Zündkerzengerät

Bei Benzin-Verbrennungsmotoren werden Zündkerzen verwendet, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu zünden. Bei jedem Motorzyklus tritt zwischen den Elektroden der Zündkerzen eine elektrische Entladung mit einer Spannung von Tausenden von Volt auf, die zu bestimmten Zeiten das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Zylinder entzündet.

Zum ersten Mal wurde 1902 von dem Wissenschaftler Robert Bosch eine Zündkerze entwickelt, wie wir sie bis heute kennen, die von einem Hochspannungsmagneten angetrieben wird, der in der Werkstatt seines gleichnamigen Unternehmens entworfen wurde. Von diesem Moment an waren Zündkerzen in Verbrennungsmotoren weit verbreitet, und die Zündkerzenvorrichtung wurde strukturell immer noch nicht verändert, nur die darin verwendeten Materialien haben sich weiterentwickelt.

Grundsätzlich enthält die Zündkerze folgende Hauptelemente: ein Metallgehäuse, einen Isolator und einen Mittelleiter. Einige Kerzen enthalten zusätzlich einen eingebauten Widerstand zwischen der Zentralelektrode und dem Kontaktanschluss. In jedem Fall sind drei modifizierte Elemente die Basis jeder Zündkerze.

An der Oberseite der Kerze befindet sich eine Kontaktklemme, an die die Hochspannungskabel des Zündsystems oder eine separate Hochspannungsspule angeschlossen sind. Die Designs können variieren, aber häufiger wird ein Schnappkontakt oben auf der Kerze befestigt oder mit einer Mutter befestigt. Normalerweise ist der Ausgang des Mittelleiters zur Kontaktklemme universell: Der Schnappkontakt ist am Gewinde montiert und lässt sich bei Bedarf leicht abschrauben.

Der Kerzenisolator besteht üblicherweise aus Aluminiumoxidkeramik, deren Wärmebeständigkeit 1000 ° C erreicht, und die Durchbruchspannung beträgt mindestens 60 kV. Es ist die Zusammensetzung des Isolators und seine Abmessungen, die die thermische Markierung einer bestimmten Kerze bestimmen. Am wichtigsten ist der obere Teil des Isolators, der in direktem Kontakt mit der Elektrode steht. Er bestimmt, wie gut diese Kerze funktioniert.

An den Rändern des Isolators wird der Weg der Stromrippen verlängert, um einen elektrischen Durchschlag auf seiner Oberfläche zu erschweren. Diese Lösung entspricht einer Verlängerung des Isolators. Die Idee, Keramik beim Bau einer Hochspannungszündkerze einzusetzen, gehört dem deutschen Ingenieur Gottlob Honold.

Die Basis des Kerzenkörpers ist der sogenannte „Rock“, der dazu dient, die Kerze am Gewinde im Zylinderkopf anzubringen und zu befestigen sowie Wärme sowohl vom Isolator als auch von den Elektroden abzuleiten. Die Schürze leitet einen elektrischen Strom zwischen der Seitenelektrode der Kerze und der "Masse" des elektrischen Systems des Fahrzeugs. Über der Schürze ist eine Dichtung angebracht, die vor dem Durchbruch brennbarer Gase von der Brennkammer nach außen schützt.

Die Seitenelektrode der Kerze besteht aus Stahl, der mit Mangan und Nickel legiert ist. Es wird durch Widerstandsschweißen mit dem Kerzenkörper verschweißt. Diese Elektrode ist während des Betriebs des Verbrennungsmotors immer sehr heiß, was zu einer Glühzündung führen kann. Einige Kerzen haben mehrere Seitenelektroden.

Die Haltbarkeit dieser Elektroden kann angegeben werden, wenn sie mit einer Beschichtung aus Edelmetallen wie Platin beschichtet sind. Auf diese Weise werden teurere Kerzen hergestellt, die eine Lebensdauer von 100.000 Kilometern haben können. Dies ist manchmal vorteilhaft, da das Ersetzen einer Kerze bei V-förmigen Motoren ein sehr zeitaufwändiger Vorgang ist.

