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Rund um die Glühkerze - 1 Anforderungen

zu Teil 2 Aufbau und Funktion von Glühkerzen | zu Teil 3 Ausfallursachen von Glühkerzen |

Warum Vorglühen?

Der Dieselmotor ist bekanntlich ein Selbstzünder, das heißt der eingespritzte Dieselkraftstoff entzündet sich, ohne dass ein Zündfunken notwendig ist. Der Grund liegt in der hohen Verdichtung der angesaugten Luft. Diese erhitzt sich im Verdichtungstakt auf 700–900°C. Im Fahrbetrieb ist die Temperatur der verdichteten Luft für die Selbstzündung beim Diesel hoch genug. Zum Start des Motors reicht diese jedoch speziell bei niedrigen Außentemperaturen nicht mehr aus. Je tiefer die Temperatur bei einem Kaltstart ist, desto schlechter sind die Bedingungen für eine rasche Zündung und vollständige umweltfreundliche Verbrennung bei einem Dieselmotor. Denn beim Kaltstart gilt generell, dass kalte angesaugte Luft zu niedrigeren Temperaturen am Ende der Kompression führt. Gravierender jedoch sind die niedrigen Startdrehzahlen. Durch die lange Verweildauer der Ladung ist der Druck- und Temperaturverlust viel höher als z. B. bei Leerlaufdrehzahlen.

Glühzeit ISS

Das ISS von Beru sorgt für extrem kurze Aufheizzeit

Eine wichtige Komponente der Kaltstartunterstützung ist die Glühkerze, denn sie bringt elektrisch erzeugte Wärmeenergie in den Brennraum ein und schafft so ideale Zündbedingungen für den eingespritzten Kraftstoff. Für Motoren mit geteiltem Brennraum (Vorkammer- oder Wirbelkammermotor) ist sie als Kaltstarthilfe unabdingbar, um den Start auch im häufig auftretenden Temperaturbereich von 10-30°C sicherzustellen. Wegen der erheblichen Verschlechterung der Startqualität unterhalb des Gefrierpunktes wird die Glühkerze als Kaltstarthilfe auch für den direkteinspritzenden Dieselmotor eingesetzt.

Wirbelkammermotor
1 Einspritzdüse 2 Glühkerze 4 Wirbelkammer = Nebenbrennraum 5 Kolbenmulde = Hauptbrennraum/td>
Direkteinspritzender Dieselmotor
1 1 Einspritzdüse 2 Glühkerze 5 Kplbenmilde

Das Grundprinzip ist einfach: Der elektrisch beheizte Heizstab ragt in den Brennraum (Vorkammer, Wirbelkammer bzw. Hauptbrennraum) hinein. Bei einer modernen Stabglühkerze erreicht dieser innerhalb weniger Sekunden eine Temperatur von über 1.000 °C. Die verdichtete Luft wird dadurch aufgeheizt, eine Selbstzündung unterstützt, und das Anspringen des Motors so ermöglicht.

Anforderungen an eine moderne Glühkerze

Moderne Glühkerzen sind heute selbstregelnde Stabglühkerzen, die in kurzer Zeit eine hohe Temperatur bereitstellen und diese Temperatur unabhängig von den Randbedingungen halten oder sogar in Abhängigkeit von diesen anpassen müssen.

Bisher arbeiteten Pkw-Dieselmotoren vornehmlich als Direkteinspritzer mit 2 Ventilen und boten so genügend Platz für Einspritzdüsen und Glühkerzen. Bei modernen Dieselmotoren mit Common- Rail- oder Pumpe-Düse-Einspritzsystem und 4-Ventil-Technik sind die Platzverhältnisse jedoch sehr begrenzt. Das bedeutet: Der Platzbedarf für die Glühkerze muss minimiert werden, was zu einer sehr dünnen und langen Form führt. Heute sind bereits Glühkerzen mit einem auf 3 mm reduzierten Glührohrdurchmesser im Einsatz.

Beru Slim Line Glühkerze

Moderne Glühkerze sind sehr schlank - Beru Slim Line (Quelle: Beru)

Die Glühkerze muss exakt an den Brennraum angepasst werden. Idealerweise sitzt der Glühstab dazu genau am Rand des Gemischwirbels – er muss jedoch noch weit genug in den Brennraum bzw. die Vorkammer eintauchen. Nur so kann er die Wärme punktgenau einbringen. Er darf allerdings nicht zu weit in den Brennraum ragen, denn dann würde die Aufbereitung des eingespritzten Kraftstoffes und damit die Bildung eines zündfähigen Kraftstoff-Luft- Gemisches gestört. Die Folge wären erhöhte Abgasemissionen.

Neben der Glühkerze kommt für den Motorkaltstart dem Einspritzsystem eine besondere Bedeutung zu. Nur ein in Einspritzzeitpunkt, -menge und Gemischbildung für den Kaltstart optimiertes System ergibt mit einer richtigen Position und Temperaturauslegung der Glühkerze ein gutes Kaltstartverhalten. Auch nach dem Motorstart darf die Glühkerze durch die erhöhte Luftbewegung im Brennraum nicht „kaltgeblasen“ werden. Besonders in Vor- oder Wirbelkammermotoren herrschen an der Glühkerzenspitze sehr hohe Luftgeschwindigkeiten. In diesem Umfeld funktioniert die Kerze nur, wenn sie genügend Reserven hat; d. h. wenn ausreichend glühendes Volumen vorhanden ist, um sofort Wärme in die kaltgeblasene Zone nachschieben zu können.

Moderne Glühkerzen, wie sie z.B. von Beru oder NGK gefertigt werden erfüllen diese Anforderungen. Sie sorgen bis –30 °C für einen umweltschonenden Diesel-Schnellstart in 2–5 Sekunden, für einen ruhigen und motorschonenden Motoranlauf bei bis zu 40 % weniger Rußausstoß in der Warmlaufphase bei nachglühfähigen Kerzen. Denn bis die ideale Zündtemperatur erreicht ist, wird so genannter Weiß- oder Blaurauch aus dem Auspuff ausgestoßen. Diese Rauchentwicklung ist auf die unvollständige Verbrennung des Kraftstoffs infolge einer zu niedrigen Zündtemperatur zurückzuführen. Durch das Nachglühen wird der Dieselkraftstoff in der Warmlaufphase vollständiger und geräuscharmer verbrannt.

Das Kaltstartnageln beim Diesel ist auf den vergrößerten Zündverzug bei kaltem Motor zurückzuführen. Der Kraftstoff entzündet sich schlagartig, der Motor nagelt. Eine nachglühfähige Glühkerze bringt den Motor durch Vor- und Nachglühen schneller auf Betriebstemperatur. Das schont den Motor, führt zu einem ruhigeren Motorlauf und verhindert das Nageln. Der Kraftstoff verbrennt dann gleichmäßiger und vollständiger. Somit wird mehr Energie freigesetzt und die Brennraumtemperatur steigt schneller an.

Mit Aufbau und Funktion von Glühkerzen geht Teil 2 -Rund um die Glühkerze weiter. Teil 3 beschäftigt sich mit den Ausfalluraschen vorn Glühkerzen.

Quelle: Beru, NGK,




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Autor: Johannes Wiesinger

bearbeitet: 23.08.2015

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