Zündkerze
Eine Zündkerze (im britischen Englisch manchmal auch sparking plug oder umgangssprachlich plug) ist eine Vorrichtung, die elektrischen Strom von einer Zündanlage in den Brennraum eines Motors mit Fremdzündung leitet, um das komprimierte Kraftstoff-Luft-Gemisch durch einen elektrischen Funken zu entzünden und gleichzeitig den Verbrennungsdruck im Motor zu halten. Eine Zündkerze besteht aus einem Metallgehäuse mit Gewinde, das durch einen keramischen Isolator elektrisch von einer Mittelelektrode getrennt ist. Die Mittelelektrode, die einen Widerstand enthalten kann, ist über einen stark isolierten Draht mit dem Ausgangsanschluss einer Zündspule oder eines Magnetzünders verbunden. Das Metallgehäuse der Zündkerze ist in den Zylinderkopf des Motors geschraubt und somit elektrisch geerdet. Die Mittelelektrode ragt durch den Porzellanisolator in den Verbrennungsraum und bildet eine oder mehrere Funkenstrecken zwischen dem inneren Ende der Mittelelektrode und in der Regel einer oder mehreren Ausstülpungen oder Strukturen, die am inneren Ende der Gewindehülse angebracht sind und als Seiten-, Masse- oder Erdungselektrode(n) bezeichnet werden. ⓘ
Zündkerzen können auch für andere Zwecke verwendet werden; bei der Saab-Direktzündung werden Zündkerzen, wenn sie nicht zünden, zur Messung der Ionisierung in den Zylindern verwendet - diese Messung des Ionenstroms wird als Ersatz für den normalen Nockenwellensensor, den Klopfsensor und die Fehlzündungsmessung verwendet. Zündkerzen können auch in anderen Anwendungen eingesetzt werden, z. B. in Öfen, in denen ein brennbares Kraftstoff-Luft-Gemisch entzündet werden muss. In diesem Fall werden sie manchmal auch als Flammenzünder bezeichnet. ⓘ
Eine Zündkerze erzeugt in Ottomotoren und beim Anlassen von Gasturbinen und Strahltriebwerken die für die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches nötigen Zündfunken zwischen ihren Elektroden. Bei Feuerungsanlagen werden funktional ähnliche Zündelektroden eingesetzt. ⓘ
Geschichte
Die Entwicklung der Zündkerze ist eng mit der Magnetzündung verbunden. Auf dem Weg von der Glührohrzündung über das Zeitalter der Niederspannungs-Magnetzündung (1886–1902) mit einer Nennspannung von 400 bis 500 Volt bis zur Hochspannungs-Magnetzündung (1902 bis heute) unterlag die Zündkerze stetiger Entwicklung, u. a. vom Glimmer- zum Keramikisolator. 1878/79 entwickelte Carl Benz einen verdichtungslosen Zweitaktmotor und später einen leichten Viertaktmotor. Benz entwickelte hierzu die Riemenverschiebung als Kupplung, den Vergaser, einen Wasserkühler und eine Zündkerze. Paul Winand erhielt 1887 das Deutsche Reichspatent 45161 und am 24. Oktober 1893 ein US-Patent auf eine elektrische Zündvorrichtung (inkl. Zündkerze), die auf dem Prinzip der Hochspannungs-Magnetzündung ruhte. 1895 verwendete Ludwig Rüb an seinem Motorrad erstmals eine Hochspannungs-Magnetzündung. 1901 entwickelte Gottlob Honold in Robert Boschs Werkstätte für Feinmechanik und Elektrotechnik in Stuttgart die Hochspannungs-Magnetzündung weiter, und verhalf der Zündung, die für den Bau von schnelllaufenden Benzinmotoren entscheidend war, zum wirtschaftlichen Durchbruch. ⓘ
Zu den wichtigen Weiterentwicklungen der Zündkerze zählt der gerippte Isolatorkörper, wie er 1969 von Bosch eingeführt wurde. Durch die Rippung des Isolators kann 30 % mehr Zündspannung übertragen werden, ohne dass der Zündfunke außen am Isolator überschlägt. ⓘ
1860 verwendete Étienne Lenoir eine elektrische Zündkerze in seinem Gasmotor, dem ersten Kolbenverbrennungsmotor. Lenoir wird allgemein die Erfindung der Zündkerze zugeschrieben. ⓘ
Zu den frühen Patenten für Zündkerzen gehörten die von Nikola Tesla (in U.S. Patent 609,250 für ein Zündzeitpunktsystem, 1898), Frederick Richard Simms (GB 24859/1898, 1898) und Robert Bosch (GB 26907/1898). Erst die Erfindung der ersten kommerziell nutzbaren Hochspannungszündkerze als Teil eines Magnetzündsystems durch den Ingenieur Gottlob Honold von Robert Bosch im Jahr 1902 ermöglichte die Entwicklung des Ottomotors. Spätere Produktionsverbesserungen sind Albert Champion, den Gebrüdern Lodge, den Söhnen von Sir Oliver Lodge, die die Idee ihres Vaters weiterentwickelten und herstellten, sowie Kenelm Lee Guinness aus der Brauerfamilie Guinness, der die Marke KLG entwickelte, zu verdanken. Helen Blair Bartlett spielte bei der Herstellung des Isolators im Jahr 1930 eine entscheidende Rolle. ⓘ
Betrieb
- (E) Auslassnockenwelle
- (I) Einlassnockenwelle
- (S) Zündkerze
- (V) Ventile
- (P) Kolben
- (R) Pleuelstange
- (C) Kurbelwelle
- (W) Wassermantel für den Kühlmittelfluss ⓘ
Die Aufgabe einer Zündkerze besteht darin, zum erforderlichen Zeitpunkt einen Funken zu erzeugen, um das brennbare Gemisch zu entzünden. Die Kerze ist mit der Hochspannung verbunden, die von einer Zündspule oder einem Magnetzünder erzeugt wird. Wenn Strom von der Spule fließt, entwickelt sich eine Spannung zwischen der Mittel- und der Seitenelektrode. Zunächst kann kein Strom fließen, weil der Kraftstoff und die Luft im Spalt ein Isolator sind, aber wenn die Spannung weiter ansteigt, beginnt sie die Struktur der Gase zwischen den Elektroden zu verändern. Sobald die Spannung die Durchschlagsfestigkeit der Gase übersteigt, werden die Gase ionisiert. Das ionisierte Gas wird zu einem Leiter und lässt Strom über den Spalt fließen. Zündkerzen benötigen in der Regel eine Spannung von 12.000 bis 25.000 Volt oder mehr, um richtig zu "zünden", obwohl die Spannung bis zu 45.000 Volt betragen kann. Sie liefern während des Entladevorgangs einen höheren Strom, was zu einem heißeren und länger anhaltenden Funken führt. ⓘ
