Glühkerzen
Sicherheitshinweis:
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Arbeiten am Vorglühsystem von Fahrzeugen erfordern professionelles Fachwissen sowie geeignete Meßgeräte und Werkzeuge. Fehlerhafte Arbeitsausführung, die Verwendung falscher oder minderwertiger Glühkerzen kann schwere Schäden an elektrischen und elektronischen Bauteilen sowie am Zylinderkopf verursachen. Unabhängig von den nachfolgend beschriebenen Handlungsanleitungen sind die Herstellervorschriften für den jeweiligen Motor maßgeblich. |
Funktionsweise des Dieselmotors
Dieselmotoren sind Selbstzünder. Das bedeutet, daß sich der von der Einspritzpumpe in den Zylinder eingespritzte Kraftstoff durch die hohe Kompression beim Verdichtungsvorgang selbst entzündet.
Die nachfolgende Grafik zeigt das Diesel-Prinzip an einem modernen 4-Takt-Direkteinspritzer:
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EV = Einlassventil AV = Auslassventil |
Im Ansaugtakt bewegt sich der Kolben nach unten. Dadurch entsteht im Zylinder ein Unterdruck in der Größenordnung zwischen - 0,1 ... - 0,3 bar. Durch das geöffnete Einlaßventil strömt Luft vom Saugrohr in den Zylinder. Die angesaugte Luft erwärmt sich im Zylinder auf 70 - 100°C.
Im Verdichtungstakt sind sowohl Einlaß- wie auch Auslassventil geschlossen. Durch den sich aufwärts bewegenden Kolben wird die im Zylinder befindliche Luft auf 30 - 55 bar verdichtet und erhitzt sich dabei auf 700 - 900°C.
Im Arbeitstakt befindet sich der Kolben mit der hoch verdichteten Luft kurz vor dem oberen Totpunkt des Kolbens. Dann wird über die Einspritzdüse (bzw. Injektor) Dieselkraftstoff in die Brennkammer eingespritzt. Durch die hohe Temperatur der komprimierten Luft wird die Selbstzündung ausgelöst, wodurch der Innendruck im Zylinder stark ansteigt und der Arbeitstakt beginnt.
Im Auslasstakt strömen die Abgase durch das geöffnete Auslassventil in den Auspuff.
Diese Darstellung ist stark vereinfacht. Tatsächlich ist die Steuerung der Ventile und des Zeitpunkts der Kraftstoffeinspritzung wesentlich komplizierter. Bei modernen Dieselmotoren wird der Kraftstoff pro Arbeitstakt auf bis zu sieben Einzeleinspritzungen verteilt, wodurch sich eine besonders gute Durchmischung von Kraftstoff und Luft ergibt. Hochmoderne Piezo-Injektoren können noch deutlich mehr Einzeleinspritzungen leisten. Der Verbrennungsvorgang erfolgt wesentlich harmonischer, wodurch das früher sehr starke Nageln eines Dieselmotors heute kaum mehr wahrnehmbar ist.
Die kleineren Brennräume eines Direkteinspritzers sowie günstigere Gemischbildung und Verbrennungsabläufe ermöglichen die Verringerung der Verdichtung, die bei einem Vorkammerdiesel meist in der Größenordnung um 23 : 1 lag, heute aber nur noch zwischen 17 ... 18 : 1 beträgt. Auch dies führt zu deutlich verminderten Motorvibrationen und zu einer Verringerung des "Nagelns".
Durch die besondere Arbeitsweise und die im Vergleich zu Otto-Motoren höhere Druck- und Vibrationsbelastung erfordern Dieselmotoren aufwendigere Einspritzsysteme und entsprechend dimensionierte Motorbauformen. Hinzu kommen die heute sehr hohen Anforderungen im Hinblick auf die Abgasnachbehandlung, um den Schadstoffausstoß zu vermindern.
