Alles über Zündkerzen

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1 Zündungstechnik Dieselkaltstarttechnologie Kühlung Sensorik BERU Ultra BERU Ultra X Titan BERU Platin Alles über Zündkerzen Technische Information Nr. 02 Perfektion eingebaut

2 2 Inhaltsverzeichnis Der Ottomotor 3 Funktionsweise der Zündkerze im Ottomotor 3 Anforderungen an eine moderne Zündkerze 3 Zündkerzen-Aufbau und -Typen 4 Materialien 4 Elektrodenabstand 4 Die Zündkerze im Detail 4 Funkenlage und Funkenstrecke 5 Dichtsitz 5 Wärmewert und Wärmeleitung 6 Wärmewert 6 Einflüsse auf den Wärmewert 6 Wärmeleitung 6 BERU Zündkerzen-Programm 7 BERU Ultra X Titan. Das Programm für x-trem hohe Ansprüche 7 BERU Ultra die Entscheidung der Automobilhersteller 7 Sonder-Zündkerzen 7 Tipps für die Werkstatt 8 Zündkerzenprüfung 8/9 Funktionsstörungen und Verschleiß 10 Zündkerzen-Montage 10 BERU Montagehilfen 11 Zukunft 12 Die Zündkerzen-Zukunft 12 Hohe Anforderungen an neue Zündkerzen-Generationen 12 Verbesserung der keramischen Eigenschaften 12 Neue Zündkerzen-Geometrien für noch mehr Lebensdauer 13 Neuer Hochspannungsanschluss zur Erhöhung der Überschlagsfestigkeit 13 Zukunftsweisend: Hochfrequenz-Zündtechnologie 13 Neueste Mess- und Applikationssysteme 14 Startwilligkeit, Lebensdauer, Leis tung, Verbrauch und Ab gas ver hal ten des Motors diese wichtigen Para meter werden von der Zünd kerze beeinflusst. Der die Funktion bestim men de Teil der Zündkerze steckt im Brenn raum des Motors, nur ein Ab schnitt des Isolators und das Anschlussteil sind von außen sichtbar. Während des Betriebes haben Zünd kerzen Höchstleistungen zu vollbringen: In allen Situationen müssen sie sicher zünden, korrekte Kaltstarts und ausset zerfreien Betrieb gewährleisten auch bei Höchstbelastung und ihren Teil zu einer optimalen und damit schads toffarmen Ver bren nung beitragen. Dabei werden im Brennraum bis zu C und bis zu 100 bar Druck frei. Hinzu kommen Zündspan nungen von bis zu Volt, bei kurzzeitigen Stromspitzen von bis zu 300 A. Auch chemische Ein flüsse stellen hohe An for de rungen an die Qualität. Enorme Schwerarbeit also, die von der Zündkerze viele tausend Kilo meter lang verrichtet werden muss. BERU Zündkerzen sind hoch spezialisierte Präzisionsteile, die nach Fahrzeug her steller vorgaben entwi ckelt und auf mo der nen Anlagen gefer tigt werden. Zündkerzen-Fertigung 14 Vom Rohling zum Präzisionsteil 14 Härtetests bei BERU 15 Höchste Qualitätsstandards 15 Dienstleistungen von BERU 15

3 3 Der Ottomotor Funktionsweise der Zündkerze im Ottomotor Im Gegensatz zu Dieselmotoren sind Ottomotoren fremdgezündet: Im Verdichtungstakt wird die Verbrennung des komprimierten Kraftstoff-Luft-Gemischs durch einen elektrischen Funken eingeleitet. Aufgabe der Zündkerze hierbei ist, mit diesem Funken das Kraftstoff-Luft Gemisch zu entzünden. Er entsteht durch die von der Zündspule erzeugte Hoch spannung und springt zwischen den Elektroden über. Vom Funken ausgehend pflanzt sich eine Flammfront durch den gesamten Brennraum fort, bis das Ge - misch verbrannt ist. Die frei werdende Wärme erhöht die Temperatur und der Druck im Zylinder steigt rapide an, wodurch der Kolben nach unten gedrückt wird (Arbeitstakt). Die Bewegung wird über das Pleuel auf die Kurbelwelle übertragen sie treibt über die Kupplung, das Getriebe und die Achsen das Fahrzeug an. Anforderungen an eine moderne Zündkerze Damit der Motor rund, kraftvoll und umweltfreundlich arbeiten kann, sind viele Voraussetzungen zu erfüllen: Die nötige Menge des optimal zusammengesetzten Kraftstoff-Luft-Gemischs im Zylinder muss vorhanden sein, der energiereiche Zündfunke muss zwischen den Elektroden zum exakt vorherbestimmten Zeitpunkt überspringen. Die Zündkerzen haben dabei Höchstleistungen zu er bringen: Zwischen rund 500 und Mal pro Minute (bei 4-Takt Verfahren) müssen sie einen kraftvollen Zündfunken liefern auch bei stundenlanger Fahrt mit hoher Drehzahl oder im Stop-and-go-Verkehr. Selbst bei 20 C müssen sie eine sichere Zündung garantieren. Hightech-Zündkerzen sorgen für eine schadstoffarme Verbrennung und optimale Ausnutzung des Kraftstoffes ohne Zündaussetzer, die dazu führen können, dass unverbrannter Kraftstoff in den Katalysator gelangt und diesen zerstört. Eine moderne Zündkerze muss folgende Anforderungen erfüllen: Der Zündkerzenfunke leitet im Verdichtungstakt die Verbrennung des komprimierten Kraftstoff-Luft-Gemischs ein. Elektrische Anforderungen n Sichere Hochspannungsübertragung auch bei Zünd spann ungen bis Volt n Hohe Isolierfähigkeit auch bei Temperaturen von C, Vermeidung von Durch- und Überschlägen Mechanische Anforderungen n Druck- und gasdichter Abschluss des Brennraums, Be ständig keit gegen oszillierende Drücke bis ca. 100 bar n Hohe mechanische Festigkeit für einen sicheren Einbau Thermische Anforderungen n Beständigkeit gegen Thermoschocks (heiße Abgase kaltes Ansaug-Gemisch) n Gute Wärmeleitfähigkeit des Isolatorfußes und der Elektroden Elektrochemische Anforderungen n Beständigkeit gegen Funkenerosion, Verbrennungsgase und -rückstände n Vermeidung der Bildung von Ablagerungen auf dem Isolator Die von BERU entwickelten und aus hochwertigen Mate rialien gefertigten Zünd kerzen halten diesen extremen Anforde rungen dauerhaft stand. Bereits bei der Motorenentwicklung arbeiten die Ingenieure von BERU eng mit der Automobil industrie zusammen, damit die Zündkerzen optimal auf die jeweiligen Vorausset zungen im Brennraum abgestimmt sind.