Wenn der Elektronenstrom über die Funkenstrecke fließt, erhöht sich die Temperatur des Funkenkanals auf 60.000 K. Die starke Hitze im Funkenkanal bewirkt, dass sich das ionisierte Gas sehr schnell ausdehnt, wie bei einer kleinen Explosion. Dies ist das "Klicken", das man beim Beobachten eines Funkens hört, ähnlich wie bei Blitz und Donner. ⓘ
Die Hitze und der Druck zwingen die Gase, miteinander zu reagieren, und am Ende des Funkenereignisses sollte ein kleiner Feuerball in der Funkenstrecke zu sehen sein, da die Gase von selbst verbrennen. Die Größe dieses Feuerballs oder Kerns hängt von der genauen Zusammensetzung des Gemischs zwischen den Elektroden und dem Grad der Turbulenzen im Brennraum zum Zeitpunkt des Funkens ab. Ein kleiner Kern lässt den Motor so laufen, als sei der Zündzeitpunkt verzögert, ein großer so, als sei der Zündzeitpunkt vorverlegt worden. ⓘ
Aufbau der Zündkerze
Eine Zündkerze besteht aus einem Gehäuse, einem Isolator und dem zentralen Leiter. Sie durchdringt die Wand des Verbrennungsraums und muss daher auch den Verbrennungsraum gegen hohe Drücke und Temperaturen abdichten, ohne dass sie über lange Zeiträume und bei längerem Gebrauch beschädigt wird. ⓘ
Zündkerzen werden nach Größe, entweder Gewinde oder Mutter (oft als Euro bezeichnet), Dichtungsart (Kegel oder Quetschscheibe) und Funkenstrecke angegeben. Die in Europa gebräuchlichen Gewindegrößen (Mutter) sind 10 mm (16 mm), 14 mm (21 mm; manchmal 16 mm) und 18 mm (24 mm, manchmal 21 mm). In den Vereinigten Staaten sind die gängigen Gewindegrößen 10 mm (16 mm), 12 mm (14 mm, 16 mm oder 17,5 mm), 14 mm (16 mm, 20,63 mm) und 18 mm (20,63 mm). ⓘ
Teile des Steckers
Anschluss
An der Oberseite der Zündkerze befindet sich ein Anschluss für die Verbindung mit dem Zündsystem. Im Laufe der Jahre wurden von den Herstellern verschiedene Varianten der Anschlusskonfiguration eingeführt. Der genaue Aufbau des Anschlusses variiert je nach Verwendung der Zündkerze. Die meisten Pkw-Zündkerzenkabel werden auf den Anschluss der Kerze aufgeschnappt, aber einige Kabel haben Ösenstecker, die mit einer Mutter auf der Kerze befestigt sind. Die SAE-Standardkonfiguration mit fester, nicht abnehmbarer Mutter ist bei vielen Pkw und Lkw üblich. Bei diesen Zündkerzen dient das Ende des Anschlusses oft als Mutter auf einem dünnen Gewindeschaft, so dass sie für beide Anschlussarten verwendet werden können. Diese Art von Zündkerze hat eine abnehmbare Mutter oder Rändel, die es ihren Benutzern ermöglicht, sie an zwei verschiedenen Arten von Zündkerzenstutzen zu befestigen. Einige Zündkerzen haben ein blankes Gewinde, wie es bei Motorrädern und ATVs üblich ist. In den letzten Jahren wurde schließlich ein Becheranschluss eingeführt, der einen längeren Keramikisolator auf gleichem Raum ermöglicht. ⓘ
Isolator
Der Hauptteil des Isolators besteht in der Regel aus gesintertem Aluminiumoxid (Al2O3), einem sehr harten keramischen Material mit hoher Durchschlagsfestigkeit, das mit dem Namen des Herstellers und den Kennzeichnungen bedruckt und anschließend glasiert wird, um die Widerstandsfähigkeit gegen Funkenflug an der Oberfläche zu verbessern. Ihre Hauptfunktionen sind die mechanische Abstützung und die elektrische Isolierung der Mittelelektrode sowie die Bereitstellung eines erweiterten Funkenwegs zum Schutz vor Überschlägen. Dieser verlängerte Teil trägt insbesondere bei Motoren mit tiefliegenden Kerzen dazu bei, den Anschluss über den Zylinderkopf hinaus zu verlängern, um ihn leichter zugänglich zu machen. ⓘ
Ein weiteres Merkmal von Sinterkorund ist seine gute Wärmeleitung, wodurch die Tendenz zum Glühen des Isolators und damit zum vorzeitigen Anzünden des Gemischs verringert wird. ⓘ
Rippen
Durch die Vergrößerung der Fläche 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 verlängerten Weg stößt die Elektrizität an der Oberfläche der Zündkerze auf mehr Widerstand, selbst wenn Schmutz und Feuchtigkeit vorhanden sind. Einige Zündkerzen werden ohne Rippen hergestellt; durch Verbesserungen der Durchschlagfestigkeit des Isolators sind sie weniger wichtig. ⓘ
Isolatorspitze
Bei modernen Zündkerzen (nach 1930) besteht die Spitze des Isolators, die in den Brennraum hineinragt, aus derselben gesinterten Aluminiumoxidkeramik wie der obere Teil, nur unglasiert. Sie ist für 650 °C (1.200 °F) und 60 kV ausgelegt. ⓘ
Ältere Zündkerzen, insbesondere in Flugzeugen, verwendeten einen Isolator aus übereinanderliegenden Glimmerschichten, die durch die Spannung in der Mittelelektrode zusammengedrückt wurden. ⓘ
Mit der Entwicklung von verbleitem Benzin in den 1930er Jahren wurden Bleiablagerungen auf dem Glimmer zu einem Problem und verkürzten die Intervalle, in denen die Zündkerze gereinigt werden musste. Um dem entgegenzuwirken, wurde von Siemens in Deutschland gesintertes Aluminiumoxid entwickelt. Sinterkorund ist Glimmer oder Porzellan überlegen, da es für eine Keramik ein relativ guter Wärmeleiter ist, auch bei höheren Temperaturen eine gute mechanische Festigkeit und (thermische) Schockbeständigkeit aufweist und aufgrund seiner Fähigkeit, heiß zu laufen, bei "selbstreinigenden" Temperaturen betrieben werden kann, ohne dass es zu einem schnellen Abbau kommt. Außerdem ermöglicht es eine einfache einteilige Konstruktion zu niedrigen Kosten bei hoher mechanischer Zuverlässigkeit. Die Abmessungen des Isolators und des Metallleiterkerns bestimmen den Wärmebereich des Steckers. Kurze Isolatoren sind in der Regel "kühlere" Stecker, während "heißere" Stecker mit einem verlängerten Pfad zum Metallkörper hergestellt werden, wobei dies auch vom wärmeleitenden Metallkern abhängt. ⓘ
