La función de las bujías
La bujía es un componente importante del sistema de encendido de un motor de gasolina. Introduce alto voltaje en la cámara de combustión y lo hace saltar sobre el espacio entre los electrodos para generar una chispa, encendiendo así la mezcla combustible en el cilindro. Está compuesta principalmente por una tuerca de conexión, un aislante, un tornillo de conexión, un electrodo central, electrodos laterales y una carcasa. Los electrodos laterales están soldados a la carcasa.
La bujía, comúnmente conocida como "boquilla de encendido", libera la electricidad pulsada de alto voltaje enviada por el cable de alta tensión (cable de la boquilla de encendido), rompe el aire entre los dos electrodos de la bujía y genera una chispa eléctrica para encender la mezcla de gases en el cilindro. Los principales tipos incluyen: bujías de tipo cuasi, bujías de cuerpo saliente, bujías de electrodo, bujías de asiento, bujías de electrodo, bujías de superficie de salto, etc.
Las bujías se instalan en el lateral o en la parte superior del motor. Antiguamente, se conectaban al distribuidor mediante cables de cilindro. En la última década, la mayoría de los motores de coches pequeños se han modificado para que la bobina de encendido esté conectada directamente a la bujía. El voltaje de funcionamiento de una bujía es de al menos 10 000 V. Este alto voltaje se genera mediante la bobina de encendido a partir de 12 V y se transmite a la bujía.
Bajo el efecto de un alto voltaje, el aire entre el electrodo central y el electrodo lateral de la bujía se ioniza rápidamente, formando iones con carga positiva y electrones libres con carga negativa. Cuando el voltaje entre los electrodos alcanza un cierto valor, la cantidad de iones y electrones en el gas aumenta vertiginosamente, provocando que el aire pierda su capacidad aislante. Se forma un canal de descarga en el espacio entre los electrodos, produciéndose un fenómeno de descarga eléctrica. En este punto, el gas forma un cuerpo luminoso, denominado chispa. Al expandirse por el calor, se produce un sonido similar a un estallido. La temperatura de esta chispa eléctrica puede alcanzar entre 2000 y 3000 grados Celsius, suficiente para encender la mezcla en la cámara de combustión del cilindro.
Según su poder calorífico, existen bujías de tipo frío y de tipo caliente. Según los materiales de los electrodos, hay aleaciones de níquel, aleaciones de plata y aleaciones de platino, etc. Siendo más especializados, los tipos de bujías son aproximadamente los siguientes:
Bujía de tipo cuasi: Su faldón aislante está ligeramente retraído hacia el extremo de la carcasa, y el electrodo lateral queda fuera de dicho extremo. Es el tipo más utilizado.
Bujía con cuerpo sobresaliente: La falda aislante es relativamente larga y sobresale del extremo de la carcasa. Ofrece una gran capacidad de absorción de calor y una buena resistencia a la acumulación de incrustaciones. Además, se enfría directamente con el aire de admisión, lo que reduce la temperatura y, por lo tanto, disminuye la probabilidad de sobrecalentamiento. En consecuencia, posee una amplia adaptabilidad térmica.
Bujías de electrodo: Sus electrodos son muy finos. Se caracterizan por generar chispas potentes, una buena capacidad de ignición y garantizan un arranque rápido y fiable del motor incluso en climas fríos. Tienen un amplio rango térmico y son aptas para diversas aplicaciones.
Bujía de asiento: Su alojamiento y la rosca tienen forma cónica, lo que permite un buen sellado sin necesidad de junta, reduciendo así el volumen de la bujía y resultando más beneficioso para el diseño del motor.
Bujías polares: Generalmente tienen dos o más electrodos laterales. Sus ventajas son un encendido fiable y que la separación de los electrodos no necesita ajustarse con frecuencia. Por ello, se utilizan a menudo en algunos motores de gasolina donde los electrodos son propensos a la erosión y la separación de los electrodos no puede ajustarse con frecuencia.
Bujía de superficie: También conocida como bujía de tipo de separación frontal, es el tipo de bujía más fría, y la separación entre el electrodo central y la cara frontal de la carcasa es concéntrica.
Bujías de tipo estándar y de tipo sobresaliente
La bujía estándar es una bujía de electrodo unilateral con el extremo del faldón aislante ligeramente más bajo que la cara roscada de la carcasa. Adopta la estructura tradicional del extremo de encendido, la más utilizada en motores con válvulas laterales. Para distinguirla del tipo sobresaliente que surgió posteriormente, esta estructura se denomina "tipo estándar".
