Bujiile – Pentru ce sunt bujiile, care este scopul lor?

Bujii auto

În ianuarie 2002, s-au împlinit o sută de ani de când Robert Bosch a brevetat prima bujie care funcționează împreună cu un sistem de aprindere magnetică de înaltă tensiune.

În 1902, au fost produse doar 300, în timp ce circulația actuală este de peste 350 de milioane de lumânări pe an. Într-o sută de ani de producție, Bosch a dezvoltat peste 20.000 de tipuri diferite și a produs peste 7,5 miliarde bucăți.

Motoarele pe benzină sunt motoare de sincronizare cu aprindere externă care traduc energia chimică a combustibilului în cinetic, adică energie mecanică, pentru a efectua anumite lucrări. În acestea, sistemul de alimentare cu combustibil formează un amestec de aer și combustibil chiar înainte de a intra în camera de ardere.

Amestecul este aspirat în cameră prin subpresiunea creată de pistonul care se deplasează spre punctul mort inferior. O temporizare a aprinderii definită extern (spre deosebire de autoaprinderea motorinei) aprinde amestecul peste bujie pentru un moment înainte ca pistonul să intre în punctul mort superior (GMT) și astfel începe procesul de ardere.

Procesul are loc în timpul celei de-a treia curse, singura cursă de lucru pentru motoarele cu combustie internă în patru timpi. După ce o bujie aprinde un amestec de aer și combustibil, temperatura crește ca urmare a arderii amestecului. Presiunea din cilindru crește și împinge pistonul spre punctul mort inferior (DMT), transferând lucrarea prin tija pistonului la arborele cotit. Această lucrare este disponibilă șoferului sub forma puterii motorului, care crește odată cu creșterea turației motorului.

Aprinderea se face printr-o scânteie electrică, mai precis prin energia pe care o posedă. Sistemul de aprindere generează tensiune ridicată (peste 30.000 volți) în anumite momente, ceea ce creează o scânteie între electrozii bujiilor din camera de ardere. Această înaltă tensiune este generată în bobina transformatorului. În autoturismele actuale, se folosește un sistem de aprindere cu energie acumulată inductiv.

Bujii auto – Dacă există o tensiune suficient de mare, scânteia sare între electrozii bujiei. În momentul aprinderii, tensiunea dintre electrozii bujiei crește foarte rapid până în momentul scânteii. După ce a sărit scânteia, tensiunea dintre electrozi scade la o anumită valoare numită tensiune scânteie. Timpul care trece de la momentul creării scânteii până la dispariția sa se numește durata scânteii. O altă întrebare cu răspuns aici este: de ce este necesar ca sistemul de aprindere să genereze o tensiune mai mare de 30.000 volți dacă tensiunea de avarie este mai mică de 15.000 volți? Răspunsul este în esență foarte simplu: în timp, distanța dintre scântei între electrozi crește din cauza uzurii bujiei, ceea ce duce inevitabil la o creștere a tensiunii de rupere. Diferența dintre tensiunea disponibilă și cea de avarie se numește rezervă de tensiune de aprindere. Este necesar ca la sfârșitul duratei de viață a vehiculului (motorului), sistemul să poată crea toate condițiile necesare pentru formarea unei scântei, adică pentru aprinderea amestecului.

Cerințele privind bujii auto

Cerințele bujiei sunt extreme: este expus la schimbări periodice ale procesului în camera de ardere și în afara motorului. Este supus a patru tipuri de cerințe: electrică, mecanică, chimică și temperatură.

Cerințele electrice implică faptul că niciun arc electric nu poate fi omis sau că electricitatea poate fi tăiată prin izolator. Rezistența electrică a izolatorului trebuie să fie satisfăcătoare la o temperatură de 1000° Fahrenheit și nu trebuie schimbată în timpul duratei de viață a bujiei.

Cerințele mecanice înseamnă că bujia trebuie să reziste la presiuni ridicate (până la 50 bar) care apar periodic în camera de ardere și, prin urmare, trebuie să rămână etanșe la gaz pentru întreaga perioadă de funcționare. În plus, este necesară o rezistență mecanică ridicată a tuturor pieselor din îmbinare, în special a corpului ceramic și metalic al bujiei.

