Die wesentliche Rolle von Zündkerzen für die Motorleistung

Ursprünglich, mit dem perfekten Design von Benzin-Verbrennungsmotoren, würde der Verbrennungsprozess nicht funktionieren, wenn die Zündkerze eliminiert wird. Das Gerät liefert elektrischen Strom von einer Zündanlage in die Brennkammer von Fremdzündungsmotoren. Das verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch wird mit der Komponente gezündet.

Wie wir gelernt haben, stammt das Geheimnis hinter der mechanischen Bewegung der meisten Automobile aus dem Verbrennungszyklus. Für die kleine Explosion ist die SI-Version der Zündkerze enthalten.

Die Komponente ist so klein, dass ihre Funktion im Motor oft übersehen wird. Sie enthält ein metallisches Gewindegehäuse, das elektrisch von einer Mittelelektrode durch einen Porzellanisolator isoliert ist. Die Mittelelektrode, die einen Widerstand enthalten kann, ist über ein stark isoliertes Kabel mit dem Außenanschluss einer Zündspule oder eines Magnetzünders verbunden.

Das Metallgehäuse wird in den Zylinderkopf des Motors eingeschraubt, was die Zündung verursacht. Heute betrachten wir Definition, Funktionen, Teile, Typen, Funktionsprinzip, Fehlersymptome sowie Vor- und Nachteile von Zündkerzen.

Definition der Zündkerze

Eine Zündkerze ist ein elektrisches Gerät, das in Verbrennungsmotoren verwendet wird, um verdichtetes Aerosol-Benzin mittels eines elektrischen Funkens zu zünden. Die elektrische Komponente wird hochfunktional für mechanische Aufgaben eingesetzt.

In einfachen Begriffen: Zündkerzen wandeln eine Energiequelle (Benzin) in Bewegung um. Zum Beispiel haben wir Benzin, das hochentzündlich ist, und Luft, die eine Explosion verursachen kann, wenn sie gemischt wird. Die Kerze ist wie das Anzünden des verdichteten Gases.

Zündkerzen sind entweder Standard (Austausch) oder Performance. Performance-Zündkerzen sind robuster und haben die Fähigkeit, größere Temperaturschwankungen und mechanische Belastungen zu widerstehen. Standardtypen können das nicht. Wir werden weiter unten darauf eingehen.

Funktionen von Zündkerzen

Eine Zündkerze hat zwei Hauptfunktionen in Verbrennungsmotoren:

• Zünden des Kraftstoff-Luft-Gemischs: Da elektrische Energie durch die Komponente übertragen wird, zündet sie das Benzin-Luft-Gemisch in der Brennkammer.
• Wärmeableitung: Zündkerzen können keine Wärme erzeugen, sondern nur ableiten. Die Temperatur des Zündenden der Kerze muss niedrig genug sein, um Vorzündung zu verhindern, aber hoch genug, um Verrußung zu vermeiden. Zündkerzen können als Wärmetauscher dienen, indem sie unerwünschte thermische Energie aus der Brennkammer ableiten. Die Wärme wird dann an das Kühlsystem des Motors übertragen.

Eine weitere entdeckte Funktion von Zündkerzen ist die Saab-Direktzündung. Wenn sie nicht zünden, wird das Gerät verwendet, um die Ionisation in den Zylindern zu messen. Diese Ionenstrommessung ersetzt den herkömmlichen Nockenwellensensor, Klopfsensor und Fehlzündungsmessfunktion.

Weitere großartige Zwecke von Zündkerzen umfassen Öfen, in denen ein brennbares Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet werden muss. In diesem Zustand werden sie als Flammenzünder bezeichnet.

Hauptteile einer Zündkerze

Nachfolgend sind die verschiedenen Teile einer Zündkerze und ihre Funktionen aufgeführt:

Isolator:

Dieser Teil isoliert den Anschluss, den Mittelschaft und die Mittelelektrode vom Gehäuse. Er verhindert den Austritt von Hochspannung von den Elektroden. Da der untere Teil des Isolators in die Brennkammer eingesetzt wird, muss hochreines Aluminiumoxid mit hervorragenden hitzebeständigen Eigenschaften, mechanischer Festigkeit, ausgezeichneter Isolierung und Wärmeleitfähigkeit bei hoher Temperatur verwendet werden.

Anschluss (Terminal):

Ein Anschluss ist mit einem Hochspannungskabel verbunden, das den Hochstrom durch das Zündsystem fließen lässt. Er enthält eine Anschlussmutter, die fast jedes verfügbare Hochspannungskabel unterstützt. Für einige Fahrzeuge, die keine Anschlussmutter benötigen, kann der Anschluss entfernt werden.