La bujía sobresaliente fue diseñada originalmente para motores con válvulas en cabeza. Su faldón aislante sobresale de la cara roscada de la carcasa y se extiende hacia la cámara de combustión. Absorbe una cantidad considerable de calor de la mezcla de combustión, alcanza una temperatura de trabajo relativamente alta a la velocidad de combustión y evita la contaminación. A altas velocidades, debido a que la válvula se encuentra en la parte superior, el flujo de aire aspirado se dirige hacia el faldón del aislante, enfriándolo. Como resultado, la temperatura máxima no aumenta mucho, por lo que el rango térmico es relativamente amplio. Las bujías sobresalientes no son adecuadas para motores con válvulas laterales, ya que presentan muchas curvas en el conducto de admisión y el flujo de aire tiene poco efecto de enfriamiento sobre el faldón aislante.
Bujías unipolares y multipolares
La bujía tradicional de un solo polo presenta una desventaja importante: el electrodo lateral cubre el electrodo central. Cuando se produce una descarga de alto voltaje entre los dos polos, la mezcla de gases en el espacio entre los electrodos absorbe el calor de la chispa y se ioniza, formando un núcleo de chispa. Este núcleo se forma generalmente cerca del electrodo lateral. Durante este proceso, el electrodo lateral absorbe más calor, lo que se conoce como el efecto de supresión de llama. Esto reduce la energía de la chispa y disminuye la eficacia de la extinción de la llama.
Así, en la década de 1920, surgieron las bujías de tres polos. En comparación con el electrodo de un solo lado, el espacio entre electrodos de los electrodos multilados se compone de las secciones transversales de varios electrodos laterales (perforados en orificios redondos) y la superficie cilíndrica del electrodo central. Este espacio entre electrodos montado lateralmente elimina la desventaja de que los electrodos laterales cubran el electrodo central, aumenta la accesibilidad de la chispa, tiene mayor energía y penetra más fácilmente en el interior del cilindro, lo que ayuda a mejorar la combustión de la mezcla y a reducir las emisiones de escape. Gracias a que los polos multilados proporcionan múltiples canales de chispa, se prolonga la vida útil y se mejora la fiabilidad del encendido. Cabe señalar que, en el momento de la descarga, solo un canal puede generar chispa, y es imposible que varios polos generen chispa simultáneamente. El proceso de descarga de la fotografía de alta velocidad lo demuestra.
Las letras de sufijo (las letras que siguen al valor calorífico) D, J y Q en los modelos de bujías domésticas representan respectivamente polos dobles, triples y tetrapolares.
Bujías con electrodo de núcleo de cobre y aleación a base de níquel.
Los requisitos fundamentales para los electrodos que se extienden hacia la cámara de combustión son la resistencia a la ablación (tanto eléctrica como química) y una buena conductividad térmica. Con el desarrollo de la ciencia de los materiales y la tecnología de procesos, los materiales de los electrodos han evolucionado desde el hierro, el níquel, las aleaciones de níquel y los materiales compuestos de níquel-cobre hasta los metales preciosos. La aleación más utilizada actualmente es la de níquel. Generalmente, los metales puros tienen mejor conductividad térmica que las aleaciones, pero son más sensibles a la corrosión química de los gases de combustión y a los depósitos sólidos que forman. Por lo tanto, el material del electrodo se basa en níquel con la adición de elementos como cromo, manganeso y silicio. El cromo mejora la resistencia a la erosión eléctrica, mientras que el manganeso y el silicio mejoran la resistencia a la corrosión química, especialmente al óxido de azufre, altamente peligroso.
Bujías de tipo común y de tipo resistivo
La bujía, como generador de descarga de chispa, es una fuente de interferencia de radiación electromagnética continua de banda ancha. Desde la década de 1960, países de todo el mundo han acelerado el desarrollo de bujías resistivas para suprimir la fuerte interferencia de la radiación electromagnética causada por las chispas en el campo radioeléctrico, proteger las comunicaciones por radio y prevenir el mal funcionamiento de los dispositivos electrónicos a bordo. China también ha emitido una serie de normas nacionales obligatorias de compatibilidad electromagnética, imponiendo estrictas restricciones a las características de interferencia radioeléctrica de los dispositivos de vehículos impulsados por motores de encendido por bujía. Como resultado, la demanda de bujías resistivas ha aumentado significativamente. Las bujías resistivas no presentan diferencias estructurales significativas con respecto a las bujías comunes; la única diferencia radica en que el sellador conductor dentro del cuerpo aislante se reemplaza por un sellador resistivo.
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