Bujía

La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 28 de enero de 2021; las comprobaciones requieren 9 ediciones .

Bujía , Bujía incandescente [1]  : un dispositivo para encender la mezcla de combustible y aire en una amplia variedad de motores térmicos . Clasificados como de chispa, de arco, incandescentes , catalíticos, de descarga superficial de semiconductores, de plasma y otros. Los motores de combustión interna de gasolina utilizan las bujías más comunes. El encendido de la mezcla aire-combustible en ellos se realiza mediante una descarga eléctrica con un voltaje de varios miles o decenas de miles de voltios que se produce entre los electrodos de la vela. Se suministra voltaje a la bujía en cada ciclo en un momento determinado de funcionamiento del motor. En los motores de cohetes, la bujía enciende la mezcla propulsora con una descarga eléctrica solo en el momento del lanzamiento. La mayoría de las veces, durante el funcionamiento, la vela se desgasta y debe reemplazarse periódicamente.

En los motores de turbina de gas, la bujía enciende el chorro de combustible que sale del inyector de combustible en el momento del arranque, con una serie de potentes descargas de arco. Después de eso, la combustión de la llama del combustible se mantiene de forma independiente. Como regla general, se utilizan bujías de descarga superficial, alimentadas por una corriente de alto voltaje de alta frecuencia desde la unidad de encendido. Por lo general, hay dos velas (para mayor confiabilidad), cada una está instalada en el encendedor con una boquilla de arranque especial que funciona solo en el arranque, lo que evita que la vela se queme cuando el motor está en marcha. [2] [3] Tanto las bujías incandescentes como las bujías catalíticas se utilizan en modelos de motores de combustión interna. La mezcla de combustible de los motores contiene específicamente componentes que se encienden fácilmente al comienzo de la operación a partir de un cable de bujía caliente. Posteriormente, el brillo del filamento se mantiene mediante la oxidación catalítica de los vapores de alcohol incluidos en la mezcla.

Historia

La primera bujía en su forma moderna fue desarrollada por el ingeniero y científico alemán Robert Bosch en 1902 . Por primera vez se utilizó una bujía con magneto de alto voltaje , también desarrollada en el taller de BOSCH. Las bujías BOSCH llegaron a usarse en los motores de combustión interna de Karl Benz , reemplazando los tubos incandescentes de llama abierta que se usaban en ese momento. Desde entonces y hasta la actualidad, casi todas las bujías utilizan el mismo principio de funcionamiento y estructura que en 1902, la evolución de este conjunto fue principalmente por el camino de la mejora de los materiales utilizados (para el aislador, conductores, etc.) y la fabricación. tecnología (abaratamiento).

El dispositivo de las bujías

La bujía consta de una carcasa de metal, un aislante y un conductor central. Las velas pueden tener una resistencia incorporada entre la terminal de contacto y el electrodo central.

Detalles de bujías

Salida de contacto

El terminal de contacto, ubicado en la parte superior de la bujía, está diseñado para conectar la bujía a los cables de alto voltaje del sistema de encendido o directamente a la bobina de encendido de alto voltaje individual. Puede haber varios diseños ligeramente diferentes. La mayoría de las veces, el cable a la bujía tiene un contacto a presión que se coloca en el cable de la bujía. En otros tipos de construcción, el cable se puede unir a la vela con una tuerca. A menudo, la salida de una vela se hace universal: en forma de un eje roscado y un contacto a presión atornillable.

Aletas aislantes

Las nervaduras del aislador dificultan la ruptura eléctrica a lo largo de su superficie, alargando el camino de las corrientes superficiales (el equivalente a un aislador más largo).

Aislante

El aislador suele ser de cerámica de óxido de aluminio , que debe soportar temperaturas de 450 a 1.000 °C y tensiones de hasta 60.000 V.[ especificar ] . La composición exacta del aislante y su longitud determinan en parte la marca térmica del enchufe.

La parte del aislador directamente adyacente al electrodo central tiene el mayor efecto sobre el rendimiento de la bujía. G. Honold propuso el uso de un aislante cerámico en una vela como resultado de la transición a la ignición de alto voltaje.

