Zariadenie zapaľovacej sviečky

V benzínových motoroch s vnútorným spaľovaním sa zapaľovacie sviečky používajú na zapálenie zmesi vzduch-palivo. Medzi elektródami zapaľovacích sviečok dochádza pri každom cykle motora k elektrickému výboju s napätím tisíc voltov a v určitom čase zapaľuje zmes paliva a vzduchu vo valci.

Po prvýkrát, ako ju poznáme dodnes, bola v roku 1902 vedcom Robertom Bosch vyvinutá zapaľovacia sviečka, ktorá bola napájaná vysokonapäťovým magnetom navrhnutým v dielni jeho rovnomennej spoločnosti. Od tohto okamihu sa zapaľovacie sviečky začali široko používať v motoroch s vnútorným spaľovaním a zariadenie zapaľovacej sviečky sa stále štrukturálne nemenilo, vyvíjali sa iba materiály, ktoré sa v ňom používajú.

Zapaľovacia sviečka v zásade obsahuje tieto hlavné prvky: kovové puzdro, izolátor a centrálny vodič. Niektoré sviečky navyše obsahujú zabudovaný odpor medzi centrálnou elektródou a kontaktným terminálom. Základom každej zapaľovacej sviečky sú v každom prípade tri upravené prvky.

Na vrchole sviečky je kontaktná svorka, ku ktorej sú pripojené vysokonapäťové vodiče zapaľovacieho systému alebo samostatná vysokonapäťová cievka. Dizajn sa môže líšiť, ale častejšie je zaskakovací kontakt pripevnený na hornú časť sviečky alebo upevnený maticou. Výstup centrálneho vodiča do kontaktnej svorky je obvykle univerzálny: západkový kontakt sa namontuje na závit a ak je to potrebné, ľahko sa odskrutkuje.

Izolátor sviečky je obvykle vyrobený z keramiky oxidu hlinitého, ktorého tepelná odolnosť dosahuje 1 000 ° C a prierazné napätie je najmenej 60 kV. Je to zloženie izolátora a jeho rozmery, ktoré určujú tepelné značenie konkrétnej sviečky. Najdôležitejšia je horná časť izolátora, ktorá je v priamom kontakte s elektródou, určuje, ako bude táto sviečka fungovať.

Na okrajoch izolantu sa predlžuje dráha aktuálnych rebier, čo komplikuje elektrické poruchy na jeho povrchu. Toto riešenie je ekvivalentné predĺženiu izolátora. Nápad použitia keramiky pri konštrukcii vysokonapäťovej zapaľovacej sviečky patrí nemeckému inžinierovi Gottlobovi Honoldovi.

Základom tela sviečky je takzvaná „sukňa“, ktorá slúži na inštaláciu a upevnenie sviečky na závit v hlave valca, ako aj na odvádzanie tepla z izolátora a elektród. Okraj vedie elektrický prúd medzi bočnou elektródou sviečky a „hmotou“ elektrického systému vozidla. Nad plášťom je nainštalované tesnenie, ktoré chráni pred prienikom horľavých plynov zo spaľovacej komory von.

Bočná elektróda sviečky je vyrobená z ocele legovanej s mangánom a niklom. Je privarená k telu sviečky odporovým zváraním. Táto elektróda je počas prevádzky spaľovacieho motora vždy veľmi horúca, čo môže viesť k zapáleniu žiara. Niektoré sviečky majú niekoľko bočných elektród.

Trvanlivosť týchto elektród môže byť daná, ak sú potiahnuté postrekom z ušľachtilých kovov, ako je napríklad platina - týmto spôsobom vyrábajú drahšie sviečky, ktoré môžu trvať 100 000 kilometrov, čo je niekedy výhodné, pretože v prípade motorov v tvare V je výmena sviečky veľmi časovo náročný proces.

Samotné telo sviečky môže tiež hrať úlohu bočnej elektródy, od roku 1999 sa takéto sviečky objavujú na trhu pod názvom zapaľovacie sviečky s plazmovou predkomorou. Sú vybavené špeciálnou guľovou dýzou odolnou voči teplu.

Iskerová medzera pre tieto sviečky je kruhová a elektrický výboj sa tu pohybuje v kruhovej dráhe a v predkomore sa vyskytuje primárne zapaľovanie zmesi vzduch-plyn. Toto riešenie umožňuje samočistenie elektród, pretože sú neustále fúkané, čo zaisťuje predĺženie životnosti sviečky. Ako efektívne sú predkomorové sviečky stále priekopníkom.

Jadrom zapaľovacej sviečky je stredná elektróda. Je spojený s kontaktným terminálom produktu pomocou skleneného tmelu s odporom. Tým sa zníži rádiové rušenie spôsobené zapaľovacím systémom. Centrálna elektróda je vybavená špičkou zo zliatin železa a niklu s prídavkom chrómu a medi. Ytrium sa môže rozprašovať, niekedy sa tiež nájde spájkovanie platiny alebo sa elektróda môže rafinovať a vyrobiť výlučne z irídia.

Centrálna elektróda zapaľovacej sviečky je v zásade jej najteplejším dielom. Okrem toho musí zaistiť správnu úroveň emisie elektrónov, aby sa na nej ľahko objavila iskra, rovnako ako na katóde.

Pretože elektrické pole má maximálnu intenzitu na okrajoch elektródy, vytvára sa presne medzi ostrou hranou centrálnej elektródy a okrajom bočnej elektródy iskra, a preto sa v týchto miestach pozoruje najväčší účinok elektrickej erózie.

V dávnych dobách bolo pre motoristov zvyčajné čas od času vyberať sviečky a odstraňovať stopy erózie z elektród. Teraz tomuto problému bránia zliatiny používané v hrotoch (platina, ytrium, irídium), ktoré poskytujú elektródam predĺženú životnosť.

Vzdialenosť medzi bočnou elektródou puzdra a stredovou elektródou sviečky vytvára medzeru pre iskru. Veľkosť medzery je kompromisom medzi schopnosťou preraziť medzeru v zmesi stlačeného vzduchu a benzínu a objemom plazmy, ku ktorému dochádza počas rozkladu. Čím väčšia medzera - čím väčšia iskra, tým vyššia je pravdepodobnosť vznietenia palivovej zmesi, tým menšie sú požiadavky na kvalitu paliva.

Príliš veľká vôľa však môže viesť k poruche jazdca, drôtov a iných častí vozidla. Širšia medzera je ťažšia pre prerazenie iskry a bude mať tendenciu presakovať cez izoláciu.

Väčšia medzera vyžaduje viac napätia pre normálne iskrenie. Systém zapaľovania má však konštantnú hodnotu napätia, ale medzeru na zapaľovacej sviečke je možné v zásade zmeniť. Čím sú elektródy ostrejšie, tým ľahšie je preraziť vysoké napätie medzerou. Čím vyšší je tlak v palivovej zmesi, tým ťažšie je preraziť medzeru. Aj tu je potrebný kompromis.

Vôľa zapaľovacích sviečok nie je jednou konštantnou hodnotou. Musí byť nastavený na špecifický aktuálny prevádzkový režim motora. Pri premene automobilu na skvapalnený a stlačený plyn sa zníži iskrová medzera v dôsledku vyššieho prierazného napätia ako zmes vzduchu a plynu.