Glühkerzen
Grundlagen
Der Dieselmotor
Die Arbeitstakte eines Dieselmotors entsprechen grundsätzlich denen des Ottomotors. Allerdings sind zur Entflammung des Luft-Kraftstoff-Gemischs keine Zündkerzen erforderlich.
Der Grund: Dieselmotoren sind Selbstzünder. Umgebungsluft wird angesaugt und in den Zylindern besonders stark verdichtet. Das Ver- dichtungsverhältnis beträgt dabei bis zu 25:1.
Durch diese Kompression erreicht die angesaugte Luft eine Temperatur zwischen 700 und 900 °C. Wird nun der Kraftstoff hinzugegeben, entzündet er sich allein aufgrund dieser Hitze.
Anforderungen
Das Vorglühen
Für einen verlässlichen Kaltstart auch bei niedrigen Außentemperaturen sind Dieselmotoren auf die Unterstützung von Glühkerzen angewiesen.
Der Grund: Beim Anlassen sind Zylinder und Motor stark abgekühlt. Sie entziehen der ohnehin schon kalten Umgebungsluft zusätzliche Energie. Durch das Verdichten der Luft allein wird die zur Selbstzündung nötige Temperatur nicht mehr erreicht.
Hier kommt die Glühkerze ins Spiel. Sie ist in den Zylinderkopf eingeschraubt. Ihr Glührohr ragt in den Brennraum und erhitzt sich, sobald sie bestromt wird. Je nach Glühkerze auf über 1000 °C. So heizt sie auch den Brennraum auf.
Dieser Vorgang vor dem eigentlichen Anlassen des Motors wird auch als „Vorglühen“ bezeichnet.
Aufbau
Metall- und Keramikglühkerzen
Grundsätzlich wird in Metallstabglühkerzen und keramische Glühkerzen unterschieden.
Im Glühstab einer Metallstabglühkerze produziert eine Heizwendel die erforderliche Hitze. Keramische Glühkerzen kommen dagegen ohne ein Glührohr aus Metall aus. Stattdessen ist ihr Heizelement von einer Spezialkeramik umgegeben.
In der Regel erreichen keramische Glühkerzen höhere Glühtemperaturen und sorgen so für einen effizienteren Motorlauf und geringeren Schadstoffausstoß.
Metallstabglühkerze
360° Ansicht einer Metallstabglühkerze
Die selbstregulierende Glühkerze zählt zu den am häufigsten eingesetzten Glühkerzentypen.
Heizwendel
Die Heizwendel einer selbstregulierenden Schnellstart-Glühkerze besteht aus Metall. Sobald die Glühkerze bestromt wird, beginnt sie zu glühen und heizt so ihre Umgebung auf.
Indem man für die Konstruktion der Heizwendel unterschiedliche Drahtdurchmesser oder Drahtlängen benutzt, ändert man auch ihr Aufheizverhalten und beeinflusst, wie schnell die Glühkerze glüht.
Regelwendel
Die Regelwendel ist mit der stromführenden Mittelelektrode und der Heizwendel verschweißt. Bei steigender Temperatur steigt auch der elektrische Widerstand der Regelwendel. So reduziert sie je nach Temperatur den Stromfluss zur Heizwendel.
Metallkörper
Der Metallkörper einer Glühkerze stellt den elektrisch negativen Pol (Masseanschluss) dar.
Isolierfüllung
Das Innere des Glührohrs ist mit einem extrem verdichteten, speziellen Pulver gefüllt: Magnesiumoxid.
Magnesiumoxid ist elektrisch isolierend und ein hervorragender Wärmeleiter. Die Isolierfüllung erfüllt zwei wesentliche Funktionen: Sie schützt die Wendeln vor Stößen und Schwingungen und garantiert eine optimale Weiterleitung der produzierten Hitze.
Mittelelektrode
Über die Mittelelektrode erreicht die Batteriespannung die Wendeln.
Anschlussterminal
Am Anschlussterminal liegt die Versorgungsspannung an.
Glührohr
Das Glührohr einer Metallstabglühkerze besteht aus einer hitzebeständigen Legierung. Gemeinsam mit der Isolierfüllung sorgt es dafür, dass die Wendeln im Innern nicht den Verbrennungsgasen und den durch die Verbrennung entstehenden Schockwellen ausgesetzt sind.