Sellos

Diseñado para evitar la penetración de gases calientes de la cámara de combustión.

Cuerpo ("falda")

Sirve para enroscar una vela en la rosca de la culata, para disipar el calor del aislante y de los electrodos, y también es conductor de electricidad desde la "masa" del coche hasta el electrodo lateral.

Electrodo lateral

Por regla general, está hecho de acero aleado con níquel y manganeso. Soldado por soldadura por resistencia al cuerpo. El electrodo lateral a menudo se calienta mucho durante el funcionamiento, lo que puede provocar un preencendido. Algunos diseños de enchufes usan múltiples electrodos de tierra. Para aumentar la durabilidad, los electrodos de velas caras se suministran con un revestimiento de platino y otros metales nobles. El recurso declarado de tales bujías de encendido para automóviles es de hasta 100.000 km, el uso es aún más rentable porque en algunos motores en forma de V ubicados al otro lado, reemplazar las bujías lleva bastante tiempo.

Desde 1999, han aparecido en el mercado velas de una nueva generación: las llamadas velas de precámara de plasma, donde el papel del electrodo lateral lo desempeña el propio cuerpo de la vela, equipado con una boquilla hemisférica especial resistente al calor. En este caso, se forma un espacio de chispa anular (coaxial), donde la carga de la chispa se mueve en un círculo y una precámara, en la que se produce la ignición primaria de la mezcla. Este diseño parece proporcionar un recurso prolongado y una autolimpieza de los electrodos, que se purgan constantemente.

La efectividad de las velas de "precámara" provoca un feroz debate entre los especialistas y los automovilistas comunes. Las revistas de automóviles no se hacen a un lado, a menudo en el fragor de la discusión confunden las velas de precámara con numerosas "velas caseras" hechas refinando velas tradicionales. Muy a menudo, los electrodos centrales o laterales se modifican ligeramente. Se llevó a cabo un experimento , que demostró que tales cambios en la forma de los electrodos (perforación, bifurcación) son prácticamente inútiles. No hay datos sobre la configuración de los automóviles modernos con tales velas, los fabricantes de dichos productos escriben que sus velas son adecuadas para cualquier automóvil.

Electrodo central

El electrodo central generalmente se conecta a la salida de contacto de la vela a través de un sellador de vidrio con una resistencia , esto le permite reducir la interferencia de radio del sistema de encendido. La punta del electrodo central está hecha de aleaciones de hierro y níquel con la adición de cobre y cromo. A veces se rocía itrio sobre la superficie de trabajo, algunos usan soldadura de platino o un electrodo delgado de iridio. El electrodo central suele ser la parte más caliente de la bujía. Además, el electrodo central debe tener una buena capacidad de emisión de electrones para facilitar la chispa (se supone que la chispa salta en la fase del pulso de voltaje cuando el electrodo central sirve como cátodo ). Dado que la fuerza del campo eléctrico es máxima cerca de los bordes del electrodo, la chispa salta entre el borde afilado del electrodo central y el borde del electrodo lateral. Como resultado, los bordes de los electrodos están sujetos a la mayor erosión eléctrica . Anteriormente, periódicamente se sacaban las velas y se eliminaban los rastros de erosión con esmeril. Ahora, gracias al uso de aleaciones con tierras raras y metales nobles ( itrio , iridio , platino ), la necesidad de limpieza de electrodos prácticamente ha desaparecido. Al mismo tiempo, la vida útil ha aumentado significativamente.

Brecha

Brecha: la distancia mínima entre el electrodo central y el lateral.

El tamaño del espacio es un compromiso entre la "potencia" de la chispa, es decir, el tamaño del plasma que se produce durante la ruptura del espacio de aire, y entre la capacidad de atravesar este espacio en condiciones de aire comprimido. -mezcla de gasolina.