4 4 Zündkerzen-Aufbau und -Typen Materialien Ultra X Titan Um für die Vielzahl unterschiedlicher Motoren und Einsatz zwecke stets die optimale Zündkerze liefern zu können, bietet BERU eine ganze Palette von Zündkerzen an. Dabei werden für die Mittelelektroden ganz unterschiedliche Mate ria lien verwendet. Sonderlegierungen auf Nickelbasis sowie Kupferkernelektroden zeichnen sich durch gute Wärmeab leitung und hohe Korrosions festigkeit aus. Silber hat eine noch höhere Wärmeleitfähigkeit. Platin sowie Iridium bieten op ti male Abbrand festigkeit und verlängert daher die Wechsel inter valle. Ebenso wichtig ist die Masseelektrode: Ihre Geometrie beeinflusst unter anderem Gemisch zu gäng lich keit, Verschleiß, Wärmeableitung und Zünd spannungs bedarf. Titan, Platin und Iridium bieten besonders lange Standzeiten, bei gleichbleibendem Elektrodenabstand. Elektrodenabstand Den kürzesten Abstand zwischen Mittel- und Masse elek trode(n) der Zündkerze nennt man Elektrodenabstand. Hier muss der Zündfunke überspringen. Der jeweils optimale Elektrodenabstand ist unter anderem abhängig vom Motor und wird in enger Zusammenarbeit mit dem Motoren- bzw. Fahrzeughersteller ermittelt. Höchste Präzision zur Ein hal tung des Elektro denabstands ist wichtig, denn ein falscher Abstand kann die Funktion der Kerze und damit die Leistungsfähigkeit des Motors erheblich verschlechtern. n Ist der Elektrodenabstand zu gering, kann dies eine unzureichende Entflammung, unruhigen Leerlauf und schlechte Abgas - werte zur Folge haben. n Ein zu großer Elektrodenabstand kann zu Zündaussetzern führen. n Bei Mehrelektroden-Kerzen erübrigt sich aufgrund der abgestimmten Funkenlage (beispielsweise Ultra X Titan, Luft-/Gleit - funk en technik) das Nachstellen der Elektrodenabstände Anschluss für den Kerzenstecker (die Abb. zeigt einen SAE-Anschluss, ältere Fahrzeuge sind mit M4-Gewinde an schlüssen ausge - stattet). Leitet die Zünd spannung an die Elektrode weiter. In leitfähige Glasschmelze gasdicht eingeschlossener Stahlstift (Zündstift) als Verbindung zur Mittelelektrode. Der Isolator besteht aus einer Alumini umoxyd-keramik und isoliert die Mittel elek -trode bis Volt gegen Masse. Der Isolator kann glatt oder mit Überschlags rillen gefertigt sein, je nach OE-Ausführung. Vernickelter Kerzenkörper wird im Warmschrumpfverfahren gasdicht mit dem Isolator verbunden, daher ist die Schrumpfzone in den Anlauffarben. Gewinde dient zur Befestigung der Kerze im Motorblock. Unverlierbarer äußerer Faltdichtring zur Abdichtung und Wärmeabfuhr. Elektrische Verbindung von Zündstift und Mittelelektrode. Bei entstörten (R-)Typen Widerstandsglasschmelze. Durch entsprechende Beimischungen kann die Glasschmelze mit einem definierten Widerstand ausgestattet werden, um Abbrandfestigkeit und Entstör eigenschaften zu gewährleisten. Der Innendichtring stellt die gasdichte Verbindung zwischen Isolator und metallischem Körper her und dient der Wärmeableitung. Die Mittelelektrode ist ein mit Nickel ummantelter Kupferkern. Je nach Type kann die Mittelelektrode mit Platin oder Iridium bestückt sein. Der Isolatorfuß ragt in den Brennraum. Er be ein flusst wesentlich den Wärmewert der Zündkerze. Der Einführungsansatz erleichtert das Einschrauben der Kerze. Der Atmungsraum beeinflusst das Selbst reinigungsverhalten. Platin-Mittelelektrode Elektrodenabstand EA EA 12 Am Zündkerzenkörper sind eine oder mehrere Masseelektroden angeschweißt, die mit der Mittelelektrode die Funken strecke bilden. Speziell entwickelte Nickel-Basis- Legierungen (bzw. Platin armierung bzw. Titan) erhöhen die Abbrandfestigkeit der Elektroden. Die Zündkerze im Detail 4 Zündkerzenkörper 1 SAE-Anschlussmutter (Kabelsteckmutter) 2 Zündstift 3 Isolator aus Aluminiumoxid

