Bujii de aprindere (motoare pe benzină)

    La motoarele pe benzină arderea amestecului aer-carburant este inițiată de o sursă externă. Sursa aprinderii amestecului este generată de bujie. Aceasta produce o scânteie care aprinde amestecul aer-combustibil din camera de ardere. Poziționarea bujiei în camera de ardere trebuie optimizată astfel încât să faciliteze aprinderea amestecului aer-combustibil.

Cameră de ardere motor pe benzină cu injecție directă

Foto: Cameră de ardere motor pe benzină cu injecție directă
Sursa: Bosch

    Aprinderea în motoarele pe benzină este electrică. La pornirea motorului, energia electrică este furnizată de bateria de acumulatori iar în timpul funcționării motorului de alternator. Tensiunea electrică de la baterie este multiplicată de bobinele de inducție care, mai departe alimentează bujiile.

Scânteia generată între electrozii bujiei Scânteia generată între electrozii bujiei

Foto: Scânteia generată între electrozii bujiei
Sursa: Bosch

    La motoarele moderne calculatorul de injecție controlează generarea periodică a scânteii pentru fiecare cilindru (bujie) în parte. Energia electrică conținută în scânteie conduce la inițierea arderii amestecului aer-carburant.

    Bujia este fabricată din materiale metalice, ceramice și sticlă. Părțile principale ale bujiei sunt: terminalul (conectorul), izolatorul ceramic și electrozii. Bujia se fixează în chiulasa motorului prin înfiletare. Electrozii pătrund în camera de ardere iar terminalul este cuplat la bobinele de inducție.

Bujii

Foto: Bujii
Sursa: NGK

    Pe scurt, bujia conține doi electrozi, separați de un izolator, între care se formează o scânteie. Electrodul negativ este de fapt corpul bujiei, conectat prin intermediul chiulasei la borna negativă a bateriei (masă), iar electrodul pozitiv este central și conectat la bobina de inducție.

Componentele bujei

Foto: Componentele bujei
Sursa: NGK

  1. terminal
  2. izolator terminal (zonă ondulată)
  3. izolator terminal (zonă netedă)
  4. element de etanșare
  5. izolator electrod
  6. sticlă conductoare
  7. carcasă metalică
  8. garnitură metalică
  9. nucleu de cupru
  10. distanța între electrozii bujiei (întrefier)
  11. electrozi (pozitiv și negativ)

    Terminalul se conectează prin intermediul unui cablu de înaltă tensiune la bobina de inducție. Sistemele de aprindere de ultimă generație conțin câte o bobină de inducție pe fiecare cilindru. La acest tip de sistem de aprindere bobina de inducție se montează direct pe bujie.

    Izolatorul este un material ceramic pe bază de oxid de aluminiu (Al2O3). Acesta are rolul de a izola din punct de vedere electric cei doi electrozi ai bujiei. Terminalul este conectat, din punct de vedere electric, la electrodul central prin intermediul unei sticle conductoare.

Bujie (radiografie)

Foto: Bujie (radiografie)
Sursa: Bosch

    Diferența mare de tensiune care este produsă între cei doi electrozi duce la apariția scânteii. Tensiune electrică trebuie să fie suficient de mare pentru a străpunge întrefierul dintre cei doi electrozi. Valoarea tensiunii electrice necesară pentru producerea scânteii poate ajunge și la 30000 V. Cu cât distanța între cei doi electrozi este mai mare cu atât tensiunea necesară pentru străpungerea întrefierului crește.

Secțiune prin bujie

Foto: Secțiune prin bujie
Sursa: Bosch

    În momentul apariție scânteii este generat și un curent electric între cei doi electrozi ai bujiei, iar tensiune electrică scade considerabil. Pentru aprinderea amestecului aer-combustibil este important ca durata scânteii să aibă o valoare minimă (aprox. 2 ms).

