Allgemeine Verfahren – Zündkerzen prüfen

Inspektion

Ungebraucht

1. • Eine ungezündete Zündkerze sollte sehr sauber aussehen, mit sauberer Nickelbeschichtung am Gewinde und an der Masselasche. Die Oberfläche des Keramikisolators der Mittelelektrode ist oft matt oder stumpf und rein weiß. Der äußere Primärisolator besteht häufig aus poliertem weißem Keramikmaterial mit entsprechenden Prägeetiketten. Einige Zündkerzen haben ein glattes Gehäuse, andere ein gerilltes Isolatorgehäuse. Ford-Zündkerzen verwenden fast immer ein gerilltes Gehäuse mit glasierten blauen Rippenspitzen. Die Antihaft-Silikonölbehandlung, die bei allen Ford-Zündkerzen verwendet wird, kann rosa eingefärbt sein. Einige Lieferanten verwenden dies, um anzuzeigen, dass Silikonöl aufgetragen wurde.
   • Es sind keine Korrekturmaßnahmen erforderlich.

Normale Verbrennung

2. • Eine normal verbrannte Zündkerze weist häufig eine weiße oder leicht gebräunte (braune oder hellgraue) Färbung an der Mittelelektrode auf sowie eine saubere oder leicht verfärbte Masseelektrode.
   • Es sind keine Korrekturmaßnahmen erforderlich.

Verrußung

3. • Verrußung kann Zündaussetzer im Motor verursachen. Wenn sich Ruß aus unvollständiger Verbrennung an der Oberfläche des Isolators der Mittelelektrode ansetzt, werden die dielektrischen Eigenschaften des Isolators und der Isolationswiderstand beeinträchtigt. Bei ausreichender Rußablagerung auf der Mittelelektrode und der Isolatoroberfläche kann sich der primäre Leitungspfad von einem Funkenüberschlag zu einem Kurzschluss über die Rußablagerung verändern. Dies wird auch als Funkenableitung bezeichnet. Durch den Kurzschluss infolge der Rußablagerung wird die verfügbare Spannung an der Spitze der Mittelelektrode reduziert, bis kein Funke mehr das Gemisch entzündet und Zündaussetzer auftreten. Die Wahl des richtigen Wärmebereichs ist notwendig, um Frühzündungen und Verrußung zu vermeiden. Auch bei richtigem Wärmebereich sind übermäßige Kaltstarts und/oder übermäßiger Leerlauf bei kalter Motortemperatur ohne Aufwärmzyklus zu vermeiden. Für eine ordnungsgemäße Selbstreinigung ist die Zündkerze unbedingt mit einem Fahrzyklus mit mittlerer Last aufzuwärmen. Die normale Betriebstemperatur der Zündkerze kann 450–850 °C (842–1562 °F) betragen; bei dieser Temperatur verbrennt der Ruß während des Zündens, und die Zündkerze reinigt sich selbst.
   • Eine Fahrt mit ausreichender Strecke und Drehzahl kann die Zündkerzen von Ruß befreien (z. B.: 4 Meilen bei 3000 U/min).
   • Wenn dies nicht hilft, Zündkerzen erneuern.

Bleiverschmutzung und Erosion

4. • Bleiverschmutzung kann bei Motoren auftreten, die verbleites Benzin verwenden. Bei modernen Motoren tritt dieser Fehler selten auf, da TEL (Tetraethylblei) als Kraftstoffzusatz für Endverbraucher schon lange nicht mehr an Tankstellen erhältlich ist. Bleiverschmutzung kann bei Hochverdichtungs-Rennmotoren und in einigen wenigen Fällen bei Flugzeuganwendungen auftreten. Zündkerzen, die bleihaltigem Kraftstoff ausgesetzt waren, erkennt man typischerweise an einem gelbbraun verfärbten Isolator der Mittelelektrode; sie können bei hoher Drehzahl und hoher Last Zündaussetzer verursachen. Außerdem sind die Masseelektroden bei Motoren, die über längere Zeit verbleites Kraftstoff verwenden, häufig abgenutzt. Dieser Fehler entsteht, weil Bleiverbindungen bei hohen Temperaturen chemisch mit dem Nickelwerkstoff der Elektroden reagieren. Diese chemischen Reaktionen führen oft zu erhöhter Sprödigkeit und verminderter Festigkeit des Masseelektrodenwerkstoffs.
   • Den Kunden darauf hinweisen, verbleites Kraftstoffe und/oder klopffestigkeitssteigernde Additive zu vermeiden.
   • Den Katalysator-Kontrollsensor (CMS) und den HO2S-Sensor auf Anzeichen von Bleischäden untersuchen.
   • Neue Zündkerzen einbauen.