Dichtungen
Da die Zündkerze im eingebauten Zustand auch den Verbrennungsraum des Motors abdichtet, sind Dichtungen erforderlich, um sicherzustellen, dass keine Leckage aus dem Verbrennungsraum entsteht. Die inneren Dichtungen moderner Zündkerzen bestehen aus gepresstem Glas-/Metallpulver, während die Dichtungen älterer Bauart in der Regel durch eine mehrschichtige Lötung hergestellt wurden. Die äußere Dichtung ist in der Regel eine Quetschscheibe, aber einige Hersteller verwenden die billigere Methode einer konischen Schnittstelle und einfacher Kompression, um eine Abdichtung zu erreichen. ⓘ
Metallgehäuse/Mantel
Das Metallgehäuse der Zündkerze hält dem Drehmoment stand, das beim Anziehen der Kerze entsteht. Es dient dazu, die Wärme vom Isolator abzuführen und an den Zylinderkopf weiterzuleiten, und dient als Masse für die Funken, die durch die Mittelelektrode zur Seitenelektrode gelangen. Die Zündkerzengewinde sind kaltgewalzt, um eine Ermüdung durch thermische Zyklen zu verhindern. Es ist wichtig, dass die Zündkerzen mit der richtigen Gewindelänge eingebaut werden. Zündkerzen können in der Länge von 0,095 bis 2,649 cm variieren, z. B. für Anwendungen in Kraftfahrzeugen und kleinen Motoren. Das Gehäuse einer Marinezündkerze besteht außerdem aus doppelt getauchtem, zinkchromatiertem Metall. ⓘ
Zentrale Elektrode
Die Mittelelektrode ist über einen internen Draht und in der Regel einen keramischen Serienwiderstand mit dem Anschluss verbunden, um die Emission von HF-Störungen bei der Funkenbildung zu verringern. Bei Zündkerzen ohne Widerstand, die in der Regel ohne "R" in der Teilenummer des Kerzentyps verkauft werden, fehlt dieses Element, um elektromagnetische Störungen bei Radios und anderen empfindlichen Geräten zu verringern. Die Spitze kann aus einer Kombination von Kupfer, Nickel-Eisen, Chrom oder Edelmetallen hergestellt sein. ⓘ
In den späten 1970er Jahren erreichte die Entwicklung von Motoren ein Stadium, in dem der Wärmebereich herkömmlicher Zündkerzen mit Mittelelektroden aus einer massiven Nickellegierung den Anforderungen nicht mehr genügte. Eine Zündkerze, die kalt genug war, um den Anforderungen des Hochgeschwindigkeitsverkehrs gerecht zu werden, war nicht in der Lage, die Kohlenstoffablagerungen abzubrennen, die durch den Stop-and-Go-Verkehr in der Stadt entstehen, und würde unter diesen Bedingungen verschmoren, was zu Fehlzündungen führen würde. Ebenso konnte eine Zündkerze, die heiß genug war, um in der Stadt problemlos zu laufen, schmelzen, wenn sie bei hohen Geschwindigkeiten auf Autobahnen eingesetzt wurde. Die Antwort der Zündkerzenhersteller auf dieses Problem bestand darin, ein anderes Material und eine andere Konstruktion für die Mittelelektrode zu verwenden, die die Verbrennungswärme besser von der Spitze ableiten konnte als eine massive Nickellegierung. Die Wahl fiel auf Kupfer, und Floform entwickelte ein Verfahren zur Herstellung der kupferhaltigen Mittelelektrode. ⓘ
Die Mittelelektrode ist in der Regel diejenige, die die Elektronen ausstößt (die Kathode, d. h. negative Polarität in Bezug auf den Motorblock), da sie normalerweise der heißeste Teil der Kerze ist; es ist einfacher, Elektronen aus einer heißen Oberfläche auszustoßen, und zwar aufgrund der gleichen physikalischen Gesetze, die die Emission von Dampf aus heißen Oberflächen erhöhen (siehe thermionische Emission). Außerdem werden die Elektronen dort emittiert, wo die elektrische Feldstärke am größten ist; dies ist dort der Fall, wo der Krümmungsradius der Oberfläche am kleinsten ist, also eher an einer scharfen Spitze oder Kante als an einer flachen Oberfläche (siehe Koronaentladung). Die Verwendung der kälteren, stumpferen Seitenelektrode als Minuspol erfordert eine um bis zu 45 Prozent höhere Spannung, weshalb nur wenige Zündsysteme außer der Wasted Spark-Anlage auf diese Weise ausgelegt sind. Wasted Spark-Systeme belasten die Zündkerzen stärker, da sie Elektronen abwechselnd in beide Richtungen abfeuern (von der Masseelektrode zur Mittelelektrode, nicht nur von der Mittelelektrode zur Masseelektrode). Folglich sollten Fahrzeuge mit einem solchen System Edelmetalle auf beiden Elektroden haben, nicht nur auf der Mittelelektrode, um die Austauschintervalle zu verlängern, da sie das Metall in beiden Richtungen schneller abnutzen, nicht nur in einer. ⓘ
Am einfachsten wäre es, die Elektronen aus einer spitzen Elektrode zu ziehen, aber eine spitze Elektrode würde schon nach wenigen Sekunden erodieren. Stattdessen treten die Elektronen an den scharfen Kanten des Elektrodenendes aus; wenn diese Kanten erodieren, wird der Funke schwächer und unzuverlässiger. ⓘ
Früher war es üblich, die Zündkerzen auszubauen, 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 aus drei Gründen seltener geworden:
- Die Reinigung mit Werkzeugen wie einer Drahtbürste hinterlässt Metallspuren auf dem Isolator, die einen schwachen Leitungspfad bilden und somit den Funken schwächen können (was die Emissionen erhöht).