    Buna funcționare a bujiei are un impact decisiv asupra performanțelor motorului. Bujia trebuie să asigure, pe o durată de utilizare cât mai mare, următoarele:

  • pornire la rece facilă
  • aprindere la fiecare ciclu motor (pentru evitarea rateurilor de combustie)
  • funcționare în condiții de temperatură și presiune extreme

Bujie Iridium

Foto: Bujie Iridium
Sursa: NGK

    Din punct de vedere electric izolatorul bujiei trebuie să reziste la diferențe de potențial de până la 30 000 V. Depunerile rezultate în urma procesului de ardere (cenușă, particule, reziduuri de carbon și ulei) nu trebuie să influențeze nivelul de tensiune la care se produce scânteia. De asemenea, rezistența electrică a izolatorului trebuie să se mențină constantă chiar și la temperaturi de până la 1000 °C, iar abaterile până la sfârșitul duratei de funcționare să fie minime.

    Solicitările mecanice și termice ale bujiei sunt periodice și variază în funcție de ciclul motor activ. în tabelul de mai jos sunt sintetizate presiunile și temperaturile la care sunt supuse bujiile de-a lungul unui ciclu motor complet (4 timpi).

Ciclul Admisie Comprimare Destindere Evacuare
Temperatura gazelor [°C] ... 120 300 ... 600 2000 ... 3000 1300 ... 1600
Presiunea gazelor [bar] ... 0.9 8 ... 15 30 ... 50 1 ... 5

Sursa: Bosch

    În timpul procesului de ardere bujia absoarbe căldură de la gazele din cilindru. Apoi, la următorul ciclu de combustie bujiile intră în contact cu amestecul aer-combustibil proaspăt care are temperatura mult mai scăzută. Diferențele de temperatură la care sunt supuse sunt extreme și din acest motiv bujiile trebuie să fie rezistente la șocurile termice.

    Presiunile la care sunt supuse bujiile pot să depășească 50 de bari. În aceste condiții bujia trebuie să asigure etanșeitatea cilindrului, să nu permită scăparea gazelor din camera de ardere. De asemenea, rezistența mecanică a izolatorului și a carcasei trebuie să fie suficientă pentru a rezista tensiunilor de strîngere, fără să se deterioreze sau deformeze.

    Datorită expunerii la procesul de ardere bujia este supusă și la reacțiile chimice ale gazelor. Din acest motiv bujia trebuie să reziste și la acțiunea chimică a produselor rezultate în urma arderii.

Bujie cu 4 electrozi laterali

Foto: Bujie cu 4 electrozi laterali
Sursa: Bosch

    În timpul duratei de viață a bujiei electrozii se uzează datorită:

  • eroziunii, cauzată de scânteie
  • coroziunii, cauzată de solicitările termice și chimice

    Cu cât uzura este mai mare cu atât tensiunea electrică necesară producerii scânteii este mai mare. Din acest motiv forma și numărul electrozilor sunt parametrii care contribuie la calitatea scânteii și implicit a arderii amestecului aer-combustibil.

Bujie cu electrod negativ frontal Foto: Bujie cu electrozi negativi laterali Foto: Bujie cu electrozi negativi hibrizi (laterali + frontal)
Foto: Bujie cu electrod negativ frontal Foto: Bujie cu electrozi negativi laterali Foto: Bujie cu electrozi negativi hibrizi (laterali + frontal)

    Electrodul negativ (masă) este sudat de carcasa metalică a bujiei. În funcție de poziția acestuia se disting electrozi frontali sau laterali. Forma și numărul electrozilo negativi au impact asupra duratei de viață a bujiei. Cu cât electrodul negativ este mai gros sau este divizat (multiplu) cu atât durata de viață a bujiei este extinsă deoarece scânteia se poate forma mai ușor.

    Electrodul pozitiv (central) este inserat etanș în izolator. Diametrul electrodului central este mai mic decât alezajul izolatorului pentru a permite dilatarea acestuia la temperaturi ridicate. În funcție de materialul din care este fabricat electrodul, diametrul acestuia poate varia.

Bujie cu electrod central compozit Bujie cu electrod central cu platină Bujie cu electrod central cu argint
Foto: Bujie cu electrod central compozit
Sursa: Bosch
Foto: Bujie cu electrod central cu platină
Sursa: Bosch
Foto: Bujie cu electrod central cu argint
Sursa: Denso

    Electrozii centrali pe bază de material compozit (nucleu de cupru + înveliș de aliaj de nichel) au diametrul mai mare. Electrozii care conțin materiale prețioase (platină, argint) au diametru mai redus.