Beim Dieselmotor unterscheidet man folgende Einspritzsysteme:
Vorkammersystem
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1 Einspritzdüse 2 Stabglühkerze 3 Vorkammer 5 Verbrennungsraum |
Bei dieser Motorbauform ist der Brennraum in zwei Teile geteilt: in die Vorkammer und in den Hauptbrennraum. Beide Brennräume sind durch Bohrungen (Schußkanäle) miteinander verbunden. Während des Verdichtungstraktes wird ein Teil der verdichteten Luft in die Vorkammer gepreßt. Kurz vor dem Erreichen des oberen Totpunktes wird der Kraftstoff mit einem Druck von ungefähr 300 bar durch eine Düse direkt in die Vorkammer des entsprechenden Zylinders gespritzt. Dort erfolgt eine Teilverbrennung des eingespritzten Kraftstoffes. Durch die hohen Temperaturen kommt es zu einem rasanten Druckanstieg, wodurch der gesamte Inhalt der Vorkammer durch die Schußkanäle in den Hauptbrennraum geblasen wird, wo dann die eigentliche Verbrennung stattfindet. Die Dieselmotoren beim Opel Rekord D (21D), Rekord E (20D, 21D, 23D, 23TD), Senator A (23TD, 23D Comprex) und Omega A (23YD, 23YDT, 23DTR) sind nach diesem Prinzip gebaut. |
Wirbelkammersystem
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1 Einspritzdüse |
Die kugelförmige Wirbelkammer ist im Zylinderkopf und vom Hauptbrennraum abgetrennt. Wirbelkammer und Hauptbrennraum sind durch einen groß dimensionierten Schußkanal getrennt. Im Verdichtungstrakt bewirkt der Schußkanal in der Wirbelkammer eine intensive Rotation der Ansaugluft. In diese Verwirbelung wird der Kraftstoff eingespritzt. Die Verbrennung beginnt dann in der Wirbelkammer und setzt sich dann im Hauptbrennraum fort. Bei betriebswarmem Motor ist die Temperatur der verdichteten Luft für die Selbstentzündung des Kraftstoffs hoch genug. Beim Kaltstart erreicht die komprimierte Luft ohne zusätzliche Maßnahmen allerdings nur schwer die zur Selbstentzündung des Kraftstoffs erforderliche Temperatur. Die Dieselmotoren X20DTH, 25DT und X25DT im Omega B sind nach diesem Prinzip gebaut. |
Direkteinspritzung
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1 Einspritzdüse 2 Stabglühkerze 5 Verbrennungsraum |
Bei der Diesel-Direkteinspritzung wird der Kraftstoff zur Zerstäubung mit hohem Druck durch eine Mehrlochdüse in die hoch verdichtete Ansaugluft gespritzt, wobei durch eine entsprechend gestaltete Kolbenbodenfläche die Verwirbelung des Kraftstoff-Luft-Gemisches gefördert wird. Die kalte Ansaugluft wird beim Start durch den hohen Verdichtungsdruck sehr schnell erhitzt. Bei dieser Motorenbauform ragt die Glühkerze direkt in den Hauptbrennraum. Vor- und Wirbelkammer-Dieselmotoren werden heute als Kraftfahrzeugmotoren nicht mehr gebaut, da aktuelle Anforderungen an Laufruhe, Leistung, Kraftstoffverbrauch und Abgasverhalten mit diesen Konstruktionen nicht mehr erfüllt werden können. Die Dieselmotoren Y22DTH und Y25DT im Omega B sind nach diesem Prinzip gebaut. |
Die Funktion der Glühkerze
Solange ein Dieselmotor seine Betriebstemperatur nicht erreicht hat, sind die Bedingungen für die Selbstentzündung des Kraftstoffgemisches denkbar schlecht. Die Startdrehzahl (Anlassdrehzahl) ist sehr niedrig und dadurch der Druck- und Temperaturverlust der Ansaugluft viel höher als bei Leerlaufdrehzahl. Eine rasche Zündung und eine auch in der Kaltlaufphase schadstoffarme Verbrennung wäre ohne zusätzliche Aufheizung des Brennraumes nur schwer oder gar nicht erreichbar.
Daher haben Dieselmotoren zur Kaltstartunterstützung Glühkerzen,
die Brennraum und Gemisch schnell aufheizen und so schnell brauchbare Bedingungen schaffen, um
den Treibstoff zur Selbstentzündung zu bringen.
