Αναφλεκτήρας

Ο αναφλεκτήρας ή μπουζί (γαλλ. Bougie) είναι στοιχείο του συστήματος ανάφλεξης ενός κινητήρα βενζίνης ή αερίου, το οποίο αποτελείται από την μπαταρία, τον διακόπτη ανάφλεξης, τον πολλαπλασιαστή, τις πλατίνες, τον διανομέα (πλατίνες και διανομέας στα σύγχρονα συστήματα έχουν αντικατασταθεί από πλακέτα που αποκαλείται ηλεκτρονική ανάφλεξη) και τα καλώδια υψηλής τάσης. Όταν μεταξύ των ηλεκτροδίων του αναφλεκτήρα εφαρμοσθεί υψηλή τάση, δημιουργείται σπινθήρας, ο οποίος και προκαλεί την ανάφλεξη του μίγματος αέρα-καυσίμου.

Λειτουργία

Η λειτουργία του αναφλεκτήρα είναι να προκαλεί σπινθήρα αρκετά ισχυρό μέσα στο θάλαμο καύσης και προκαλεί, έτσι την καύση του μίγματος αέρα-καύσιμου.
Ο αναφλεκτήρας έχει σημαντική επιρροή στη λειτουργία του κινητήρα, καθώς είναι πολύ πιθανό να συμβεί απώλεια σπινθήρα. Πρέπει, επίσης, να επιτρέπει την κρύα εκκίνηση, πρέπει να εγγυάται ότι δε θα υπάρχουν περιπτώσεις απώλειας σπινθήρα κατά την απότομη αύξηση των στροφών του κινητήρα και να αντέχει όταν ο κινητήρας λειτουργεί στη μέγιστη ισχύ για μεγάλο χρονικό διάστημα. Οι ανάγκες αυτές πρέπει να εξυπηρετούνται σε όλη τη διάρκεια ζωής του αναφλεκτήρα.
Ο αναφλεκτήρας τοποθετείται στο θάλαμο καύσης σε σημείο όσο το δυνατόν ευνοϊκότερο για την έναυση του συμπιεσμένου μίγματος αέρα-καύσιμου. Πρέπει κάτω από όλες τις συνθήκες λειτουργίας να λειτουργεί χωρίς την εμφάνιση διαρροών και χωρίς να συμβαίνει υπερθέρμανση.

Κατασκευή

Ο αναφλεκτήρας κατασκευάζεται από μέταλλο, κεραμικό υλικό και γυαλί. Τα υλικά αυτά έχουν διαφορετικές ιδιότητες. Κατάλληλος σχεδιασμός του αναφλεκτήρα εκμεταλλεύεται κατά τον καλύτερο τρόπο τις ιδιότητες αυτών των υλικών παρακάτω γίνεται εκτενέστερη ανάλυση για τα στοιχεία που απαρτίζουν τον αναφλεκτήρα.

Αγωγός κεντρικού ηλεκτροδίου

Ο αγωγός κεντρικού ηλεκτροδίου η μόνωση, το κέλυφος και τα ηλεκτρόδια είναι τα πιο σημαντικά τμήματα του αναφλεκτήρα. Το κεντρικό ηλεκτρόδιο και ο αγωγός συνδέονται με αγώγιμο υλικό που αντιπροσωπεύει επίσης την ηλεκτρική σύνδεση προς το κεντρικό ηλεκτρόδιο. Στο άκρο που εξέχει έξω από τη μόνωση ο αγωγός φέρει σπείρωμα για τη σύνδεση με το καλώδιο υψηλής τάσης. Στη περίπτωση συνδέσμων κατά ISO/DIN τυποποίησης, ένα λεγόμενο ISO/DIN παξιμάδι είναι βιδωμένο στο σπείρωμα του αγωγού.