Cerințele chimice pentru vârful bujiei trebuie să fie complet satisfăcute, deoarece acea parte detectează în mod direct procesul de ardere care poate determina încălzirea și, prin urmare, expus proceselor chimice la temperaturi ridicate. Dacă se atinge punctul de topire, componentele chimice agresive din combustibil sunt depuse pe bujie și pot schimba caracteristicile acestuia.

În conformitate cu cerințele de temperatură, se consideră că bujia, adică partea sa ceramică, trebuie să aibă o rezistență termică ridicată la „șoc”, deoarece la un moment dat va primi brusc căldura gazelor de ardere fierbinți, iar la alta va fi expusă la un amestec rece de combustibil și aer.

Construcție bujii auto

Bujia este formată din metal, ceramică și sticlă. Proiectarea atentă a bujiilor are ca rezultat utilizarea pe deplin a proprietăților pozitive ale acestor materiale. Cele mai importante părți ale bujiei sunt firul de legătură, izolatorul, corpul și electrozii.

Conductorul de conectare este fabricat din oțel și gaz etanș la izolator, turnând adeziv special în spațiul dintre ele. Acest adeziv conductiv electric este o îmbinare cu electrodul central. La capătul său care iese din izolator, conductorul de legătură are un filet de legătură cu o piuliță de legătură pentru conectarea la cablul de înaltă tensiune.

Izolator este fabricat din ceramică specială și este destinat izolării electrodului central și a conductorului de conectare de corpul bujiei. Pentru o mai bună prevenire a pierderilor de curent, există cinci adâncituri pe izolator. Acestea servesc la creșterea suprafeței pe care trec pierderile de curent. Datorită acestor caneluri, nu există întreruperi nedorite ale curentului electric chiar și în condiții extreme de conducere. În caz contrar, izolatorul este folosit ca suport atât pentru electrodul central, cât și pentru conductorul de conectare.

Corpul este fabricat din oțel și este conceput pentru a fixa bujia de chiulasă. Suprafața corpului este acoperită electric cu nichel pentru protecția împotriva coroziunii, pentru a menține firul liber și pentru a preveni înfundarea acestuia, în special în capetele motorului din aluminiu. În funcție de condițiile de instalare, bujia poate fi furnizată cu un inel de etanșare sau con.

Bujii auto – Electroduzura sub acțiunea eroziunii (cauzată de scântei de aprindere) și a coroziunii (influențe chimice și termice). Uzura lor duce la o creștere a tensiunii de avarie, adică pentru a reduce rezerva de tensiune. Electrodul masei este atașat la corpul bujiei și are o formă îndoită dreptunghiulară. Poate fi realizat ca față sau ca lateral, în funcție de poziția sa în raport cu electrodul central. Prin subțierea profilului electrodului de masă, precum și prin plasarea mai multor electrozi de masă, durata de viață a bujiei este extinsă semnificativ. Electrodul central este fixat etanș la gaz într-un izolator cu un adeziv special conductor electric. Are un diametru ceva mai mic decât deschiderea vârfului izolatorului datorită expansiunii datorate încălzirii. Materialul cel mai frecvent utilizat pentru realizarea electrodului central al bujiilor obișnuite este cuprul (pentru fabricarea miezului) și aliajul de nichel (pentru realizarea învelișului din jurul miezului). Materialele speciale utilizate în acest scop sunt argintul și platina, dar în acest caz electrodul are un diametru mult mai mic.

Decalajul dintre electrozi este cea mai mică distanță dintre electrodul central și electrodul de masă și, ca atare, este o măsură a lungimii căii scânteii. Cu cât este mai mic decalajul, cu atât este mai mică tensiunea de avarie necesară. De obicei, această valoare variază de la 0,7-1,1 mm pentru motoarele cu carburator, în timp ce pentru sistemele electronice de injecție și aprindere a combustibilului această valoare variază de la 1,1-1,8 mm. Poziția electrodului este determinată de tipul de spațiu. Există două tipuri: scânteie de aer când electrodul de masă este în fața electrodului central și scânteie superficială când unul sau mai mulți electrozi de masă sunt situați pe partea electrodului central. Astfel, poziția scânteii corespunde poziției spațiului dintre electrozii bujiei.