Ring, Parkscheibe (Parking Washer):

Diese Zündkerzenkomponente hilft, dass Isolator und Gehäuse fest zusammenpassen und Dichtheit gewahrt bleibt.

Dichtung (Gasket):

Die Dichtung sorgt dafür, dass Gehäuse und Motor perfekt zusammenpassen und die Dichtheit der Brennkammer gewahrt bleibt. Es gibt ein Verfahren zum Anziehen, und der geeignete Sicherungsrand muss gewährleistet sein.

Mittelschaft (Stem):

Der Mittelschaft verbindet den Anschluss und die Mittelelektrode. Das Teil besteht aus Stahl und hat eine Rolle, die den Hochstrom vom Anschluss zur Mittelelektrode ohne Verlust fließen lässt.

Glassiegel (Glass Seal):

Das Glassiegel befindet sich zwischen Mittelschaft und Isolator, um die Dichtheit zu wahren. Es besteht aus einer speziellen Mischung aus Glaspulver und Kupferpulver. Sie werden im Einbauabschnitt des Schafts und Mittelschafts und der Mittelelektrode eingebracht und bei hoher Temperatur geschmolzen. Dies verbindet den Mittelschaft und die Mittelelektrode und verschmilzt den Isolator und das Metall. Ihre Abdichtung ist gut, und das thermische Ausdehnungsverhältnis ist perfekt. Dadurch entstehen auch unter rauen Bedingungen keine Lücken, und gute Dichtheit kann geschützt werden.

Elektrode mit Kupfer:

Eine spezielle Nickel-Legierung wird an der Mittelelektrode eingesetzt, um Elektrodenverschleiß zu reduzieren, und Kupfer ist in den Mittelabschnitt versiegelt, um die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern.

Gehäuse (Housing):

Das Gehäuse schafft eine äußere Hülle, die den Isolator umgibt und stützt. Es ermöglicht auch, die Zündkerze in den Motor einzubauen. Am unteren Teil befindet sich eine Masseelektrode, die den Stromfluss durch den Motor selbst zur Mittelelektrode über den Spalt ermöglicht.

Mittelelektrode (Center Electrode):

Die Mittelelektrode ist lasergeschweißt mit einer Iridium-Legierungsspitze, meist mit einem Durchmesser von 0,4 mm, um die Mittelelektrode herzustellen. Iridium ist ein Edelmetall mit außergewöhnlich überlegenen Eigenschaften für eine Zündkerzenelektrode. Diese Eigenschaften umfassen Hochtemperaturbeständigkeit, hohe Festigkeit und niedrigen Widerstand etc. Der Zweck einer Mittelelektrode ist, die Zündspannung zu senken, zuverlässigen Funken zu sichern, die Zündleistung zu verbessern und den Löscheffekt zu reduzieren.

U-Nut-Masseelektrode (U-groove Ground Electrode):

Diese Komponente dient einem sehr wichtigen Zweck, da sie große Zündenergie ermöglicht, den Flammenkern (Flammengröße) leicht erweitert. Die vom Kraftstoff-Luft-Gemisch kontaktierte Oberfläche ist groß und es gibt viele Kantenabschnitte, wodurch Funken leicht entstehen.

Konisch geschnittene Masseelektrode (Tapered Cut Ground Electrode):

Bei diesem Teil wird die Elektrodenspitze fein konisch geschliffen. Der Zweck ist, den Löscheffekt zu reduzieren, was die Zündleistung anreichert.

Typen von Zündkerzen

Nachfolgend sind die verschiedenen Typen von Zündkerzen aufgeführt:

Kupfer-Zündkerzen:

Bei diesen Zündkerzentypen ist die Mittelelektrode ein Kupferkern, beschichtet mit einer Nickel-Legierung. Es wird mehr Spannung benötigt, um Funken zu erzeugen, da die Mittelelektrode den größten Durchmesser im Vergleich zu anderen hat. Da Nickel-Legierungen ein weiches Material und nicht sehr langlebig sind, müssen Kupfer-Zündkerzen häufiger ersetzt werden als andere Typen. Einige Autos sind für den Einsatz dieser Kerze ausgelegt, trotz ihrer kürzeren Lebensdauer. Obwohl einige Hersteller der Meinung sind, dass der Einbau teurer Zündkerzen Geldverschwendung sein könnte.

