Zündkerzenkonstruktion

Zündkerzenkonstruktion

An der Oberseite der Zündkerze befindet sich ein Anschluss zum connect an das Zündsystem.

Der genaue Anschlussaufbau variiert je nach Verwendungszweck der Zündkerze. Die meisten Pkw-Zündkerzenkabel rasten auf den Anschluss der Kerze ein, einige Kabel verfügen jedoch über Flachstecker, die mit einer Mutter an der Kerze befestigt werden.
Bei Steckern, die für diese Anwendungen verwendet werden, dient das Ende des Anschlusses häufig einer doppelten Funktion als Mutter auf einem dünnen Gewindeschaft, sodass sie für beide Verbindungsarten verwendet werden können.

Diese sind ein notwendiger Bestandteil der Zündkerze.

Teilungsdurchmesser

Der Durchmesser einer Zündkerze wird über das Gewinde gemessen. Die Steigung für jeden Zündkerzendurchmesser ist unten aufgeführt. Diese Informationen sind nützlich, wenn Sie ein Loch in einen Zylinderkopf für eine Zündkerze bohren möchten

M8 x 1,0 mm
M10 x 1,0 mm
M12 x 1,25 mm
M14 x 1,25 mm
M18 x 1,5 mm
M22 x 1,5 mm

Rippen

Durch die Verlängerung der Oberfläche zwischen dem Hochspannungsanschluss und dem geerdeten Metallgehäuse der Zündkerze verbessert die physikalische Form der Rippen die elektrische Isolierung und verhindert, dass elektrische Energie entlang der Isolatoroberfläche vom Anschluss zum Metallgehäuse entweicht. Durch den unterbrochenen und längeren Weg stößt der Strom auch bei Schmutz und Feuchtigkeit auf mehr Widerstand entlang der Oberfläche der Zündkerze.

Isolator

Der Hauptteil des Isolators besteht aus Porzellan. Seine Hauptfunktion besteht darin, die Mittelelektrode mechanisch zu stützen und gleichzeitig die Hochspannung zu isolieren.

Insbesondere bei modernen Motoren mit tief zugänglichen Zündkerzen spielt es eine untergeordnete Rolle, indem es den Anschluss über den Zylinderkopf hinaus verlängert, um ihn leichter zugänglich zu machen.

Rippen

Durch die Verlängerung der Oberfläche zwischen dem Hochspannungsanschluss und dem geerdeten Metallgehäuse der Zündkerze verbessert die physikalische Form der Rippen die elektrische Isolierung und verhindert, dass elektrische Energie entlang der Isolatoroberfläche vom Anschluss zum Metallgehäuse entweicht. Durch den unterbrochenen und längeren Weg stößt der Strom auch bei Schmutz und Feuchtigkeit auf mehr Widerstand entlang der Oberfläche der Zündkerze.

Isolatorspitze

Die Spitze des Isolators, der Teil vom Metallkörper der Kerze bis zur Mittelelektrode, der in die Brennkammer hineinragt, muss hohen Temperaturen standhalten und gleichzeitig die elektrische Isolierung aufrechterhalten. Um eine Überhitzung der Elektrode zu vermeiden, muss diese außerdem eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Da das Porzellan des Hauptisolators unzureichend ist, wird eine gesinterte Aluminiumoxidkeramik verwendet, die für 650 °C und 60.000 V ausgelegt ist. Die genaue Zusammensetzung und Länge des Isolators bestimmt den Wärmebereich des Steckers. Kurze Isolatoren sind „kühlere“ Stecker. „Heißere“ Stecker werden mit einem verlängerten Weg zum Metallkörper hergestellt, indem der Isolator über einen Großteil seiner Länge mit einer Ringnut isoliert wird. Ältere Zündkerzen, insbesondere in Flugzeugen, verwendeten einen Isolator aus gestapelten Glimmerschichten, die durch Spannung in der Mittelelektrode komprimiert wurden. Mit der Entwicklung von bleihaltigem Benzin in den 1930er Jahren wurden Bleiablagerungen auf dem Glimmer zu einem Problem und verkürzten die Zeiträume zwischen der Reinigung der Zündkerze. Um dem entgegenzuwirken, wurde von Siemens in Deutschland gesintertes Aluminiumoxid entwickelt.

Robben

Da die Zündkerze im eingebauten Zustand auch den Brennraum des Motors abdichtet, stellen die Dichtungen sicher, dass keine Leckage aus dem Brennraum entsteht. Die Dichtung wird typischerweise durch die Verwendung eines mehrschichtigen Hartlots hergestellt, da es keine Lotzusammensetzungen gibt, die sowohl das Keramik- als auch das Metallgehäuse benetzen und daher Zwischenlegierungen erforderlich sind.

