Dispositivo per candele

Nei motori a combustione interna a benzina, le candele vengono utilizzate per accendere la miscela aria-carburante. Una scarica elettrica con una tensione di migliaia di volt si verifica tra gli elettrodi delle candele ad ogni ciclo del motore e in determinati momenti accende la miscela aria-carburante all'interno del cilindro.

Per la prima volta, una candela, come la conosciamo fino ad oggi, è stata sviluppata nel 1902 dallo scienziato Robert Bosch per essere alimentata da un magneto ad alta tensione, progettato nell'officina della sua omonima azienda. Da quel momento in poi, le candele iniziarono ad essere ampiamente utilizzate nei motori a combustione interna e il dispositivo per candele non è stato ancora modificato strutturalmente, si sono evoluti solo i materiali utilizzati.

Fondamentalmente, la candela comprende i seguenti elementi principali: un corpo metallico, un isolante e un conduttore centrale. Alcune candele contengono inoltre una resistenza integrata tra l'elettrodo centrale e il terminale di contatto. In ogni caso, tre elementi modificati sono la base di ogni candela.

Nella parte superiore della candela è presente un terminale di contatto, a cui sono collegati i cavi ad alta tensione del sistema di accensione o una bobina ad alta tensione separata. I disegni possono variare, ma più spesso un contatto a scatto è fissato sulla parte superiore della candela o fissato con un dado. Tipicamente, l'uscita del conduttore centrale all'uscita del contatto è universale: il contatto a scatto è montato sulla filettatura e, se necessario, è facilmente svitato.

L'isolante della candela è solitamente realizzato in ceramica di ossido di alluminio, la cui resistenza al calore raggiunge i 1000 ° C e la tensione di rottura è di almeno 60 kV. È la composizione dell'isolante e le sue dimensioni che determinano la marcatura termica di una particolare candela. La più importante è la parte superiore dell'isolante, che è a diretto contatto con l'elettrodo, determina quanto bene funzionerà questa candela.

Sui bordi dell'isolante fatto estendere il percorso delle nervature attuali per complicare la rottura elettrica sulla sua superficie. Questa soluzione equivale ad allungare l'isolante. L'idea di utilizzare la ceramica nella costruzione di una candela ad alta tensione appartiene all'ingegnere tedesco Gottlob Honold.

La base del corpo della candela è la cosiddetta "gonna", che serve per installare e fissare la candela sul filo nella testata, nonché per rimuovere il calore sia dall'isolante che dagli elettrodi. La gonna conduce una corrente elettrica tra l'elettrodo laterale della candela e la "massa" del sistema elettrico del veicolo. Una guarnizione è installata sopra il mantello per proteggere dalla penetrazione di gas combustibili dalla camera di combustione verso l'esterno.

L'elettrodo laterale della candela è realizzato in acciaio legato con manganese e nichel. È saldato al corpo della candela mediante saldatura a resistenza. Questo elettrodo è sempre molto caldo durante il funzionamento del motore a combustione interna, il che può provocare l'accensione. Alcune candele hanno diversi elettrodi laterali.

La durabilità di questi elettrodi può essere data se sono rivestiti con un rivestimento di metalli nobili come il platino - in questo modo vengono prodotte candele più costose che possono durare 100.000 chilometri, il che a volte è vantaggioso, perché nei motori a V la sostituzione di una candela richiede molto tempo.

Il corpo stesso della candela può anche svolgere il ruolo di un elettrodo laterale; dal 1999, tali candele sono apparse sul mercato con il nome di candele al plasma pre-camera. Sono dotati di uno speciale ugello sferico resistente al calore.

Lo spinterometro per tali candele è circolare e la scarica elettrica si sposta qui in un percorso circolare e l'accensione primaria della miscela aria-gas avviene nella precamera. Questa soluzione fornisce autopulizia degli elettrodi, poiché vengono costantemente soffiati, il che garantisce l'estensione della durata della candela. L'efficacia delle candele precamera è ancora un punto controverso.

Il nucleo della candela è l'elettrodo centrale. È collegato al terminale di contatto del prodotto attraverso un sigillante per vetro con una resistenza. Questo per ridurre le interferenze radio causate dal sistema di accensione. L'elettrodo centrale è dotato di una punta in leghe di ferro-nichel con l'aggiunta di cromo e rame. L'ittrio può essere spruzzato, a volte si trova anche la saldatura al platino o l'elettrodo può essere raffinato e realizzato interamente in iridio.

L'elettrodo centrale della candela è, in linea di principio, la sua parte più calda. Inoltre, deve garantire il corretto livello di emissione di elettroni in modo che una scintilla appaia su di esso, come sul catodo, facilmente.

Poiché il campo elettrico ha un'intensità massima ai bordi dell'elettrodo, si forma una scintilla precisamente tra il bordo affilato dell'elettrodo centrale e il bordo dell'elettrodo laterale, quindi in questi punti si osserva il più grande effetto dell'erosione elettrica.

Ai vecchi tempi, gli automobilisti erano soliti togliere le candele di tanto in tanto e ripulire le tracce di erosione dagli elettrodi. Ora il problema è prevenuto dalle leghe utilizzate nelle punte (platino, ittrio, iridio), che forniscono agli elettrodi una lunga durata.

La distanza tra l'elettrodo laterale dell'alloggiamento e l'elettrodo centrale della candela crea uno spazio per la scintilla. La dimensione del gap è un compromesso tra la capacità di superare il gap nella miscela aria-benzina compressa e il volume di plasma che si verifica durante la rottura. Più ampio è il divario: maggiore è la scintilla, maggiore è la probabilità di accensione della miscela di carburante, minori sono i requisiti di qualità del carburante.

Ma un gioco eccessivo può portare a guasti sul cursore, sui cavi e su altre parti dell'auto. Un divario più ampio è più difficile per una scintilla e tende a filtrare attraverso l'isolamento.

Lo spazio più ampio richiede più tensione per la normale scintilla. Tuttavia, il sistema di accensione ha un valore di tensione costante, ma in linea di principio lo spazio sulla candela può essere modificato. Inoltre, più affilati sono gli elettrodi, più facile è che l'alta tensione attraversi il gap. Ma maggiore è la pressione nella miscela di carburante, più difficile è colmare il divario. Qui è necessario anche un compromesso.

Il gioco delle candele non è un valore costante impostato una volta. Deve essere adattato alla specifica modalità operativa corrente del motore. Quando si converte un'auto in gas liquefatto e compresso, il gap scintilla è ridotto a causa di una tensione di rottura superiore rispetto alla miscela aria-gas.