Μόνωση

Ο μονωτής αποτελείται από ένα ειδικό κεραμικό και χρησιμεύει στο να μονώνει το κεντρικό ηλεκτρόδιο και τον αγωγό από το κέλυφος. Η πυκνότητα της δομής του ειδικού κεραμικού εγγυάται υψηλή ηλεκτρική αντοχή. Η επιφάνεια της πλευράς σύνδεσης του κεραμικού είναι υαλωμένη. Υγρασία και ακαθαρσίες προσκολλώνται σε αυτή την υαλωμένη επιφάνεια ως αποτέλεσμα μακράς εμφάνισης διαρροής ρεύματος. Για να επιτευχθεί πρόσθετη προστασία έναντι διαρροών ρεύματος, ο μονωτής φέρει ένα φράγμα αποφυγής διαρροής ρεύματος. Κατ' αυτόν τον τρόπο αυξάνεται η διαδρομή που πρέπει να διασχίσει το ρεύμα διαρροής. Ως αποτέλεσμα ακόμα και σε ακραίες χρήσεις του κινητήρα δεν είναι δυνατόν να εμφανιστεί διαρροή ρεύματος. Ο μονωτής περικλείει το κεντρικό ηλεκτρόδιο. Οι απαιτήσεις για καλή θερμική αγωγιμότητα και υψηλή μόνωση είναι οι βασικότερες ιδιότητες των περισσότερων μονωτικών υλικών. Ανάλογα με το σχήμα του κελύφους, ο αναφλεκτήρας μπορεί να εφοδιαστεί με στεγανοποιητικό δακτύλιο και έναν ασφαλιστικό δακτύλιο. Μόλις ο μονωτής εισαχθεί στο κέλυφος, διαμορφώνεται και θερμοσυρρικνώνεται με επαγωγική θέρμανση και υψηλή πίεση.

Αρνητικό ηλεκτρόδιο

Το αρνητικό ηλεκτρόδιο συνδέεται στο κέλυφος και συνήθως έχει ορθογωνικη διατομή. Ένα διακριτικό υπάρχει ανάμεσα στο μπροστινό ηλεκτρόδιο και στο πλευρικό ηλεκτρόδιο, εξαρτώμενο από τη θέση. Η διάρκεια ζωής του αρνητικού ηλεκτρόδιου καθορίζεται και από την θερμική αγωγιμότητα και από την αναλογία της επιφάνειας η οποία εκτίθεται στην θερμότητα, στη διατομή διαρροής θερμότητας. Η εκφόρτιση του σπινθήρα επηρεάζεται από τις όσο δυνατόν μικρότερες διαστάσεις του αρνητικού ηλεκτρόδιου, από τα διαφορετικά σχήματα του αρνητικού ηλεκτρόδιου, τη μερική επικάλυψη του κεντρικού ηλεκτρόδιου, τόσο στις επιφάνειες όσο και στις περιφέρειες της περιοχής που αντικρίζει το κεντρικό ηλεκτρόδιο.
Υπάρχουν αναφλεκτήρες με διαφορετικές διαστάσεις αρνητικού ηλεκτροδίου και διαφορετικού αριθμού αρνητικών ηλεκτροδίων. Η ενεργώς διάρκεια ζωής του αναφλεκτήρα επιμηκύνεται από ένα παχύτερο προφίλ αρνητικού ηλεκτροδίου και από τα πολλαπλά αρνητικά ηλεκτρόδια.

Κεντρικό ηλεκτρόδιο

Το κεντρικό ηλεκτρόδιο στερεώνεται τις περισσότερες φορές μέσα στο μονωτήρα με τη βοήθεια αγώγιμης υαλώδους μάζας. Το ηλεκτρόδιο έχει μικρότερη διάμετρο από την εσωτερική διάμετρο στην αιχμή του μονωτή. Αυτό είναι αναγκαίο για να εξουδετερωθεί η διαφορετική θερμική διαστολή ανάμεσα στο υλικό του ηλεκτροδίου και στο κεραμικό του μονωτή.
Το κυλινδρικό κεντρικό ηλεκτρόδιο προεξέχει από την αιχμή του μονωτή και κατασκευάζεται από πολύτιμα μέταλλα, ενώ είναι μικρότερης διαμέτρου από τα συνθετικά ηλεκτρόδια με πυρήνα χαλκού και επικάλυψη κράματος νικελίου. Αυτό κάνει ευκολότερη την εκφόρτιση της τάσης ανάφλεξης και στο να παράγει το σπινθήρα ανάφλεξης και στη βελτίωση της προσιτότητας του μίγματος. Συγκρίσιμα αποτελέσματα επιτυγχάνονται με αναφλεκτήρες λευκοχρύσου, ων το λεπτό πλατινένιο κεντρικό ηλεκτρόδιο τοποθετείται μέσα στο μονωτή χωρίς διάκενο. Έτσι επιτυγχάνεται καλύτερη στεγανοποίηση.