Einschraubgewinde
Das Einschraubgewinde einer qualitativ hochwertigen Glühkerze ist stets gewalzt und nicht geschnitten. So wird einer Beschädigung der Glühkerzenbohrung im Zylinderkopf vorgebeugt.
Isolationsdichtring
Der Isolationsdichtring trennt einserseits den positiven und negativen Teil der Glühkerze voneinander und sorgt andererseits dafür dass keine Flüssigkeiten (Wasser, Motoröle, etc.) in die Glühkerze eindringen können
Keramikglühkerze
Heizelement
Im Gegensatz zu den Metallstabglühkerzen verwenden keramische Glühkerzen ein Heizelement aus Keramik.
Einschraubgewinde
Das Einschraubgewinde einer qualitativ hochwertigen Glühkerze ist stets gewalzt und nicht geschnitten. So wird einer Beschädigungen der Glühkerzenbohrung im Zylinderkopf vorgebeugt.
Isolationsdichtring
Der Isolationsdichtring trennt einserseits den positiven und negativen Teil der Glühkerze voneinander und sorgt andererseits dafür dass keine Flüssigkeiten (Wasser, Motoröle, etc.) in die Glühkerze eindringen können.
Heizrohr
Die Heizwendel bzw. das Heizelement keramischer Glühkerzen ist von einem besonders widerstandsfähigen, keramischen Material umgeben: Silizium-Nitrid.
Es schützt die Wendel vor hohen Temperaturen und Vibrationen und ist gleichzeitig ein hervorragender Wärmeleiter, so dass die entstehende Hitze schnell im Brennraum abgegeben wird.
Metallkörper
Der Metallkörper einer Glühkerze stellt den elektrisch negativen Pol (Masseanschluss) dar.
Dichtsitz
Der Dichtsitz sorgt einerseits dafür dass die Abgase im Brennraum verbleiben und andererseits stellt er den elektrisch negativen Masseanschluss dar.
Mittelelektrode
Über die Mittelelektrode erreicht die Versorgungsspannung das Heizelement.
Anschlussterminal
Am Anschlussterminal liegt die Versorgungsspannung an und stellt den elektrisch positiven Anschluss dar.
Kontaktierungsring
Der Kontaktierungsring stellt die elektrische Verbindung von Mittelelektrode und Heizelement sicher.
Spezielle Anforderungen
Besondere Anforderungen
Über die Jahre hat sich die Glühkerze weiterentwickelt, um den Ansprüchen der Autofahrer und denen des Gesetzgebers zu genügen. So ist die Vorglühzeit bei modernen Glühkerzen kaum mehr wahrnehmbar, der Startvorgang ist „Otto-ähnlich“.
In puncto Umweltschutz sind die Anforderungen an Glühkerzen ebenfalls gestiegen. Um aktuelle Schadstoffnormen (EURO5) einhalten zu können, müssen Glühkerzen auf den ersten Kilometern „nachglühen“, bis der Motor Betriebstemperatur erreicht hat. Diese Maßnahme sorgt für einen effizienten Motorlauf und niedrigen Schadstoff- ausstoß. Der Ausstoß von Blau- und Weißrauch sinkt um bis zu 50 Prozent. Darüber hinaus müssen Glühkerzen immer öfter auch „zwischenglühen“. Das sogenannte Zwischenglühen verhindert etwa das Auskühlen des Partikelfilters in Schubphasen.
Glühkerzentypen von NGK SPARK PLUG
Glühkerzentypen von NGK
Den gestiegenen Anforderungen an die Qualität der Verbrennung tragen verschiedene Glühkerzentypen auf jeweils unterschiedliche Art und Weise Rechnung. Hier sehen Sie einen Überblick.
Standard-Stabglühkerzen
Standard-Stabglühkerzen verfügen lediglich über eine Heizwendel. Sie kommen ohne Regelwendel aus. Weil ihre Heizwendel einen konstanten elektrischen Widerstand aufweist, verbraucht eine solche Glühkerze stets gleich viel Strom und ist auf ein Steuergerät angewiesen, das je nach Motortemperatur den Stromfluss reguliert. Diese Glühkerzen erreichen innerhalb von 20 – 25 Sekunden eine Betriebstemperatur von 800 °C.
