicht. Schlechtes Startverhalten.
Abhilfe: Zündkerzen ersetzen

Hier noch ein paar Tipps...

Elektrodenabstand

Dies ist der kürzesten Abstand zwischen Mittel- und Masseelektrode der Zündkerze. Hier muß der Zündfunke überspringen. Eine genaue Einhaltung des Elektrodenabstands - 0,6 - 0,9 mm; vgl. Bordbuch - ist sehr wichtig, da ein falscher Abstand kann die Funktion der Kerze und damit die Leistungsfähigkeit des Motors erheblich verschlechtern kann.

Bei falschem Abstand wird der kleine Elektrodenbügel durch vorsichtiges Auf- oder Zubiegen auf das richtige Maß gebracht.

Tipp : Hast du den Motor getunt und die Verdichtung erhöht, sollte der Abstand etwas kleiner als Standard sein, sonst reicht die Zündspannung nicht für einen überschlag aus. Besser ist es jedoch, wenn du eine stärkere Zündspule einbaust und den Elektrodenabstand größer wählst. Das ergibt bei hohen Belastungen stets den besten Funken.

Hinweis :
Die dargestellten  Beispiele gelten nur für 4-Takt-Motoren. Vor der Beurteilung des Kerzengesichts sollte der Motorroller mehrere Kilometer im mittleren Leistungsbereich bewegt werden, sonst können sich Rußablagerungen bilden. Längerer Leerlaufbetrieb vor Ausbau der Zündkerzen, vor allem bei nicht betriebswarmem Motor, führt ebenfalls zum Verrußen.

Widerstand

Eine Schnellprüfung der Zündkerze kann man durchführen, ohne sie herauszuschrauben. Dazu wird der Zündstecker von der Kerze  abgezogen, und mit einem Multimeter der Widerstand zwischen dem oberen Kerzenanschluss und der Fahrzeuboxergmasse gemessen.
Je kleiner er ist, desto mehr "Masseschluss" ist vorhanden und die Kerze erzeugt keine Hochspannung e Im besten Fall ist der Widerstand sehr hoch.
Den richtigen Wert bekommt man, wenn man eine neue Kerze einschraubt und deren Widerstand zum Vergleich misst. (Quelle : PowerBoxer...)

Funkenbild

Jetzt steckst du die Kerze in den Kerzenstecker und legst sie mit ihrem Gewinde an den Zylinderkopf. Halte sie dabei an der Isolierung des Kerzensteckers oder am Zündkabel. Wird der Motor gestartet, springt zwischen den Elektroden ein relativ breiter bläulicher Funke über. Wenn nicht oder wenn der Funke sehr klein und gelblich ist, muss die Kerze gegen eine gleichwertige getauscht werden, die zugelassen ist. Vermeide hier irgendwelche Experimente, das schadet nur dem Motor.
Tipp: Man kann die Kerze aber auch einzeln prüfen. Wer einen sogenannten "Elektro-Schocker" für den Personenschutz besitzt, kann den auch für den Kerzentest missbrauchen. Einfach an die oberen Zündkerzenanschluss und den -körper halten und schon kann man feststellen, ob zwischen den Kontakten ein sauberer Funken überspringt. (Quelle : PowerBoxer...)

Zündstecker

Den Kerzenstecker überprüfst du ohne Zündkerze, indem du ihn mit seiner isolierten Seitenfläche nah an das Motorgehäuses bringst  und den Motor startest. Springt ein Funke über, ist der Stecker defekt und muss erneuert werden. Wenn du vorher schon eine "gewischt" bekommen hast, kannst du dir das natürlich sparen und stattdessen gehörig fluchen und deine Finger massieren. (Quelle : PowerBoxer... )

Zündkabel

Hast du bei der Prozedur eine "gewischt" bekommen? Gut, denn jetzt weißt du, dass der Kerzenstecker oder das Zündkabel defekt sind und Nebenströme zulassen. Also weg damit! Ansonsten genügt zum Check eine sorgfältige Sichtkontrolle auf Risse oder Löcher. (Quelle : PowerBoxer...)

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