Die Zündkerze zählt zu den wichtigsten Komponenten eines Fahrzeuges mit Benzinmotor. Sie bringt ihn nicht nur zum Laufen, indem sie für einen sicheren Start sorgt. Vielmehr bestimmt sie in ganz entscheidendem Maße die optimale Leistung und sichere Funktion des Motors. Dies gilt besonders für moderne Motormanagement-Systeme. Denn hier gewinnen Zündkerzen und deren Auslegung zunehmend an Bedeutung.
Das Prinzip der Zündkerze ist genial einfach und einfach genial. Durch einen vom Motor isolierten Leiter wird ein Hochspannungsimpuls an eine Elektrode geleitet, von dieser springt ein Funke zu einer Masseelektrode über. An der thermischen Energie dieses Funkens entzündet sich das Gemisch.
Welchen Anforderungen eine Zündkerze gerecht wird, entscheiden folgende Merkmale: die Art der Konstruktion, die verwendeten Werkstoffe sowie die eingesetzten Fertigungsverfahren.
1. Scharfkantiges Rippenprofil am Isolatorkopf
Damit es nicht zu Kopfüberschlägen kommt, wirkt das Rippenprofil als 5-fache Kriechstrombarriere.
2. Isolator
Besteht vorwiegend aus Aluminiumoxid. Seine Aufgabe ist es, Anschlussbolzen und Mittelelektrode vom Gehäuse zu isolieren.
3. Anschlussbolzen
Der Anschlussbolzen wird aus Stahl gefertigt.
4. Bördelring
Dient zur Fixierung und Abdichtung des Isolators.
5. Gehäuse
Wird aus Stahl gefertigt und zum Schutz vor Korrosion vernickelt. Dient u. a. dazu, die Zündkerze im Zylinderkopf zu befestigen.
6. Glasschmelze
Elektrisch und thermisch leitend. Verbindet den Anschlussbolzen mit der Mittelelektrode.
7. Dichtring
Fixiert den Isolator und dichtet ihn ab.
8. Mittelelektrode
Besteht aus einer Nickel-Legierung mit Kupferkern.
9. Masseelektrode
Besteht aus einer Nickel-Legierung. Anordnung, Anzahl und Geometrie beeinflussen die Zündkerzentechnik und Nutzungsdauer.
Verschiedene Elektroden-Legierungen bieten unterschiedliche Vorteile und erfüllen damit die Anforderungen des jeweiligen Motors. Je nach verwendeter Elektroden-Legierung heißen die Zündkerzen entweder Bosch, Bosch Platinum, Bosch Double-Platinum, Bosch Iridium, Bosch Double-Iridium oder Bosch Silver.
Elektroden aus Nickel-Legierungen
Bei Bosch Zündkerzen besteht die Mittelelektrode aus einer verschleißfesten Nickel-Legierung mit Kupferkern. Der Kupferkern ist hochwärmeleitfähig zum Schutz vor thermischer Überlastung.
Edelmetallelektroden
Moderne Motoren arbeiten mit besonders hohen Brennraumtemperaturen. Das belastet auch die Zündkerzen. Der Verschleiß an den Elektroden ist dadurch größer und muss durch entsprechend abbrandfestere Materialien ausgeglichen werden. Bosch setzt hier auf Edelmetall-Legierungen mit Platin, Iridium oder Silber.
Vorteile:
Um bei Motoren mit strahlgeführter Direkteinspritzung eine sichere Entflammung zu gewährleisten, muss das Luft-Kraftstoff-Gemisch den Zündfunken optimal erreichen können. Dies leisten nur präzise gefertigte Zündkerzen, bei denen die Position der Masseelektrode bereits bei der Herstellung exakt auf die Brennraumsituation und die Anordnung des Benzineinspritzventils ausgerichtet ist.
Autos, die mit Gas betrieben werden, sind stark im Kommen. Die Zahl der neu zugelassenen und nachgerüsteten Gas-Fahrzeuge steigt beständig. Erdgas als Treibstoff wird dabei in interschiedlicher Form eingesetzt: komprimiert als CNG (Compressed Natural Gas) oder verflüssigt als LPG (Liquified Petroleum Gas). Als Pionier der Automobiltechnik sieht sich Bosch auch bei gasbetriebenen Fahrzeugen in der Verantwortung. Bosch bietet Ihnen praktisch für jedes gasbetriebene Fahrzeug die richtige Zündkerze – sowohl für die Erstausrüstung als auch für Umrüstungen. Da Zündkerzen beim Gasbetrieb stärker beansprucht werden, verkürzen sich die Wechselintervalle auf rund 15 000 km bei Standardkerzen und auf rund 30 000 km bei Platinum-Zündkerzen.
Je nach Motorcharakteristik setzt Bosch verschiedene Zündkerzen-Funkentechniken ein.
Luftfunken-Technik:
Der Zündfunke durchschlägt auf direktem Weg zwischen Mittelelektrode und Masseelektrode das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das sich zwischen den Elektroden befindet.
Gleitfunken-Technik:
Die Masseelektroden sind so angebracht, dass sich ausschließlich sogenannte Luftgleitfunken bilden können, diese sind besonders lang und kräftig.