Iridium-Zündkerzen:

Iridium-Zündkerzen halten länger, da Iridium härter und langlebiger ist als Platin. Die Mittelelektrode ist klein ausgelegt, was weniger Spannung zum Erzeugen eines Funkens erfordert. Deshalb sind sie teurer als der erste Typ. Heutzutage verfügen die meisten Fahrzeuge über Iridium-Zündkerzen, da sie die Anzahl der Autopannen minimieren.

Einfach-Platin-Zündkerzen (Single Platinum):

Diese Zündkerzentypen ähneln der Kupfer/Nickel-Version, nur dass ihre Mittelelektrode eine Platinscheibe enthält. Diese Scheibe ist an der Spitze aufgeschweißt statt Nickel-Legierung. Einfach-Platin-Kerzen sind teurer, halten aber länger als Nickel-Legierung, bevor sie abgenutzt sind. Sie erzeugen mehr Wärme, was Kohlenstoffablagerungen reduziert. Die Kerze wird für Neuwagen mit Spulen-zylindereigener Zündung (Coil-on-Plug) empfohlen.

Doppel-Platin-Zündkerzen (Double Platinum):

Bei diesen Typen gibt es eine Platinbeschichtung sowohl an der Mittel- als auch an der Masseelektrode, was sie effizienter und langlebiger macht. Es ist eine großartige Wahl für ein Verschwendungsfunken-Zündsystem, das mehr Verschleiß auf beiden Elektroden ausübt.

In einem Verschwendungsfunken-Zündsystem zündet jede Zündspule zwei Zündkerzen gleichzeitig. Eine im Zylinder des Verdichtungstakts und die andere im Zylinder des Auslasstakts. Am Ende wird der Funke verschwendet, da das Luft/Kraftstoff-Gemisch im vorherigen Takt bereits verbrannt ist. Dieses Zündsystem wird nicht stark von Regen oder Schmutz beeinflusst.

Silber-Zündkerzen:

Da das Material der Silber-Zündkerze weniger langlebig ist, hält sie nicht so lange wie Iridium- oder Platin-Zündkerzen. Aber sie hat die beste Wärmeleitfähigkeit und wird oft in älteren europäischen Performance-Autos und Motorrädern verwendet.

Funktionsprinzip einer Zündkerze

Die Funktionsweise einer Zündkerze kann in einigen Phasen recht komplex, aber sehr interessant zu lernen sein. Wie bereits erwähnt, ist ihr Zweck, das verdichtete Luft/Kraftstoff-Gemisch von Benzinmotoren zu zünden.

Das Gerät enthält eine isolierte Mittelelektrode, die seine Länge durchläuft, und eine oder mehrere Masseelektroden am unteren Ende. Dieser Teil ist vom freiliegenden Ende der Mittelelektrode getrennt, was als „Zündspalt“ bezeichnet wird. Wann immer Spannung von der Zündspule an die Zündkerze geliefert wird, ist sie hoch genug, wodurch die elektrische Energie den Spalt überspringt und einen Funken erzeugt.

Die Elektroden wurden traditionell aus Kupfer hergestellt, aber durch Hochleistungsmetalle wie Iridium und Platin verbessert. Moderne Zündkerzen sind mit kleineren Mittelelektroden ausgelegt, damit niedrigere Spannung zum Erzeugen von Funken erforderlich ist. Dies liegt daran, dass weniger Spannung ein effizienteres Zündsystem bewirkt.

Die Kerze wird an eine von der Zündung oder dem Magneten erzeugte Hochspannung angeschlossen. Ein Spannungsunterschied entsteht zwischen der Mittelelektrode und der Seitenelektrode, wenn Elektronen von der Spule fließen. In diesem Stadium kann kein Strom fließen, da die Luft und das Kraftstoff im Spalt ein Isolator sind. Aber wenn die Spannung steigt, beginnt sich die Struktur des Gases zwischen den Elektroden zu verändern. Sobald die Spannung die dielektrische Festigkeit der Gase übersteigt, wird es ionisiert.

Dieses ionisierte Gas wird zum Leiter und ermöglicht Elektronenfluss über den Spalt. Zündkerzen benötigen normalerweise Spannungen von mehr als 2000 Volt, um ordnungsgemäß zu zünden. Wenn der Elektronenstrom über den Spalt steigt, erreicht die Temperatur des Funkenkanals 60.000 K. Mit dieser enormen Hitze im Funkenkanal dehnt sich das ionisierte Gas schnell aus, was eine kleine Explosion in der Kammer verursacht.