Nasse Verschmutzung durch Kühlmittel/Öl

5. • Nasse Verschmutzung entsteht meist durch überschüssigen Kraftstoff, Öl oder Kühlmittel im Brennraum während des Betriebs. Nass verschmutzte Zündkerzen führen häufig zu schlechtem Startverhalten und Zündaussetzern. Eine nass verschmutzte Zündkerze deutet oft auf zusätzliche mechanische Probleme im Motor hin, etwa eine beschädigte Zylinderkopfdichtung, Ölverlust über den Kolbenring oder eine Undichtigkeit im Ventiltrieb. In manchen Fällen können auch geringe Verdichtung, Unterdruckverlust, übermäßige Zündverzögerung oder ein falscher Wärmebereich der Zündkerze die Ursache sein. Die Hauptursache für Zündaussetzer ist ein Weg mit geringem Widerstand, der durch Öl-, Kraftstoff- oder Kühlmittelablagerungen entsteht. Nasse Ablagerungen bieten einen Weg mit geringerem Widerstand für den Funkenüberschlag von der Hochspannungs-Mittelelektrode zur Masse. Bei Fahrten mit Kühlmittelverlust über längere Zeit kann die Zündkerze gereinigt werden.
   • Auf nasse schwarze Ablagerungen am Isolator und an den Elektroden sowie auf eine Öffnung im Gehäuse prüfen, die durch übermäßiges Eindringen von Öl in den Brennraum infolge verschlissener Kolbenringe und Kolben, übermäßiges Ventilführungsspiel oder verschlissene bzw. lose Lager verursacht wird.
   • Die Ursache für den Kühlmittel- oder Ölverlust beheben.
   • Neue Zündkerzen einbauen.

Ablagerungsaufbau

6. • Ablagerungen auf der Zündkerze können auf Ölverlust oder minderwertigen Kraftstoff hinweisen. Diese aschehaltigen Beläge verursachen häufig Zündaussetzer, da ein Weg mit geringem Widerstand von der Mittelelektrode zur Masse entsteht.
   • Bei Bedarf den Ölverlust beheben.
   • Den Kunden über möglicherweise minderwertigen Kraftstoff informieren.
   • Neue Zündkerzen einbauen.

Ungewöhnliche Erosion/Korrosion/Oxidation

7. • Erosion, Korrosion oder Oxidation der Zündkerze wird häufig durch verbleites Benzin verursacht, das mit den Elektrodenwerkstoffen reagiert (siehe Bleiverschmutzung). Diese Symptome zeigen sich als Narben, Risse oder erodierte Elektroden und manchmal als grüne Glasur, wenn die Kupferoxidation stark ist. Diese Zustände führen zu einem vergrößerten, falschen Zündkerzenelektrodenabstand und schlechter Leistung. Neuerdings kann die Verwendung von Ethanol-Kraftstoffgemischen E85 (85 % Ethanol) diesen Oxidationszustand verursachen. Die Wahl des Wärmewerts für E85-Anwendungen liegt in der Regel eine Stufe kälter, da zusätzliche Zündwinkelverstellung zum Ausgleich des Leistungsverlusts verwendet wird. Höhere Spitzentemperaturen in Verbindung mit schnellen Temperaturwechseln an der Elektrodenoberfläche führen zu Oberflächenrissen und möglicher oxidationsbedingter Korrosion.
   • Sicherstellen, dass E85 nicht in einem Fahrzeug verwendet wird, das nicht für E85 ausgelegt ist (Flex-Fuel-Fahrzeug).
   • Neue Zündkerzen einbauen.

Bruch der Masseelektrode

8. • Ein Bruch der Masseelektrode kann durch Vorentflammung oder eine andere übermäßige Stoßbelastung verursacht werden. Ein Bruch der Masseelektrode kann durch falschen Zündzeitpunkt, falsche Kraftstoffart oder eine nicht zugelassene Heli-Coil-Reparatur mit verringerter Wärmeleitfähigkeit im Gewinde der Zündkerze verursacht werden.
   • Kraftstoffversorgung und Zündzeitpunkt prüfen.
   • Den richtigen Wärmewert der Zündkerzen bestätigen.
   • Sicherstellen, dass das Gewinde des Zylinderkopfs nicht mit einem Heli-Coil-Gewindereparatursatz instand gesetzt wurde.
   • Neue Zündkerzen einbauen.