- Zündkerzen sind im Verhältnis zu den Arbeitskosten so billig, dass ein Austausch wirtschaftlich sinnvoll ist, vor allem bei modernen, langlebigen Zündkerzen.
- Iridium- und Platin-Zündkerzen, die eine längere Lebensdauer als Kupfer haben, werden immer häufiger verwendet. ⓘ
Die Entwicklung von Hochtemperatur-Edelmetallelektroden (mit Metallen wie Yttrium, Iridium, Wolfram, Palladium oder Ruthenium sowie dem relativ hochwertigen Platin, Silber oder Gold) ermöglicht die Verwendung eines kleineren Mitteldrahtes, der zwar schärfere Kanten aufweist, aber nicht schmilzt oder korrodiert. Diese Materialien werden wegen ihres hohen Schmelzpunkts und ihrer Haltbarkeit verwendet, nicht wegen ihrer elektrischen Leitfähigkeit (die in Reihe mit dem Steckwiderstand oder den Drähten irrelevant ist). Die kleinere Elektrode absorbiert auch weniger Wärme aus dem Funken und der anfänglichen Flammenenergie. ⓘ
Polonium-Zündkerzen wurden von Firestone von 1940 bis 1953 vermarktet. Die von den Zündkerzen ausgehende Strahlung war zwar sehr gering und stellte keine Gefahr für den Verbraucher dar, doch ließen die Vorteile dieser Zündkerzen aufgrund der kurzen Halbwertszeit von Polonium und der Tatsache, dass Ablagerungen auf den Leitern die die Motorleistung verbessernde Strahlung blockierten, nach etwa einem Monat nach. Die Polonium-Zündkerze sowie der Prototyp der Radium-Zündkerze von Alfred Matthew Hubbard, der ihr vorausging, beruhten auf der Annahme, dass die Strahlung die Ionisierung des Kraftstoffs im Zylinder verbessern und somit ein schnelleres und effizienteres Zünden der Kerze ermöglichen würde. ⓘ
Seitenelektrode (Masse, Erde)
Die Seitenelektrode (auch als "Erdungsband" bezeichnet) besteht aus hochnickelhaltigem Stahl und wird an die Seite des Metallgehäuses geschweißt oder heiß geschmiedet. Die Seitenelektrode wird ebenfalls sehr heiß, insbesondere bei projizierten Nasensteckern. Bei einigen Konstruktionen ist diese Elektrode mit einem Kupferkern versehen, um die Wärmeleitung zu verbessern. Es können auch mehrere Seitenelektroden verwendet werden, so dass sie sich nicht mit der Mittelelektrode überschneiden. Die Masseelektrode kann auch mit kleinen Plättchen aus Platin oder sogar Iridium versehen sein, um die Lebensdauer zu erhöhen. ⓘ
Zündkerzenspalt
Zündkerzen sind in der Regel so konstruiert, dass sie einen Funkenabstand haben, der von dem Techniker, der die Zündkerze einbaut, durch leichtes Biegen der Masseelektrode eingestellt werden kann. Dieselbe Zündkerze kann für verschiedene Motoren spezifiziert sein, so dass für jeden Motor ein anderer Abstand erforderlich ist. Zündkerzen in Kraftfahrzeugen haben im Allgemeinen einen Abstand zwischen 0,6 und 1,8 mm (0,024 und 0,071 Zoll). Der Abstand muss unter Umständen von der Standardeinstellung abgewichen werden. ⓘ
Eine Zündkerzenabstandslehre ist eine Scheibe mit einer schrägen Kante oder mit runden Drähten mit präzisen Durchmessern und wird zum Messen des Abstands verwendet. Die Verwendung einer Fühlerlehre mit flachen Blättern anstelle von runden Drähten, wie sie für Verteilerpunkte oder Ventilspiel verwendet wird, führt aufgrund der Form der Zündkerzenelektroden zu falschen Ergebnissen. Die einfachsten Lehren bestehen aus einer Reihe von Schlüsseln unterschiedlicher Dicke, die auf den gewünschten Spalt abgestimmt sind, und der Spalt wird so lange eingestellt, bis der Schlüssel genau passt. Bei der heutigen Motorentechnologie, die allgemein Festkörperzündsysteme und computergesteuerte Kraftstoffeinspritzung umfasst, sind die verwendeten Abstände im Durchschnitt größer als in der Ära der Vergaser und Unterbrecherpunktverteiler, so dass Zündkerzenlehren aus dieser Zeit nicht immer die erforderlichen Abstände aktueller Fahrzeuge messen können. Fahrzeuge, die mit komprimiertem Erdgas betrieben werden, benötigen im Allgemeinen engere Abstände als Fahrzeuge, die mit Benzin betrieben werden. ⓘ
Die Einstellung des Abstands (auch "Zündkerzenabgleich" genannt) kann für den ordnungsgemäßen Betrieb des Motors entscheidend sein. Ein enger Spalt kann einen zu kleinen und schwachen Funken erzeugen, um das Kraftstoff-Luft-Gemisch effektiv zu entzünden, aber die Kerze wird fast immer bei jedem Zyklus zünden. Ein zu breiter Spalt kann verhindern, dass ein Funke überhaupt zündet, oder es kann zu Fehlzündungen bei hohen Drehzahlen kommen, aber in der Regel ist der Funke stark genug für eine saubere Verbrennung. Ein Funke, der das Kraftstoff-Luft-Gemisch zeitweise nicht zündet, macht sich vielleicht nicht direkt bemerkbar, aber er verringert die Leistung des Motors und die Kraftstoffeffizienz. Bei Iridium- und Platin-Zündkerzen wird eine Spaltverstellung nicht empfohlen, da die Gefahr besteht, dass die mit der Elektrode verschweißte Metallscheibe beschädigt wird. ⓘ
Variationen des Grunddesigns