Schnellstart-Glühkerzen
Auch Schnellstart-Glühkerzen sind mit nur einer Heizwendel ausgestattet. Allerdings verändert sich der Widerstand der Heizwendel mit ihrer Temperatur. Zu Beginn des Vorglühvorgangs ist der Widerstand niedrig, sodass mehr Strom fließt und die Wendel sich schnell erhitzt. Dies verringert die notwendige Vorglühzeit. Diese Glühkerzen erreichen innerhalb von 13 – 17 Sekunden eine Betriebstemperatur von 800 °C.
QGS-Stabglühkerzen
QGS steht für Quick Glow System – „Schnell-Glüh-System“. Es gibt zwei unterschiedliche Typen von QGS-Glühkerzen: QGS-Typen mit einer Heizwendel sind für extrem hohen Stromfluss ausgelegt, der von einem speziellen Steuergerät reguliert wird. QGS-Typen mit Heiz- und Regelwendel minimieren den Stromfluss in einem gewissen Maß selbsttätig, da der elektrische Widerstand der Regelwendel mit zunehmender Temperatur steigt. Dies schützt die Heizwendel der Glühkerze vor einer möglichen Überhitzung. Für alle QGS-Typen gilt: sie erhitzen sich sehr schnell und erreichen in 6 – 10 Sekunden Temperaturen von 900 °C.
Selbstregulierende Stabglühkerzen
Diese Glühkerzen eignen sich besonders für Motorenkonzepte, die ein Nachglühen erfordern. Im Innern einer selbstregulierenden Stabglühkerze (auch „SRM-Stabglühkerze“ für „Self Regulating Metal“) finden sich eine Heizwendel und eine Regelwendel. Ihre Heizwendel heizt sich sehr schnell auf. Die Regelwendel erhöht bei steigender Temperatur den Widerstand und minimiert dadurch den Stromfluss zur Heizwendel. Solche Glühkerzen erreichen in nur 4 Sekunden 900 °C. Die aus einem speziellen Material gefertigte Regelwendel ermöglicht dabei eine hohe Lebensdauer der SRM-Typen.
AQGS-Stabglühkerzen
AQGS steht für „Advanced Quick Glow System“. Diese Weiterentwicklung der QGS-Typen verfügt ebenfalls über eine Heiz- und eine Regelwendel. Ihre Heizwendel heizt sich extrem schnell auf. Weil das Glührohr der AQGS-Glühkerze mit nur 3,5 mm wesentlich dünner ist als das Glührohr herkömmlicher Metall-Stabglühkerzen, erreicht diese Type in nur 2 Sekunden 1.000 °C und sorgt so für eine besonders zuverlässige Selbstzündung des Diesel-Gemischs. Emissionen während der Warmlaufphase werden schon vor Erreichen der optimalen Betriebstemperatur des Motors minimiert.
Selbstregulierende keramische Glühkerzen
Selbstregulierende keramische Glühkerzen (auch „SRC-Glühkerzen“ für „Self Regulating Ceramic“) sind ähnlich wie selbstregulierende Metallstabglühkerzen mit einer Heiz und einer Regelwendel ausgestattet. Da der elektrische Widerstand der Regelwendel mit zunehmender Temperatur steigt und so den Stromfluss begrenzt, benötigt diese Glühkerze kaum Steuerung von außen. Dieser Glühkerzen-Typus heizt sich in 3 Sekunden auf über 1.100 °C auf und regelt die Temperatur dann selbsttätig auf unter 1.000 °C.
Neue Keramische Hochtemperatur-Glühkerze
Die Neue Keramische Hochtemperatur-Glühkerze („NHTC-Glühkerze“, „New High Temperature Ceramic“) verfügt über ein vollkeramisches Heizelement. Sie erreicht in 2 Sekunden eine Betriebstemperatur von 1.000 °C und kann bis zu 10 Minuten bei bis zu 1.350 °C nachglühen. Das bedeutet: Sie glüht in Schubphasen oder während der Regenerationsphase des Partikelfilters und minimiert in diesem Zeitraum so die Partikelemissionen. Dank dieser Maßnahme können moderne Dieselfahrzeuge z. B. die besonders hohen Vorgaben der aktuellen Schadstoffnormen einhalten.