Qualitativ hochwertige Glühkerzen müssen sich in möglichst kurzer Zeit
stark aufheizen können, um die notwendige Zündunterstützung zu gewährleisten. Um
einen ruhigen, gleichmäßigen Motorlauf und einen geringen Schadstoffausstoß nach
dem Starten sicherzustellen, müssen die Glühkerzen in der Lage sein, die
Zündtemperatur unabhängig von den Umgebungsbedingungen zu halten oder sich gar
an die Umgebungsbedingungen anzupassen.
Durch die heutige Mehrventiltechnik mit Common-Rail-Technik ist der für die Glühkerze zur Verfügung stehende Platz allerdings sehr beschränkt., was zu einer dünnen und langen Bauform führt. Auf dem Markt befinden sich Glühkerzen, die einen Glührohrdurchmesser von nur 3 mm aufweisen.
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Moderne Glühkerzen sind in der Lage, die Brennräume in 2 - 5 Sekunden aufzuheizen, was das früher zwingend notwendige Vorglühen überflüssig macht, solange der Kaltstart oberhalb von - 20°C erfolgt. Zudem wird die Rußemission um bis zu 40% reduziert, wenn nachglühfähige Glühkerzen verwendet werden. Tatsächlich glühen auch moderne Dieselmotoren vor, auch wenn dies vom Fahrer nicht bemerkt wird. Bei vielen Fahrzeugen wird mit dem Öffnen des Fahrertür-Kontaktschalters oder bei Betätigung der Zentralverriegelung über Fahrertürschloß oder Funkfernbedienung nicht nur die Innenraumbeleuchtung eingeschaltet, sondern gleichzeitig vorgeglüht. |
Aufbau einer Glühkerze (BERU)
Aufbau der Glühkerze (NGK)
Aufbau der Glühkerze (Bosch Duratherm)
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Chromium-Glührohr |
Duraterm-Regelwendel |
Kerzengehäuse |
Isolierscheibe |
Die gesamte Wendel ist fest in ein verdichtetes, elektrisch isolierendes aber sehr wärmeleitfähiges keramisches Pulver eingepackt. Das Pulver wird beim mechanischen Verdichten so stark gepreßt, daß die Wendel sitzt, als wäre sie in Zement eingegossen.
Dadurch ist sie so stabil, daß die dünnen Drähte der Heiz- und Regelwendel allen im Betrieb auftretenden Schwingungen dauerhaft widerstehen können. Durch diese Konstruktion werden Windungsschlüsse oder gar Glührohrkurzschlüsse wirkungsvoll verhindert.
Durch verschiedene Materialien, Längen, Durchmesser und Drahtstärken können Aufheizzeit und Glühtemperaturen an die Anforderungen des entsprechenden Motors angepaßt werden.
Beim Vorglühen fließt anfangs ein starker Strom über den Anschlußbolzen und die Regelwendel zur Heizwendel. Diese erhitzt sich dadurch und bringt die Heizzone zum Glühen. Dieses Glühen breitet sich rasch aus, so daß nach 2 - 5 Sekunden der Heizstab bis nahe an den Kerzenkörper glüht.
Dadurch wird die Temperatur der durch den Strom schon erhitzten Regelwendel zusätzlich erhöht. In der Folge steigt deren elektrischer Widerstand, wodurch der Strom so weit reduziert wird, daß eine Beschädigung des Glühstabes vermieden wird.
Erfolgt kein Start, wird die Glühkerze nach einer gewissen Bereitschaftszeit durch das Glühkerzensteuergerät abgeschaltet.
Bei nachglühfähigen Kerzen wird durch das Glühkerzensteuergerät eine Nachglühzeit von bis zu 3 Minuten sichergestellt, um die Schadstoff- und Geräuschemissionen zu senken.
In Fahrzeuge, bei denen nachglühfähige Kerzen vorgesehen sind, dürfen keine Kerzen eingebaut werden, die nicht nachglühfähig sind. Durch die Spannungserhöhung nach dem Starten des Motors würden diese Glühkerzen nach kürzester Zeit durchbrennen.
