Dispositivo de bujía

En los motores de combustión interna de gasolina, se usan bujías para encender la mezcla de aire y combustible. Se produce una descarga eléctrica con un voltaje de miles de voltios entre los electrodos de las bujías en cada ciclo del motor, y en ciertos momentos enciende la mezcla de combustible y aire dentro del cilindro.

Por primera vez, en 1902, el científico Robert Bosch desarrolló una bujía, tal como la conocemos hoy en día, para que funcione con un magneto de alto voltaje, diseñado en el taller de su compañía homónima. A partir de ese momento, las bujías comenzaron a usarse ampliamente en los motores de combustión interna, y el dispositivo de bujía aún no se ha modificado estructuralmente, solo los materiales utilizados en él han evolucionado.

Fundamentalmente, la bujía incluye los siguientes elementos principales: una carcasa metálica, un aislante y un conductor central. Algunas velas contienen además una resistencia incorporada entre el electrodo central y el terminal de contacto. En cualquier caso, tres elementos modificados son la base de cualquier bujía.

En la parte superior de la vela hay un terminal de contacto, al que se conectan los cables de alto voltaje del sistema de encendido o una bobina de alto voltaje separada. Los diseños pueden variar, pero con mayor frecuencia se fija un contacto a presión en la parte superior de la vela o se sujeta con una tuerca. Por lo general, la salida del conductor central al terminal de contacto es universal: el contacto a presión se monta en la rosca y, si es necesario, se desenrosca fácilmente.

El aislante de la vela generalmente está hecho de cerámica de óxido de aluminio, cuya resistencia al calor alcanza los 1000 ° C y el voltaje de ruptura es de al menos 60 kV. Es la composición del aislante y sus dimensiones las que determinan el marcado térmico de una vela en particular. Lo más importante es la parte superior del aislante, que está en contacto directo con el electrodo, determina qué tan bien funcionará esta vela.

En los bordes del aislante se hizo extender la trayectoria de las costillas actuales para complicar la falla eléctrica en su superficie. Esta solución es equivalente a alargar el aislante. La idea de usar cerámica en la construcción de una bujía de alto voltaje pertenece al ingeniero alemán Gottlob Honold.

La base del cuerpo de la vela es la llamada "falda", que sirve para instalar y fijar la vela en la rosca de la culata, así como para eliminar el calor tanto del aislante como de los electrodos. El faldón conduce una corriente eléctrica entre el electrodo lateral de la vela y la "masa" del sistema eléctrico del vehículo. Se instala una junta sobre el faldón para proteger contra la penetración de gases combustibles desde la cámara de combustión hacia el exterior.

El electrodo lateral de la vela está hecho de acero aleado con manganeso y níquel. Se suelda al cuerpo de la vela mediante soldadura por resistencia. Este electrodo siempre está muy caliente durante el funcionamiento del motor de combustión interna, lo que puede provocar un encendido por incandescencia. Algunas velas tienen varios electrodos laterales.

La durabilidad de estos electrodos se puede dar si están recubiertos por pulverización de metales nobles como el platino; de esta manera, se fabrican velas más caras que pueden durar 100,000 kilómetros, lo que a veces es beneficioso, porque en los motores en forma de V reemplazar una vela es un proceso que consume mucho tiempo.

El propio cuerpo de la vela también puede desempeñar el papel de un electrodo lateral; desde 1999, tales velas han aparecido en el mercado bajo el nombre de bujías de precámara de plasma. Están equipados con una boquilla esférica especial resistente al calor.

El espacio de chispa para tales velas es circular, y la descarga eléctrica se mueve aquí en un camino circular, y el encendido primario de la mezcla de aire y gas ocurre en la cámara de pre-cámara. Esta solución proporciona la autolimpieza de los electrodos, ya que se soplan constantemente, lo que garantiza la extensión de la vida útil de la vela. La eficacia de las velas de precámara sigue siendo un punto discutible.

El núcleo de la bujía es el electrodo central. Está conectado al terminal de contacto del producto a través de un sellador de vidrio con una resistencia. Esto es para reducir la interferencia de radio causada por el sistema de encendido. El electrodo central está equipado con una punta hecha de aleaciones de hierro-níquel con la adición de cromo y cobre. El itrio se puede rociar, a veces también se encuentra soldadura de platino, o el electrodo se puede refinar y fabricar completamente de iridio.

El electrodo central de la bujía es, en principio, su parte más caliente. Además, debe garantizar el nivel adecuado de emisión de electrones para que aparezca una chispa, como en el cátodo, fácilmente.

Dado que el campo eléctrico tiene una intensidad máxima en los bordes del electrodo, se forma una chispa precisamente entre el borde afilado del electrodo central y el borde del electrodo lateral, por lo tanto, en estos lugares se observa el mayor efecto de la erosión eléctrica.

En los viejos tiempos, era habitual que los automovilistas sacaran velas de vez en cuando y limpiaran los rastros de erosión de los electrodos. Ahora el problema se evita con las aleaciones utilizadas en las puntas (platino, itrio, iridio), que proporcionan a los electrodos una vida útil prolongada.

La distancia entre el electrodo lateral de la carcasa y el electrodo central de la vela forma un espacio para la chispa. El tamaño del espacio es un compromiso entre la capacidad de romper el espacio en la mezcla de aire comprimido y gasolina y el volumen de plasma que se produce durante la descomposición. Cuanto mayor es la brecha: cuanto mayor es la chispa, mayor es la probabilidad de ignición de la mezcla de combustible, menores son los requisitos de calidad del combustible.

Pero demasiado espacio libre puede provocar averías en el control deslizante, en los cables y en otras partes del automóvil. Una brecha más amplia es más difícil de romper para una chispa, y tenderá a filtrarse a través del aislamiento.

El espacio más grande requiere más voltaje para el encendido normal. Sin embargo, el sistema de encendido tiene un valor de voltaje constante, pero el espacio en la bujía se puede cambiar, en principio. Además, cuanto más agudos son los electrodos, más fácil es que el alto voltaje rompa el espacio. Pero cuanto mayor es la presión en la mezcla de combustible, más difícil es romper la brecha. Aquí también se necesita un compromiso.

El espacio libre de las bujías no es un valor constante establecido una vez. Debe ajustarse al modo operativo actual específico del motor. Al convertir un automóvil a gas licuado y comprimido, la brecha de chispa se reduce debido a un voltaje de ruptura más alto que la mezcla de aire y gas.