Heiße und kalte Kerzen (Hot and Cold Plugs)

Der Wärmewert von Zündkerzen ist die Temperatur der Spitze im Zündspalt. Die Komponente wird als heiß oder kalt betrachtet, abhängig von der Temperatur. Heiße Zündkerzen sind gute Isolatoren, da mehr Wärme in der Spitze gespeichert wird und daher in der Brennkammer. Sie neigen dazu, länger zu halten als der kalte Typ, da die Temperatur hoch genug ist, um Kohlenstoffablagerungen abzubrennen. Deshalb funktionieren heiße Kerzen gut bei Standardfahrzeugen.

Kalte Zündkerzen sind viel weniger isoliert, weshalb mehr Wärme von der Spitze weg und aus der Kammer geleitet wird. Dies hält die Brennkammer kühler. Allerdings kann eine zu heiße Brennkammer für perfekte Funktion zu Vorzündung oder Klopfen (ungleichmäßige Kraftstoffverbrennung) führen, was permanente Motorschäden verursachen kann. Kalte Kerzen sind ideal für Hochleistungsfahrzeuge mit Hochtemperaturmotoren, solche mit hoher Leistung, hoher Drehzahl, langanhaltender Beschleunigung oder Hochgeschwindigkeitsfahren, oder Aufladung.

Sehen Sie sich das Video an, um mehr Verständnis für die Funktionsweise von Zündkerzen zu erhalten:

Symptome einer defekten oder ausfallenden Zündkerze

Nachfolgend sind die Symptome defekter oder ausfallender Zündkerzen und ihre Prävention aufgeführt:

Langsame Beschleunigung:

Wenn Zündkerzen anfangen zu versagen, bemerken Sie schlechte Beschleunigung an Ihrem Auto. Obwohl in modernen Fahrzeugen, wo Sensoren den Zustand des Motorzündsystems anzeigen, das Problem leicht festgestellt werden kann. Manchmal kann das Problem von einem defekten Sensor herrühren, aber in den meisten Fällen ist es eine abgenutzte Kerze. Langsame Beschleunigung kann durch mehrere Faktoren im Motor verursacht werden, wie schlechte Kraftstofffilter, verschmutzte oder verstopfte Kraftstoffeinspritzdüsen oder defekter Lambdasensor. Deshalb muss ein Experte die Situation so schnell wie möglich untersuchen.

Schlechter Kraftstoffverbrauch:

Eine defekte Zündkerze könnte Sie mehr Geld für Kraftstoff ausgeben lassen. Eine gute Zündkerze hilft, Kraftstoff im Verbrennungszyklus effizient zu verbrennen, was hilft, mehr als den durchschnittlichen Kraftstoffverbrauch zu erreichen. Das Problem tritt an der Zündkerze auf, weil der Spalt zwischen den Elektroden entweder zu nah oder zu weit ist. In den meisten Fällen justieren Mechaniker den Spalt, wenn Sie über ein ähnliches Problem klagen. Es ist aber besser, die Kerze zu wechseln, um dies in Zukunft zu vermeiden.

Schwieriger Start:

Das Problem ist häufig, da DIY-Fahrer direkt ihre Zündkerze verlieren, wenn sie Probleme beim Starten ihres Autos haben. Meistens scheint das Gerät abgenutzt zu sein. Aber verschiedene Symptome können das Zündsystem eines Motors beeinflussen; ein Experte sollte involviert werden.

Motorfehlzündung (Engine Misfiring):

Fehlzündung von Motoren ist ein Problem des Zündsystems, oft in modernen Autos ein Sensorfehler. Aber es wird auch durch das Zündkerzenkabel oder verursacht, wenn die Spitze der Zündkerze, die das Kabel verbindet, beschädigt ist. Wenn ein Motor fehlzündet, wird der Fahrer intermittierendes Stolpern oder Sputtern im Motor erleben. Wenn keine Sorge getragen wird und die Fehlzündung anhält, steigen Abgasemissionen, der Kraftstoffverbrauch sinkt, und die Motorleistung nimmt ab. Also, ein anderes Problem ist mit Fehlzündung verbunden; sehen Sie sofort einen Mechaniker, wenn Sie Fehlzündung im Motor bemerken.

Zusammenfassend ist eine Zündkerze eine großartige Komponente, deren effektive Funktionsweise wir an Benzinmotoren gesehen haben. Wir haben auch zwei Funktionen untersucht, die sie bietet: Zünden und Wärmeableitung aus der Kammer. Verschiedene Zündkerzenteile und Funktionen wurden enthüllt sowie Typen und Fehlersymptome.

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