Az égés elindítója

A személygépkocsikban számos olyan alkatrész található meg, melyek pótlása egyszerű és viszonylag kis költséggel jár, mégis képtelen nélküle megmozdulni a jármű. Egy ilyen egyszerű alkatrész a gyújtógyertya is a benzinnel hajtott motorok számára.

Pontosabban egyszerűnek tűnik, ugyanis egy sokkal kidogozottabb alkatrészről beszélünk, mint amilyennek elsőre látjuk.

Ebben a cikkben a szikra forrását mutatjuk be.

Történeti áttekintés

Mint mindig, ebben az esetben is szövevényes, hogy kinek tulajdoníthatjuk az eszköz feltalálását.

1860-ban Étienne Lenoir elektromos gyújtógyertyát használt gázmotorjában, az első belső égésű dugattyús motorban. Általában Lenoirnak tulajdonítják a gyújtógyertya feltalálását. Ugyanakkor hozzá kell tennünk, hogy jelen ismereteink szerint Edmond Berger már 1839. február 2-án feltalálta a gyújtógyertyát, de soha nem szabadalmaztatta azt.

A gyújtógyertyákra vonatkozó korai szabadalmak közé tartozott Nikola Tesla (a szabadalom helye, ideje: USA, 1898), Frederick Richard Simms (Nagy-Britannia, 1898) és Robert Bosch (Nagy-Britannia, 1898) beadványa is.

A szikragyújtású motor kifejlesztését csak az első kereskedelmileg életképes nagyfeszültségű gyújtógyertya feltalálása tette lehetővé a mágneses gyújtásrendszer részeként – ezt Robert Bosch mérnöke, Gottlob Honold alkotta meg 1902-ben.

Működése

A gyújtógyertya feladata, hogy a szükséges időben szikrát keltsen az éghető keverék meggyújtásához. A gyertyát a gyújtótekercs vagy mágnes által generált nagyfeszültségre kell csatlakoztatni. Ahogy az áram átfolyik a tekercsből, feszültség alakul ki a központi és az oldalsó elektródák között.

Kezdetben nem keletkezik szikra, mert a résben lévő üzemanyag és levegő keveréke szigetelő, de ahogy a feszültség tovább emelkedik, elkezdi megváltoztatni az elektródák közötti gázok szerkezetét. Amint a feszültség meghaladja a gázok dielektromos szilárdságát, a gázok ionizálódnak.

Az ionizált gáz vezetővé válik, és lehetővé teszi az áram áramlását a résen. A gyújtógyertyáknak általában 12 000–25 000 voltos vagy nagyobb feszültségre van szükségük ahhoz, hogy megfelelően működjenek, bár ez akár 45 000 voltot is elérhet. A kisülési folyamat során nagyobb áramot szolgáltatnak, ami forróbb és hosszabb ideig tartó szikrát eredményez.

Ahogy az elektronok árama megindul a gyertyahézagon, a szikracsatorna hőmérséklete 60 000 K-re emelkedik. A szikracsatornában lévő intenzív hő hatására az ionizált gáz nagyon gyorsan kitágul, akár egy kis robbanás. Ez a villámláshoz és mennydörgéshez hasonló szikra megfigyelésekor hallható “kattanás”.

A hő és a nyomás arra készteti a gázokat, hogy reagáljanak egymással, és a szikrázás végén egy kis tűzgömbnek alakul ki, mivel a gázok maguktól égnek. Ennek a tűzgömbnek a mérete az elektródák közötti keverék pontos összetételétől és az égéstér turbulenciájának szintjétől függ a szikra keletkezésekor.

Részei

A gyújtógyertya héjból, szigetelőből és központi vezetékből áll. Mivel a gyertya áthalad az égéstér falán, az égésteret nagy nyomással és hőmérséklettel szemben is tömíteni kell anélkül, hogy a használat során érdemben veszítene a tömítettségéből.