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Beim Ersatz der Glühkerzen unbedingt auf Erstausrüster-Qualität achten. Minderwertige Glühkerzen können nicht nur Startschwierigkeiten oder den schnellen Defekt der Kerze nach sich ziehen, sondern auch das Vorglühsteuergerät und den Zylinderkopf zerstören ! |
Schadensbilder bei Glühkerzen
| Schadensbild | Ursache | Abhilfe |
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Heizstab mit Dellen und Falten
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Wendelunterbrechung durch:
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Heizstab an- oder abgeschmolzen oder
abgebrochen
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Überhitzung
des Heizstabes durch:
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Heizstabspitze beschädigt
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Überhitzung
des Heizstabes durch:
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Anschlußbolzen abgerissen, Sechskant
beschädigt
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Wassereintritt ins Glühkerzengewinde
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Glühkerze "versulzt" Verbrennungsgase treten am Glühkerzengewinde aus
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Ringspalt zugezogen / verkokt
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Sonderfall Keramik-Glühkerzen
Keramik-Glühkerzen sind in der Handhabung besonders kritisch, da sie sehr bruchempfindlich sind. Erkennbar sind sie - im Vergleich zur Stahl-Glühkerze - am Führungsrohr (roter Pfeil), das den Keramikkörper umschließt. Die obere Abbildung zeigt eine Stahl-Glühkerze, die untere eine Keramik-Glühkerze.
Schon ein Herabfallen aus einer Höhe von mehr als 20 mm (Zwanzig Millimeter) kann zu Haarrissen im Keramikkörper führen. Wird eine derartig defekte Glühkerze verbaut, können Bruchstücke zur Zerstörung des Motors führen.
Glühkerzen-Funktionstest
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Glühkerzen sollten im Regelfall alle 75.000 bis 100.000 km auf regelrechte Funktion in der Werkstatt mit entsprechenden Meßgeräten überprüft werden. Eine Überprüfung ist spätestens dann erforderlich, wenn trotz Vorglühen Startschwierigkeiten auftreten oder der Wagen nach dem Kaltstart ein starkes Nageln oder übernormale Rauchentwicklung zeigt. Der Funktionstest einer Glühkerze mittels Durchgangstest gibt zwar einen Anhaltspunkt, ob die Glühwendel durchgebrannt ist. Ob die Glühkerze aber unter Last tatsächlich noch funktionsfähig ist, kann damit nicht zuverlässig festgestellt werden. Die nebenstehende Abbildung zeigt das neue Glühkerzen-Testgerät der Firma BERU, mit dem eine einwandfreie Funktionsprüfung möglich ist. Da dieses Testgerät mit einem Preis von ca. € 370,-- für die meisten Privatanwender keine lohnenswerte Investition darstellt, ist der Check der Glühkerzen in einer Werkstatt sinnvoller. |
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Die Glühkerzen moderner Dieselmotoren werden häufig nicht mehr auf 12V ausgelegt, sondern werden durch das Motorsteuergerät mit einer wesentlich geringeren Spannung (zwischen 3 und 5 V) angesteuert.
Der für 12V-Glühkerzen mögliche Test mittels Prüflampe, die zwischen Pluspol einer Batterie und Plusanschluß der Glühkerze zwischengeschaltet wird (Glühspitze an Batterie-Masse), darf bei den für geringere Spannungen ausgelegten Glühkerzen keinesfalls durchgeführt werden.
Die Glühkerze würde durch diesen Test sofort zerstört!
Doch auch für auf 12V ausgelegte Glühkerzen gibt der vorgenannte Test nur einen Hinweis auf definitiv komplett ausgefallene Glühkerzen. Es kann aber nicht ausgeschlossen werden, daß eine so geprüfte Glühkerze zwar noch elektrischen Durchgang hat, die Leistungsaufnahme aber so weit herabgesetzt ist, daß diese unter den im Betrieb gegebenen Bedingungen funktionsunfähig geworden ist.
