Die Zündkerze spielt im Ottomotor eine wesentliche Rolle. Sie ist für die Entflammung des Luft-Kraftstoff-Gemisches verantwortlich. Die Güte dieser Entflammung beeinflusst viele Faktoren, die für den Fahrbetrieb und die Umwelt von enormer Bedeutung sind. Hierzu gehören etwa Laufruhe, Leistungsfähigkeit und Effizienz des Motors ebenso wie der Schadstoffausstoss.

Bedenkt man, dass eine Zündkerze zwischen 500 und 3500 Mal pro Minute zünden muss, wird klar, wie groß der Beitrag einer modernen Zündkerzentechnik etwa zur Einhaltung aktueller Schadstoffnormen und zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs ist.



Im Ottomotor wird Luft in einen Zylinder angesaugt. Zusätzlich wird durch die Benzineinspritzung Kraftstoff zugeführt. Ein brennbares Gemisch entsteht, das durch den Zündfunken entflammt wird.

Soll der Motor korrekt und effizient arbeiten, muss der Funke absolut zuverlässig und zum exakt richtigen Zeitpunkt gezündet werden. Der ideale Zündpunkt liegt vor, kurz bevor der Kolben seinen höchsten Punkt erreicht und die Kompression am größten ist. Um sicherzustellen, dass die Zündung bei allen Motorlastzuständen zum richtigen Zeitpunkt ausgelöst wird, berechnet das Motormanagementsystem, wann jede einzelne Zündkerze zünden muss.

Im Zusammenhang mit der Zündung ist zu beachten, dass der Zündfunke selbst das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum nicht direkt entzündet. Sein Weg durch das Gasgemisch bewirkt eine intensive lokale Erwärmung, die letztlich zur Explosion des Gemischs führt.



Anschluss: Der Anschluss ist als SAE-Anschluss oder als 4 mm-Gewinde ausgeführt. An ihm wird das Zündkabel oder eine Stabzündspule aufgesteckt. In beiden Fällen muss von hier eine anliegende Hochspannung zum anderen Ende der Zündkerze transportiert werden.

Isolator: Der keramische Isolator hat zwei Aufgaben. Er dient im Wesentlichen zur Isolation, verhindert somit einen Überschlag der Hochspannung auf die Fahrzeugmasse (= minus) und leitet Verbrennungswärme an den Zylinderkopf ab.

Kriechstrombarrieren: An der Außenseite des Isolators verhindern die wellenförmigen Kriechstrombarrieren den Abfluss der Spannung auf die Fahrzeugmasse. Sie verlängern den hierzu zurückzulegenden Weg und erhöhen so den elektrischen Widerstand. So ist gewährleistet, dass die Energie den Weg mit geringerem Widerstand nimmt - den Weg durch die Mittelelektrode.

Entstörwiderstand: Um die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) und damit den störungsfreien Betrieb der Bordelektronik sicherzustellen, kommt im Innern der Zündkerze eine Glasschmelze als Entstörwiderstand zum Einsatz.

Mittelelektrode mit Kupferkern: Die Mittelelektrode einer Standardzündkerze besteht meist aus einer Nickellegierung. Vom Ende dieser Elektrode muss der Funke zur Masseelektrode überspringen. Mittelelektroden mit Kupferkern verbessern die Wärmeableitung.

Metallgehäuse mit Gewinde: Das Metallgehäuse spielt auch bei der Wärmeableitung der Zündkerze eine wichtige Rolle. Ein gerolltes Gewinde hat gegenüber geschnittenen Gewinden den Vorteil, dass die Kanten nicht scharf sind und die Gewindebohrung im Zylinderkopf nicht beschädigen.

Dichtring: Der Dichtring verhindert, dass selbst bei hohen Verbrennungsdrücken kein Verbrennungsgas an der Zündkerze vorbei austreten kann. So beugt er Druckverlusten vor. Darüber hinaus leitet er Wärme an den Zylinderkopf ab und gleicht das unterschiedliche Ausdehnungsverhalten von Zylinderkopf und Zündkerzengehäuse aus.

Innere Dichtungen: Die inneren Dichtungen stellen eine gasdichte Verbindung zwischen Isolator und Metallgehäuse her. Hierzu ist ein Talkumring zwischen zwei weiteren Dichtringen eingeschlossen, der bei der Produktion der Zündkerze zerfällt und so für optimale Abdichtung sorgt.

Masseelektrode: Die Masseelektrode einer Standard-Zündkerze ist aus einer Nickellegierung gefertigt. Sie stellt bei normaler Funktion den Gegenpol zur Mittelelektrode dar.

Die Zündkerze ist in den Zylinderkopf eingeschraubt.

Das nach außen sichtbare Ende ist die Anschlussseite. Je nach verwendeter Technik wird hier entweder der Zündkerzenstecker des Zündkabels aufgesteckt oder - bei technisch moderneren Konzepten - eine eigene Stabzündspule.

Das gegenüberliegende Ende der Zündkerze ragt in den Brennraum hinein. An ihm befinden sich zwei Elektroden, zwischen denen es im Betrieb zum Funkenüberschlag kommt - und damit zur Entflammung.



In der klassischen Variante erzeugt eine zentrale Zündspule die Hochspannung, die für die Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches erforderlich ist.

Ein mechanischer Zündverteiler sorgt dafür, dass diese Spannung nacheinander - und zum richtigen Zeitpunkt - zu den einzelnen Zylindern und Zündkerzen gelangt.

Hierzu wird die Zündspannung über die Verteilerkappe und die Zündkabel zum Zündkerzenanschluss geleitet. Von hier gelangt sie zum Ende der Mittelelektrode und überwindet den Luftspalt zur Masseelektrode in Form eines Funkens.