Im Laufe der Jahre wurde versucht, die Grundkonstruktion der Zündkerze zu variieren, um entweder eine bessere Zündung oder eine längere Lebensdauer oder beides zu erreichen. Zu diesen Variationen gehört die Verwendung von zwei, drei oder vier gleichmäßig verteilten Masseelektroden, die die Mittelelektrode umgeben. Andere Varianten verwenden eine vertiefte Mittelelektrode, die vom Zündkerzengewinde umgeben ist, das praktisch zur Masseelektrode wird (siehe "Oberflächenentladungszündkerze", unten). Es gibt auch die Verwendung einer V-förmigen Kerbe in der Spitze der Masseelektrode. Mehrere Masseelektroden sorgen in der Regel für eine längere Lebensdauer, denn wenn sich die Funkenstrecke aufgrund von Verschleiß durch elektrische Entladungen vergrößert, wandert der Funke zu einer anderen, näher gelegenen Masseelektrode. Der Nachteil mehrerer Masseelektroden besteht darin, dass im Verbrennungsraum des Motors ein Abschirmeffekt auftreten kann, der die Flammenfront bei der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemischs behindert. Dies kann zu einer weniger effizienten Verbrennung und einem erhöhten Kraftstoffverbrauch führen. Außerdem ist es schwierig oder fast unmöglich, sie auf eine andere, einheitliche Spaltgröße einzustellen. ⓘ
Zündkerze mit Oberflächenentladung
Bei einem Kolbenmotor gibt es einen Teil des Verbrennungsraums, der sich immer außerhalb der Reichweite des Kolbens befindet; in diesem Bereich befindet sich die herkömmliche Zündkerze. Ein Wankelmotor hat einen sich ständig verändernden Verbrennungsraum, und die Zündkerze wird zwangsläufig von den Scheiteldichtungen des Rotors überstrichen. Würde eine Zündkerze in den Brennraum des Wankelmotors hineinragen, würde sie von der vorbeiziehenden Scheitelpunktdichtung getroffen werden. Würde die Kerze jedoch versenkt werden, um dies zu vermeiden, würde der Zugang des Gemischs zum Funken verringert, was zu Fehlzündungen oder unvollständiger Verbrennung führen würde. Daher wurde eine neue Art von "Oberflächenentladungs"-Kerze entwickelt, die eine fast flache Seite zum Brennraum hin aufweist. Eine stumpfe Mittelelektrode ragt nur sehr geringfügig vor, und der gesamte geerdete Körper der Kerze dient als Seitenelektrode. Die Elektroden liegen somit knapp außerhalb der Reichweite der vorbeilaufenden Scheiteldichtung, während der Funke für das Kraftstoff-Luft-Gemisch zugänglich ist. Der Lichtbogenabstand bleibt während der gesamten Lebensdauer einer Zündkerze mit Oberflächenabstand konstant, und der Funkenweg ändert sich ständig (anstatt wie bei einer herkömmlichen Kerze von der Mitte zur Seitenelektrode zu springen). Ein weiterer Vorteil der Oberflächen-Spalt-Konstruktion ist, dass die Seitenelektrode nicht abreißen und möglicherweise einen Motorschaden verursachen kann, was bei herkömmlichen Zündkerzen allerdings auch nicht oft vorkommt. ⓘ
Abdichtung zum Zylinderkopf
Die meisten Zündkerzen dichten am Zylinderkopf mit einer hohlen oder gefalteten Einweg-Metallscheibe ab, die zwischen der flachen Oberfläche des Kopfes und der der Kerze knapp über dem Gewinde leicht eingedrückt wird. Einige Zündkerzen haben einen konischen Sitz, bei dem keine Unterlegscheibe verwendet wird. Das Anzugsdrehmoment für den Einbau dieser Zündkerzen soll niedriger sein als das einer Kerze mit Unterlegscheibe. Zündkerzen mit kegelförmigen Sitzen sollten niemals in Fahrzeuge eingebaut werden, deren Köpfe Unterlegscheiben erfordern, und umgekehrt. Andernfalls würde es zu einer schlechten Abdichtung oder einer falschen Reichweite kommen, weil die Gewinde nicht richtig in den Köpfen sitzen. ⓘ
Spitzenüberstand
Die Länge des Gewindeteils der Kerze sollte genau auf die Dicke des Kopfes abgestimmt sein. Wenn eine Kerze zu weit in den Verbrennungsraum hineinragt, kann sie vom Kolben getroffen werden und den Motor im Inneren beschädigen. Weniger dramatisch ist es, wenn die Gewinde der Kerze in den Brennraum hineinragen: Die scharfen Kanten der Gewinde wirken als punktuelle Wärmequellen, die eine Vorzündung verursachen können; außerdem können Ablagerungen, die sich zwischen den freiliegenden Gewinden bilden, das Entfernen der Kerze erschweren und sogar die Gewinde von Aluminiumköpfen beim Entfernen beschädigen. ⓘ
Je weiter die Spitze in den Brennraum hineinragt, desto besser ist in der Regel die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs, obwohl Experten davon ausgehen, dass der Prozess komplexer und von der Brennraumform abhängig ist. Andererseits, wenn ein Motor "Öl verbrennt", neigt das überschüssige Öl, das in den Verbrennungsraum austritt, dazu, die Zündkerzenspitze zu verschmutzen und den Zündfunken zu hemmen; in solchen Fällen sammelt eine Zündkerze mit weniger Überstand, als der Motor normalerweise erfordert, oft weniger Verschmutzungen an und funktioniert besser, und zwar über einen längeren Zeitraum. Für ältere Motoren mit starken Ölverbrennungsproblemen werden spezielle "Antifouling"-Adapter verkauft, die zwischen die Kerze und den Kopf passen, um den Überstand der Kerze genau aus diesem Grund zu verringern; dies führt dazu, dass die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs weniger effektiv ist, aber in solchen Fällen ist dies von geringerer Bedeutung. ⓘ
Wärmebereich
Die Betriebstemperatur einer Zündkerze ist die tatsächliche physikalische Temperatur an der Spitze der Zündkerze im laufenden Motor, die normalerweise zwischen 500 und 800 °C (932 und 1.472 °F) liegt. Sie ist wichtig, weil sie die Effizienz der Selbstreinigung der Zündkerze bestimmt und von einer Reihe von Faktoren abhängt, in erster Linie jedoch von der tatsächlichen Temperatur im Verbrennungsraum. Es gibt keinen direkten Zusammenhang zwischen der tatsächlichen Betriebstemperatur der Zündkerze und der Zündspannung. Die Höhe des vom Motor erzeugten Drehmoments hat jedoch einen starken Einfluss auf die Betriebstemperatur der Zündkerze, da die maximale Temperatur und der maximale Druck auftreten, wenn der Motor in der Nähe des maximalen Drehmoments betrieben wird (Drehmoment und Drehzahl bestimmen direkt die Leistung). Die Temperatur des Isolators reagiert auf die thermischen Bedingungen, denen er im Verbrennungsraum ausgesetzt ist, aber nicht andersherum. Wenn die Spitze der Zündkerze zu heiß ist, kann es zu Vorzündungen oder manchmal auch zu Klopfen kommen, was zu Schäden führen kann. Ist sie zu kalt, können sich elektrisch leitende Ablagerungen auf dem Isolator bilden, die zu einem Verlust an Funkenenergie oder sogar zu einem Kurzschluss des Funkenstroms führen. ⓘ