Factores de liquidación:

  1. Cuanto mayor sea el espacio, mayor será la chispa, mayor será la probabilidad de ignición de la mezcla y mayor será la zona de ignición. Todo esto tiene un efecto positivo en el consumo de combustible, la uniformidad de la operación, reduce los requisitos de calidad del combustible y aumenta la potencia. También es imposible aumentar demasiado el espacio, de lo contrario, el alto voltaje puede atravesar los cables de alto voltaje hacia la carcasa, el "deslizador" del distribuidor, etc.
  2. Cuanto más grande es la brecha, más difícil es atravesarla con una chispa. La rotura del aislamiento es la pérdida de las propiedades del aislamiento cuando la tensión supera un determinado valor crítico, denominado tensión de rotura . La intensidad del campo eléctrico correspondiente , donde  es la distancia entre los electrodos, se denomina rigidez dieléctrica del espacio. Es decir, cuanto mayor sea el espacio, mayor será la tensión de ruptura necesaria. También existe una dependencia de la ionización de las moléculas, la uniformidad de la estructura de la sustancia, la polaridad de la chispa, la tasa de aumento del pulso, pero esto no es importante en este caso. Está claro que no podemos cambiar el pr de alto voltaje, lo determina el sistema de encendido . Pero podemos cambiar la brecha .
  3. La intensidad del campo en el espacio está determinada por la forma de los electrodos. Cuanto más nítidos sean, mayor será la intensidad del campo en el espacio y más fácil será la ruptura (como ocurre con las velas de iridio y platino con un electrodo central delgado).
  4. La penetración del espacio depende de la densidad del gas en el espacio. En nuestro caso, depende de la densidad de la mezcla aire-gasolina. Cuanto más grande es, más difícil es abrirse paso. La tensión de ruptura de un gas gap con un campo eléctrico uniforme y débilmente no homogéneo depende tanto de la distancia entre los electrodos como de la presión y temperatura del gas. Esta dependencia está determinada por la ley de Paschen , según la cual la tensión de ruptura de un espacio de gas con un campo eléctrico uniforme y ligeramente heterogéneo está determinada por el producto de la densidad relativa del gas y la distancia entre los electrodos . La densidad relativa de un gas es la relación entre la densidad de un gas en condiciones dadas y la densidad de un gas en condiciones normales (20 °C, 760 mmHg).
  5. La relación entre la energía liberada en la fase de ruptura, en la fase de arco y en la fase de descarga luminiscente depende del espacio. A medida que aumenta la brecha, aumenta la fracción de la energía de descomposición, y es la energía liberada en la fase de descomposición la que determina la tasa de combustión. Por lo tanto, en motores de alta velocidad, la brecha debe aumentarse [4] .

El espacio de las velas no es una constante, una vez establecido. Puede y debe adaptarse a la situación específica de funcionamiento del motor. Al convertir un automóvil a un combustible alternativo más económico: gas licuado y comprimido (LPG, CNG), el espacio de chispa debe reducirse debido a un voltaje de ruptura más alto que el de una mezcla de gasolina.

Modos de funcionamiento de las velas

Según el modo de funcionamiento, las bujías de los motores de gasolina se dividen condicionalmente en "calientes", "fríos", "medios", según las características térmicas de la vela, expresadas por su número de brillo .

El número de incandescencia de una bujía se determina en una unidad de calibración especial, que se parece a un motor monocilíndrico de referencia de cierto diseño. Se instala una bujía adecuada en este motor y se prueba en varios modos, mientras se controla la naturaleza de la operación, así como la temperatura y la presión en el cilindro.

Cada modo de funcionamiento del motor corresponde a un determinado valor de temperatura del cono térmico del aislante de la bujía. Cuando esta temperatura sube por encima de 850 ... 900 ° C, el llamado encendido por incandescencia comienza a ocurrir en el motor  : encendido espontáneo, sin chispa, de la mezcla de trabajo al entrar en contacto con un cono térmico caliente del aislador y otras partes. de la vela Este proceso generalmente se manifiesta cuando el motor funciona a altas velocidades bajo carga. Puede derretir el pistón y la cámara de combustión, quemar pistones y válvulas de escape y dañar otros componentes del motor. Para evitarlo, se instalan bujías con una característica térmica "fría" en el motor, lo que está garantizado por una buena eliminación de calor del cono térmico del aislante de la bujía. En tales velas, el cono térmico es corto y el aislante está en contacto con el metal del cuerpo de la vela en casi toda su longitud, por lo que se elimina bien el calor y no se sobrecalienta incluso en motores forzados con condiciones térmicas intensas.