Einbau
Das richtige Moment
Für die fachgerechte Montage einer Glühkerze empfiehlt sich die Verwendung eines Drehmomentschlüssels. Denn selbst für Werkstattprofis ist das Schätzen des Anzugsdrehmomentes nahezu unmöglich.
Das liegt daran, dass sich ein Drehmoment aus zwei Größen errechnet, die miteinander multipliziert werden: der Kraft, die auf den jeweiligen Drehpunkt einwirkt, und der Länge des Hebels.
Wird bei einer Glühkerze ein falsches Drehmoment angewendet, kann es zu Kompressionsverlusten kommen. Aufgrund von Vibrationen ist bei keramischen Glühkerzen außerdem ein Bruch der Keramik möglich. Auch kann insbesondere die Verwendung eines zu großen Anzugsdrehmoments zum Zusammenziehen des Ringspalts zwischen Metallgehäuse und Glührohr führen. In diesem Fall überhitzt die Glühkerze und fällt aus.
Drehmomente im Überblick
Das anzuwendende Anzugsdrehmoment ist abhängig von dem Durchmesser des Glühkerzengewindes und des Durchmessers der Anschlussmutter.
Ruß entfernen mit der Reibahle
Bauartbedingt neigen einige Dieselmotoren zu ver- stärkter Rußbildung. Werden hier Glühkerzen getauscht, sollte die Glühkerzenbohrung mit einem Spezialwerkzeug gereinigt werden. Sonst können angelagerte Verkokungen zu einem Hitzestau an der neuen Glühkerze und somit zu Überhitzung führen.
Der Einsatz von Hazet-Reibahlen – die gemeinsam mit NGK SPARK PLUG entwickelt wurden – ist dringend empfohlen:
- Zur Glühkerze passende Reibahle aussuchen
- Reibahle im vorderen Bereich (Schneide) mit etwas Fett bestreichen
- Reibahle handfest in den Zylinderkopf schrauben
- Reibahle herausschrauben und gründlich säubern
Reibahlen-Video
Praxisgerechte Veranschaulichung zum Gebrauch der Reibahle in einer filmischen Darstellung.
Diagnose
Diagnose
Das Aussehen einer Glühkerze erlaubt Rückschlüsse auf mögliche Schadensursachen.
Hier sehen Sie die wichtigsten Schadensbilder und erfahren, was sie Ihnen verraten.
Überhitzungsschäden
Ein solches Schadensbild entsteht in der Regel, wenn Einspritzzeitpunkt oder Spritzbild nicht korrekt eingestellt sind, die falsche Kraftstoffmenge eingespritzt wird oder Öl in den Brennraum gelangt.
Überspannungsschäden
Überspannungsschäden entstehen, wenn eine falsche Glühkerze (12 statt 24 V) eingebaut wurde. Auch ist es möglich, dass das Steuergerät zu viel Spannung erzeugt oder den Stromfluss zu spät abstellt. Steuergerät und Lichtmaschine sollten überprüft werden.
Brüche an Gehäuse oder Anschluss
Hier wurde offensichtlich ein falsches Anzugsdrehmoment genutzt oder der Schlüssel nicht richtig gehandhabt.
Brüche an Gehäuse und Anschluss
Solche Schäden entstehen bei der Verwendung eines falschen Anzugsdrehmoments oder wenn der Schlüssel unsachgemäß angelegt wurde.
Gebrochener Glühstab
Wenn der Glühstab abgebrochen ist, kann das am falschen Einspritzzeitpunkt, dem falschen Spritzbild oder einer schlecht eingestellten Durchflussrate liegen.
Überhitzungsschäden / Bruch
Ein Bruch infolge von Überhitzung zeigt sich, wenn etwa der Einspritzzeitpunkt nicht stimmt, das Spritzbild oder die Kraftstoffmenge nicht in Ordnung sind. Auch können undichte Kolben und Ventile hierfür ursächlich sein, sofern Öl in den Brennraum gelangt.
Überspannungsschäden
Zu einem „aufgeblasenen“ Glührohr kommt es etwa, wenn die falsche Glühkerze eingesetzt wurde (12 statt 24 Volt), das Steuergerät defekt ist oder die Lichtmaschine zu viel Spannung erzeugt.