Eine Zündkerze wird als "heiß" bezeichnet, wenn sie ein besserer Wärmeisolator ist und mehr Wärme in der Spitze der Zündkerze hält. Eine Zündkerze gilt als "kalt", wenn sie mehr Wärme aus der Zündkerzenspitze ableiten und die Temperatur der Spitze senken kann. Ob eine Zündkerze "heiß" oder "kalt" ist, wird als Wärmebereich der Zündkerze bezeichnet. Der Wärmebereich einer Zündkerze wird in der Regel als Zahl angegeben, wobei einige Hersteller aufsteigende Zahlen für heißere Kerzen und andere umgekehrt aufsteigende Zahlen für kältere Kerzen verwenden. ⓘ
Der Wärmebereich einer Zündkerze wird durch die Konstruktion der Zündkerze beeinflusst: die Art der verwendeten Materialien, die Länge des Isolators und die Oberfläche der Kerze, die im Verbrennungsraum exponiert ist. Für den normalen Gebrauch ist die Wahl des Wärmebereichs einer Zündkerze ein Gleichgewicht zwischen dem Heißhalten der Spitze im Leerlauf, um Verschmutzung zu vermeiden, und dem Kalthalten bei maximaler Leistung, um Vorzündung oder Klopfen des Motors zu verhindern. Wenn man "heißere" und "kühlere" Zündkerzen desselben Herstellers nebeneinander betrachtet, kann man das Prinzip sehr gut erkennen: Die kühleren Kerzen haben einen stärkeren keramischen Isolator, der den Spalt zwischen der Mittelelektrode und dem Gehäuse ausfüllt, so dass mehr Wärme durch das Gehäuse abgeleitet werden kann, während die heißeren Kerzen weniger keramisches Material haben, so dass die Spitze stärker vom Körper der Kerze isoliert ist und die Wärme besser speichert. ⓘ
Die Wärme aus dem Verbrennungsraum entweicht durch die Abgase, die Seitenwände des Zylinders und die Zündkerze selbst. Der Wärmebereich einer Zündkerze wirkt sich nur geringfügig auf die Temperatur des Verbrennungsraums und des gesamten Motors aus. Eine kalte Kerze kühlt die Betriebstemperatur eines Motors nicht wesentlich ab. (Eine zu heiße Kerze kann jedoch indirekt zu einer Frühzündung führen, die die Motortemperatur erhöhen kann). Der Haupteffekt einer "heißen" oder "kalten" Zündkerze besteht vielmehr darin, dass sie die Temperatur der Zündkerzenspitze beeinflusst. ⓘ
Vor der modernen Ära der computergesteuerten Kraftstoffeinspritzung war es üblich, mindestens zwei verschiedene Wärmebereiche für die Zündkerzen eines Automotors festzulegen: eine heißere Kerze für Autos, die hauptsächlich langsam in der Stadt gefahren werden, und eine kältere Kerze für den dauerhaften Einsatz auf der Autobahn bei hoher Geschwindigkeit. Diese Praxis ist jedoch weitgehend überholt, da die Kraftstoff-Luft-Gemische und die Zylindertemperaturen von Autos aus Gründen der Emissionsbegrenzung in einem engen Bereich gehalten werden. Für Rennmotoren ist es jedoch nach wie vor von Vorteil, den richtigen Zündkerzen-Wärmebereich zu wählen. Sehr alte Rennmotoren haben manchmal zwei Sätze Zündkerzen, einen nur für den Start und einen weiteren für den Betrieb, sobald der Motor warmgelaufen ist. ⓘ
Die Hersteller von Zündkerzen verwenden unterschiedliche Zahlen zur Angabe des Wärmebereichs ihrer Zündkerzen. Einige Hersteller, wie Denso und NGK, haben Zahlen, die mit zunehmender Kälte höher werden. Im Gegensatz dazu verwenden Champion, Bosch, BRISK, Beru und ACDelco ein Wärmebereichssystem, bei dem die Zahlen größer werden, je heißer die Zündkerzen werden. Daher müssen die Wärmebereichszahlen zwischen den verschiedenen Herstellern übersetzt werden. Die gleichen Zahlen haben bei den verschiedenen Herstellern sehr unterschiedliche Bedeutungen. In diesem Fall können Zündkerzen mit denselben Wärmewertnummern nicht ohne weiteres als gleichwertig betrachtet werden. Im Extremfall ist die BR2LM von NGK gleichwertig mit der RJ19LM von Champion, einer gängigen Zündkerze für viele Rasenmäher. ⓘ
Ablesen von Zündkerzen
Das Zündende der Zündkerze wird durch die innere Umgebung des Brennraums beeinflusst. Da die Zündkerze zur Inspektion ausgebaut werden kann, lassen sich die Auswirkungen der Verbrennung auf die Kerze untersuchen. Eine Untersuchung oder "Ablesung" der charakteristischen Markierungen auf dem Zündkerzenzünder kann auf die Bedingungen im laufenden Motor hinweisen. Die Zündkerzenspitze trägt die Markierungen als Beweis dafür, was im Motor vor sich geht. Normalerweise gibt es keine andere Möglichkeit zu erfahren, was im Inneren eines Motors vor sich geht, der mit Höchstleistung läuft. Motor- und Zündkerzenhersteller veröffentlichen Informationen über die charakteristischen Markierungen in Ablesetabellen für Zündkerzen. Solche Tabellen sind für den allgemeinen Gebrauch nützlich, aber für das Ablesen von Zündkerzen in Rennmotoren, was eine ganz andere Sache ist, sind sie fast nutzlos. ⓘ