Διάκενο ηλεκτροδίων

Το διάκενο ηλεκτρόδιων είναι η μικρότερη απόσταση μεταξύ του κεντρικού ηλεκτροδίου και του αρνητικού ηλεκτροδίου και γι' αυτό το λόγο μετράται ως μήκος του διάκενου του σπινθήρα. Μικρότερο διάκενο ηλεκτροδίων απαιτεί μικρότερη τάση ανάφλεξης. Αν το διάκενο του ηλεκτροδίου είναι πολύ μικρό, η τάση που αποτίθεται είναι υψηλή, αλλά μπορεί να εμφανίζεται απώλεια σπινθήρα γιατί το μίγμα φτάνει στον σπινθήρα.
Αν, αντίθετα, το διάκενο του ηλεκτροδίου είναι πολύ μεγάλο απαιτείται πολύ υψηλή τάση ανάφλεξης. Αυτό σημαίνει χαμηλή απόθεση τάσης. Αν και το μίγμα έχει καλή προσιτότητα στο διάκενο σπινθήρα, υπάρχει μεγαλύτερος κίνδυνος απώλειας σπινθήρα. Το διάκενο ηλεκτρόδιων είναι συνήθως γύρω 0.7 - 1.1 mm. Το κατάλληλο διάκενο για τον κάθε κινητήρα καθορίζεται από το κατασκευαστή του κινητήρα και αναγράφεται στο σχετικό εγχειρίδιο χρήσης.

Κατάσταση λειτουργίας

Κατά τη λειτουργία του ο αναφλεκτήρας υπόκειται σε φθορά και επικαθήσεις και πρέπει για αυτό να αντικαθίσταται κατά συχνά χρονικά διαστήματα.
Κατά τη διάρκεια της ενεργούς ζωής του ο αναφλεκτήρας υφίσταται μεταβολές, οι οποίες αυξάνουν την απαιτούμενη τάση ανάφλεξης. Όταν η απαιτούμενη τάση φτάσει σε μια τιμή που δεν μπορεί να αντισταθμιστεί από το σύστημα ανάφλεξης, το αποτέλεσμα είναι η απώλεια του αναφλεκτήρα και, φυσικά, δεν υπάρχει ανάφλεξη στον αντίστοιχο κύλινδρο. Η λειτουργία του αναφλεκτήρα μπορεί, επίσης, να επηρεασθεί και από την γήρανση του κινητήρα.
Επικαθήσεις υπολειμμάτων καύσης (καπνιά) μπορούν να οδηγήσουν σε θερμές συνδέσεις ή μπορεί να επιδράσουν στην προσιτότητα του μίγματος λόγω των ολοένα αυξανόμενων υπολειμμάτων στο διάκενο του αναφλεκτήρα. Το αποτέλεσμα είναι απώλειες καύσης, οι οποίες έχουν άμεση σχέση με καθαρή αύξηση στην κατανάλωση του καύσιμου και, παράλληλα, απώλεια ισχύος από τον κινητήρα.

Κωδική κατάταξη

Όταν βλέπουμε έναν αναφλεκτήρα, διακρίνουμε δίπλα στο όνομα του κατασκευαστή ένα σύμπλεγμα από αριθμούς και γράμματα, που αποτελεί τον κωδικό κατασκευής. Η κωδικοποίηση αυτή διαφοροποιεί τους αναφλεκτήρες ανάλογα με την θερμική τους αντοχή, το μήκος και την διάμετρο του σπειρώματος τους, το σχήμα, το υλικό του ζεύγους των ακροδεκτών και τον τρόπο συναρμογής τους στην κυλινδροκεφαλή.

Κατασκευαστική διάκριση

Η διάκριση αυτή σχετίζεται με το αν ο αναφλεκτήρας χαρακτηρίζεται ως "ψυχρός" ή "θερμός". Η διάκριση βασίζεται στην κατάλληλη επιλογή του μήκους της πορσελάνης που βρίσκεται εκτεθειμένη στον χώρο καύσης. Όσο μεγαλύτερο είναι το μήκος του κωνικού αυτού τμήματος της πορσελάνης, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η συγκέντρωση της θερμότητας, άρα θερμότερος ο σπινθήρας.

Βασικοί τύποι

Είναι απαραίτητο να γίνεται σωστή επιλογή του αναφλεκτήρα με βάση την θερμότητα που αναπτύσσεται στο περίβλημά του για την αποφυγή κρουστικών καύσεων. Αυτό οδήγησε στην δημιουργία αναφλεκτήρων νέας γενιάς, οι οποίοι κατασκευάζονται από ακριβότερα υλικά και έχουν ειδική σχεδίαση ώστε να ανταποκρίνονται στις απαίτησης των σύγχρονων κινητήρων. Υπάρχουν 2 είδη αναφλεκτήρων:

Τύπος P

Σε αυτό το είδος αναφλεκτήρων το μονωτικό προεξέχει του μεταλλικού περιβλήματος. Αυτοί οι αναφλεκτήρες ανεβάζουν εύκολα την θερμοκρασία και εξασφαλίζουν ομαλή λειτουργία. Αντικαθιστούν τους συμβατικούς αναφλεκτήρες και έχουν ευρύτερη περιοχή θερμικής αγωγιμότητας. Ενδείκνυνται για τους γρήγορους τετράχρονους κινητήρες και αντενδείκνυνται για τους δίχρονους.