5 5 Zündkerzen-Aufbau und -Typen Funkenlage und Funkenstrecke Luftfunkenstrecke Drei wesentliche Faktoren beeinflussen die Funktion der Zünd kerze im Brennraum: die Funkenlage, Funkenstrecke und der Elektro den - abstand bei Zündkerzen mit Luft-Gleitfunken-Technik. Funkenlage nennt man die von den Motoren-Entwicklern festgelegte Geometrie, wie weit die Funkenstrecke in den Brenn raum hineinragt. Funkenstrecke Die innovative Poly-V-Konstruktion: 5 Zündspitzen werden vom Funken ständig wechselnd angesteuert und gewährleisten hohe Zündsicherheit und damit kraftstoffsparende Verbrennung bei langzeitkonstanter Zündleistung. Bei der Funkenstrecke unterscheidet man zwischen: n Luftfunkenstrecke: Weg, den der Funke zwischen den Elektroden zurücklegt, um das Kraftstoff-Luft-Ge misch im Brennraum zu entzünden. n Gleitfunkenstrecke: Weg, den der Funke zurücklegt, wenn er zunächst über die Oberfläche der Isolatorspitze gleitet, um dann zur Masseelektrode überzuspringen. Auf diesem Weg brennt er störende Ablagerungen und Verbrennungsrückstände weg. n Luft-/Gleitfunkenstrecke: Funkenwege, die über die Luft und den Isolator laufen können. Durch Kombination voneinander unabhängiger Luft- und Gleitfunken strecken lässt sich der Elektrodenabbrand verringern, was zu einer deutlichen Ver - längerung der Lebensdauer der Zündkerzen führt. Gleitfunkenstrecke Dichtsitz Die Zündkerze muss gasdicht in den Zylinderkopf eingeschraubt sein. Je nach Motorbauweise unterscheidet man dabei zwei Abdichtungsarten: n Flachdichtsitz oder Plandichtsitz: Ein unverlierbarer Außen - dichtring (Faltdichtungsring) übernimmt am Kerzenkörper die Dichtungsfunktion. n Kegeldichtsitz oder Konusdichtsitz: Die konusförmige Fläche des Kerzenkörpers sorgt in einer entsprechend geformten Auflagefläche des Zylinderkopfs für Ab dichtung. Bei beengten Einbauverhältnissen (z. B. Mehrventiler) werden häufig FineLine- oder BiHex-Zündkerzen eingesetzt, die kleinere Schlüssel weiten und filigranere Abmessungen aufweisen. Flachdichtsitz mit Dichtring Schlüsselweite SW 16 Kegeldichtsitz ohne Dichtring 5 Unverlierbarer Außendichtring 7 Innere Dichtung 10 Einführungs ansatz 11 Atmungs raum 9 Isolatorfuß 12 Masse elektrode 8 Mittelelektrode 6 Elektrisch leitende Glasschmelze

6 6 Wärmewert und Wärmeleitung Wärmewert Der Wärmewert ist ein Maß für die thermische Auslegung einer Zündkerze. Er gibt die maximale thermische Belastbar keit an, die sich an der Zündkerze im Gleichgewicht zwischen Wärmeaufnahme und -abgabe einstellt. Bei der Auswahl einer Zündkerze ist der Wärmewert genau einzuhalten: n Ist die Wärmewert-Kennziffer zu hoch (beispielsweise 9), kann die Kerze die entstandene Wärme nicht rasch genug ableiten. Das führt zu Glühzündungen; das heißt, nicht der Zündfunke, sondern die zu heiße Kerze entflammt das Gemisch. n Ist die Wärmewert-Kennziffer zu niedrig (beispielsweise 5), wird bei geringer Motorleistung die zur Selbstrei nigung der Kerze nötige Freibrenntemperatur nicht erreicht. Folge: Zünd - aussetzer, erhöhter Verbrauch und steigende Emissionen. (Fehlerbilder siehe Seite 8 und 9) O C Glühzündungsbereich 850 O C O C 400 O C Hoher Elektrodenverschleiß Arbeitsbereich Freibrenngrenze Verrußung Einflüsse auf den Wärmewert Je höher die Motorleistung, desto höher ist meist auch die Brennraumtemperatur. Darauf muss die Kerze abgestimmt sein. Die Isolatorfußgröße beeinflusst maßgeblich die Wärmeaufnahme, die Wärmeableitung erfolgt über den Isolatorfuß, die Mittelelek trode und die innere Dichtung an den Kerzenkörper zum Zylinderkopf. n Zündkerzen mit langem Isolatorfuß nehmen mehr Wärme aus dem Brennraum auf. Da sie auf dem langen Weg bis zum Kerzenkörper aber wenig Wärme abgeben können, nennt man sie heiße Zündkerzen. n Zündkerzen mit kurzem Isolatorfuß nehmen weniger Wärme auf. Da sie auf dem kurzen Weg bis zum Kerzen körper aber viel Wärme abgeben können, nennt man sie kalte Zündkerzen. Wärmeleitwege einer Zündkerze ca. 20% ca. 2% Wärmeleitung Beim Verbrennungsvorgang im Zylinder entstehen kurzzeitig Tempe ra turen von bis zu C, die auch die Zündkerze selbst aufheizen. Über verschiedene Wärmeleitwege gibt die Zünd kerze rund 80 Prozent dieser aufgenommenen Temperatur nach außen ab. Der größte Teil der Wärme wird vom Kerzengewinde direkt auf den Zylinderkopf übertragen. Deshalb muss die Zünd kerze stets mit dem richtigen Dreh moment eingeschraubt sein. Nur rund 20 Prozent der Wärme nimmt das vorbeiströmende Kraftstoff-Luft-Gemisch auf und führt es ab. ca. 30% ca. 30% ca. 18% Durch Verbundelektroden, zum Beispiel Ni-Elektroden mit Kupferkern, lässt sich die Wärmeabfuhr erheblich verbessern. Bei extrem weit in den Brennraum vorgezogenen Funken lagen wird die Frei - brenntemperatur durch spezielle Anpassung des Querschnitts und der wärmeaufnehmenden Oberfläche der Isolatorfußspitze schnell erreicht und ein Abregeln der oberen Temperatur am Isolator unter 900 C. Damit eignen sich so beschaffene Zündkerzen sowohl für Brennräume mit relativ niedrigen als auch sehr hohen Temperaturen.