Eine leichte bräunliche Verfärbung der Spitze des Blocks deutet auf einen ordnungsgemäßen Betrieb hin; andere Bedingungen können auf eine Fehlfunktion hindeuten. Ein sandgestrahltes Aussehen der Zündkerzenspitze bedeutet zum Beispiel, dass eine anhaltende, leichte Detonation auftritt, die oft nicht zu hören ist. Der Schaden, der an der Zündkerzenspitze auftritt, tritt auch im Inneren des Zylinders auf. Schwere Detonationen können zum Bruch des Zündkerzenisolators und innerer Motorteile führen, bevor sie als sandgestrahlte Erosion erscheinen, aber leicht zu hören sind. Ein weiteres Beispiel: Wenn die Kerze zu kalt ist, bilden sich Ablagerungen an der Nase der Kerze. Ist die Kerze dagegen zu heiß, sieht das Porzellan porös aus, fast wie Zucker. Das Material, das die Mittelelektrode mit dem Isolator versiegelt, kocht aus. Manchmal erscheint das Ende der Kerze glasig, da die Ablagerungen geschmolzen sind. ⓘ
Ein Motor, der im Leerlauf läuft, hat andere Auswirkungen auf die Zündkerzen als ein Motor, der mit Vollgas läuft. Zündkerzenmesswerte sind nur für die letzten Betriebsbedingungen des Motors gültig, und wenn der Motor unter anderen Bedingungen läuft, können charakteristische Markierungen, die zuvor auf den Zündkerzen hinterlassen wurden, gelöscht oder verdeckt werden. Daher erhält man die wertvollsten Informationen, wenn man den Motor mit hoher Drehzahl und unter Volllast laufen lässt, die Zündung sofort ausschaltet und ohne Leerlauf oder niedrige Drehzahl anhält und die Zündkerzen zum Ablesen herausnimmt. ⓘ
Um das Ablesen der Zündkerzen zu verbessern, gibt es Zündkerzensichtgeräte, die einfach eine Kombination aus Taschenlampe und Lupe sind. ⓘ
Indizieren von Zündkerzen
Beim "Indexieren" der Zündkerzen wird die Zündkerze so eingebaut, dass der offene, nicht von der Masseelektrode abgedeckte Bereich des Spalts zur Mitte des Brennraums und nicht zu einer seiner Wände zeigt. Die Theorie besagt, dass dadurch das Kraftstoff-Luft-Gemisch dem Zündfunken am besten ausgesetzt ist und außerdem sichergestellt wird, dass jeder Brennraum gleichmäßig angeordnet ist, was zu einer besseren Zündung führt. Die Indizierung erfolgt, indem man die Position des Spalts auf der Außenseite der Kerze markiert, sie einbaut und die Richtung der Markierung notiert. Dann wird die Kerze entfernt und Unterlegscheiben werden hinzugefügt, um die Ausrichtung der angezogenen Kerze zu ändern. Dies muss für jeden Stecker einzeln geschehen, da die Ausrichtung des Spalts in Bezug auf die Gewinde des Gehäuses zufällig ist. Einige Zündkerzen werden mit einer nicht zufälligen Ausrichtung des Spalts hergestellt und sind in der Regel durch einen Zusatz zur Modellnummer gekennzeichnet; in der Regel werden diese von Herstellern sehr kleiner Motoren spezifiziert, bei denen die Zündkerzenspitze und die Elektroden einen großen Teil der Form des Brennraums ausmachen. Der Honda Insight ist ab Werk mit indexierten Zündkerzen ausgestattet, wobei vier verschiedene Teilenummern verfügbar sind, die den verschiedenen Indexierungsgraden entsprechen, um eine möglichst effiziente Verbrennung und maximale Kraftstoffeffizienz zu erreichen. ⓘ
Grundlagen
Feuerungsanlagen
Bei Öl- und Gasbrennern von Feuerungsanlagen werden mit Zündkerzen technisch verwandte, jedoch mechanisch oft anders aufgebaute, Zündelektroden eingesetzt. Neben der Entzündung des Brennstoff-Luft-Gemisches dienen sie oft auch zur Messung des Ionisationsstromes für die Zündsicherung. ⓘ
Neue Technologien
In letzter Zeit werden zunehmend auch Gleitfunkenzündkerzen resp. Luftgleitfunkenzündkerzen eingesetzt. Diese haben mehrere einzelne Masseelektroden (in der Regel 2 oder 4) oder eine 360°-Elektrode und eine längerlebige Mittelelektrode (durch Materialwahl und Form). Im Unterschied zu einer herkömmlichen Zündkerze gleitet der Zündfunke über ein Isolatormaterial – bei der Luftgleitfunkenkerze überspringt der Zündfunke zusätzlich noch einen kleinen Luftspalt – immer zu der Masseelektrode, die den geringsten Abstand zur Mittelelektrode hat. Bedingt durch den Isolator wird die Funkenstrecke erheblich größer als bei normalen Kerzen. Ein längerer Funke resp. eine größere Funkenoberfläche sowie die im Gegensatz zu einer herkömmlichen Zündkerze offenliegende Funkenstrecke beeinflussen den Zündvorgang erheblich und können die Verbrennung verbessern. ⓘ
Derzeit werden auch Versuche durchgeführt, das Benzin-Luft-Gemisch durch einen Laserstrahl zu zünden. Das muss durch eine Quarzglasscheibe erfolgen. Allerdings verursacht die laufende Verschmutzung des Glases Probleme. ⓘ
Gewinde- und Sitzform
Es gibt nur Einheitsgrößen von Zündkerzen. Diese werden je nach Bauart und Größe des Motors eingesetzt. Die Zündkerzen unterscheiden sich in Länge, Durchmesser und Steigung des Zündkerzengewindes:
| Gewinde | Schlüsselweite | Verwendung ⓘ |
|---|---|---|
| M 8 × 1 | SW 13 | verbaut in kleinen 4-Takt-Rollern; z. B. Honda NPS 50 Zoomer |
| M 10 × 1 | SW 16 | verbaut in älteren Mopeds; z. B. Honda CY/CB/XR/XL 50 |
| M 12 × 1,25 | SW 18 | meist bei Motorrädern; in jüngster Zeit zunehmend auch bei Autos |
| M 14 × 1,25 | SW 20,8 | meist bei älteren Automotoren |
| M 14 × 1,25 | SW 16 | bei den meisten Automotoren |
| M 16 × 1,25 | SW 16 | |
| M 18 × 1,5 | SW 20,8 | |
| M 18 × 1,5 | SW 25,4 | selten bei Automotoren, oft bei alten Zweitaktmotoren; Standard bei Flugzeugmotoren vor 1930 |
Neben unterschiedlichen Gewinden gibt es auch verschiedene Sitzformen. Die klassische Ausführung weist einen flachen Sitz mit Dichtring auf. Neben dieser Form kommen aber auch Kerzen mit Kegelsitz zum Einsatz, welche keinen Dichtring benötigen. ⓘ