Por otro lado, sin embargo, no debe permitirse una temperatura de trabajo demasiado baja del cono térmico de la bujía, ya que cuando desciende por debajo de 400... desfasa, o incluso lo imposibilita. Por lo tanto, en motores menos forzados, se utilizan velas "calientes", en las que el cono térmico del aislante tiene una gran longitud y es difícil eliminar el calor, por lo que, incluso con un bajo estrés térmico de la cámara de combustión, el las velas se calientan y alcanzan la temperatura de funcionamiento, lo que garantiza la autolimpieza de los productos de combustión de las mezclas de combustible: hollín, hollín, etc.

Los aisladores de las bujías que funcionan en el modo óptimo siempre tienen el color "café con leche", lo que indica el correcto funcionamiento del motor. Cabe señalar que calentar las velas a la temperatura de autolimpieza lleva mucho tiempo y ocurre solo después de unos 10 km del automóvil, especialmente en la carretera, cuando la liberación de calor es alta. Cuando se recorren distancias más cortas, además de funcionar el motor exclusivamente a bajas y medias velocidades, las velas no se autolimpian y quedan cubiertas de hollín, por lo que es necesario realizar limpiezas periódicas (mecánicas o con chorro de arena).

El grado de calentamiento de los elementos de la vela depende de los siguientes factores principales:

  • Factores internos:
    • diseño de electrodos y aislante (electrodo largo y aislante se calientan más rápido);
    • material de electrodos y aislante;
    • espesor de los materiales;
    • el grado de contacto térmico de los elementos de la vela con el cuerpo;
    • la presencia de un núcleo de cobre en el electrodo central.
  • Factores externos
    • el grado de compresión y compresión;
    • tipo de combustible (mayor octanaje tiene mayor temperatura de combustión);
    • estilo de conducción (a altas velocidades y cargas del motor, el calentamiento de las velas es mayor);
    • composición de la mezcla (por mal calentamiento es mayor) y el tiempo de encendido.

Velas "calientes": el diseño de las velas está especialmente diseñado de tal manera que se reduce la transferencia de calor desde el electrodo central y el aislante. Se utilizan en motores con baja relación de compresión y cuando se utiliza combustible de bajo octanaje. Ya que en estos casos la temperatura en la cámara de combustión es menor.

Velas "frías": el diseño de las velas está especialmente diseñado de tal manera que se maximiza la transferencia de calor desde el electrodo central y el aislante. Se utilizan en motores con alta relación de compresión, con alta compresión y cuando se utiliza combustible de alto octanaje, así como en motores refrigerados por aire, que se caracterizan por un aumento del estrés térmico de la cámara de combustión.

Velas "medianas": ocupan una posición intermedia entre caliente y fría (las más comunes)


Tamaños estándar y marcas de bujías

Los tamaños de las bujías se clasifican por el diámetro de las roscas que tienen. Se utilizan los siguientes tipos de hilos:

  • M10 × 1 (motocicletas, por ejemplo, velas del tipo "T" - TU 23; motosierras, cortadoras de césped);
  • M12×1,25 (motocicletas);
  • M14 × 1,25 (automóviles, todas las bujías tipo “A”);
  • M18 × 1,5 (bujías tipo M, antiguo estándar estadounidense; instaladas en motores de automóviles antiguos M-20 , GAZ-51 , GAZ-69 ; bujías de "tractor"; bujías para motores de combustión interna de pistón de gas, etc.)

