Was macht eine Zündkerze?

So entsteht der Zündfunke

Die Zündkerze erzeugt keine Spannung. Die Autobatterie liefert nur 12 Volt, viel zu wenig, um durch Luft zu springen. Das übernimmt die Zündspule, bei modernen Motoren meist eine eigene für jede Kerze: Sie macht daraus einen kurzen Stoß von 10.000 bis 40.000 Volt und schickt ihn genau in dem Moment, den das Motorsteuergerät vorgibt, auf die Mittelelektrode der Kerze.

Die Kerze sorgt dafür, dass diese Hochspannung einen sicheren Weg und eine Funkenstrecke bekommt. Ein Isolator aus Keramik trennt die Mittelelektrode vom Metallgehäuse, das in den Zylinderkopf geschraubt ist und damit an Masse liegt. An der Spitze endet die Mittelelektrode kurz vor der Masseelektrode, einem kleinen Haken am Gehäuse. Der Elektrodenabstand beträgt bei den meisten Pkw-Motoren etwa 1 mm, je nach Motor 0,6 bis 1,8 mm. Die Spannung steigt, bis das Gas im Spalt leitend wird und der Funke überspringt.

Der Funke ist im Nu vorbei, erhitzt aber ein winziges Stück Gemisch so stark, dass es von selbst weiterbrennt. Von diesem Flammenkern aus läuft die Flammenfront durch den ganzen Brennraum. Die Kerze zündet nur, die Arbeit leistet der verbrennende Kraftstoff.

Zündzeitpunkt: warum er sich verschiebt

Der Moment des Funkens heißt Zündzeitpunkt und wird in Grad Kurbelwinkel vor OT angegeben. Echte Ottomotoren zünden zwischen etwa 10° vor OT im Leerlauf und etwa 30° bei hoher Drehzahl. Auch die Last spielt mit: Bei Vollgas ist der Zylinder voller, das Gemisch brennt schneller, und der Motor ist näher am Klopfen. Er braucht dann weniger Frühzündung als bei gemütlicher Fahrt mit wenig Gas.

Liegt der Zeitpunkt daneben, merkt das der Motor. Zündet die Kerze zu früh, steigt der Druck, während der Kolben noch hochgeht. Der unverbrannte Rest des Gemischs kann sich dann schlagartig selbst entzünden: Du hörst ein metallisches Klingeln, das Klopfen, und auf Dauer leiden die Kolben. Zündet sie zu spät, kommt der Druckhöhepunkt erst, wenn der Kolben schon weit unten ist: Der Motor verliert Leistung, verbraucht mehr, und das Abgas wird sehr heiß. Früher stellte der Zündverteiler den Zeitpunkt ein, heute berechnet ihn das Steuergerät für jeden Funken aus Drehzahl, Last und Temperatur. Klopfsensoren am Motorblock melden, wenn es klopft, und das Steuergerät nimmt die Zündung sofort zurück.

Aufbau einer Zündkerze

Eine Zündkerze ist in Schichten um die Mittelelektrode gebaut. Oben sitzt der Anschlussbolzen, auf den die Zündspule oder ihr Stecker kommt. Darunter hält der weiße Keramikisolator aus Aluminiumoxid die Mittelelektrode und verhindert, dass Zehntausende Volt zum Gehäuse abfließen. Die Rippen außen verlängern den Weg über die Oberfläche, damit kein Strom darüber kriecht. Viele Kerzen haben im Isolator einen Entstörwiderstand, der Funkstörungen durch den Zündfunken dämpft.

Das Metallgehäuse hält alles zusammen. Am Sechskant setzt der Zündkerzenschlüssel an, das Gewinde kommt in den Zylinderkopf, und ein Dichtring oder ein kegeliger Sitz hält das Verbrennungsgas im Zylinder. Unten biegt sich die Masseelektrode zur Spitze der Mittelelektrode hin und lässt den Spalt frei, über den der Funke springt. Außerdem muss die Kerze Wärme von ihrer Spitze in den Zylinderkopf ableiten. Wie gut sie das tut, gibt der Wärmewert an.

Wärmewert: zwischen Selbstreinigung und Glühzündung

Die Spitze des Isolators steckt mitten im Feuer, ihre Temperatur ist deshalb wichtig. Unter etwa 450 °C brennen Ruß und Ölreste nicht ab. Sie setzen sich auf der Spitze fest, bis sie leitend werden und der Strom daran abfließt, statt als Funke zu springen: Die Kerze verrußt. Über etwa 850 °C wird die Spitze selbst so heiß, dass sie das Gemisch vor dem Funken entzündet. Diese Glühzündung kommt viel zu früh und kann Elektroden und Kolben schmelzen. Eine Kerze soll zwischen diesen beiden Grenzen arbeiten.

Wie heiß eine Kerze wird, beschreibt ihr Wärmewert. Eine heiße Kerze hat eine lange Isolatorspitze, die Wärme nur über einen langen Weg abgibt. Sie bleibt heiß und reinigt sich selbst, das passt zu Motoren, die kühl und gemächlich laufen. Eine kalte Kerze hat eine kurze Spitze, die Wärme schnell an den Zylinderkopf weitergibt, das passt zu Motoren mit hoher Last, etwa mit Turbolader. Die Hersteller nummerieren den Wärmewert unterschiedlich, richtig ist also die Kerze, die der Motorhersteller vorschreibt.

Kupfer, Platin oder Iridium und wann wechseln

Jeder Funke trägt ein wenig Elektrodenmetall ab. Der Spalt wird langsam größer, und die Zündspule braucht mehr Spannung, um ihn zu überbrücken. Einfache Kerzen mit einer Elektrode aus Nickellegierung um einen Kupferkern sind günstig und leiten Wärme gut, verschleißen aber am schnellsten: Sie werden meist alle 30.000 bis 50.000 km gewechselt. Kerzen mit einer dünnen Spitze aus Platin oder Iridium an der Mittelelektrode halten viel länger, etwa 100.000 km und mehr. Viele moderne Motoren haben sie ab Werk.

Diese Werte sind übliche Spannen, keine festen Regeln. Es gilt das Intervall im Wartungsplan deines Autos, und es lohnt sich, die vorgeschriebene Kerze einzubauen: Ein anderer Elektrodenabstand oder Wärmewert kann den Motor schlechter laufen lassen.

Woran du eine verschlissene Zündkerze erkennst

Eine verschlissene oder verrußte Kerze zündet schwach oder nicht bei jedem Mal. Ihr Zylinder hat dann Zündaussetzer: Der Motor ruckelt oder läuft im Leerlauf unrund, zieht beim Beschleunigen schlecht, springt besonders bei Kälte schwer an und verbraucht mehr, weil unverbranntes Gemisch in den Auspuff geht. Oft leuchtet die Motorkontrollleuchte mit einem Fehlercode für Zündaussetzer in diesem Zylinder, und der unverbrannte Kraftstoff kann den Katalysator überhitzen.

Am Kerzengesicht lässt sich viel ablesen: Hellgraue bis rehbraune Beläge zeigen einen gesunden Motor, schwarzer Ruß ein zu fettes Gemisch oder eine zu kalte Kerze, weiße, blasige oder angeschmolzene Spitzen eine Überhitzung.

FAQ

Häufige Fragen