Syttyvä kipinä

Syttyvä kipinä

Kärntenin Villach merkitsi melkein sähkösytytystulpan loppua. Yliopiston ulkopuolisessa tutkimuskeskuksessa Carinthian Tech Research, lyhennettynä CTR, oli mahdollista sytyttää polttoaine-ilmaseos koemoottorissa aiemmin saavuttamattomalla tarkkuudella ja tehokkuudella - käyttämällä laservaloa sähkösytytyskipinän sijaan. "Laserpulssi kestää vain muutaman nanosekunnin, luo useiden satojen tuhansien asteiden plasmapilven, se voidaan säätää tarkasti ihanteelliseen kampiakselin kulmaan ja se voi sytyttää yhtä hyvin kaikki perinteiset ja vaihtoehtoiset polttoaineet", selittää Gerhard Kroupa, CTR:n lasersytytysprojektin johtaja. Mutta näistä vakuuttavista eduista huolimatta autovalmistajat ovat toistaiseksi lykänneet Grazissa toimivan AVL List GmbH:n kanssa kehitettyä lasersytytystulppaa. "Tällä hetkellä ilmeisesti vielä liian kallis", Kroupa kommentoi päätöstä lyhyesti ja lohduttaa itseään sillä, että vuosien kehitystyön aikana kypsynyt huipputekninen sytytystulppa otetaan pian käyttöön alalla, jossa jokaista senttiä ei käänny kolmeen kertaan: avaruusmatkailussa.

Innovaatioita tarvitaan
Vaikka lasersytytystulppa ampuu toistaiseksi vain raketteja, kehitys autojen sähkösytytystulppien alalla ei ole suinkaan pysähtynyt. Kun vapaasti hengittävissä moottoreissa 20 000 - 30 000 voltin sytytysjännite riittää polttoaine-ilma-seoksen luotettavaan syttymiseen, uusimman sukupolven korkeasti ladatut moottorit vaativat jopa 40 000 voltin sytytysjännitteen. "Sytytystulppien osalta ei vain keramiikan puhtauden, vaan myös yleisen suunnittelun on oltava oikea", selittää Tobias Ruf, Boschin sytytystulppien suunnittelujohtaja. Hänen mielestään sytytystulppakehityksen iso aihe tällä hetkellä on miniatyrisointi. "Tänään olemme todistamassa siirtymistä M14-kierteisistä tulpista M12-kierteisiin, ja vuodesta 2020 lähtien M10-kierteiset tulpat ovat tärkeässä roolissa", Ruf sanoo. Bosch on äskettäin aloittanut korkean suorituskyvyn sytytystulppien keskielektrodin valmistuksen nikkeliseoksesta Alloy 602, joka kestää huomattavasti paremmin korkean lämpötilan korroosiota kuin aiemmin käytetyt seokset.

Uusi kynttilän muotoilu 
Japanilainen valmistaja NGK, joka on myös suurten auto- ja moottoripyörien valmistajien alkuperäinen laitevalmistaja, näkee tulevaisuuden erilaisissa yksimassaisissa jalometallisytytystulpissa. Vuonna 2011 NGK esitteli sytytystulpan koskettimelle innovatiivisen kupin muotoilun, joka mahdollistaa äärimmäiset sytytysjännitteet erittäin ladatuissa moottoreissa ilman rikkoontumis- tai räjähdysvaaraa. NGK osoittaa, kuinka paljon huipputeknologiaa sytytystulpassa voi olla sarjasytytystulppallaan 360 hv:n nelisylinteriseen Mercedes A45 AMG:hen. Mainitun ”kuppimallin” lisäksi se on varustettu pitkällä eristeellä, joka on valmistettu uudesta, erityisen dielektristä kestävästä keramiikasta. Nopeasti lämpenevä eristepohja varmistaa hyvät kylmäkäynnistysominaisuudet, ohut M12-kierre jättää enemmän tilaa jäähdytyskanaville. 0,8 mm hieno kaksivaiheinen iridiumkeskielektrodi vähentää kulumista, viisto SPE-maadoituselektrodi platinalohkoilla reunassa parantaa seoksen saavutettavuutta ja liekin etenemistä. 
Japanilainen toimittaja Denso käyttää myös hopeanhohtoista jalometallia, joka on samanlaista kuin platina, Iridium Power -sytytystulpissa. Denso esittelee mittaustuloksia, joiden mukaan iridiumsytytystulpat lisäävät moottorin suorituskykyä vähintään puolella hevosvoimalla perinteisiin sytytystulppaan verrattuna. Suunnittelussa Denso kulkee omaa polkuaan ja muotoilee maadoituselektrodin kärjen hienon kartion muotoiseksi. Tämä vähentää elektrodin absorboimaa lämpöä ja parantaa sytytyskykyä, koska maadoituselektrodin alue, joka todella joutuu kosketuksiin pilottiliekin kanssa, on hyvin pieni. Virtaviivainen kartio mahdollistaa polttoaine-ilmaseoksen virtauksen ohi pienemmällä kitkalla, mikä mahdollistaa tasaisen syttymisen. 
Saksalainen toimittaja BorgWarner Beru Systems on kehittänyt älykkään ratkaisun käytettäväksi korkeimmilla sytytysjännitteillä plug-in-sytytyskäämillään "Plug Top Coil". Erityinen puristusjousiliitäntä mahdollistaa pidennetyllä eristekaulalla varustettujen sytytystulppien käytön ja uuden, kulhon muotoisen "kulho"-liitännän, joka varmistaa polttoaine-ilma-seoksen luotettavan syttymisen. Toinen Berun innovaatio on "Dual Coil Ignition System", jossa on kaksi solenoidikäämiä yhdessä kotelossa. Edut perinteisiin sytytyspuoloihin verrattuna: Lyhyemmät sytytysvälit ja tarkempi ajoitus eri nopeuksilla ja nopeat latausvaihdot.

Sytytyksen tulevaisuus
Yhdysvaltalainen sytytystulppavalmistaja Federal Mogul Motorparts on kehittänyt innovatiivisen Corona-sytytysjärjestelmän erityisesti laihapolttomoottoreita varten ja on osoittanut testeissä jopa kymmenen prosentin polttoaineensäästön. Koronakynttilän sytytysyksikkö koostuu induktiokelasta ja ohjausyksiköstä, joka muuntaa kahdentoista voltin tulojännitteen vaihtojännitteeksi, jonka taajuus on noin yksi MHz. Neljästä sytytyselektrodista voimakas vuorotteleva sähkökenttä säteilee kauas polttokammioon muuttaen sytytyselektrodien alueella olevan ilma-polttoaineseoksen plasmaksi, joka sytyttää varauksen muutamassa nanosekunnissa. Klaus Bolay, Federal Mogulin teknologiakouluttaja: "Corona-sytytystä käytetään jo menestyksekkäästi kiinteissä teollisuusmoottoreissa, ja sillä on hyvät mahdollisuudet käyttää lähitulevaisuudessa henkilöautojen moottoreissa."