Una bujía de encendido de motor de ciclo Otto.
Una bujía es un componente que enciende la mezcla de oxígeno-combustible en los cilindros mediante una chispa en un motor de combustión interna (MEP), tanto en el ciclo Otto como en el Wankel. Su buen funcionamiento es fundamental para el buen desarrollo del proceso de combustión/expansión del ciclo Otto, ya sea un motor de 2 tiempos (2T) o de 4 tiempos (4T) y pertenece al sistema de ignición del motor.
Historia de las bujías
Aunque Nikola Tesla obtuvo la primera patente de bujías, el inventor serbio registró un sistema completo de encendido eléctrico en la Oficina de Patentes y Marcas en agosto de 1898, que tenía un electrodo fijo para suministrar la chispa. 1] Richard Simms (GB 24859/1898, 1898) y Robert Bosch (GB 26907/1898) registraron dispositivos similares, más avanzados, que contenían bujías de repuesto. Karl Benz también registró una patente. Pero fue la bujía, inventada por el ingeniero Robert Bosch Gottlob Honold en 1902, la que permitió el desarrollo de los motores de combustión.
Operación
Componentes del motor de gasolina DOHC de cuatro tiempos, (E) árbol de levas de escape, (I) árbol de levas de admisión, (S) bujía, (V) válvulas, (P) pistón, (R) biela, (C) cigüeñal, (W) tubos de refrigeración
La bujía tiene dos funciones básicas:
La función principal de la bujía es suministrar la corriente eléctrica generada en el transformador a la cámara de combustión y convertirla en una chispa eléctrica de alto voltaje que inicia la combustión, es decir, es el elemento responsable de la correcta combustión de la mezcla aire-combustible.
Cuando se produce una chispa eléctrica entre los electrodos de la bujía, comienza la combustión del combustible, produciendo una "bola de fuego". El "frente de la llama" se extiende a lo largo de la cámara de combustión, quemando la mezcla aire-combustible y promoviendo la expansión de los gases.
Flujo de calor de la bujía a la culata: Bujía izquierda de clase de alto calor, bujía derecha de clase de bajo calor.
La bujía participa en el inicio de la tercera etapa (expansión de la combustión) del ciclo de cuatro tiempos.
La bujía debe tener las siguientes características:
Estanqueidad a la presión: a pesar de las diferentes condiciones de funcionamiento, no debe haber escape de gas del interior del cilindro hacia el exterior. Resistencia del material aislante a las tensiones térmicas, mecánicas y eléctricas: No debe ser atacado por los hidrocarburos y ácidos generados durante la combustión. Debe mantener sus propiedades de aislamiento eléctrico sin comprometer los requisitos mecánicos. Tono térmico adecuado: Para asegurar el correcto funcionamiento de la bujía, la temperatura de la misma debe estar entre 500 y 600 °C. La forma de la bujía, o más precisamente la longitud del núcleo aislante de cerámica, da la capacidad de transferir calor a la cabeza del cilindro, lo que determina una temperatura de funcionamiento estable.
Las bujías convierten la energía eléctrica generada por la bobina de encendido en un arco eléctrico, que a su vez permite que la mezcla aire-combustible se desarrolle rápidamente, generando una acción mecánica que se transfiere al pistón o al pistón rotativo (Wankel). Para ello, el sistema de encendido del motor debe suministrar a la bujía un voltaje lo suficientemente alto como para que la chispa se genere a un voltaje de al menos 5 000 V. Esta función de aumento de voltaje se logra mediante la autoinducción en una bobina de alto voltaje.
La temperatura de la punta de la bujía será lo suficientemente baja para evitar la preignición o la detonación, pero lo suficientemente alta para evitar la acumulación. Esto se llama "eficiencia de calor" y está determinado por el rango de temperatura de la bujía. Esto debe tenerse en cuenta porque, según el tipo de motor, especialmente el número de chispas presentes en una unidad de tiempo (velocidad del motor) determinará la temperatura de funcionamiento. La bujía actúa como un intercambiador de calor, extrayendo energía térmica de la cámara de combustión y transfiriendo el calor de la cámara de combustión a la culata y de ahí al sistema de refrigeración del motor. El rango de temperatura se define como la capacidad de la bujía para disipar el calor.
El coeficiente de transferencia de calor está definido por:
Profundidad del aislante; Flujo de gas fresco alrededor de la bujía; Diseño/materiales del núcleo del electrodo y del aislante de porcelana.
Análisis de fallos
Tradicionalmente, especialmente antes de la aparición del encendido electrónico y la inyección electrónica, el análisis del aspecto de la bujía permitía determinar las condiciones de funcionamiento del motor, especialmente la relación de mezcla combustible-aire, la temperatura de funcionamiento, etc. Actualmente, los sistemas de encendido electrónico, la desaparición del distribuidor e incluso los cables de alto voltaje, así como la corrección milimétrica de la mezcla aire-combustible minimizan las interferencias causadas por la bujía.
