Dispositiu d’encesa d’encesa

En els motors de combustió interna de gasolina, s’utilitzen bujies per encendre la barreja aire-combustible. Es produeix una descàrrega elèctrica amb un voltatge de milers de volts entre els elèctrodes de les bugies a cada cicle del motor i, en certs moments, encén la barreja combustible-aire dins del cilindre.

Per primera vegada, el científic Robert Bosch va ser desenvolupat el 1902 per la creació d'una bugia, tal com la coneixem fins avui, per ser alimentada per un magneto d'alta tensió, dissenyat al taller de la seva empresa homònima. A partir d’aquest moment, les bugies van començar a utilitzar-se àmpliament en motors de combustió interna i el dispositiu d’encesa no s’ha canviat estructuralment, només han evolucionat els materials que s’utilitzen.

Fonamentalment, la bugia inclou els elements principals: un cos metàl·lic, un aïllant i un conductor central. Algunes espelmes contenen addicionalment una resistència integrada entre l'elèctrode central i el terminal de contacte. En qualsevol cas, tres elements modificats són la base de qualsevol bugia.

A la part superior de l’espelma es troba un terminal de contacte, al qual es connecten els cables d’alta tensió del sistema d’encesa o d’una bobina d’alta tensió separada. Els dissenys poden variar, però més sovint es fixa un contacte complementari a la part superior de la vela o es fixa amb una femella. Normalment, la sortida del conductor central a la sortida del contacte és universal: el contacte integrat es munta al fil i, si cal, es desenrosca fàcilment.

L’aïllant de les espelmes sol estar fabricat amb òxid d’alumini ceràmic, la resistència a la calor arriba als 1000 ºC i la tensió d’avaria és d’almenys 60 kV. És la composició de l’aïllant i les seves dimensions que determinen la marca tèrmica d’una determinada espelma. El més important és la part superior de l’aïllant, que està en contacte directe amb l’elèctrode, que determina el funcionament d’aquesta espelma.

A les vores de l’aïllant es feia estendre la trajectòria de les costelles actuals per complicar l’avaria elèctrica a la seva superfície. Aquesta solució equival a allargar l’aïllant. La idea d’utilitzar ceràmiques en la construcció d’una bugia d’alta tensió pertany a l’enginyer alemany Gottlob Honold.

La base del cos de l’espelma és l’anomenada “falda”, que serveix per instal·lar i fixar la vela al fil de la culata, així com per eliminar calor tant de l’aïllant com dels elèctrodes. La falda realitza un corrent elèctric entre l'elèctrode lateral de l'espelma i la "massa" del sistema elèctric del vehicle. S’instal·la una junta per sobre de la falda per protegir-se contra l’avaria de gasos combustibles des de la cambra de combustió cap a l’exterior.

L'elèctrode lateral de l'espelma és d'acer aliat amb manganès i níquel. Es solda al cos de l’espelma per soldadura de resistència. Aquest elèctrode sempre fa molta calor durant el funcionament del motor de combustió interna, cosa que pot conduir a l’encesa d’encesa. Algunes espelmes tenen diversos elèctrodes laterals.

La durabilitat d’aquests elèctrodes es pot donar si estan revestits d’un revestiment de metalls nobles com el platí, d’aquesta manera es fan espelmes més cares que poden durar 100.000 quilòmetres, cosa que de vegades és beneficiosa, ja que en motors amb forma de V substituir una espelma és un procés que requereix molt de temps.

El propi cos d’espelmes també pot exercir el paper d’un elèctrode lateral, des de 1999, aquestes espelmes han aparegut al mercat amb el nom de bugies de plasma-precamera. Estan equipades amb un broquet esfèric especial resistent al calor.

El buit d’espurna en aquestes espelmes és circular, i la descàrrega elèctrica es mou aquí per un camí circular, i l’encesa primària de la barreja aire-gas es produeix a la precamera. Aquesta solució proporciona una neteja automàtica dels elèctrodes, ja que es bufen constantment, cosa que garanteix la prolongació de la vida de l’espelma. L’eficàcia de les espelmes de prechamber segueixen sent un punt final.

El nucli de la bugia és l’elèctrode central. Es connecta al terminal de contacte del producte mitjançant un segellant de vidre amb resistència. Això és necessari per reduir la interferència de ràdio causada pel funcionament del sistema d’encesa. L'elèctrode central està equipat amb una punta feta d'aliatges de ferro-níquel amb l'addició de crom i coure. Es pot polveritzar el ítri, també es pot produir soldadura de platí o, de vegades, l'elèctrode pot ser refinat i fabricat completament amb iridi.

L’elèctrode central de la bugia és, en principi, la seva part més calenta. A més, ha de garantir un nivell adequat d’emissió d’electrons de manera que sorgeixi una espurna sobre ella, com en un càtode, fàcilment.

Com que el camp elèctric té una intensitat màxima a les vores de l’elèctrode, es forma precisament una espurna entre la vora aguda de l’elèctrode central i la vora de l’elèctrode lateral, per tant, en aquests llocs s’observa el major efecte de l’erosió elèctrica.

Antigament, era habitual que els automobilistes treguessin espelmes de tant en tant i netejaven les traces d’erosió dels elèctrodes. Ara el problema és impedit pels aliatges utilitzats en les puntes (platí, itri, iridi), que proporcionen una vida útil prolongada als elèctrodes.

La distància entre l'elèctrode lateral de la carcassa i l'elèctrode central de l'espelma forma un buit per a la guspira. La mida del buit és un compromís entre la capacitat de trencar una bretxa en una barreja d’aire-gasolina comprimida i el volum de plasma que es produeix durant l’avaria. Com més ampli és el buit, com més gran és la guspira, més gran és la probabilitat d’encendre la barreja de combustible, més baixos seran els requisits de qualitat del combustible.

Però un excés de seguretat pot provocar una fallada en el control lliscant, en els cables i en altres parts del cotxe. Una bretxa més àmplia és més difícil que una guspira pugui perforar, i tendirà a filtrar-se per l'aïllament.

El desfasament més gran requereix més tensió per encès normal. Tanmateix, el sistema d'encesa té un valor de tensió constant, però el buit de la bugia es pot, en principi, canviar. A més, com més nítids siguin els elèctrodes, més fàcil és que l’alta tensió es trenqui pel buit. Però, com més gran és la pressió a la barreja de combustible, més difícil és superar el buit. Aquí també cal un compromís.

El buidatge de les bugies no és un valor constant establert una vegada. S'ha d'ajustar al mode de funcionament específic del motor actual. Quan es converteix un cotxe en gas liquat i comprimit, es redueix el buit d'espurna a causa d'un voltatge d'avaria superior al de la barreja aire-gas.