La segunda característica de clasificación es la longitud del hilo:

  • corto - 12 mm (ZIL, GAZ, PAZ, UAZ, Volga, Zaporozhets, motocicletas);
  • largo - 19 mm (VAZ, AZLK, IZH, Moskvich, Gazelle, casi todos los automóviles extranjeros);
  • alargado - 26,5 mm (motores modernos de combustión interna forzada);
  • los motores pequeños pueden equiparse con bujías con roscas más cortas (menos de 12 mm)

Tamaño de la cabeza de la llave (hexagonal):

  • 24 mm (velas marca "M8" con rosca M18×1,5)
  • 22 mm (velas marca "A10" "A11", motores de automóviles ZIS-150 , ZIL-164 ; todas las velas según el antiguo GOST 2043-54)
  • 20,8 mm (en la vida cotidiana, a menudo se redondean a 21 mm; el estándar europeo para el momento de comprar una licencia para la producción de Zhiguli todavía se usa ampliamente para motores de combustión interna con dos válvulas por cilindro);
  • 19 mm (para motores de combustión interna de algunas motocicletas)
  • 16 mm o 14 mm (moderno, para motores de combustión interna de tres o cuatro válvulas por cilindro);

Número de calor (característica térmica):

  • Velas "calientes": 8 ... 14 unidades según GOST 2043-74 (motores inferiores de baja potencia y baja válvula);
  • Velas con características medias: 17 ... 19 (motores inferiores forzados y motores superiores de un grado medio de forzamiento);
  • Bujías "frías": 20 o más (motores de 4 tiempos altamente reforzados, motores enfriados por aire, motores de 2 tiempos);

Anteriormente, según GOST 2043-54, se indicaba directamente la longitud del cono térmico de la vela en milímetros; entonces, la vela A7.5BS tenía una longitud del cono térmico del aislante de 7,5 mm (el análogo moderno es A17V).

Para velas extranjeras, se utilizan sus propias escalas de características térmicas.

Método de sellado de roscas:

  • Junta plana (con anillo)
  • Con junta cónica (sin anillo)

Cantidad y tipo de electrodos laterales:

  • Electrodo único - tradicional;
  • Electrodo múltiple: varios electrodos laterales;
  • Electrodos especiales más resistentes para funcionamiento a gas o para mayor kilometraje;
  • Flare: bujías unificadas, hay un resonador de cono para el encendido simétrico de la mezcla de combustible.
  • Precámara de plasma: el electrodo lateral está hecho en forma de boquilla Laval . Junto con el cuerpo de la vela, forma una antecámara interna. Según los fabricantes (Ucrania), el encendido se produce en el "método de antorcha de precámara".

Fallas en las bujías

Una vela puede fallar de las siguientes maneras:

  • la contaminación del cono térmico con carbón y aceite durante un arranque fallido prolongado o la conducción con un motor frío conduce a la falla del cilindro servido por la vela;
  • coquización del espacio entre el cono térmico y la carcasa por los productos de la combustión del aceite, con su alto consumo;
  • desgaste (quemado) de los electrodos, lo que lleva a un aumento en el espacio, lo que puede provocar la ruptura del cable, la punta de la bujía, la bobina o causar una falla de encendido cuando se abre repentinamente el acelerador ("falla de gas"). En "platino": el consumo completo del recubrimiento, el rápido crecimiento de la brecha;
  • fusión de los electrodos, agrietamiento o destrucción del cono térmico;
  • paso de gases a través del sello del cuerpo, lo que lleva a una contaminación severa del aislador desde el exterior y la posible ruptura de la punta de la bujía.

Véase también

Notas

  1. ↑ Libro de referencia del diccionario agrícola. - Moscú - Leningrado  : Editorial estatal de literatura sobre granjas colectivas y granjas estatales " Selkhozgiz ". Redactor jefe : AI Gaister . 1934
  2. ↑ Motor NK-8-2U. Manual de operación técnica. Parte tres. Capítulo 80 - "Sistema de lanzamiento" . Fecha de acceso: 21 de marzo de 2017. Archivado desde el original el 9 de enero de 2011.
  3. ↑ Motor PS-90A. Manual de operación técnica. Libro 3. Sección 080.00.00 - Sistema de Lanzamiento . Consultado el 21 de marzo de 2017. Archivado desde el original el 10 de enero de 2011.
  4. ↑ Hilliard D., Springer J. Economía de combustible de vehículos a gasolina. - 1988. - Moscú: Ingeniería.

Enlaces