Τύπος V

Αυτό το είδος αναφλεκτήρων έχει ένα λεπτό κεντρικό ηλεκτρόδιο από ακριβό μέταλλο. Αυτοί οι αναφλεκτήρες δίνουν σπινθήρα και σε χαμηλότερες τιμές τάσης. Έτσι επιτυγχάνεται ευκολότερη εκκίνηση του κινητήρα με "πεσμένη" μπαταρία, ενώ το "λάδωμα" του αναφλεκτήρα (επικάθηση λιπαντικού στα μεταλλικά τμήματά του) αποφεύγεται σε μεγάλο βαθμό.

Προϋποθέσεις λειτουργίας

Οι απαιτήσεις των κατασκευαστών κινητήρων από τους αναφλεκτήρες είναι πολύ μεγάλες: Ο αναφλεκτήρας βρίσκεται μέσα στον χώρο καύσης με επακόλουθο να υφίσταται συνεχώς καταπονήσεις από τις ποικίλες μεταβολές που συμβαίνουν στον κινητήρα. Οι κυριότερες απαιτήσεις από τους αναφλεκτήρες, ώστε αυτοί να έχουν καλή απόδοση είναι:

Ηλεκτρικές απαιτήσεις

Όταν ο αναφλεκτήρας λειτουργεί με ηλεκτρονικό σύστημα ανάφλεξης είναι πιθανόν στα ηλεκτρόδιά του να εμφανίζονται τάσεις έως και 30.000 V. Οι επικαθίσεις, ως αποτέλεσμα της διεργασίας καύσης, όπως είναι η καπνιά, υπολείμματα άνθρακα, στάχτης από προσθήκες καυσίμου και λαδιού, κάτω από ορισμένες συνθήκες εμφανίζουν ηλεκτρική αγωγιμότητα. Επίσης, κάτω από τέτοιες συνθήκες και σε υψηλές τάσεις δεν πρέπει να σχηματίζεται ηλεκτρικό τόξο ή εκκένωση στο μονωτικό. Η ηλεκτρική αντίσταση του μονωτήρα πρέπει να είναι αμετάβλητη κάτω από τους 1000 °C και δεν πρέπει να μεταβάλλεται κατά τη διάρκεια ωφέλιμης ζωής του κινητήρα.

Μηχανικές απαιτήσεις

Ο αναφλεκτήρας πρέπει να αντέχει στις πιέσεις που εμφανίζονται περιοδικά στο θάλαμο καύσης και πρέπει να παραμένει πλήρως στεγανός. Επίσης, απαιτείται υψηλή μηχανική αντοχή, κατά το μοντάρισμα και τη λειτουργία από το συνδετήρα και το καλώδιο ανάφλεξης. Το κέλυφος του αναφλεκτήρα πρέπει να μεταφέρει τις δυνάμεις σύσφιξης χωρίς να υφίσταται παραμορφώσεις.

Χημικές απαιτήσεις

Το τμήμα του αναφλεκτήρα που εισέρχεται στο θάλαμο καύσης ερυθροπυρώνεται και εκτίθεται στις χημικές διεργασίες του θαλάμου καύσης που συμβαίνουν σε υψηλές θερμοκρασίες. Αν ψύχεται σε χαμηλότερο σημείο επικάθονται χημικά στοιχεία του καυσίμου στο μπουζί μεταβάλλοντας τον χαρακτήρα του.

Απαιτήσεις θερμοκρασίας

Κατά τη λειτουργία του αναφλεκτήρα σε ταχύτατες μεταβολές αυτός απορροφά θερμότητα από τα θερμά αέρια της καύσης και αμέσως μετά εκτίθεται στο κρύο μίγμα αέρα – καυσίμου που εισάγεται για την έναρξη νέου κύκλου. Υπάρχουν γι' αυτό υψηλές απαιτήσεις για θερμική αντίσταση του μονωτικού. Ο αναφλεκτήρας πρέπει, επίσης, ν' απομακρύνει τη θερμότητα που απορροφά στο θάλαμο καύσης όσο το δυνατόν αποτελεσματικότερα προς την κυλινδροκεφαλή του κινητήρα. Το άκρο του αναφλεκτήρα πρέπει να θερμαίνεται όσο το δυνατόν λιγότερο.