Luftgleitfunken-Technik:
Die Luftgleitfunken-Technik wählt für die Zündung den besten Weg von der Mittelelektrode zur Masseelektrode. Das geschieht entweder als Luftfunke oder als Luftgleitfunke. Der Luftfunke springt dabei auf dem direkten Weg über und zündet so das Luft-Kraftstoff-Gemisch. Der Luftgleitfunke sucht seinen Weg über vorhandene Ladungsträger auf der Isolatorfußspitze.
Wichtig für hohe Zündsicherheit bei hochaufgeladenen Motoren mit Benzindirekteinspritzung: die optimale Energieübertragung des Zündfunkens – die Stärke der neuen Pin-to-pin-Zündkerzen von Bosch.
Pin-to-pin-Zündkerzen von Bosch
Mit Pin-to-pin-Zündkerzen von Bosch profitieren Sie von neuester Bosch-Zündkerzentechnologie. Die innovativen Hochleistungszündkerzen sind auf das besondere Anforderungsprofil von hochaufgeladenen Benzindirekteinspritzungsmotoren zugeschnitten:
Hochaufgeladene Motoren haben einen höheren Zündspannungsbedarf. Dieser kann prinzipiell durch Zündkerzen mit kleinem Elektrodenabstand abgesenkt werden. Ein kleiner Elektrodenabstand bewirkt jedoch starke Quenching-Verluste, d. h. eine schlechte Entflammung. Um dieses zu kompensieren, entwickelte Bosch die Pin-to-Pin-Zündkerzen. Bei der Pin-to-Pin-Technologie weist die Zündkerze zwei besonders dünne Elektroden auf, die nur sehr geringe Quenching-Verluste bewirken. Dadurch garantieren sie eine hohe Energieübertragung und eine zuverlässige Entflammung.
Im kalten Zustand wird der Motor mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Gemisch betrieben. Dadurch kann durch eine unvollständige Verbrennung Ruß entstehen, der sich im Brennraum und auf der Zündkerze ablagert. Diese Rückstände verschmutzten den Isolatorfuß und bewirken eine leitfähige Verbindung zwischen Mittelelektrode und Zündkerzengehäuse. Dieser "Nebenschluss" leitet einen Teil der Zündenergie ab und reduziert die zur Entflammung benötigte Energie.
Die Ablagerung von Verbrennungsrückständen auf dem Isolatorfuß ist stark von der Temperatur abhängig und findet vorwiegend unterhalb von ca. 500 °C statt.
Bei höherer Temperatur verbrennen die kohlenstoffhaltigen Rückstände auf dem Isolatorfuß und die Zündkerze "reinigt" sich selbst.
Es ist wichtig den richtigen Wärmewert der Zündkerze zu wählen und sicherzustellen, dass der Temperaturbereich der Zündkerze zwischen 500 und 900 °C bleibt. In diesem Temperaturbereich sind Vorzündungen ausgeschlossen und die Zündkerze wird selbstgereinigt. Zudem sind Oxidation und Heißgaskorrosion reduziert und somit wird der Elektrodenverschleiß vermindert.
Fahrzeughersteller treiben die Motorenentwicklung stetig voran, um die Motoren noch leistungsfähiger und zuverlässiger zu machen. So werden moderne Motoren immer kleiner und effizienter und verbrauchen weniger Kraftstoff, ohne dabei Leistung einzubüßen.
Diese Entwicklung bewirkt, dass der Verdichtungsdruck in den Motoren zunimmt, was besondere Anforderungen an die Zündkerzen stellt. Beispielsweise steigt der Hochspannungsbedarf. Gleichzeitig steht in den kompakteren Motoren weniger Raum für die Zündkerzen zur Verfügung.
Die Durchschlagsfestigkeit – oder die Fähigkeit der Keramik, die Spannung zu isolieren – wird zunehmend wichtiger, da der Keramikdurchmesser verringert und die Spannung erhöht werden muss, um die Anforderungen moderner Motoren zu erfüllen. Das bedeutet: Die Isoliereigenschaften der Keramik müssen entsprechend verbessert werden. Denn falls die Durchschlagsfestigkeit für die herrschende Spannung nicht ausreicht, führt dies zu einer Beschädigung der Keramik sowie zu Fehlzündungen und Fehlfunktionen.
Bosch hat daher eine spezielle Keramikmischung entwickelt, die für optimale Durchschlagsfestigkeit sorgt und so die besonderen Anforderungen heutiger Motorengenerationen perfekt erfüllt.
Isolator
Der Isolator besteht aus einer Aluminiumoxid-Keramik und isoliert die Mittelelektrode bis 40 000 Volt gegen Masse.
Um Motoren effizienter zu machen, reduzieren Fahrzeughersteller den Hubraum oder die Zylinderanzahl (Downsizing) und erhöhen gleichzeitig den Ladedruck. Dadurch wird eine höhere Zündspannung benötigt, die auch eine höhere Überschlagfestigkeit des Isolators erfordert. Bosch hat speziell hierfür Zündkerzen mit verlängertem Isolator und Napfanschluss entwickelt. Bei diesen Zündkerzen ist der Isolator um ca. 8 mm verlängert. Um diese Verlängerung auszugleichen, sind die Zündkerzen mit dem neuen Napfanschluss ausgestattet, bei dem ein Bolzen mit Napf als Kontaktanschluss dient. Die Kontaktdruckfeder des Zündkerzensteckers ist im Napf zentriert.
Typformel
Die Spezifikationen der Zündkerze sind in der Typformel beinhaltet. Sie enthält alle Kernmerkmale der Zündkerze außer dem Elektrodenabstand.
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