    Metalele pure au o conductivitate termică superioară decât cea a aliajelor. Dezavantajul este că acestea (ex. nichel) sunt mai sensibile la solicitările chimice și termice decît aliajele. Din acest motiv electrozii negativi compoziți conțin nichel aliat cu crom, mangan și silicon. Aceste aliaje îmbunătățesc rezistența electrodului la agresiunile chimice, termice și mecanice din camera de ardere.

    Electrodul central poate este fabricat din material compozit sau dintr-un aliaj pe bază de nichel cu nucleul pe bază de cupru. Acestă structură conferă atât conductivitate electrică cât și rezistență la mediul agresiv din cilindru.

Bujie NST cu electrod central compozit

Foto: Bujie NST cu electrod central compozit

    Argintul este metalul cu cea mai mare conductivitate termică și electrică. De asemenea este foarte rezistent la acțiunea reacțiilor chimice din camera de ardere. Electrozii centrali pe bază de argint au diametrul mai mic comparativ cu cei din material compozit. În plus acești electrozii disipă căldura mai eficient.

    Platina și aliajele pe bază de platină sunt foarte rezistente la coroziune, oxidare și la temperaturi foarte ridicate.

    Datorită acestor proprietăți bujiile cu electrozi centrali pe bază de metale prețioase au o durată de viață mai mare decât cele pe bază de materiale compozite.

    Distanța între electrozii bujiei (întrefierul) determină tensiunea electrică necesară pentru apariția scânteii. Cu cât acestă distanță este mai mică cu atât tensiunea generată de bobina de inducție este mai mică. Pe de altă parte un întrefier prea mic reduce lungimea scânteii și implicit energia pentru aprinderea amestecului aer-combustibil, ce poate conduce la rateuri de combustie.

Distanța între electrozii bujiei (întrefierul)

Foto: Distanța între electrozii bujiei (întrefierul)

    Electrozii negativi trebuie să fie flexibili pentru a permite mici ajustări ale întrefierului. Valorile uzuale pentru întrefier se situează în jurul valorilor 0.7 ... 1.2 mm. Acestă distanță este specifică fiecărui motor și este specificată în manualul de întreținere al automobilului.

    Temperatura de funcționare a bujiei are un rol decisiv asupra fiabilității acesteia. Partea de material izolator (ceramic) care intră în camera de ardere trebuie menținut la temperaturi între 500 și 900 ºC.

    Datorită procesului de ardere, în cilindru, apar depozite de particule, mai ales în timpul pornirii la rece. O parte din aceste particule se depun și pe bujie și pot afecta capacitatea acesteia de a genera scânteie. Din acest motiv este foarte important ca temperatura minimă a bujiei din interiorul cilindrului să fie peste 500 ºC pentru a se auto-curața. Limita maximă a temperaturii trebuie să fie sub 900 ºC. Peste acestă temperatură se pot forma zone incandescente pe bujie care vor iniția aprinderi secundare în cilindru, ce au efect distructiv asupra motorului.

Repartiția zonelor de disipare a căldurii din bujie

Foto: Repartiția zonelor de disipare a căldurii din bujie

    O mare parte din căldura absorbită de bujie este disipată prin conducție termică către chiulasă. Plaja de funcționare termică a bujiei reprezintă capacitatea acesteia de a rezista la solicitări termice. Din acest motiv, pentru un anumit motor, bujiile trebuie să fie adaptate condițiilor de funcționare. Dacă bujia nu este adaptată temperaturilor de funcționare ale motorului se poate supraîncălzi și produce aprinderi secundare sau nu ajunge la temperatura minimă de funcționare rezultând depuneri semnificative de particule.

    Din punct de vedere al temperaturii de funcționare bujiile sunt clasificate în mai multe categorii:

  • bujii „calde”
  • bujii „medii”
  • bujii „reci”

    În figura de mai jos este reprezentată variația temperaturii diferitelor tipuri de bujii, pentru același motor, în funcție de sarcina motorului.