Kommt die modernere Variante mit einer Stabzündspule je Zündkerze zum Einsatz - die so genannte Vollelektronische Zündung (VEZ) mit ruhender Zündverteilung - werden weder mechanische Zündverteiler noch Hochspannungs-Zündkabel benötigt.



Normales Aussehen einer gebrauchten Zündkerze

So sieht eine intakte Zündkerze aus. Die weiß-graue Verfärbung ist unbedenklich. Sie stammt von Kraftstoffadditiven, die nicht restlos verbrennen und ist Folge einer geregelten, normalen Verbrennung.



Ablagerungen

Hier sehen Sie eine Zündkerze mit starken Ablagerungen. Diese können beispielsweise schlechte Kraftstoffqualität, hohen Ölverbrauch bei mechanisch verschlissenen Motoren oder Verbrennen von Kühlflüssigkeit bei beschädigter Zylinderkopfdichtung zur Ursache haben und begünstigen Glühzündungen (die Ablagerungen glimmen nach).

Isolatorbruch

Ein Isolatorbruch, wie er in diesem Bild zu sehen ist, kann zu einem Motorschaden führen. Die Ursache solcher Isolatorbrüche liegt meistens in der Verwendung eines falschen Drehmoments oder darin, dass Zündkerzen vor der Montage auf einen harten Untergrund (z. B. den Werkstattboden) gefallen sind.



Verschmelzung

Bei dieser Zündkerze sind Mittel- und Masseelektrode zusammengeschmolzen. Das passiert, wenn die Zündkerze überhitzt. In diesem Fall ist auch ein Schmelzen des Kolbens nicht auszuschließen. Die Ursache könnte in der Wahl der falschen Zündkerze (falscher Wärmewert) oder einer Fehlfunktion des Motors liegen (klopfende Verbrennung oder Glühzündung).



Verrußung

Hier sehen Sie eine verrußte Zündkerze. Verrußung tritt auf, wenn die Zündkerze häufig unterhalb ihrer Selbstreinigungstemperatur (450 °C) betrieben wird - wenn beispielsweise nur Kurzstrecken gefahren werden oder ein falscher Wärmewert (zu kalt) gewählt wurde.



Für die fachgerechte Montage einer Zündkerze ist ein Drehmomentschlüssel erforderlich. Denn selbst für Werkstattprofis ist das "Schätzen" des Anzugsdrehmomentes nahezu unmöglich.

Das liegt daran, dass sich ein Drehmoment aus zwei Größen errechnet, die miteinander multipliziert werden: der Kraft, die auf den jeweiligen Drehpunkt einwirkt, und der Länge des Hebels.

Die meisten Zündkerzenausfälle gehen auf ein falsches Anzugsdrehmoment zurück. Wird es zu niedrig gewählt, drohen Kompressionsverluste und Überhitzung. Auch ein Bruch von Isolator oder Mittelelektrode infolge von Vibrationen ist denkbar.

Wird das Drehmoment zu hoch gewählt, kann es zum Abreißen der Zündkerze führen. Auch kann das Gehäuse sich dehnen oder verdrehen. Die Wärmeabflusszonen werden gestört, es drohen Überhitzung und Verschmelzung der Elektroden bis hin zum Motorschaden.



Individuell zugeschnitten auf die unterschiedlichen Motorkonstruktionen und Fahrbedingungen muss eine zeitgemäße Zündkerze sein. So kann es eine Zündkerze, die in allen Motoren problemlos funktioniert, nicht geben.

Da die Temperaturentwicklung der jeweiligen Motoren im Brennraum unterschiedlich ist, braucht man Zündkerzen mit unterschiedlichen Wärmewerten. Ausgedrückt wird dieser Wärmewert durch die so genannte Wärmewertkennzahl. Diese Wärmewerte stellen eine auf Elektroden und Isolator gemessene, jeweils der Motorbelastung entsprechende, mittlere Temperatur dar.



Zündkerzen benötigen ein spezielles Temperaturfenster, um optimal arbeiten zu können. Die Untergrenze dieses Fensters liegt bei 450 °C Zündkerzentemperatur, der so genannten Selbstreinigungstemperatur. Ab dieser Temperaturschwelle werden angesammelte Rußpartikel auf der Isolatorspitze verbrannt.

Liegt die Betriebstemperatur dauerhaft darunter, können sich elektrisch leitende Rußpartikel ablagern, bis die Zündspannung über die Rußschicht auf die Fahrzeugmasse abfließt, statt einen Funken zu bilden.

Ab einer Zündkerzentemperatur von 850 °C erhitzt sich der Isolator so stark, dass es an seiner Oberfläche zu unkontrollierten Zündungen kommen kann, den Glühzündungen. Solche unkontrollierten, abnormalen Verbrennungen können zu Motorschäden führen.



Die Wärmeableitung erfolgt zu annähernd 60 % über das Zündkerzengehäuse und Gewinde. Etwas weniger als 40 % gibt der Dichtring an den Zylinderkopf ab. Die wenigen, zu 100 % fehlenden Anteile fließen über die Mittelelektrode ab.

Der Isolator nimmt die Hitze im Brennraum auf und führt sie ins Innere der Zündkerze. Überall dort, wo er Kontakt mit dem Gehäuse hat, wird Wärme abgegeben.

Indem man diese Kontaktfläche also vergrößert oder verkleinert, kann man bestimmen, ob die Zündkerze mehr oder weniger Wärme über das Gehäuse abführt.

Bei Zündkerzen mit höherer Temperaturbelastbarkeit ist die Kontaktfläche größer. Bei Zündkerzen mit niedrigerer Temperaturbelastbarkeit ist sie klein.