Bougie apparaat

In interne verbrandingsmotoren met benzine worden bougies gebruikt om het lucht-brandstofmengsel aan te steken. Een elektrische ontlading met een spanning van duizenden volt vindt plaats tussen de elektroden van de bougies bij elke cyclus van de motor en ontsteekt op bepaalde tijden het brandstof-luchtmengsel in de cilinder.

Voor het eerst werd een bougie, zoals we die tot op heden kennen, in 1902 ontwikkeld door wetenschapper Robert Bosch om te worden aangedreven door een hoogspanningsmagneet, ontworpen in de werkplaats van zijn gelijknamige bedrijf. Vanaf dat moment werden bougies op grote schaal gebruikt in verbrandingsmotoren en het bougiesysteem is nog steeds niet structureel veranderd, alleen de gebruikte materialen zijn geëvolueerd.

Fundamenteel omvat de bougie de volgende hoofdelementen: een metalen behuizing, een isolator en een centrale geleider. Sommige kaarsen bevatten bovendien een ingebouwde weerstand tussen de centrale elektrode en de contactklem. In elk geval vormen drie gemodificeerde elementen de basis van elke bougie.

Bovenaan de kaars bevindt zich een contactterminal waarop de hoogspanningsdraden van het ontstekingssysteem of een afzonderlijke hoogspanningsspoel zijn aangesloten. Ontwerpen kunnen variëren, maar vaker wordt een klikcontact bovenop de kaars bevestigd of met een moer bevestigd. Gewoonlijk is de uitgang van de centrale geleider naar de contactklem universeel: het klikcontact is op de schroefdraad gemonteerd en, indien nodig, gemakkelijk losgeschroefd.

De kaarsisolator is meestal gemaakt van aluminiumoxide-keramiek, waarvan de hittebestendigheid 1000 ° C bereikt en de doorslagspanning ten minste 60 kV is. Het is de samenstelling van de isolator en zijn afmetingen die de thermische markering van een bepaalde kaars bepalen. Het belangrijkste is het bovenste deel van de isolator, dat in direct contact staat met de elektrode, het bepaalt hoe goed deze kaars zal werken.

Aan de randen van de isolator gemaakt uitbreiding van het pad van de huidige ribben om elektrische afbraak op het oppervlak ervan te compliceren. Deze oplossing komt overeen met het verlengen van de isolator. Het idee om keramiek te gebruiken bij de constructie van een bougie met hoog voltage is van de Duitse ingenieur Gottlob Honold.

De basis van het kaarslichaam is de zogenaamde "rok", die dient om de kaars op de draad in de cilinderkop te installeren en te fixeren, evenals om warmte van zowel de isolator als de elektroden te verwijderen. De mantel geleidt een elektrische stroom tussen de zijelektrode van de kaars en de "massa" van het elektrische systeem van het voertuig. Een pakking is geïnstalleerd boven de rok om te beschermen tegen doorbraak van brandbare gassen vanuit de verbrandingskamer naar buiten.

De zijelektrode van de kaars is gemaakt van staal gelegeerd met mangaan en nikkel. Het wordt aan het lichaam van de kaars gelast door weerstandslassen. Deze elektrode is altijd erg heet tijdens de werking van de verbrandingsmotor, wat kan leiden tot gloei-ontsteking. Sommige kaarsen hebben verschillende zijelektroden.

De duurzaamheid van deze elektroden kan worden gegeven als ze zijn gecoat met een coating van edele metalen zoals platina - op deze manier worden duurdere kaarsen gemaakt die 100.000 kilometer kunnen duren, wat soms voordelig is, omdat het vervangen van een kaars in V-vormige motoren een zeer tijdrovend proces is.

Het kaarsenlichaam zelf kan ook de rol van een zijelektrode spelen; sinds 1999 zijn dergelijke kaarsen op de markt verschenen onder de naam plasma-voorkamer bougies. Ze zijn uitgerust met een speciaal hittebestendig bolvormig mondstuk.

De vonkspleet in dergelijke kaarsen is cirkelvormig en de elektrische ontlading beweegt zich hier in een cirkelvormig pad en de primaire ontsteking van het lucht-gasmengsel vindt plaats in de voorkamer. Deze oplossing biedt zelfreiniging van de elektroden, omdat ze constant worden geblazen, wat de levensduur van de kaars verlengt. Hoe effectief voorkaarsen zijn nog steeds een punt van discussie.

De kern van de bougie is de centrale elektrode. Het is verbonden met de contactaansluiting van het product via een glasafdichtmiddel met een weerstand. Dit om radiostoring veroorzaakt door het ontstekingssysteem te verminderen. De centrale elektrode is uitgerust met een punt van ijzer-nikkellegeringen met toevoeging van chroom en koper. Yttrium kan worden gesproeid, platina-solderen kan soms ook voorkomen, of de elektrode kan worden verfijnd en volledig van iridium worden gemaakt.

De centrale elektrode van de bougie is in principe het heetste gedeelte. Bovendien moet het zorgen voor een geschikt niveau van elektronenemissie, zodat er gemakkelijk een vonk op kan ontstaan, zoals op een kathode.

Omdat het elektrische veld een maximale intensiteit heeft aan de randen van de elektrode, wordt een vonk gevormd precies tussen de scherpe rand van de centrale elektrode en de rand van de zijelektrode, daarom wordt op deze plaatsen het grootste effect van elektrische erosie waargenomen.

Vroeger was het gebruikelijk dat automobilisten van tijd tot tijd kaarsen uitdoen en sporen van erosie van elektroden verwijderen. Nu wordt het probleem voorkomen door de legeringen die in de uiteinden worden gebruikt (platina, yttrium, iridium), die de elektroden een langere levensduur bieden.

De afstand tussen de zijelektrode van de behuizing en de centrale elektrode van de kaars vormt een opening voor de vonk. De grootte van de opening is een compromis tussen het vermogen om een ​​opening in een mengsel van perslucht en benzine te doorbreken en het plasmavolume dat optreedt tijdens de afbraak. Hoe groter de opening - hoe groter de vonk, hoe groter de kans op ontsteking van het brandstofmengsel, hoe lager de kwaliteitseisen voor de brandstof.

Maar te veel speling kan leiden tot defecten op de schuifregelaar, op de draden en op andere delen van de auto. Een bredere opening is moeilijker voor een vonk om door te breken, en het zal de neiging hebben om door de isolatie te sijpelen.

De grotere opening vereist meer spanning voor normaal vonken. Het ontstekingssysteem heeft echter een constante spanningswaarde, maar de opening bij de bougie kan in principe worden gewijzigd. Hoe scherper de elektroden, hoe gemakkelijker het is om hoge spanning door de opening te breken. Maar hoe hoger de druk in het brandstofmengsel, hoe moeilijker het is om door de opening te breken. Een compromis is hier ook nodig.

De speling van de bougies is geen eenmaal ingestelde constante waarde. Het moet worden aangepast aan de specifieke huidige bedrijfsmodus van de motor. Bij het omzetten van een auto in vloeibaar en gecomprimeerd gas, wordt de vonkbrug verkleind door een hogere doorslagspanning dan het lucht-gasmengsel.