Carbonización húmeda
Cuando la bujía tiene un aspecto oscuro y brillante, se producen problemas de flujo de aceite que afectan al funcionamiento de la bujía, porque el aceite impide el flujo de la chispa entre los electrodos de la bujía, causando dificultades de arranque. Causas de la carbonización:
Casos típicos:
Vehículos con un mantenimiento inadecuado, motocicletas de motocross utilizadas para la conducción, bujías equivocadas (demasiado frías) para los motores de alto rendimiento, uso de gasolina de bajo octanaje.
Origen mecánico:
Contrapresión en el cárter. Junta de la culata obstruida. Guías de válvula o juntas desgastadas. Segmentos de pistón desgastados.
Consecuencias si no se corrigen:
El motor se puede apagar y no volver a arrancar. El catalizador (si lo hay) se dañará.
Solución correcta:
Si se identifican una o más causas mecánicas posibles, deben ser reparadas. Si se reconoce otra causa, instale bujías de rango caliente que sean compatibles con las condiciones de funcionamiento del motor.
Carbonización en seco
A medida que el carbono se acumula en la bujía, se producen fugas de alto voltaje en el aislador que provocan una ignición anormal, causando dificultades de arranque y de funcionamiento. Causas de la carbonización:
La mezcla aire-combustible es demasiado rica. Ajuste incorrecto del carburador, estrangulador. Sistema de inyección de combustible defectuoso.
Sobrecalentamiento
La superficie del aislante de la bujía es blanca con un residuo manchado. Cuando la temperatura de la bujía supera los 870 °C, la bujía actúa como fuente de calor al encender la mezcla antes de la chispa, causando una combustión anormal y daños ocasionales al motor. Causas del sobrecalentamiento:
Tiempo de ignición demasiado corto. mezcla aire-combustible demasiado pobre. sistema de inyección de combustible defectuoso. insuficiente agua de refrigeración o grasa. presión en el turbocompresor demasiado alta en el motor con turbocompresor. insuficiente apriete de la bujía. depósitos en la cámara de combustión. bujía demasiado caliente.
Contaminación por plomo
Normalmente aparece como un depósito amarillo-marrón en el aislador. El problema es indetectable a temperatura ambiente, pero se hace evidente cuando la bujía alcanza una temperatura entre 370 °C y 420 °C. Como la gasolina no contiene ningún compuesto de plomo antidetonante, este depósito ya no se produce.
Depósitos
Si se acumulan depósitos en la bujía, la temperatura de la bujía subirá demasiado, causando daños en el preencendido y en el pistón.
El desgaste normal...
Los electrodos desgastados tendrán dificultad para producir chispas, el motor no mostrará potencia y se desperdiciará más combustible, por lo que habrá que instalar nuevas bujías.
Diferentes condiciones de las bujías
- normal
- desgastado
- Embebido
- lubricado
- lleno de carbón
Sostenibilidad
Las bujías modernas duran alrededor de 30.000 a 40.000 km. En los años 80, la vida útil normal de las bujías de los motores de los coches era de entre 10.000 y 15.000 km.
Clase térmica
El calor nominal es una medida de la capacidad de la bujía para disipar el calor de la cámara de combustión a la cabeza del cilindro, desde donde a su vez se disipa al refrigerante. El valor térmico de una bujía no tiene relación con el voltaje o la temperatura de funcionamiento. La medición del grado de calor depende principalmente de la longitud de la parte libre del aislante que separa el electrodo medio de la parte roscada que lo cubre: las bujías están frías si la parte libre del aislante es corta porque la parte que entra en contacto con la parte metálica transfiere más calor; están calientes si la parte libre es larga: la separación dificulta la transferencia de calor.
La parte de la bujía que está dentro de la cámara está contaminada con residuos de combustión. Para evitar que se acumulen en los electrodos y perturben su funcionamiento, la temperatura de la bujía debe ser lo suficientemente alta como para quemarlos. Según el tipo de motor, la autolimpieza de la bujía se realiza a una temperatura de entre 350 y 500 °C.
Si la temperatura es demasiado alta, la bujía puede brillar y empezar a arder antes de que la chispa, la preignición, salga. Este avance puede causar serios daños. Para evitarlo, no exceda un rango de temperatura de 800 a 950 °C, dependiendo del motor.
El rango de calor se expresa mediante un código que varía de un fabricante a otro, pero por lo general un número mayor significa una temperatura de funcionamiento más alta, es decir, una bujía más caliente.