Variația temperaturii bujiei (grade C) în funcție de sarcina motorului

Foto: Variația temperaturii bujiei (ºC) în funcție de sarcina motorului
Sursa: Bosch

  1. bujie „caldă”
  2. bujie „medie”
  3. bujie „rece”

Suprafața schimbului de căldură în funcție de tipul bujiei

Foto: Suprafața schimbului de căldură în funcție de tipul bujiei
Sursa: Bosch

1. Bujie „caldă” – suprafață mare de absorbție a căldurii, disipare scăzută a căldurii 2. Bujie „medie” – suprafață medie de absorbție a căldurii, disipare medie a căldurii 3. Bujie „rece” – suprafață mică de absorbție a căldurii, disipare rapidă a căldurii

    Din graficul de mai sus reiese că bujia „medie” este cea mai potrivită pentru motorul respectiv. Temperatura de funcționare a bujiei se situează în plaja nominală (500 – 900 ºC) începând cu sarcinile mici ale motorului, până la sarcina maximă.

    La schimbarea bujiilor motorului este foarte important să se respecte plaja de funcționare termică a acestora pentru a nu afecta performanțele și fiabilitatea motorului!

    În funcție de starea bujiei la un moment dat se poate determina starea generală de funcționare a motorului. Cu alte cuvinte se poate diagnostica motorul termic doar prin inspecția vizuală a bujiilor din fiecare cilindru.

    Starea vizuală a bujiei oferă informații cu privire la bujie cât și la parametrii de funcționare ai motorului (calitatea amestecului aer-combustibil, temperaturile de funcționare, componentele combustibilului, etc.).

    În tabelul de mai jos motorul este diagnosticat în funcție de starea vizuală a bujiei.

Starea vizuală a bujiei

Diagnosticarea motorului

Bujie – funcționare normală Funcționare normală
Izolatorul are culoare alb-gri sau gri-gălbui spre maro. Motorul funcționează în parametrii. Plaja de temperaturi corectă. Amestecul și avansul la aprindere sunt corecte. Sistemul de pornire la rece funcționează. Nu sunt depuneri datorită aditivilor din benzină sau uleiului. Motorul nu a funcționat supraîncălzit.
   
Bujie – depuneri de carbon Depuneri de carbon
Izolatorul, electrozii și carcasa bujiei sunt acoperite cu particule de carbon, de culoare neagră și aspect de catifea.
Cauze: amestec aer-combustibil incorect. Amestec prea bogat: filtrul de aer foarte încărcat, sistemul de pornire la rece defect, bujie „rece” (incompatibilă cu motorul)
Efecte: rateuri de combustie, dificultăți la pornirea la rece.
Reparație: se ajustează amestecul aer-combustibil și sistemul de pornire la rece, se verifică filtrul de aer și compatibilitatea termică a bujiei.
   
Bujie – depuneri de ulei Depuneri de ulei
Izolatorul, electrozii și carcasa bujiei sunt acoperite cu particule de carbon, de culoare neagră și aspect lucios.
Cauze: prea mult ulei în camera de ardere. Nivelul uleiului prea mare. Uzură excesivă la segmenți, cilindri sau la ghidul supapei.
Efecte: rateuri de combustie, dificultăți la pornire
Reparație: revizie generală motor, ajustare nivel ulei, înlocuire bujii.
   
Bujie – depuneri de plumb Depuneri de plumb
Izolatorul, electrozii și carcasa bujiei sunt acoperite cu o crustă maro/gălbuie cu porțiuni verzui.
Cauze: carburantul conține aditivi pe bază de plumb. Crusta apare datorită funcționării motorului la sarcină mare după utilizarea îndelungată la sarcini medii.
Efecte: la sarcini mari ale motorului, crusta devine conductivă și provoacă rateuri de combustie.
Reparație: înlocuire bujii.
   
Bujie – depuneri de plumb pronunțate Depuneri de plumb pronunțate
Izolatorul, electrozii și carcasa bujiei sunt acoperite cu o crustă consistentă maro/gălbuie cu porțiuni verzui.
Cauze: carburantul conține aditivi pe bază de plumb. Crusta apare datorită funcționării motorului la sarcină mare după utilizarea îndelungată la sarcini medii.
Efecte: la sarcini mari ale motorului, crusta devine conductivă și provoacă rateuri de combustie.
Reparație: înlocuire bujii.
   