7 7 BERU Zündkerzen-Programm BERU Ultra X Titan. Das Programm für x-trem hohe Ansprüche Mittelelektrode mit Platin-Zündspitze für hervorragende Kaltstartperformance. Corona-Ring für gezielte Vorentladung und stabile Entflammung. Ultra X Titan: BERU Ultra X Titan. Für mehr Funkenpower auch bei höherem Brennraum druck und damit eine hoch effek tive Verbrennung. Je höher der Brennraumdruck, desto stärker muss die Power des Funkens sein. Hier setzt die Zündkerzen-Innovation BERU Ultra X Titan neue Maßstäbe: mit der hoch abbrandfesten Nickel-Titan-Legierung und intelligent konstruierten Masseelektroden für erhöhte Zünd sicherheit und eine hoch effektive und damit kraft stoffsparende Verbrennung mit entsprechend niedrigeren Emissionswerten. 15 Zündkerzentypen. 90% Marktabdeckung. 100% werkstattgerecht. Das erfolgreiche Ultra X Pro gramm heißt jetzt Ultra X Titan und besteht aus insgesamt 15 Zündkerzentypen: 6 der bewährten Ultra X Zünd kerzen und 9 neue. Gemein sam bilden sie die Ultra X Titan Linie und bieten Ihnen eine Markt abdeckung von nahezu 90 %! BERU Ultra die Entscheidung der Automobilhersteller BERU Ultra. BERU Bi-Hex. Hochqualitative Zündkerzen, wie sie vielfach in der Erst aus rüstung verbaut werden für die Vielzahl unterschiedlicher Motoren und Einsatzzwecke. Zündkerzen für gasbetriebene Fahrzeuge finden Sie in der TI 06 n Umweltfreundliche Verbrennung: spart Benzin und schützt den Katalysator n Sichere Zündung auch bei tiefen Temperaturen n Lange Lebensdauer, hohe Standzeit n Bewährte Materialien: Zweistoff-Mittelelektrode mit nickelummanteltem Kupferkern n Zwölf-Millimeter-Technologie mit Schlüsselweite 14 n Reduzierte Gewindedurchmesser n Gewindelänge 26,5 Millimeter n Zündsicher durch Corona-Vorentladung Sonder-Zündkerzen BERU fertigt Spezial-Zündkerzen für unterschiedlichste Anwen dungsfälle: 1. Kompakt-Zündkerzen für die besonders beengten Platzver - hält nisse bei Motorsägen oder Rasenmähern 2. Vollabgeschirmte Zündkerzen mit Stahlmantel bei sehr hohen Ansprüchen an die Entstörung, zum Beispiel für Behörden - fahr zeuge 3. Zündkerzen für Gasmotoren von gasbetriebenen Fahrzeugen und Stationärmotoren für Industrie anwendungen 4. Mess-Zündkerzen speziell für Prüf- und Versuchs motoren

8 8 Tipps für die Werkstatt 1 Zündkerzenprüfung Bei der Sichtprüfung der Zündkerze treten die unterschiedlichsten Schadensbilder zutage. Hier eine Übersicht mit der Beschreibung von Ursachen, Auswirkungen und Abhilfe möglich keiten: Normal Geringer Elektrodenabbrand und ein grauweiß-graugelb bis rehbraun verfärbter Isolatorfuß: Motoreinstellungen und Wärmewert sind in Ordnung. 2 VerruSSt Isolatorfuß, Elektroden und Atmungsraum mit samtartigem, schwarzem Ruß bedeckt. Ursache: Fehlerhafte Gemischbildung (Einspritzanlage). Gemisch zu fett. Luftfilter stark verschmutzt. Defekte Kaltstartein richtung. Fehlerhafter Temperaturfühler. Überwiegender Einsatz im Kurzstreckenverkehr. Zündkerze zu kalt, Wärmewert-Kennzahl zu niedrig. Lambdasonde defekt. Auswirkung: Durch Kriechströme kommt es zu schlechtem Kaltstartverhalten und Zündaussetzern. Abhilfe: Gemisch und Starteinrichtung überprüfen und wo mög lich korrekt einstellen, Temperaturfühler überprüfen, Luftfilter prüfen, Zündkerze mit richtigem Wärmewert verwenden. (Weitere gemischrelevante Teile prüfen) 3 Verölt Isolatorfuß, Elektroden und Zündkerzengehäuse mit schwärzlichem Ölfilm überzogen. Ursache: Zu viel Öl im Verbrennungsraum, Ölstand ist zu hoch, stark verschlissene Kolbenringe, Zylinder und Ventilführungen. Turbolader defekt. Auswirkung: Zündaussetzer oder sogar Kurzschluss der Zündkerze, Totalausfall. Abhilfe: Motor überholen, neue Original BERU Markenzünd kerzen einbauen. 4 Glasurbildung Isolatorfuß weist stellenweise braungelbe Glasur auf, die auch ins Grünliche gehen kann. Ursache: Zusätze im Benzin und Motoröl bilden ascheartige Ablagerungen. Auswirkung: Unter zu plötzlicher Vollbelastung des Motors werden diese Ablagerungen verflüssigt und elektrisch leitfähig. Abhilfe: Motor überprüfen, neue Original BERU Markenzünd kerzen einbauen. 5 Ablagerungen Starke Ablagerungen aus Öl- und Kraftstoffzusätzen auf dem Isolatorfuß und auf der Masseelektrode. Schlackenähnliche Ablagerungen (Ölkohle). Ursache: Legierungsbestandteile, insbesondere aus Öl, können Rückstände bilden, die sich im Brennraum und auf der Zündkerze ablagern. Auswirkung: Kann zu Glühzündungen mit Leistungsverlust und zu Motorschäden führen. Abhilfe: Motor überprüfen. Neue Original BERU Markenzündkerzen einbauen, evtl. Motoröl wechseln.

