Η αναφλεγόμενη σπίθα

Η αναφλεγόμενη σπίθα

Ο Villach στην Καρινθία σχεδόν σηματοδότησε το τέλος του ηλεκτρικού μπουζί. Στο μη πανεπιστημιακό ερευνητικό κέντρο Carinthian Tech Research, ή για συντομία CTR, ήταν δυνατή η ανάφλεξη του μείγματος καυσίμου-αέρα σε μια δοκιμαστική μηχανή με απρόσιτη μέχρι τώρα ακρίβεια και απόδοση - χρησιμοποιώντας φως λέιζερ αντί για σπινθήρα ηλεκτρικής ανάφλεξης. «Ο παλμός λέιζερ διαρκεί μόνο μερικά νανοδευτερόλεπτα, δημιουργεί ένα σύννεφο πλάσματος αρκετών εκατοντάδων χιλιάδων μοιρών, μπορεί να ρυθμιστεί με ακρίβεια στην ιδανική γωνία στροφαλοφόρου άξονα και μπορεί να ανάψει εξίσου καλά όλα τα συμβατικά και εναλλακτικά καύσιμα», εξηγεί ο Gerhard Kroupa, επικεφαλής του έργου ανάφλεξης με λέιζερ στο CTR. Όμως, παρά αυτά τα πειστικά πλεονεκτήματα, το μπουζί λέιζερ που αναπτύχθηκε μαζί με την AVL List GmbH που βασίζεται στο Graz έχει τεθεί σε αναμονή από τους κατασκευαστές αυτοκινήτων προς το παρόν. «Προφανώς ακόμα πολύ ακριβό αυτή τη στιγμή», σχολιάζει εν συντομία ο Κρούπα την απόφαση και παρηγορείται με το γεγονός ότι το μπουζί υψηλής τεχνολογίας, το οποίο έχει ωριμάσει με χρόνια ανάπτυξης εργασιών, θα χρησιμοποιηθεί σύντομα σε έναν κλάδο στον οποίο δεν γυρίζει κάθε σεντ τρεις φορές: στα διαστημικά ταξίδια.

Απαιτούνται καινοτομίες
Αν και το μπουζί λέιζερ θα εκτοξεύει μόνο πυραύλους προς το παρόν, η ανάπτυξη στον τομέα των ηλεκτρικών μπουζί για αυτοκίνητα δεν έχει σταματήσει σε καμία περίπτωση. Ενώ σε κινητήρες με φυσική αναπνοή μια τάση ανάφλεξης από 20.000 έως 30.000 βολτ είναι επαρκής για αξιόπιστη ανάφλεξη του μείγματος καυσίμου-αέρα, οι υψηλής φόρτισης κινητήρες τελευταίας γενιάς απαιτούν τάσεις ανάφλεξης έως και 40.000 βολτ. «Όσον αφορά τα μπουζί, όχι μόνο η καθαρότητα του κεραμικού αλλά και ο συνολικός σχεδιασμός πρέπει να είναι σωστός», εξηγεί ο Tobias Ruf, Αντιπρόεδρος Μηχανικών Μπουζί της Bosch. Κατά τη γνώμη του, το μεγάλο θέμα στην ανάπτυξη των μπουζί είναι αυτή τη στιγμή η μικρογραφία. «Σήμερα γινόμαστε μάρτυρες της μετάβασης από βύσματα με σπειρώματα M14 σε M12 και από το 2020 τα βύσματα με σπειρώματα M10 θα παίζουν σημαντικό ρόλο», λέει ο Ruf. Η Bosch ξεκίνησε πρόσφατα να κατασκευάζει το κεντρικό ηλεκτρόδιο των μπουζί υψηλής απόδοσης από το κράμα νικελίου Alloy 602, το οποίο είναι σημαντικά πιο ανθεκτικό στη διάβρωση σε υψηλή θερμοκρασία από τα κράματα που χρησιμοποιήθηκαν στο παρελθόν.

