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Wärmewert

Der Wärmewert einer Zündkerze ist ein Thema für sich, bei dem einzelne Begriffe leicht verwechselt werden. 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.

Ein und dieselbe Zündkerze würde sich in dem einen Motor übermässig 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 würden.
Unterhalb von etwa 500 °C lagern sich nämlich kohlenstoffhaltige Verbrennungsrückstände auf dem Isolatorfuss ab und sorgen dort für einen Nebenschluss. Die Zündspannung wandert dann also ohne den erwünschten Zündfunken zu erzeugen über die leitende Russschicht zum Masseanschluss am Kerzengewinde und vorbei mit lustig  - kein Zündfunke!

Da diese Rückstände bei höheren Temperaturen jedoch selbständig verbrennen würden, 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 °C und 850 °C zu halten. Zwischen 850 °C und etwas über 1000 °C 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.

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 an den Zylinderkopf ab. Damit ist sie für hochgezüchtete Motoren geeignet, die thermisch auf hohem Niveau arbeiten.

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Die nachfolgenden Bilder zeigen:
(1) Zündkerze mit hoher Wärmewertkennzahl ("heisse Zündkerze"). Die 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"). Die kleine Isolatorfussfläche nimmt wenig Wärme auf. Wärmeableitung sehr gut.

Kerzenbilder

Kerzenbilder geben, wie gesagt, Aufschluss über das Betriebsverhalten von Motor und Zündkerze.
Das Aussehen von Elektroden und Isolatoren der Zündkerze - des "Kerzenbildes" - gibt einen direkten Blick auf das Betriebsverhalten der Zündkerze, sowie auf die Gemischzusammensetzung und den Verbrennungsvorgang des Motors.
Das Beurteilen der Kerzenbilder ist damit ein wesentlicher Bestandteil der Motordiagnose.

Eine verlässliche Aussage ist allerdings an die folgende wichtige Voraussetzung gebunden: Bevor die Kerzenbilder beurteilt werden, muss das Kraftfahrzeug gefahren worden sein.
Ein vorausgegangener längerer Leerlauf, insbesondere dann, wenn der Motor kalt gestartet wurde, kann dazu führen, dass sich “falscher” Russ niederschlägt und so das "wahre Kerzenbild" verdeckt! Das Fahrzeug sollte etwa über eine Strecke von 10 km gefahren werden. Dabei soll der Motor zunächst mit wechselnden Drehzahlen im mittleren Leistungsbereich betrieben werden. Ein Leerlauf vor dem Abstellen des Motors, ist für eine aussagefähige Diagnose unbedingt zu vermeiden.

Mehr noch: Um ein wirklich diagnosefähiges Kerzenbild zu erhalten, sollte der Motor bei der Drehzahl, oder direkt in dem Lastzustand in dem man den Betriebszustand des Motors sehen will, ausgeschaltet werden und mit getretener, bzw. gezogener Kupplung das Fahrzeug anhalten !
Achtung !
Und nicht erst im Leerlauf bis zum Parkplatz rollen  - dann ist die passende Kerzenfarbe bzw. Kerzenbild längst wieder Geschichte!

Normal Isolatorfuss- und Spitze rehbraun bis grauweiß/-gelb. Der Idealfall, das heisst Motor, Zündung und Wärmewert der Kerzen sind rundum in Ordnung. Die leichte Verkrustung an der Masseelektrode sind bedeutungslos.

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

Verölt Isolatorfuss, Elektroden und Zündkerzengehäuse sind mit einem schwärzlichen Ölfilm überzogen. Ursache:   Ölstand weit über Max., Ventilschaftdichtungen bzw. Ventilführungen oder Ölabsteifringe verschlissen Auswirkungen: Erhöhter Ölverbrauch, blaue Ölfahne hinter Auspuff Abhilfe: Ölstand korrigieren, Motorrevision

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:   Kraftstoff und Öl prüfen, eventuell wechseln, Zusätze vermeiden, Zündkerzen ersetzen.

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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.

 

Isolatorfussbruch 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 Masseelektrode übermässig verschlissen. 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 Elektroden Stark verschlissene Mittel- und Masseelektrode. 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.

Rennzündkerzen                                                                                            
In Bahn- wie auch in Rundstreckenmotoren werden spezielle Rennzündkerzen verwendet. Diese sind besonders “kalt“ und liegen, z.B. bei NGK, bei einem Wärmewert zwischen 9 und 12, während normale Kerzen, für Zweiräder ebenso wie für PKW, Wärmewerte zwischen 2 und 8 haben.

Racing-Kerzen sind für permanent hohe Drehzahlen von über 10 000 /min. und Literleistungen bis über 100 Kw/l ausgelegt. Die Elektroden bestehen hierbei zumeist aus Platin oder Silber wodurch ebenfalls eine hohe Wärmeabfuhr gewährleistet wird . Auch haben Rennkerzen spezielle Kerzengesichter (z.B. schräge Masseelektroden, Ring-Elektroden), wodurch Vibrationsschäden, wie abgelöste Elektroden, verhindert werden sollen.
Die Rennkerzen werden nur in Kleinserien hergestellt. Die Haltbarkeit einer solchen Kerze wird von NGK mit 1 bis 5 Renneinsätzen, inclusive Trainingsläufe, angegeben.

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