9 9 Tipps für die Werkstatt 6 Angeschmolzene Mittelelektrode Mittelelektrode angeschmolzen, Isolatorfußspitze angebrannt. Ursache: Thermische Überlastung durch Glühzündungen, Verbrennungsrückstände im Brennraum, defekte Ventile, un zurei chende Kraft stoff quali tät, evtl. Wärmewert-Kennzahl zu hoch, Anzugs - drehmo ment nicht beachtet. Auswirkungen: Zündaussetzer, Leistungsverlust (Motorschaden). Abhilfe: Motor, Zündung, Ge - misch aufbereitung, An zugsmomente der Zündkerzen über - prüfen. Neue Original BERU Markenzünd ker zen mit richtigem Wärmewert einbauen. 7 IsolatorfuSSbruch Ausbrüche am Isolatorfuß. Ursache: Mechanische Beschädigung bei unsachgemäßer Handhabung. Im Anfangs sta dium häufig nur als Haarriss erkennbar. In Grenzfällen kann durch Ablagerungen zwischen Mittel elektrode und Isolatorfuß besonders bei überlanger Betriebsdauer der Isolator gesprengt werden. Klopfender Motorbetrieb. Auswirkung: Zündaussetzer, Zünd funke springt an Stellen über, die durch Frisch gemisch nicht sicher erreicht werden. Abhilfe: Neue Original BERU Markenzündkerzen einbauen. 8 Starker VerschleiSS der Elektroden Sichtbare Materialverluste an Mittel- und/oder Masseelektrode. Ursache: Aggressive Kraftstoff- oder Ölzusätze. Ungünstige Strö -mungseinflüsse im Brennraum, evtl. durch Ablagerungen. Thermische Überlastung. Überschreitung des Wechselintervalles. Auswirkung: Zündaussetzer, besonders beim Beschleunigen (Zünd -spannung für großen Elektrodenabstand nicht mehr ausreichend). Schlechtes Startverhalten. Abhilfe: Neue Original BERU Markenzündkerzen einbauen. 9 Angeschmolzene Elektroden Blumenkohlartiges Aussehen der Elektroden. Evtl. Niederschlag von kerzenfremden Materialien. Ursache: Thermische Überlastung durch Glühzündungen, Verbrennungsrückstände im Brenn raum, defekte Ventile, unzureichende Kraft stoff qualität, evtl. Wärmewert-Kennzahl zu hoch, nicht vorschrifts mäßig angezogene Zündkerze. Auswirkung: Vor Totalausfall (Mo torschaden) tritt Leis tungs ver lust auf. Abhilfe: Motor, Zündung und Ge mischaufbereitung prüfen, An zugs momente der Zündkerzen überprüfen. Neue Original BERU Markenzündkerzen mit richtigem Wärmewert einbauen. 10 Zündkerzenstecker versprödet Ursache: thermische Überlastung, überalterte Zündkerzenstecker. Auswirkung: Zündaussetzer. Abhilfe: Neue Original BERU Markenstecker und -zündkerzen einbauen, Kerzenstecker mit BERU Steckerfett einfetten (siehe S. 11).

10 10 Tipps für die Werkstatt Funktionsstörungen und Verschleiß Überlastung, schlechter Kraftstoff, falsche Kerzenwahl und Stopand-go-Verkehr sind nur ein paar der Einflüsse, die zu Funktionsstörungen an der Zündkerze führen können. Hier eine kurze Check liste, die Ihnen hilft, den Fehler zu erkennen: Symptom Ursache mögliche Folgeschäden Funkenerosion, Korrosion Thermische Überlastung Angeschmolzene Elektroden Falscher oder schlechter Kraftstoff Glühzündung Falscher Wärmewert Zündaussetzer (durch größeren Elektrodenabstand) Glühzündungen Rückstände im Brennraum Kolbenschäden Defekte Ventile Ventilschäden Kerzen mit falschem Wärmewert Zündkerzenschäden Kraftstoff mit zu geringer Oktanzahl Klopfende Verbrennung Kraftstoff mit zu geringer Oktanzahl Unkontrollierter Druck- und Temperatur- Falscher Zündzeitpunkt anstieg kann zu Kolben- und Zündkerzen- Zu hohe Verdichtung schäden führen Zündaussetzer Defekter, gealterter, undichter Funkenüberschläge am Isolator Zündkerzenstecker Katalysatorschäden Zündkerzen-Montage Da Zündkerzen für bestimmte Motoren konzipiert sind, müssen stets die richtigen Kerzen verwendet werden ein falscher Wärmewert oder Elektrodenabstand sowie eine falsche Gewindelänge können zu einer Minderung der Motorleistung oder gar einer Schädigung des Motors und/oder Katalysators führen. Ebenso unerlässlich ist ein sorgfältiger Aus- und Einbau. n Beim Ausbau ist darauf zu achten, dass kein Schmutz in den Brennraum gelangt. Deshalb Kerze erst um einige Gewinde - gänge lockern, Kerzenschacht mit Druckluft oder Pinsel reinigen, dann Kerze ganz herausschrauben. n Isolator der Zündkerze dünn mit BERU Spezialfett bestreichen (ZKF mit 10g Inhalt / ZKF mit 50g Inhalt). n Beim Einbau sollten Kerzengewinde und Zylinderkopf bohrung sauber sein. Bei BERU Zündkerzen macht eine Nickelbeschichtung des Kerzenkörpers ein Einfetten des Gewindes überflüssig. Auf das richtige Anziehdrehmoment (siehe Tabelle) achten. n Achtung: Heruntergefallene Zündkerzen dürfen nicht mehr ver - wendet werden, denn auch unsichtbare Beschädigungen können Zündaussetzer oder gar Kataly satorschäden zur Folge haben. n Zündkerzenstecker auf Verschleiß prüfen. Sind Versprö dungen oder feinste Haarrisse zu erkennen, tauschen Sie die Stecker.