Aus- und Einbau von Glühkerzen
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Das Ein- und Ausbauen von Glühkerzen scheint auf den ersten Blick eine relativ einfache Aufgabe zu sein. Vergleichbar mit dem Wechsel von Zündkerzen. Selbst für Fachleute stellt das Wechseln der Glühkerzen bei manchen Motoren eine eher unangenehme Arbeit dar, da durch die filigrane Bauform der Glühkerzen das Bruchrisiko der Glühkerzen enorm hoch ist. Wasser, Schmutz und evtl. Kühlmittel, welches in das Glühkerzengewinde eindringen und meist über Jahre fest mit dem Gewinde und zwischen Glühkerzenschaft und Zylinderkopf verbacken konnte, erhöhen das notwendige Lösemoment über das Bruchmoment der Glühkerze. Im unteren Teil im Bereich der Heizwendel kann es durch verkokte Verbrennungsrückstände ebenfalls zu einem Verbacken der Glühkerze gekommen sein. Deswegen ist es trotz aller Vorsicht und trotz richtiger Vorgehensweise nicht in jedem Fall gewährleistet, die Glühkerzen ohne Demontage des Zylinderkopfes auszubauen zu können. |
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Sollte die Demontage unterhalb (!) des Bruchmomentes der Glühkerze nicht gelingen, sollte die Arbeit einer professionellen Werkstatt überlassen werden, die evtl. durch spezielle Techniken und Lösemittel noch eine Chance hat, die Arbeit zu Ende zu bringen.
Ist die Glühkerze aber erst einmal abgerissen, wird die fachmännische Reparatur durch einen Spezialisten sehr teuer.
Die Einhaltung des maximalen Lösemomentes in der nachfolgenden Tabelle stellt eine Empfehlung dar.
| Glühkerze | Gewindegröße | Anzugsmoment in Nm | maximales Lösemoment in Nm | Bruchmoment in Nm |
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M12 | 22 | 40 | 45 |
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M10 | 15 | 30 | 35 |
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M9 | 12 | 17 | 22 |
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M8 | 10 | 15 | 20 |
Werkzeuge
Um die Demontage unter Beachtung des Bruchmomentes durchführen zu können, wird ein spezieller Drehmomentschlüssel benötigt, der auch beim Lösen einer Verbindung das eingestellte Drehmoment auslöst. Die meisten Drehmomentschlüssel lösen nur beim Festziehen, nicht aber beim Lösen einer Verbindung aus.
Ein ordentlicher Drehmomentschlüssel mit einer brauchbaren Auslösegenauigkeit kostet um € 150,--.
Zum Lösen und Festziehen der Glühkerzen empfiehlt sich die BERU-Spezialstecknuß. Mit dieser wird ein Verkanten (und damit das Brechen des elektrischen Anschlusses) weitgehend vermieden.
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Vor dem Wiedereinschrauben neuer Glühkerzen sollten sowohl das Gewinde im Zylinderkopf gereinigt wie auch Verkokungsrückstände im Bereich des Glühkerzeneintritts in den Zylinderkopf beseitigt werden. Ohne diese Vorarbeiten ist der Dichtsitz der neuen Glühkerze wie auch zu einem späteren Zeitpunkt der schadenfreie Wiederausbau der Glühkerze zumindest unnötig erschwert. Zur Reinigung der Glühkerzenschächte verwendet man spezielle Reibahlen, die vor dem Einschrauben eingefettet werden, damit das abgeschabte Material möglichst nicht in den Brennraum fällt. Auch diese Spezialreibahlen werden von BERU angeboten. Die Kosten für die unbedingt empfehlenswerten Spezialwerkzeuge sind so hoch, daß es auch für versierte Bastler deutlich günstiger sein dürfte, die Reparatur einer Fachwerkstatt zu überlassen. |
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Vorbereitung des Ausbaues
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Schritt 1: Mindestens 24 Stunden vor dem Ausbau der Glühkerzen elektrische Anschlüsse von den Glühkerzen abbauen und den Kerzenschacht vorsichtig von eventuellen Verschmutzungen und Verkrustungen mit Druckluft und Bremsenreiniger sowie mechanisch reinigen. Schritt 2: In den Bereich des Glühkerzenschachtes etwas Synthetik-Motorenöl einträufeln. Dabei darauf achten, daß die Stecker nicht mit dem Öl dauerhaft in Verbindung kommen. Deren Material kann quellen oder verhärten. Schritt 3: Unmittelbar vor dem Glühkerzenwechsel den Motor heißfahren. Schritt 4: Intakte Glühkerzen durch mehrmaliges Vorglühen aufheizen. Schritt 5: |
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Elektrische Anschlüsse von den Glühkerzen trennen und einen Ausschraubversuch mit dem maximal empfohlenen Lösemoment durchführen. Löst sich die Glühkerze noch nicht, dann ggf. nochmals mehrmals Vorglühen oder den Motor mit einer verschärften Fahrt nochmals heißfahren.