Caracteristicile termice ale bujiei

Lumânările termice sunt o măsură a sarcinii termice a bujiei (motorului) și trebuie să corespundă caracteristicilor bujiei (motorului). Acest termen este crucial pentru alegerea bujiei potrivite pentru un singur motor.

Temperatura de funcționare a bujiei este temperatura pe care o atinge bujia în timpul funcționării motorului și reprezintă echilibrul dintre cantitatea de căldură primită (din amestecul inflamat) și cantitatea de căldură transferată. Acesta variază de la 400 – 850° Fahrenheit.

Limita inferioară este determinată de cea mai scăzută temperatură de autocurățare a bujiei din negru de fum și de carbon nebunat și cea superioară de cea mai ridicată temperatură la care amestecul nu se va autoaprinde (datorită contactului său cu părțile încălzite ale bujiei). Principalul motiv pentru care același tip de bujie nu poate fi utilizat la toate motoarele constă în faptul că motoarele cu putere mai mare eliberează mai multă căldură și au o temperatură mai mare a camerei de ardere decât motoarele cu putere mai mică. De aceea, există, aproximativ vorbind, două tipuri de bază de bujii, „ calde ” și „ reci ”.

Bujii auto – Este important să subliniem că cea mai mare parte a căldurii primite din cameră (aproximativ 80%) conduce bujia din partea superioară a izolatorului prin inelul său de etanșare către corpul bujiei, de unde este transferată în continuare pe chiulasă printr-o conexiune filetată. În cazul unei bujii „fierbinți”, vârful izolatorului este în contact maxim cu gazele fierbinți din camera de ardere. Se folosește cu motoare cu putere mai mică deoarece (partea de sus) are nevoie de o cantitate mai mare de căldură pentru a se încălzi și pentru a „intra” în intervalul său de temperatură de funcționare.

Cu bujiile „reci”, lucrurile stau chiar opus. Diferite lungimi ale vârfului liber al izolatorului afectează gama termică diferită a bujiei. Pentru a clarifica despre ce bujie este vorba, gama de căldură este marcată cu un număr numit valoarea bujiei. Numere mai mici de căldură (de exemplu, 2… 4) înseamnă bujii „reci” cu un aport scăzut de căldură prin scurtcircuitul izolatorului, în timp ce valori de căldură mai mari (de exemplu, 7… 10) înseamnă bujii „fierbinți” cu o căldură mare în admisie prin vârful lung al izolatorului.

Condiții anormale de funcționare a bujiei

Condițiile anormale de funcționare care pot apărea în timpul arderii amestecului, pot deteriora iremediabil motorul și bujia. Aici ne referim la cele mai elementare anomalii cum ar fi: autoaprinderea unui amestec, adică arderea sa detonativă.

Bujii auto – Autoaprinderea amestecului se datorează supraîncălzirii locale (la încărcare maximă) a vârfului bujiei, a supapei de evacuare, a părților bombate a chiulasei, precum și a particulelor de sediment separate. Acesta este un proces de aprindere necontrolat în care temperatura din camera de ardere poate crește brusc pentru a provoca daune grave bujiilor și altor piese ale motorului.

Rețineți că autoaprinderea NU este aceeași cu detonarea. Detonarea este o ardere necontrolată cu o creștere foarte abruptă a presiunii. Este cauzată de aprinderea spontană a unor părți ale amestecului care nu au fost încă afectate de expansiunea spațială a frontului flăcării lumânării.

Arderea se realizează de câteva (zeci) ori mai repede decât arderea normală (treptată). Apar oscilații de presiune cu amplitudini foarte mari și frecvență înaltă. În consecință, are loc supraîncălzirea pieselor motorului.

Efectele detonării asupra bujiei sunt vizibile sub formă de picături ale electrodului de masă. Cauza principală a acestei anomalii constă în calitatea slabă a combustibilului (benzină).

Este sigur că știința și tehnologia fabricării bujiilor în ultimii sute de ani au făcut un pas uriaș către îmbunătățirea motorului cu ardere internă. Desigur, există mult mai multe tentații și provocări în fața constructorilor, dar acestea aparțin deja unui timp nou și unui nou capitol despre dezvoltarea bujiilor.