11 11 Tipps für die Werkstatt Wichtig bei der Montage: das exakte Anzugsdrehmoment Tritt trotz vorschriftsmäßigem Anzugsdrehmoment extremer Ab - brand oder Abschmelzen der Mittelelektrode auf, liegt die Ursache mit großer Wahrscheinlichkeit am unkontrollierten Verbren nungs - ablauf (z. B. Glühzündung oder Hoch ge schwin dig keitsklingeln). Mögliche Gründe: falscher Wärmewert, zu geringes Auslassventilspiel, falscher Zündzeitpunkt, ungeeignete Kraftstoffqualität, Ablagerungen im Brennraum oder zu mageres Kraft toffgemisch. Anziehmomente in Nm, Gewinde darf nicht gefettet sein Kerzen- Zylinderkopf Flachdichtsitzkerzen: gewinde Gusseisen Leichtmetall M 10x Nm Nm M 12x1, Nm Nm M 14x1, Nm Nm M 18x1, Nm Nm Kegeldichtsitzkerzen: M 14x1, Nm Nm M 18x1, Nm Nm BERU Montagehilfen Für den einfachen und sicheren Zündkerzenwechsel ohne Verkanten des Schlüssels und ohne Isolatorrisse empfehlen wir den Einsatz von Spezialwerkzeugen. BERU Zündkerzen-Montagehilfe ZMH001 Der verlängerte Arm des Mechanikers DAS PROBLEM Im Motorraum herrscht zumeist drangvolle Enge. Beim Ein- und Ausschrauben der Zündkerze kann es nicht nur zu Ver letzungen und Verbrennungen der Hand am Motor kommen auch die Zündkerze kann durch Herunterfallen beschädigt werden. DIE LÖSUNG Die BERU Zündkerzen-Montagehilfe aus Gummi arbeitet als verlängerter Arm des Monteurs : Sie hält die Zündkerze sicher fest und ermöglicht nach dem Lockern bzw. vor dem Anziehen der Zünd kerze ein behutsames Ein- und Ausdrehen. BERU Zündkerzen-Montagehilfe ZMH002 Sicherer Zündkerzenwechsel ohne Verkanten DAS PROBLEM Durch die relativ große Öffnung des Zündkerzen - schachtes besteht beim Ein- und Ausbau von Zündkerzen mit einer Verlängerung die Gefahr, dass der Zündkerzenschlüssel schräg geführt wird und einen Bruch des Zündkerzenisolators verursacht. Die Folge: Zündaus setzer durch Span nungsüberschläge am gesprungenen Zünd kerzen isolator können den Kataly sator zerstören. DIE LÖSUNG Das BERU Montagewerkzeug für den Einsatz bei nahezu allen Fahrzeugmodellen wird einfach in die 3/8 -Zündkerzenver längerung eingesteckt und in den Zündkerzenschacht gedrückt. Der Zündkerzenschlüssel bleibt damit parallel zum Schacht und kann nicht verkantet werden. BERU Spezialfett ZKF001 / ZKF002 Um einem Verbacken des Zündkerzensteckers mit dem Zünd kerzenhals und damit beschädigten Dichtlippen vorzubeugen, empfehlen wir, den Stecker vor der Montage mit BERU Spezialfett zu bestreichen. Damit wird auch die Überschlagsfestigkeit erhöht. Artikel- BERU BERU Bezeichnung Kurz-Nr. 10-stellige Nr. Zündkerzen- ZMH Montagehilfe Artikel- BERU BERU Bezeichnung Kurz-Nr. 10-stellige Nr. Zündkerzen- ZMH Montagehilfe Artikel- BERU BERU Bezeichnung Kurz-Nr. 10-stellige Nr. BERU Spezialfett, ZKF Tube 10 g BERU Spezialfett, ZKF Tube 50 g 1 Spuren von Hochspannungs überschlägen 2, 3 BERU Zündkerzen-Steckerfett: Vor dem Einschrauben der Zündkerze in den Stecker gestrichen, schützt es vor Versprödung und damit vor Hochspannungsüberschlägen (ZFK / 10g ZFK / 50g).

12 12 Zukunft Die Zündkerzen-Zukunft Bei der Entwicklung von modernen Benzinmotoren gehen die Technik-Trends zu geänderten Brennverfahren und hoch aufgeladenen, kleineren Aggregaten (Downsizing). Die Ingenieure von BERU entwickeln dazu in enger Abstimmung mit internationalen Auto mobilherstellern die optimalen Zündkerzen. Weniger Verbrauch, geringere Emissionen, mehr Fahrspaß: Auf diesen einfachen Nenner lassen sich derzeit die Technik-Trends bei der Ottomotoren-Entwicklung bringen. Voll- und Teilvariabilität im Ven til trieb durch Phaser oder Ventilhubsteuerung sowie Direkt ein spritzung mit wand-, luft- oder strahlgeführter Ein spritzung sind heute Stand der Technik. Die neueste Generation von Einspritz systemen mit piezo-gesteuertem Injektor erweitert den Bereich des ungedrosselten, mageren Motorbetriebs und soll somit die geforderte Vermin de rung von Verbrauch und Emissionen ge - währ leisten. Die Ingenieure von BERU entwickeln in enger Abstimmung mit inter nationalen Automobilherstellern innovative Zünd ker zen-konzepte für moderne Otto motoren. Daraus ergeben sich neue Anforderungen an die Zündkerzen: n Kleinere Bauformen n Positionierte Körperelektroden (Masseelektroden) n Genauere Funkenlagen sowie eine n Höhere dielektrische und mechanische Festigkeit der Zündkerzenkeramik Hohe Anforderungen an neue Zündkerzen-Generationen Durch die neuen Direkteinspritzsysteme steht der Zündkerze in Ottomotoren weniger Raum im Zylinderkopf zur Verfügung. Dies bedingt wiederum ein verlängertes Einschraubgewinde und/oder eine geänderte Zündkerzen-Geometrie. Vermehrt sind M12-Zündkerzen in Verwendung, die allerdings im Vergleich zu herkömmlichen M14-Zündkerzen mit einer reduzierten keramischen Wandstärke auskommen müssen. Die gegensätzlichen Forderungen kleinere Wandstärken am Isolator und größerer Spannungsbe darf machen Neuentwicklungen von Werkstoff, Geometrie und Verfahren nötig. Verbesserung der keramischen Eigenschaften Als Isolatormaterial für Pkw-Zündkerzen hat sich eine Keramik auf Basis von Tonerde bewährt, da dieser Werkstoff die elektrischen und mechanischen Forderungen in puncto Durchschlag festigkeit auch bei Temperaturen bis C erfüllt. Eigenschafts bestim - mende Hauptgröße der aktuellen Keramik ist ihre Rest porosität. Um diese deutlich zu reduzieren und damit die Durchschlags festigkeit und mechanische Festigkeit der Zündkerzen nochmals zu verbessern, haben die Entwickler von BERU unter anderem Modifikationen der Zuschlagsstoffe vorgenommen.