Bujie – depuneri de cenușă Depuneri de cenușă
Depozite consistente de cenușă pe izolator și electrozi, provenită de la aditivii din carburant și ulei.
Cauze: aditivii metalici din ulei se pot depune sub formă de cenușă pe suprafața camerei de ardere și a bujiei
Efecte: poate provoca autoaprinderea, pierderea de putere și chiar deteriorarea motorului
Reparație: revizia generală a motorului, înlocuirea bujiilor, verificarea și schimbarea uleiului.
   
Bujie – electrodul central acoperit cu depozite topite Electrodul central acoperit cu depozite topite
Depozite topite pe electrodul central. Vârful izolatorului acoperit cu depozite moi și cu textură de burete
Cauze: supraîncălzire datorită autoaprinderii (cauzată de un avans prea mare, defect al sistemului de aprindere, calitate inferioară a combustibilului). Plaja de temperatură a bujiei nu este adaptată motorului (temperaturi prea mari de funcționare)
Efecte: rateuri de combustie, pierderea puterii, defectarea motorului
Reparație: revizia generală a motorului, verificarea sistemului de aprindere și a injecției/carburației. Montarea de bujii noi adaptate din punct de vedere termic.
   
Bujie – electrodul central topit parțial Electrodul central parțial topit
Electrodul central este topit iar electrodul lateral este grav avariat
Cauze: supraîncălzire datorită autoaprinderii (cauzată de un avans prea mare, defect al sistemului de aprindere, calitate inferioară a combustibilului).
Efecte: rateuri de combustie, pierderea puterii, defectarea motorului. Fractura vârfului izolatorului datorită supraîncălzirii electrodului central.
Reparație: revizia generală a motorului, verificarea sistemului de aprindere și a injecției/carburației. Montarea de bujii noi.
   
Bujie – electrozi topiți parțial Electrozi topiți parțial
Electrozi cu aspect de conopidă. Posibile depozite metalice care nu provin de la electrozi.
Cauze: supraîncălzire datorită autoaprinderii (cauzată de un avans prea mare, defect al sistemului de aprindere, calitate inferioară a combustibilului).
Efecte: scăderea puterii motorului este evidentă urmată de o defectare
Reparație: revizie generală a motorului și verificarea injecției/carburației. Montarea de bujii noi.
   
Bujie – uzură excesivă a electrodului central Electrod central uzat excesiv
Cauze: intervalul de înlocuire a bujiei a fost depășit.
Efecte: rateuri de combustie, în special în timpul accelerațiilor (tensiunea de aprindere insuficientă pentru întrefierul mărit). Porniri dificile.
Reparație: Montarea de bujii noi.
   
Bujie – uzură excesivă a electrodului lateral Uzură excesivă a electrodului lateral
Cauze: aditivi agresivi în combustibil sau bujii. Introducere defectuoasă a combustibilului în cilindri (posibil datorită depunerilor pe sistemul de injecție). Detonarea motorului.
Efecte: rateuri de combustie, în special în timpul accelerațiilor (tensiunea de aprindere insuficientă pentru întrefierul mărit). Porniri dificile.
Reparație: Montarea de bujii noi.
   
Bujie – fractura stratului ceramic (izolatorului) Fractura stratului ceramic (izolatorului)
Cauze: deteriorări de natură mecanică (datorită loviturilor din timpul manipulării bujiei). În cazuri excepționale depozitele dintre electrodul central și izolator precum și coroziunea electrodului central pot provoca fractura izolatorului (de obicei datorită utilizării pe perioade ce depășesc durata de viață).
Efecte: rateuri de combustie, scânteia se formează în zone inaccesibile amestecului aer-combustibil.
Reparație: Montarea de bujii noi.

Sursa: Bosch

Pentru a comenta articolul trebuie să vă înregistrați!

Comentarii

dombilica
Marți, 10 Noiembrie 2015 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
Cristi91
Sâmbătă, 13 Iunie 2015 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
alexbt777
Sâmbătă, 13 Iulie 2013 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
Lucian
Marți, 25 Iunie 2013 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
Teo
Luni, 10 Iunie 2013 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
Dragosh92
Luni, 10 Iunie 2013 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5

Login

Logo motorul anului