Ausführung
Manche Zündkerzen enthalten einen eingebauten Entstörwiderstand von ca. 5 kΩ. Man erkennt diese Typen meist an dem Buchstaben R (z. B. bei Bosch und NGK) in der Typenbezeichnung. ⓘ
Diese Zündkerzenvariante kann ohne Weiteres auch in Verbindung mit Kerzensteckern mit integriertem Widerstand (entstörten Kerzensteckern) eingesetzt werden. Eine Schwächung des Zündfunkens durch die Reihenschaltung der Widerstände ist nicht zu befürchten, da kaum Strom fließt. NGK schreibt dazu: Der Einsatz von NGK-Zündkerzensteckern mit Entstörwiderständen bietet in Verbindung mit entstörten NGK-Zündkerzen eine optimale Unterdrückung von Störfrequenzen in allen Frequenzbereichen ohne dabei das Laufverhalten des Motors negativ zu beeinflussen. ⓘ
Der Zündkerzenstecker wird auf die Kerze aufgesteckt und stellt so den Kontakt zur Mittelelektrode her. Dabei gibt es Stecker, die anstelle des Anschlussbolzens (Gewinde M 4) eine SAE-Anschlussmutter auf der Kerze benötigen. Diese Mutter kann bei nahezu allen Zündkerzen mit einer Zange abgeschraubt werden, wenn sie nicht benötigt wird. Bei neuen Zündkerzen wird die Mutter meist separat in die Verpackung gelegt, so dass sie im Bedarfsfall erst aufgeschraubt werden muss. ⓘ
Elektrodenausführung
Es gibt zahlreiche Hersteller von Zündkerzen, die nicht nur Ausführungen mit zwei Elektroden liefern. Heute sind auch Bauformen mit drei, vier oder gar fünf Elektroden gängig. Eine Spezialausführung sind Kerzen mit einer gespaltenen Elektrode, die unter dem Markennamen „Splitfire“ angeboten werden. ⓘ
Nicht der Kerzenhersteller bestimmt, welche Ausführung in den jeweiligen Motoren eingesetzt werden soll, sondern der Motorenhersteller; die Gestaltung der Elektrodenform bzw. -ausführung und der Funkenlage (Maß vom Ende des Kerzengewindes bis zu der Elektrodenspitze) wird bei der Entwicklung des Motors festgelegt. Bei modernen Ottomotoren hat die Form erheblichen Einfluss auf das Laufverhalten, den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen. Eigenmächtig geänderte Zündkerzen können sich äußerst ungünstig auf den Motor auswirken. Im besten Fall bewirken sie schlechteres Startverhalten, unruhigen Lauf, Aufleuchten der Motorkontrollleuchte (MIL) – aber auch schwere Motorschäden können die Folge einer falschen Kerzenwahl sein, insbesondere bei direkteinspritzenden Motoren, bei denen eine präzise Zündung besonders wichtig ist. ⓘ
Elektrodenmaterial
Bei Standard-Zündkerzen kommen Nickel oder temperaturbeständige Eisen-Nickel-Chrom-Legierungen als Elektrodenwerkstoff zum Einsatz – zur besseren Wärmeableitung mit Kupferkern. Bei höheren Beanspruchungen wird auch Platin, Silber, Iridium oder eine Nickel-Yttrium-Legierung verwendet, die zusätzlich auf die Grundelektrode aufgebracht werden. Das ermöglicht deutlich längere Standzeiten (längere Wechselintervalle). Während bei PKW-Motoren um 1980 noch Wechselintervalle von 10.000 bis 15.000 km üblich waren, halten moderne Kerzen (etwa seit 2010) bis zu 100.000 km lang. Bei extremem thermischen Stress hat sich Inconel bewährt. Dieses Material wird unter anderem auch in Abgasturboladern (Turbinenrad) eingesetzt. ⓘ
Isolatorwerkstoff
Der Isolator besteht aus Aluminiumoxid. Diese Keramik ist sehr spröde und dementsprechend sorgsam muss mit einer Zündkerze umgegangen werden. Eine fallen gelassene Zündkerze – auch wenn sie optisch unversehrt scheint – sollte nicht mehr verwendet werden. Schon kleinste Stöße können Risse hervorrufen, die sich in Funktionsstörungen äußern. Die Wärmeableitung kann beeinträchtigt werden, es entstehen Glühzündungen. Bruchstücke des Isolators im Brennraum beschädigen wesentliche Komponenten des Motors bis hin zum Motorschaden. ⓘ
Zündkerze mit integriertem Sensor
Messung des Verbrennungsdruckes
Klassische Indiziertechnik erfordert die Messung des Druckes im Zylinder. Mit Hilfe der Druckmessung schließt man auf die Verbrennungsvorgänge und weiter auf den Wirkungsgrad des Motors. Für diese Druckmessung verwendet man piezoelektrische Drucksensoren, die normalerweise in einer zusätzlichen Montagebohrung im Zylinderkopf eingeschraubt sind. Da das eine mechanische Bearbeitung erfordert, wurde nach einer Lösung gesucht, solche Sensoren in der Zündkerze zu integrieren. Anbieter wie Bosch, AVL, Kistler oder Piezocryst bieten unterschiedliche Lösungen an und seien hier als die wichtigsten Marktwettbewerber genannt. ⓘ
Optische Indiziermesstechnik
Um optische Messtechnik in der Verbrennungsmesstechnik zu nutzen, entwickelte AVL erstmals Zündkerzen mit integrierten optischen Lichtleitern, die einen Einblick in den Brennraum ermöglichen. Verbrennungsvorgänge können somit optisch aufgezeichnet und studiert werden. ⓘ
Messung des Ionenstromes
Während der Verbrennung enthält das Gas im Brennraum aufgrund seiner hohen Temperatur einen hohen Anteil an Ionen, ist also schwach leitfähig. In der Motorenforschung werden Sensor-Zündkerzen benutzt, um über den Ionenstrom Rückschlüsse auf die Verbrennung ziehen zu können. Es existieren auch Sensor-Zündkerzen mit integriertem Druckmesser, um Informationen zum Brennverlauf zu erhalten. Die integrierte Ionenstrommessung ist aber während des Zündfunkens nicht einsetzbar. ⓘ
Daihatsu setzt die Ionenstrommessung im K3-Motor ein (der im YRV, Sirion und Copen verbaut wurde), sowie in dem im Cuore L251 verbauten EJ-VE-Motor. ⓘ