13 13 Zukunft Neue Zündkerzen-Geometrien für noch mehr Lebensdauer Die Automobilhersteller fordern derzeit bei Zündkerzen ein Lebensdauerziel von bis Kilometer. Dabei sollte der Anstieg des elektrischen Spannungs bedarfs durch Verschleiß an der Zündkerzen-Funken strecke so gering wie möglich sein. Dazu ist die Entwicklung neuartiger Elektrodengeometrien, Werk stoffe und Verfahren nötig. Bei Zünd kerzen mit Elektroden auf Basis einer Nickellegierung wird der Verschleißmechanismus wesentlich von der Oxidation bestimmt. Daraus ergibt sich die Forderung nach Nickellegierungen mit einer stabilen, dauerhaften Oxidschicht. Bei Zündkerzen, deren Elektroden mit oxidationsstabilisiertem Edelmetall, z. B. Platin oder Iridium, armiert sind, muss vor allem eine dauerhafte Verbindung des Edelmetalls auf den nickelbasierten Zündkerzen-Elektroden gewährleistet sein. Neuer Hochspannungsanschluss zur Erhöhung der Überschlagsfestigkeit Downsizing gilt als Schlüsseltechnologie zur Reduzierung von Kraftstoffverbrauch und Emissionen. Die neue Technologie stellt die Entwickler von Zündsystemen vor neue Herausforderungen, denn die Downsizing-Motoren bieten weniger Bauraum und arbeiten mit höherem Brennraumdruck und höherer Zündspannung, wodurch sich die Gefahr von Hochspannungsüberschlägen an der Zündkerze drastisch erhöht. Für eine höhere Überschlagsfestigkeit hat BERU einen neuen Hochspannungsanschluss entwickelt, der bei gleichen Zündkerzenabmaßen durch einen 8,5 mm längeren Isolatorhals mehr Isolierfläche bietet und so die Überschlagsfestigkeit um bis zu Volt erhöht. Nicht nur die gewonnene Isolationsfläche sorgt für mehr Schutz gegen Durch-und Überschläge, sondern auch eine neue Art der Kontaktierung. Anstatt über eine außen liegende Kontaktierung (wie SAE oder M4) erfolgt sie innen liegend durch eine Druckfeder. Dieser neuartige kegelförmig zulaufende Druckfederanschluss ist so ausgebildet, dass das vordere Ende sicher von der schüsselförmigen Einbuchtung des Zündstifts der Zündkerze aufgenommen wird (daher auch der Name Bowl Hochspannungsanschluss). So wird Feldüberhöhungen vorgebeugt und die Überschlagsfestigkeit trotz erhöhter Zündleistung deutlich gesteigert. Die nickelbasierten Elektroden von BERU Highend- Zündkerzen sind mit oxidationsstabilisiertem Edelmetall wie z. B. Platin armiert. Mit Hilfe eines speziellen Laserschweißverfahrens stellt BERU eine äußerst dauerhafte Verbin dung beider Materialien sicher (A). Eine Überdeckung der Edelmetall flächen an Mittelund Körperelek tro de von mindestens 92 Prozent (B) er mög licht extrem hohe Laufleistungen. + 8,5 mm Mehr Überschlagsfestigkeit trotz höherer Zündspannung: dank Iängerem Isolatorhals, größerer Überdeckung, versenkter Druckfeder und neuer Kontaktierungstechnik. Zukunftsweisend: Hochfrequenz-Zündtechnologie Anders als bei herkömmlichen Motorzündsystemen, bei denen die Verbrennung durch Hitze in Gang gesetzt wird, erzeugt die patentierte Hochfrequenz-Zündungstechnologie ein elektrostatisches Feld von hoher Energie im Inneren des Brennraums. So werden Wirkungsgrad und Geschwindigkeit der Verbrennung erheblich verbessert und auch extrem magere Kraftstoff-Luft-Gemische zünden zuverlässig. Zur weiteren Verbesserung der Motorleistung regelt das System elektronisch verschiedene Kenngrößen des Verbrennungszyklus, wodurch Emissionen noch weiter reduziert, der Wirkungsgrad verbessert und die Motorleistung gesteigert werden. Die Hochfrequenz-Zündung hat das Potenzial, die Zündungstechnik zu revolutionieren. Mit der Industrialisierung dieser Technologie stärkt BERU seine Kompetenz in der Zündungstechnik und kann weltweit eine führende Position einnehmen. BERU geht davon aus, dass die Hochfrequenz-Zündung innerhalb weniger Jahre in Serie gehen kann. n Bel gleichen Abmaßen wurde durch die Verlängerung des Isolators mehr Isolierfläche gewonnen n Ein Plus an Überspannungsschutz in Luft von V n Einsatzbereich bis V Mit der neuen Hochfrequenz-Zündung will BERU die Zündungs tech nik für Benzinmotoren revolutionieren.