Schritt 6:
Glühkerzen ausschrauben. Dabei nicht verkanten!
Schritt 7:
Glühkerzenschächte und Einschraubgewinde mit spezieller Reibahle von Verkokungen und anderen Ablagerungen reinigen.
Schritt 8:
Neue Glühkerze im Gewindebereich mit Schutzfett versehen, einschrauben und mit vorgeschriebenem Drehmoment festschrauben, elektrischen Anschluß ebenfalls mit vorgeschriebenem Drehmoment anziehen oder aufstecken.
Einbau der Glühkerze, wenn kein Drehmomentschlüssel vorhanden ist:
Glühkerze bis zum Anliegen in den Motorblock einschrauben. Mit geeignetem Werkzeug um ca. 30° nachziehen. Die Winkelanzugsmethode sollte allerdings nur im Notfall (!) durchgeführt werden.
Anzugswerte
Beim Einschrauben der neuen Glühkerzen ist das vom Kfz-Hersteller vorgeschriebene Drehmoment zu beachten:
| Glühkerzen-Gewinde in mm | Anzugsdrehmoment in Nm |
| 8 | 10 |
| 10 | 12 - 18 |
| 12 | 22 - 25 |
Bei Glühkerzen mit Schraubanschluß muß auch das Anzugsdrehmoment der Anschlußmutter beachtet werden:
| Anschlußmutter-Gewinde | Anzugsdrehmoment in Nm |
| M 4 | 2 |
| M 5 | 3 |
Glühkerzenmodelle
Folgende Glühkerzen passen:
| Modell | Besonderheit | Opel | Bosch | Beru | NGK |
| Ascona B 20D | bis Motor-Nr.: 90309 | 90 019 495 90 033 357 |
0 250 200 051 | GV 137 | Y-403 T |
| Ascona B 20D | ab Motor-Nr.: 90310 | 90 051 950 90 093 867 90 093 897 |
0 250 201 045 0 250 201 039 |
GV 602 | Y-208 T |
| Rekord D 20D | 90 003 450 | 0 250 200 046 (bis 12.75) 0 250 200 051 (ab 01.76) |
GV 106 | Y-403 T | |
| Rekord D 21D | 90 019 495 90 033 357 |
0 250 200 051 | GV 137 | Y-403 T | |
| Rekord E 20D | bis Motor-Nr.: 90309 | 90 019 495 90 033 357 |
0 250 200 051 | GV 137 | Y-403 T |
| Rekord E 20D | ab Motor-Nr.: 90310 | 90 051 950 90 093 867 90 093 897 |
0 250 201 045 0 250 201 039 |
GV 602 | Y-208 T |
| Rekord E 21D | 90 019 495 90 033 357 |
0 250 200 051 | GV 137 | Y-403 T | |
| Rekord E 23D | bis Motor-Nr.: 40018 | 90 019 495 90 033 357 |
0 250 200 051 (bis 10.79) 0 250 201 045 (ab 10.79) 0 250 201 039 (ab 10.79) |
GV 137 | Y-403 T |
| Rekord E 23D | ab Motor-Nr.: 40019 | 90 051 950 90 093 867 90 093 897 |
0 250 201 045 0 250 201 039 |
GV 602 | Y-208 T |
| Rekord E 23TD | ab Motor-Nr.: 121527 | 90 166 155 90 510 924 |
0 250 201 045 0 250 201 039 |
GN 954 | Y-924 U |
| Senator A 23TD | ab Motor-Nr.: 121527 | 90 166 155 90 510 924 |
0 250 201 045 0 250 201 039 |
GN 954 | Y-924 U |
| Omega A 23YD | 90 166 155 90 510 924 |
0 250 201 045 0 250 201 039 |
GN 954 | Y-924 U | |
| Omega A 23YDT | 90 166 155 90 510 924 |
0 250 201 045 0 250 201 039 |
GN 954 | Y-924 U | |
| Omega A 23DTR | 90 166 155 90 510 924 |
0 250 201 045 0 250 201 039 |
GN 954 | Y-924 U |
"GN"-Glühkerzen von Beru sind nachglühfähig.