Der Kerzenkörper selbst kann auch die Rolle einer Seitenelektrode spielen. Seit 1999 sind solche Kerzen unter dem Namen Plasma-Vorkammer-Zündkerzen auf dem Markt. Sie sind mit einer speziellen hitzebeständigen Kugeldüse ausgestattet.

Die Funkenstrecke für solche Kerzen ist kreisförmig, und die elektrische Entladung bewegt sich hier auf einer Kreisbahn, und die Primärzündung des Luft-Gas-Gemisches erfolgt in der Vorkammer. Diese Lösung ermöglicht eine Selbstreinigung der Elektroden, da diese ständig geblasen werden, wodurch die Lebensdauer der Kerze verlängert wird. Wie effektiv Vorkammerkerzen sind, ist immer noch ein strittiger Punkt.

Der Kern der Zündkerze ist die Zentralelektrode. Es ist über ein Glasdichtmittel mit einem Widerstand mit dem Kontaktanschluss des Produkts verbunden. Dies dient dazu, Funkstörungen durch das Zündsystem zu reduzieren. Die Zentralelektrode ist mit einer Spitze aus Eisen-Nickel-Legierungen unter Zusatz von Chrom und Kupfer ausgestattet. Yttrium kann gesprüht werden, manchmal wird auch Platinlöten gefunden oder die Elektrode kann verfeinert und vollständig aus Iridium hergestellt werden.

Die Mittelelektrode der Zündkerze ist im Prinzip der heißeste Teil. Außerdem muss er die richtige Elektronenemission sicherstellen, damit leicht ein Funke darauf erscheint, wie auf der Kathode.

Da das elektrische Feld an den Kanten der Elektrode eine maximale Intensität aufweist, wird genau zwischen der scharfen Kante der Mittelelektrode und der Kante der Seitenelektrode ein Funke gebildet, weshalb an diesen Stellen der größte Effekt der elektrischen Erosion beobachtet wird.

Früher war es üblich, dass Autofahrer von Zeit zu Zeit Kerzen herausnahmen und Erosionsspuren von Elektroden entfernten. Jetzt wird das Problem durch die in den Spitzen verwendeten Legierungen (Platin, Yttrium, Iridium) verhindert, die den Elektroden eine verlängerte Lebensdauer verleihen.

Der Abstand zwischen der Seitenelektrode des Gehäuses und der Mittelelektrode der Kerze bildet eine Lücke für den Funken. Die Größe des Spaltes ist ein Kompromiss zwischen der Fähigkeit, den Spalt im Druckluft-Benzin-Gemisch zu durchbrechen, und dem Plasmavolumen, das während des Zusammenbruchs auftritt. Je größer der Spalt - je größer der Funke, desto höher die Wahrscheinlichkeit der Zündung des Kraftstoffgemisches, desto geringer sind die Anforderungen an die Kraftstoffqualität.

Ein zu großer Abstand kann jedoch zu einem Ausfall des Schiebers, der Kabel und anderer Teile des Fahrzeugs führen. Ein größerer Spalt ist für einen Funken schwieriger zu durchbrechen und neigt dazu, durch die Isolierung zu sickern.

Der größere Spalt erfordert mehr Spannung für normale Funkenbildung. Das Zündsystem hat zwar einen konstanten Spannungswert, der Spalt an der Zündkerze kann jedoch grundsätzlich verändert werden. Je schärfer die Elektroden sind, desto leichter kann die Hochspannung den Spalt durchbrechen. Aber je höher der Druck im Kraftstoffgemisch ist, desto schwieriger ist es, den Spalt zu durchbrechen. Auch hier ist ein Kompromiss erforderlich.

Das Spiel der Zündkerzen ist kein einmal eingestellter konstanter Wert. Sie muss an die spezifische aktuelle Betriebsart des Motors angepasst werden. Bei der Umstellung eines Autos auf Flüssig- und Druckgas verringert sich die Funkenstrecke aufgrund einer höheren Durchschlagspannung als das Luft-Gas-Gemisch.