14 14 Zukunft Neueste Mess- und Applikationssysteme Die Entwicklung motorspezifischer Zündkerzen erfordert eine enge Zusammenarbeit von Automobilhersteller und Zündkerzen- Hersteller. Voraussetzungen hierzu sind optimale technische Möglichkeiten zur Ermittlung n des geeigneten Wärmewerts, n der Elektrodentemperaturen, n des Zündspannungsbedarfs, n des Zündspannungsangebots, n des optimalen Kaltstartverhaltens der Zündkerzen. BERU hat für sämtliche Bereiche eine spezielle Mess technik entwickelt, die auch als mobiles Applikationssystem zur Verfügung steht. Die Überprüfung von Kaltstarteigenschaften der Zündkerzen kann im Forschungs- und Entwicklungszentrum in Ludwigsburg nach einem festgelegten Prüfzyklus im Fahrzeug in einer Kältezelle mit Rollenprüfstand durchgeführt werden. Auf dem Zweiachs-Rollenprüfstand im Ludwigsburger Forschungs- und Ent wicklungszentrum von BERU werden die Kalt starteigenschaften der Zündkerzen getestet. Zündkerzen-Fertigung Vom Rohling zum Präzisionsteil Original BERU Markenzündkerzen werden in eigenen Werken auf computergesteuerten Fertigungsanlagen produziert von der Keramikaufbereitung für die Her stellung von Isolatoren aus hochwertigem Aluminium oxyd bis zur Mon tage des Außendicht rings. Isolatorenprüfung bei Volt: Auf Prüf ständen müssen BERU Zündker zen ihre Zuverlässig keit vor dem Serien anlauf unter Beweis stellen. Alumi niumoxyd-granulat Isolator gepresst leitfähiges Glas Mittelelektrode (Kupferkern mit Nickelmantel) geschliffen gesintert beschriftet Glasur besprüht gebrannt Zündstift vernickelt Isolator vollständig (glaseingeschmolzen) Innendichtring Außendichtring Zündkerze vormontiert Zündkerze mit ein ge stelltem Elektrodenabstand Rohling Kaltfließpressstufen 1-6 Körper gedreht und gebohrt Masseelektrode angeschweißt, Gewinde gewalzt Elektrode vorgebogen, Körper beschriftet, vernickelt, verzinkt oder chromatiert

15 15 Zündkerzen-Fertigung Härtetests bei BERU Ob im Stop-and-go-Verkehr oder Autobahnmarathon, bei klirrender Kälte oder brütender Hitze eine BERU Zünd kerze muss immer funktionieren. Um den hohen Qua li täts ansprüchen zu entsprechen, werden BERU Zünd kerzen bei der Ent wick lung und nach der Produktion unterschiedlichen Tests unterzogen. Höchste Qualitätsstandards Qualität ist das oberste Gebot, um im internationalen Wettbewerb zu bestehen. Die Werke von BERU sind nach weltweit gültigen Qualitätsnormen wie zum Beispiel DIN ISO 9001 zertifiziert. In Deutschland werden da rü ber hinaus die Anfor de rung en nach ISO/TS16949 und der DIN EN ISO erfüllt. Die Zertifi kate werden regelmäßig erneuert und entsprechen dem jeweils aktuellsten Stand. Rund zehn Prozent aller Mitarbeiter von BERU sind im Bereich Quali tätssicherung tätig. Ein Grundsatz der Qualitäts philosophie des Unternehmens lautet: Produktionsüberwachung statt Produkt über prüfung. Denn Qualität muss gefertigt und nicht erprüft werden. Dabei setzt BERU auf qualifizierte Mitarbeiter und auf modernste, computergestützte Verfahren. Nur sie garantieren, dass die den Kunden zugesicherten Eigen schaften auch bei jeder Kerze zuverlässig eingehalten werden. Doch die Qualitätssicherung beginnt bereits bei der eigenen Lieferantenund Materialauswahl: Zuverlässige Partner und beste Rohstoffe sind Grundvoraussetzungen für die kompromisslose Qualität. Zündkerzen sind Verschleißteile, die regelmäßig ausgewechselt werden müssen. Sonst droht die Gefahr unvollständiger Verbrennung. Dadurch wiederum steigen Kraftstoffver brauch und Schad stoffausstoß stark an. Durch Zünd aus setzer gelangt zudem unverbrannter Kraft stoff in den Katalysator, verbrennt dort nach und heizt den Kat-Träger auf. Treten die Zündaus setzer vermehrt auf, kann der Kata lysator völlig zerstört werden und der Schadstoffausstoß bis aufs Zehnfache ansteigen: So ist die gesetz lich vor geschrie bene Abgasunter suchung nicht zu schaffen. Bedenkt man, dass je nach Zylinderzahl und Kerzen typ ein kompletter Kerzen satz schon ab rund 20 Euro zu haben ist, ein Katalysa tor aus tausch aber mit mindestens 800 Euro zu Buche schlägt, wird klar, wie wichtig die regelmäßige Zünd kerzenkon trolle und der recht zeitige Kerzenwechsel sind. Generell gilt: Unabhängig von der Jahres fahrleistung sollten die Zündkerzen auch nach einem vom Hersteller empfoh lenen Zeitraum ausgetauscht werden zur Erhaltung der Motorleistung und zum Schutz des Katalysators. Dienstleistungen von BERU Heute zählt BERU international zu den führenden An bie tern für Kfz-Elektrik. BERU ist flexibel und reaktionsschnell, wenn es um die Um setzung von Kunden wünschen geht. Rund 150 Ent wick ler und Kon struk teure arbeiten an der permanenten Optimierung vorhandener Produkte und der Entwicklung von Innovationen in engem Dialog mit den Kunden aus dem Automobil- und Motoren bau. Spezielle Appli kationen, eigens auf die Partner von BERU abgestimmt, sichern den Fahr zeug her stellern Pro dukte, die exakt auf ihre Bedürfnisse maßgeschneidert sind. Mehr und mehr bietet BERU deshalb komplette System lösungen statt einzelner Kompo nen ten an. 1 2 Die BERU Hotline beantwortet Ihnen unter anderem auch alle Fragen rund um die Zündkerze. Hotline / Lebensdauertest-Prüfstand 2 Blick in die Kältekammer im Forschungs- und Entwicklungs zentrum von BERU: Test des Kaltstartver haltens in der Käl te zelle bei 30 C.

16 BERU ist eine registrierte Marke der BorgWarner Ludwigsburg GmbH Bestell-Nr PRMBU1434-DE Federal-Mogul Aftermarket GmbH Albert-Ruprecht-Straße Ludwigsburg, Germany Handelsverkauf Deutschland/Österreich/Schweiz Tel.: +49 (0) /-8281/-8344/-8347 Fax: +49 (0) Technische Hotline Tel.: +49 (0) beru.federalmogul.com Perfektion eingebaut