Metallgehäuse

Das Metallgehäuse (oder der „Mantel“, wie viele es nennen) der Zündkerze trägt das Drehmoment beim Anziehen der Kerze, dient dazu, Wärme vom Isolator abzuleiten und an den Zylinderkopf weiterzuleiten, und dient als Erdung für die Zündkerze Funken gelangen durch die Mittelelektrode zur Seitenelektrode. Da es als Erdung fungiert, kann es bei Berührung beim Entzünden schädlich sein.

Mittelelektrode

Die Mittelelektrode ist über einen internen Draht und üblicherweise einen keramischen Serienwiderstand mit dem Anschluss verbunden, um die Emission von Funkstörungen durch die Funkenbildung zu reduzieren. Die Spitze kann aus einer Kombination von Kupfer, Nickel-Eisen, Chrom oder Edelmetallen bestehen. In den späten siebziger Jahren erreichte die Entwicklung von Motoren ein Stadium, in dem der „Wärmebereich“ herkömmlicher Zündkerzen mit Mittelelektroden aus massiver Nickellegierung ihren Anforderungen nicht mehr gewachsen war. Eine Zündkerze, die „kalt“ genug wäre, um den Anforderungen des Fahrens mit hoher Geschwindigkeit gerecht zu werden, wäre nicht in der Lage, die Kohlenstoffablagerungen, die durch Stopp-Start-Fahrten in der Stadt entstehen, abzubrennen, und würde unter diesen Bedingungen versagen, was zu einer Fehlzündung des Motors führen würde.

Ebenso könnte eine Zündkerze, die „heiß“ genug war, um in der Stadt reibungslos zu funktionieren, tatsächlich schmelzen, wenn sie längere Fahrten mit hoher Geschwindigkeit auf der Autobahn bewältigen muss, was zu schweren Schäden am Motor führen könnte. Die Antwort der Zündkerzenhersteller auf dieses Problem war eine Mittelelektrode, die die Verbrennungswärme effektiver von der Spitze ableitete, als dies mit einer massiven Nickellegierung möglich war.

Als Material für diese Aufgabe wurde Kupfer ausgewählt und von Floform wurde ein Verfahren zur Herstellung der Mittelelektrode mit Kupferkern entwickelt.

Die Mittelelektrode dient normalerweise dazu, die Elektronen auszustoßen (die Kathode), da sie (normalerweise) der heißeste Teil der Kerze ist; Es ist einfacher, Elektronen von einer heißen Oberfläche zu emittieren, da dieselben physikalischen Gesetze gelten, die die Dampfemissionen von heißen Oberflächen erhöhen (siehe thermionische Emission). Darüber hinaus werden Elektronen dort emittiert, wo die elektrische Feldstärke am größten ist; Dies ist der Punkt, an dem der Krümmungsradius der Oberfläche am kleinsten ist, i . h. von einer scharfen Spitze oder Kante statt von einer flachen Oberfläche (siehe Koronaentladung). Es wäre am einfachsten, Elektronen von einer spitzen Elektrode abzuziehen, aber eine spitze Elektrode würde bereits nach wenigen Sekunden erodieren. Stattdessen emittieren die Elektronen die scharfen Kanten des Elektrodenendes; Wenn diese Kanten erodieren, wird der Funke schwächer und weniger zuverlässig.

Früher war es üblich, die Zündkerzen zu entfernen, Ablagerungen von den Enden entweder manuell oder mit speziellen Sandstrahlgeräten zu entfernen und das Ende der Elektrode zu feilen, um die scharfen Kanten wiederherzustellen, aber diese Praxis ist seltener geworden, da Zündkerzen heute nur noch Zündkerzen sind ausgetauscht werden, und zwar in wesentlich größeren Abständen. Die Entwicklung von Edelmetall-Hochtemperaturelektroden (unter Verwendung von Metallen wie Yttrium, Iridium, Platin, Wolfram oder Palladium sowie dem relativ prosaischen Silber oder Gold) ermöglicht die Verwendung eines kleineren Mitteldrahts, der schärfere Kanten aufweist, dies jedoch nicht tut schmelzen oder korrodieren. Die kleinere Elektrode absorbiert auch weniger Wärme vom Funken und der anfänglichen Flammenenergie. Firestone vermarktete einmal Zündkerzen mit Polonium in der Spitze, unter der fragwürdigen Theorie, dass die Radioaktivität die Luft im Spalt ionisieren und so die Funkenbildung erleichtern würde.

Seitenelektrode oder Erdungselektrode: Die Seitenelektrode besteht aus hochnickelhaltigem Stahl und ist an der Seite des Metallgehäuses angeschweißt. Auch die Seitenelektrode wird sehr heiß, insbesondere bei vorspringenden Nasenstöpseln.

Bei einigen Konstruktionen ist diese Elektrode mit einem Kupferkern versehen, um die Wärmeleitung zu verbessern.

Es können auch mehrere Seitenelektroden verwendet werden, sodass diese die Mittelelektrode nicht überlappen.