MMT-Verschmutzung (Heiß-Verschmutzung)

9. • MMT (Methylcyclopentadienyl-Mangantricarbonyl) wird häufig als Klopffestigkeitsverbesserer in Verbindung mit minderwertigem Kraftstoff verwendet, um die Oktanzahl auf die zulässigen Grenzwerte anzuheben. Wenn bei der Verbrennung überhöhte Mn-Gehalte (Mangan) im Kraftstoff vorhanden sind, können Manganablagerungen den Brennraum, die Katalysatoren und die Zündkerzen verschmutzen. Mn in höheren Konzentrationen kann zu Vorentflammung und Zündaussetzern des Motors führen. Mn-Ablagerungen werden leitfähig, wenn die Oberflächentemperatur ~550 °C (1022 °F) übersteigt. Aus diesem Grund wird diese Fehlerart als Heiß-Verschmutzung bezeichnet. Verschmutzung des Isolators: Da MMT einen hohen Mangananteil hat, ist ein rötlicher Belag auf dem Isolator der Zündkerze und den Masseelektroden vorhanden. Der rötliche Belag wird häufig von einer Rußschicht überdeckt, wenn die Zündkerze aussetzt.
   • Dem Kunden empfehlen, verbleites Kraftstoff und/oder oktanzahlerhöhende Additive zu vermeiden.
   • CMS und HO2S auf MMT-Schäden prüfen.
   • Neue Zündkerzen einbauen.

Ferrocen-Verschmutzung (Hot-Replacement-Verschmutzung)

10. • Ferrocen (Metallocen) ist eine metallorganische Verbindung, die häufig anstelle von MMT als Oktanzahlverbesserer verwendet wird. Die Oberfläche selbst ist leuchtend orange gefärbt. Wenn bei der Verbrennung überhöhte Ferrocen-Gehalte im Kraftstoff vorhanden sind, können Ferrocen-Ablagerungen den Brennraum, die Katalysatoren und die Zündkerzen verschmutzen. Die Ablagerungen werden leitfähig, wenn die Oberflächentemperatur 450 °C übersteigt. Aus diesem Grund wird diese Fehlerart als Hot-Replacement-Verschmutzung bezeichnet. Ferrocen in höheren Konzentrationen kann zu Vorentflammung und Zündaussetzern des Motors führen.
    • Den Kunden informieren, dass verbleites Kraftstoff und/oder oktanzahlerhöhende Additive nicht verwendet werden dürfen. Den Kunden bitten, dies zu unterlassen.
    • CMS und Lambdasonde HO2S auf Ferrocen-Schäden prüfen.
    • Neue Zündkerzen einbauen.

Überhitzung und Schmelzen der Elektroden

11. • Anzeichen einer Überhitzung sind weiße oder hellgraue Flecken und ein bläulich verbrannt wirkendes Erscheinungsbild der Elektroden. Diese werden verursacht durch Motorüberhitzung, falsche Kraftstoffart, lockere Zündkerzen, Zündkerzen mit falschem Wärmewert, niedrigen Kraftstoffpumpendruck oder falschen Zündzeitpunkt. Geschmolzene Ablagerungen treten mit geschmolzenen oder fleckigen Ablagerungen auf, die Blasen ähneln, und deuten auf plötzliche Beschleunigung hin.
    • Kraftstoffversorgung und Zündzeitpunkt prüfen.
    • Den richtigen Wärmewert der Zündkerzen bestätigen.
    • Kühlsystem auf Undichtigkeiten und Verstopfungen sowie die Wasserpumpe auf Funktion prüfen.
    • Kühlsystem instand setzen und bei Bedarf Kühlmittel nachfüllen.
    • Neue Zündkerzen einbauen.

