Zündkerze: mehr als nur ein Funke

Das Wesen der Zündkerze in einem Ottomotor scheint offensichtlich. Dies ist ein einfaches Gerät, bei dem der wichtigste Teil die beiden Elektroden sind, zwischen denen der Zündfunke überspringt. Die wenigsten von uns wissen, dass die Zündkerze in modernen Motoren eine neue Funktion erhalten hat.

Moderne Motoren werden fast ausschließlich elektronisch gesteuert. Regler, im Volksmund als "Computer" bekannt, sammelt eine Reihe von Daten über den Betrieb des Geräts (wir nennen hier vor allem die Drehzahl der Kurbelwelle, den Grad des "Durchdrückens" des Gaspedals, den atmosphärischen Luftdruck und in der Ansaugkrümmer, die Kühlmittel-, Kraftstoff- und Lufttemperatur sowie die Zusammensetzung der Abgase im Abgassystem vor und nach ihrer Reinigung durch Katalysatoren) und dann, verglichen mit den in seinem Speicher gespeicherten Informationen, Befehle erteilt zu den Systemen zur Steuerung des Zünd- und Einspritzvorgangs sowie zur Position der Luftklappe. Tatsache ist, dass der Flammpunkt und die Kraftstoffdosierung für die einzelnen Betriebszyklen in jedem Moment des Motorbetriebs hinsichtlich Effizienz, Wirtschaftlichkeit und Umweltfreundlichkeit optimal sein müssen.

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Unter den Daten, die zur Steuerung des korrekten Betriebs des Motors erforderlich sind, befinden sich auch Informationen über das Vorhandensein (oder Nichtvorhandensein) einer Detonationsverbrennung. Das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das sich bereits im Brennraum über dem Kolben befindet, muss schnell, aber allmählich von der Zündkerze bis in die äußersten Bereiche des Brennraums verbrennen. Wenn sich das Gemisch vollständig entzündet, also „explodiert“, sinkt der Wirkungsgrad des Motors (also die Fähigkeit, die im Kraftstoff enthaltene Energie zu nutzen) stark ab, gleichzeitig steigt die Belastung wichtiger Motorkomponenten, was dazu führt kann zum Scheitern führen. Daher sollte ein konstantes Detonationsphänomen nicht zugelassen werden, aber andererseits sollten die sofortige Zündeinstellung und die Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches derart sein, dass der Verbrennungsprozess diesen Detonationen relativ nahe kommt.

Moderne Motoren sind daher seit einigen Jahren mit sogenannten ausgestattet. Klopfsensor. In der traditionellen Ausführung handelt es sich dabei eigentlich um ein Spezialmikrofon, das, in den Motorblock eingeschraubt, nur auf Vibrationen mit einer Frequenz anspricht, die einer typischen Detonationsverbrennung entspricht. Der Sensor sendet Informationen über mögliches Klopfen an den Motorcomputer, der mit einer Änderung des Zündzeitpunkts reagiert, sodass kein Klopfen auftritt.

Die Detonationsverbrennungsdetektion kann jedoch auch auf andere Weise durchgeführt werden. Bereits 1988 startete das schwedische Unternehmen Saab mit der Produktion einer verteilerlosen Zündeinheit namens Saab Direct Ignition (SDI) im Modell 9000. Bei dieser Lösung hat jede Zündkerze eine eigene Zündspule, die im Zylinderkopf eingebaut ist, und den „Computer“. " speist nur Steuersignale. Daher kann bei diesem System der Zündzeitpunkt für jeden Zylinder unterschiedlich (optimal) sein.

Wichtiger in einem solchen System ist jedoch, wofür jede Zündkerze verwendet wird, wenn sie keinen Zündfunken erzeugt (die Dauer des Funkens beträgt nur einige zehn Mikrosekunden pro Betriebszyklus und beispielsweise bei 6000 U/min ein Motor Betriebszyklus beträgt zwei Hundertstel Sekunden). Es stellte sich heraus, dass dieselben Elektroden verwendet werden können, um den zwischen ihnen fließenden Ionenstrom zu messen. Dabei wurde das Phänomen der Selbstionisation von Kraftstoff- und Luftmolekülen bei der Verbrennung einer Ladung über dem Kolben genutzt. Einzelne Ionen (freie Elektronen mit negativer Ladung) und Teilchen mit positiver Ladung lassen einen Strom zwischen den in der Brennkammer platzierten Elektroden fließen und dieser Strom kann gemessen werden.

Es ist wichtig zu beachten, dass der Grad der angezeigten Gasionisation in der Kammer Verbrennung hängt von Verbrennungsparametern ab, d.h. hauptsächlich auf den aktuellen Druck und die Temperatur. Somit enthält der Wert des Ionenstroms wichtige Informationen über den Verbrennungsprozess.

Die vom Saab SDI-System gewonnenen Basisdaten lieferten Hinweise auf Klopfen und mögliche Zündaussetzer und ermöglichten auch die Bestimmung des erforderlichen Zündzeitpunkts. In der Praxis lieferte das System zuverlässigere Daten als eine herkömmliche Zündanlage mit herkömmlichem Klopfsensor und war zudem kostengünstiger.

Derzeit ist das sogenannte Distributionless-System mit Einzelspulen für jeden Zylinder weit verbreitet, und viele Unternehmen nutzen bereits die Ionenstrommessung, um Informationen über den Verbrennungsprozess im Motor zu sammeln. Darauf abgestimmte Zündsysteme werden von den wichtigsten Motorenlieferanten angeboten. Es stellt sich auch heraus, dass die Bewertung des Verbrennungsprozesses in einem Motor durch Messung des Ionenstroms ein wichtiger Weg sein kann, um die Motorleistung in Echtzeit zu untersuchen. Damit können Sie nicht nur eine fehlerhafte Verbrennung direkt erkennen, sondern auch die Größe und Position (berechnet in Umdrehungsgrad der Kurbelwelle) des tatsächlichen maximalen Drucks über dem Kolben bestimmen. Bisher war eine solche Messung bei Serienmotoren nicht möglich. Mit der entsprechenden Software ist es dank dieser Daten möglich, die Zündung und Einspritzung in einem viel größeren Bereich von Motorlasten und -temperaturen genau zu steuern und die Betriebsparameter des Aggregats an spezifische Kraftstoffeigenschaften anzupassen.