A gyújtógyertyákat méret, menet vagy anya (gyakran Euro-nak nevezik), a tömítés típusa (kúpos vagy nyomó alátét) és a szikraköz határozza meg. Az Európában elterjedt menet (anya) mérete 10 mm (16 mm), 14 mm (21 mm; néha 16 mm) és 18 mm (24 mm, néha 21 mm).

• Csatlakozó terminál:

Ez az a rész, amely az elosztó sapkából származó nagyfeszültségű kábelhez csatlakozik. A nagyfeszültséget a központi elektródához vezeti.

• Kerámia szigetelő:

Alumínium-oxid kerámiából készül, és szigetelőként működik. Legfeljebb 40 000 V-ig választja el a központi elektródát a földtől. Gyártható sima formában vagy profilokkal.

• Fém test:

Precíziós hengerelt menetekkel gyártott acélhéj a biztonságos illeszkedés, valamint az egyszerű felszerelés és eltávolítás érdekében. Elektromos földelést biztosít a hengerfejnek, és segít lehűteni a dugót azáltal, hogy hőt ad át a hengerfejnek.

• Központi elektróda:

Nikkel alapú ötvözetből készül, amely egy benne foglalt rézmagból áll. Típustól függően a központi elektróda lehet platina vagy irídium. A nagyfeszültség a központi elektródára a szekunder tekercsből az elosztón keresztül jut.

• Föld elektróda:

Az SP fém testére van hegesztve. A központi elektródával szikraút alakul ki. Nikkel alapú ötvözetekből (vagy irídium vagy titán erősítésből) áll.

• Tömítő alátét/tömítés:

Tömíti a hengerfejet és segíti a hőelvezetést.

• Szigetelő hegye:

Az égéstérbe nyúlik. Nagyobb befolyással van a gyújtógyertya termikus besorolására

• Elektróda hézag:

Ez a távolság a központi elektróda és a testelektróda között. Az elektródának döntő szerepe van a szikraképzésben. Ha nincs megfelelő rés a gyertyán, akkor az nem tud elegendő szikrát létrehozni az üzemanyag meggyújtásához, és gyújtáskimaradáshoz vezethet.

Hőtartomány. hőérték

A gyújtógyertya üzemi hőmérséklete a tényleges fizikai hőmérséklet a gyújtógyertya csúcsán a járó motoron belül, általában 500 és 800 °C között van. Ez azért fontos, mert ez határozza meg az öntisztulás hatékonyságát.

A gyújtógyertyát akkor mondják “forrónak”, ha jobb hőszigetelő, több hőt tart a gyújtógyertya hegyében. A gyújtógyertyát “hidegnek” nevezik, ha több hőt tud kivezetni a gyújtógyertya hegyéből, és csökkenti a hegy hőmérsékletét. Az, hogy a gyújtógyertya “meleg” vagy “hideg”, a gyújtógyertya hőtartományaként vagy hőértékeként ismert. A gyújtógyertya hőtartományát jellemzően számként adják meg, egyes gyártók növekvő számokat használnak a melegebb gyertyákhoz, mások pedig ennek ellenkezőjét teszik – növekvő számokat rendelnek az egyre hidegebb gyertyákhoz.

Az elektronikusan vezérelt üzemanyag-befecskendezés korszaka előtt általános volt, hogy legalább néhány különböző hőtartományt meghatároztak az autómotorok gyújtógyertyáihoz; egy melegebb csatlakozó az autók számára, amelyek többnyire lassan közlekedtek a városban, és egy hidegebb csatlakozó a tartós, nagy sebességű autópálya használathoz.

Ez a gyakorlat azonban nagyrészt elavult, ugyanis az autók üzemanyag-levegő keverékét és henger hőmérsékletét szűk tartományon belül tartják a károsanyag-kibocsátás korlátozása érdekében.

A versenymotorok számára azonban továbbra is előnyös, ha megfelelő hőtartományt választanak. A nagyon régi versenymotorokon néha két gyertyakészlet is található, az egyiket csak az indításhoz, a másik pedig a vezetéshez kell beszerelni, ha a motor bemelegedett.