Beschädigung und Bruch des Isolators

12. • Ein Bruch des Isolators der Mittelelektrode wird häufig durch einen plötzlichen thermischen Schock infolge rascher Erwärmung oder Abkühlung verursacht. Er kann auch durch eine mechanische Belastung von außen (Schlag) verursacht werden oder durch Ereignisse vor der Zündung entstehen, wenn die Seitenlast durch Druckstöße der Verbrennung stark genug ist, um das Isolatorkeramikmaterial zu zerstören. Zündkerzen mit heißerem Wärmewert haben einen längeren Isolator, um das Risiko der Verschmutzung der Zündkerze zu verringern, sind aber bei Vorentflammung im niedrigen Drehzahlbereich anfälliger für Bruch, da das Biegemoment zunimmt. Migration von Öl oder Schwefeloxid zwischen der Mittelelektrode und dem Innendurchmesser des Isolators kann eine innere Kraft erzeugen, die ausreicht, um einen U-förmigen Riss zu bilden. Weitere Informationen zu diesem Fehlerbild finden Sie im Abschnitt Natrium-/Ölmigration.
    • Neue Zündkerzen einbauen.

Natrium-/Ölmigration

13. • Bei der Ölmigration gelangt Ölnebel beim Ansaugen der Ladung in den Brennraum. Bei einem deaktivierten Zylinder bleiben die Ventile geschlossen, und das Öl im Brennraum verbrennt nicht. Der Ölnebel haftet an den Oberflächen der Zündkerze und des Öls. Durch Kapillarwirkung dringt er in den Spalt zwischen Isolator und Mittelelektrode ein. Beim Reaktivieren des Zylinders verbrennt das Öl an der Oberfläche, wobei aufgrund unvollständiger Verbrennung Ruß in den Spaltbereichen entsteht. Beim erneuten Erwärmen der Zündkerze dehnt sich die Mittelelektrode thermisch wesentlich schneller aus als der Isolator, wodurch Druckspannungen an der Mittelelektrode und Zugspannungen an der Außenseite des Elektrodenisolators entstehen. Diese Spannungen können bei ausreichender Höhe zum Bruch des Keramikisolators führen. Bei der Natriummigration entsteht während der Verbrennung Natriumsulfat, und Ablagerungen bilden sich im Spalt zwischen Mittelelektrode und Isolator. Die Quelle des Natriumsulfats ist derzeit unbekannt, es wird jedoch angenommen, dass es aus dem Kraftstoff E100 stammt. Nach dieser Theorie wird der Ausfall durch eine Blockierung von Elektrode und Isolator verursacht, bei der beide durch Natriumsulfat mechanisch verbunden sind. Beim Abkühlen zieht sich die Elektrode zusammen, und der Durchmesser nimmt zu, wodurch sie (über das Natriumsulfat) auf den Isolator drückt und den Ausfall in gleicher Weise verursacht wie bei der Ölmigration.
    • Neue Zündkerzen einbauen.

Brücken-Kurzschluss

14. • Ein kurzgeschlossener Zündkerzenspalt entsteht häufig durch Kraftstofftröpfchen, die im Ionisierungsspalt vorhanden sind, wenn der Zündfunke ausgelöst wird. Der Funke entlädt sich durch das Kraftstofftröpfchen und hinterlässt eine Kohlenstofffaser. Weitere Ursachen sind Ablagerungen auf der Elektrodenoberfläche, die auf Kohlenstoff- oder Ölverschmutzung hinweisen. Dieser Zustand tritt häufig nach vielen Zyklen mit niedriger und mittlerer Last auf. Kohlenstoffablagerungen im Brennraum können sich bei plötzlicher Volllast lösen, sich im Zündkerzenspalt festsetzen und einen vollständigen Kurzschluss gegen Masse verursachen.
    • Neue Zündkerzen einbauen.
    • Nach einer Fahrt von 4 bis 10 Meilen mit 3000 U/min erreicht die Zündkerze die Selbstreinigungstemperatur.

Risse durch Schlüsselbruch

15. • Risse durch Schlüsselbruch entstehen in der Regel entweder durch Seitenlast oder durch Drehmoment, das über einen Schlüssel mit falscher Größe auf den Sechskant aufgebracht wird. Stoßbelastung kann ebenfalls zu Rissen im Isolatorgehäuse führen und tritt häufig auf. Porzellan ist sehr spröde und hat eine sehr geringe Zugfestigkeit. Die Krafteinwirkungsrichtung lässt sich oft leicht bestimmen, da Keramik häufig vertikal reißt (wobei die Risse meist asymmetrisch zur Mittellinie verlaufen).
    • Verwenden Sie zur Vermeidung solcher Risse ausschließlich einen Zündkerzenschlüssel und Handwerkzeuge.
    • Neue Zündkerzen einbauen.