Νέο σχέδιο κεριών 
Ο Ιάπωνας κατασκευαστής NGK, επίσης κατασκευαστής πρωτότυπου εξοπλισμού για μεγάλους κατασκευαστές αυτοκινήτων και μοτοσικλετών, βλέπει το μέλλον σε διαφορετικούς τύπους μπουζί πολύτιμων μετάλλων μονής μάζας. Το 2011, η NGK παρουσίασε έναν καινοτόμο σχεδιασμό κυπέλλου για την επαφή του μπουζί, ο οποίος επιτρέπει ακραίες τάσεις ανάφλεξης σε κινητήρες υψηλής φόρτισης χωρίς κίνδυνο βλάβης ή φλας. Η NGK δείχνει πόση υψηλή τεχνολογία μπορεί να υπάρχει σε ένα μπουζί με τη σειρά του μπουζί για το τετρακύλινδρο turbo Mercedes A45 AMG 360 ίππων. Εκτός από το «σχέδιο κούπας» που αναφέρθηκε, είναι εξοπλισμένο με ένα μακρύ μονωτικό από νέο, ιδιαίτερα ανθεκτικό στα διηλεκτρικά κεραμικά. Η μονωτική βάση γρήγορης θέρμανσης εξασφαλίζει καλές ιδιότητες ψυχρής εκκίνησης, το λεπτό νήμα M12 αφήνει περισσότερο χώρο για τα κανάλια ψύξης. Το λεπτό κεντρικό ηλεκτρόδιο ιριδίου δύο σταδίων 0,8 mm μειώνει τη φθορά, το λοξότμητο ηλεκτρόδιο γείωσης SPE με μπλοκ πλατίνας στην άκρη βελτιώνει την προσβασιμότητα του μείγματος και τη διάδοση της φλόγας. 
Ο Ιάπωνας προμηθευτής Denso χρησιμοποιεί επίσης το ασημί πολύτιμο μέταλλο, το οποίο είναι παρόμοιο με την πλατίνα, για τα μπουζί "Iridium Power". Η Denso παρουσιάζει αποτελέσματα μετρήσεων σύμφωνα με τα οποία τα μπουζί ιριδίου αυξάνουν την απόδοση του κινητήρα κατά τουλάχιστον μισό ίππο σε σύγκριση με τα συμβατικά μπουζί. Όσον αφορά το σχεδιασμό, η Denso ακολουθεί το δικό της δρόμο και διαμορφώνει την άκρη του ηλεκτροδίου γείωσης σε σχήμα λεπτού κώνου. Αυτό μειώνει τη θερμότητα που απορροφάται από το ηλεκτρόδιο και βελτιώνει την απόδοση ανάφλεξης, επειδή η περιοχή στο ηλεκτρόδιο γείωσης που έρχεται πραγματικά σε επαφή με τη φλόγα πιλότου είναι πολύ μικρή. Ο βελτιωμένος κώνος επιτρέπει στο μείγμα καυσίμου-αέρα να ρέει με λιγότερη τριβή, επιτρέποντας τη συνεχή ανάφλεξη. 
Ο Γερμανός προμηθευτής BorgWarner Beru Systems έχει αναπτύξει μια έξυπνη λύση για χρήση στις υψηλότερες τάσεις ανάφλεξης με το πηνίο ανάφλεξης "Plug Top Coil". Μια ειδική σύνδεση ελατηρίου συμπίεσης επιτρέπει τη χρήση μπουζί με εκτεταμένο μονωτικό λαιμό και μια νέα σύνδεση «μπωλ» σε σχήμα μπολ, η οποία εξασφαλίζει αξιόπιστη ανάφλεξη του μείγματος καυσίμου-αέρα. Μια άλλη καινοτομία από την Beru είναι το «Σύστημα ανάφλεξης διπλού πηνίου» με δύο πηνία ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας σε ένα περίβλημα. Τα πλεονεκτήματα σε σχέση με τα συμβατικά πηνία ανάφλεξης: Μικρότερα διαστήματα ανάφλεξης και πιο ακριβής χρονισμός σε διαφορετικές ταχύτητες και γρήγορες αλλαγές φόρτισης.

Το μέλλον της ανάφλεξης
Η αμερικανική κατασκευάστρια μπουζί Federal Mogul Motorparts έχει αναπτύξει το καινοτόμο σύστημα ανάφλεξης Corona ειδικά για βενζινοκινητήρες σε λειτουργία χωρίς καύσιμο και έχει αποδεδειγμένη εξοικονόμηση καυσίμου έως και δέκα τοις εκατό σε δοκιμές. Η μονάδα ανάφλεξης ενός κεριού κορώνα αποτελείται από ένα πηνίο επαγωγής και μια μονάδα ελέγχου που μετατρέπει την τάση εισόδου των δώδεκα βολτ σε εναλλασσόμενη τάση με συχνότητα περίπου ενός MHz. Από τέσσερα ηλεκτρόδια ανάφλεξης, ένα ισχυρό εναλλασσόμενο ηλεκτρικό πεδίο εκπέμπεται μακριά στον θάλαμο καύσης, μετατρέποντας το μείγμα αέρα-καυσίμου στην περιοχή των ηλεκτροδίων ανάφλεξης σε πλάσμα που αναφλέγει το φορτίο μέσα σε λίγα νανοδευτερόλεπτα. Klaus Bolay, εκπαιδευτής τεχνολογίας στην Federal Mogul: «Η ανάφλεξη Corona χρησιμοποιείται ήδη με επιτυχία σε σταθερούς βιομηχανικούς κινητήρες και έχει καλές πιθανότητες να χρησιμοποιηθεί σε κινητήρες επιβατικών αυτοκινήτων στο εγγύς μέλλον».