Kriechspur/Überschlag

16. • Kriechspuren sind Markierungen, die entstehen, wenn eine Hochspannungsentladung von der Elektrode zur Masse über etwas anderes als den Luftspalt am Ende der Zündkerze erfolgt. Diese Entladungen treten meist über den Hauptisolator (unter/neben dem Schutzkappe) und über den Isolator der Mittelelektrode auf. Sie verbrennen in der Regel die Porzellankeramik und hinterlassen eine braune, verbrannte visuelle Anzeige. Auf dem ersten Foto ist eine große braune Verbrennung zu sehen. Im zweiten Foto oben zeigen sich entlang jeder Rippe Spuren. Im unteren, sekundären Foto, das einen typischen Fall von Ruß zeigt, sind Kriechspuren entlang des Isolators der Mittelelektrode vorhanden, da der Funkenstrom dem Isolator folgte, bis er seitlich auf das Metallgehäuse übersprang.
    • Neue Zündkerzen einbauen.
    • Installieren Sie eine neue Zündspulenabdeckung (falls die Kriechspur oberhalb des Sechskants verläuft).
    • Wenn die Kriechspur oberhalb des Sechskants vorhanden ist, müssen beide oben genannten Teile gleichzeitig ersetzt werden, da die Spur auf beiden Bauteilen vorhanden ist. Wird nur eines ersetzt, bleibt das Problem bestehen, und ein erneuter Ausfall ist sehr wahrscheinlich.

Korona-Fleck

17. • Ein brauner Fleck in der Nähe der Verbindungsstelle von Isolator und Metallgehäuse der Zündkerze wird häufig als Korona-Fleck bezeichnet. Er entsteht, wenn Ölpartikel aus der Luft im Motorraum an der Isolatoroberfläche haften. Eine Koronaentladung tritt auf, wenn eine hohe Spannung, die am Leiter im oberen Teil der Zündkerze anliegt, einen Durchschlag des Luftspalts zwischen Isolator und Metallgehäuse verursacht. Der Korona-Fleck beeinträchtigt die Funktion der Zündkerze nicht. Im oberen rechten Bereich des Fotos sind Kriechspuren zu sehen, die auf einen Überschlag über die Rippen hinweisen, der jedoch endet, sobald die Verfärbung durch Koronaentladung erreicht ist. Dies deutet darauf hin, dass der Korona-Fleck auch bei hohen Kilovolt im normalen Betrieb keinen Strom leitet. Das untere rechte Foto zeigt einen Korona-Fleck an der Innenseite der Schutzkappe.
    • Bei alleinigem Vorhandensein eines Korona-Flecks sind keine Korrekturmaßnahmen erforderlich.

Verbiegung/Bruch der Mittelelektrode durch Vorentflammung (Klappern)

18. • Bei extremen Vorentflammungsereignissen kann die Stoßwelle, die sich durch den Brennraum bewegt, die Mittelelektrode verbiegen und den Porzellanisolator der Mittelelektrode brechen. Unter diesen extremen Bedingungen kann ein „Klappern“ entstehen, wenn sich die Mittelelektrode-Isolierung von der Zündkerze löst und durch Vibration klappert. Das Hauptfoto zeigt eine verbogene Mittelelektrode, das obere sekundäre Foto zeigt die Bruchfläche des gebrochenen Isolators, und das untere sekundäre Foto zeigt eine Zündkerze mit getrenntem Isolator der Mittelelektrode.
    • Neue Zündkerzen einbauen.

Korrosion (Wasserschaden)

19. • Korrosion am Gewinde- bzw. Sechskantbereich kann darauf hindeuten, dass die Zündkerze Feuchtigkeit und Hitze ausgesetzt war. Häufig tritt dieser Zustand auf, wenn Wasser in die Dichtungen des Zündkerzensteckers eingedrungen ist und in den Zündkerzenschacht gelangt ist. Oft zeigt diese korrodierte Zündkerze zusätzlich Zündaussetzer (da das Wasser einen niederohmigen Weg von der Hochspannungsspule zur Masse bildet), und der Brennraumbereich (Mittelelektrode und Masseelektrode) ist häufig stark verrußt.
    • Prüfen Sie die Eintrittsstelle des Wassers und beheben Sie sie gegebenenfalls.
    • Neue Zündkerzen einbauen.
    • Bauen Sie eine neue Zündspule mit Abdeckung als Baugruppe ein.
    • Weisen Sie den Kunden darauf hin, Spritzwasser direkt auf die Zündspulenabdeckungen zu vermeiden.