De ontstekende vonk

De ontstekende vonk

Villach in Karinthië betekende bijna het einde van de elektrische bougie. Bij het niet-universitaire onderzoekscentrum Carinthian Tech Research, kortweg CTR, was het mogelijk om het brandstof-luchtmengsel in een testmotor met voorheen onbereikbare precisie en efficiëntie te ontsteken - met behulp van laserlicht in plaats van de elektrische ontstekingsvonk. “De laserpuls duurt slechts enkele nanoseconden, creëert een plasmawolk van enkele honderdduizenden graden, kan nauwkeurig worden afgesteld op de ideale krukashoek en kan alle conventionele en alternatieve brandstoffen even goed ontsteken”, legt Gerhard Kroupa, hoofd van het laserontstekingsproject bij CTR, uit. Maar ondanks deze overtuigende voordelen is de samen met het Graz-gebaseerde AVL List GmbH ontwikkelde laserbougie voorlopig door de autofabrikanten in de wacht gezet. “Momenteel blijkbaar nog te duur”, licht Kroupa het besluit kort toe en troost zich met het feit dat de hightech bougie, die door jaren van ontwikkelingswerk volwassen is geworden, straks gebruikt zal worden in een industrie waarin niet elke cent drie keer omgedraaid wordt: in de ruimtevaart.

Innovaties nodig
Hoewel de laserbougie voorlopig alleen maar raketten afvuurt, staat de ontwikkeling op het gebied van elektrische bougies voor auto's allerminst stil. Terwijl bij atmosferische motoren een ontstekingsspanning van 20.000 tot 30.000 volt voldoende is voor een betrouwbare ontsteking van het brandstof-luchtmengsel, hebben sterk geladen motoren van de nieuwste generatie ontstekingsspanningen tot 40.000 volt nodig. “Als het om bougies gaat, moet niet alleen de zuiverheid van het keramiek, maar ook het algehele ontwerp kloppen”, legt Tobias Ruf, Vice President Engineering Spark Plugs bij Bosch, uit. Volgens hem is miniaturisering momenteel het grote onderwerp bij de ontwikkeling van bougies. “Vandaag zijn we getuige van de overgang van pluggen met M14-schroefdraad naar M12, en vanaf 2020 zullen pluggen met M10-schroefdraad een belangrijke rol spelen”, zegt Ruf. Bosch is onlangs begonnen met de productie van de middenelektrode van zijn hoogwaardige bougies uit de nikkellegering Alloy 602, die aanzienlijk beter bestand is tegen corrosie bij hoge temperaturen dan de eerder gebruikte legeringen.

Nieuw kaarsontwerp 
De Japanse fabrikant NGK, tevens fabrikant van originele uitrusting voor grote auto- en motorfietsfabrikanten, ziet de toekomst in verschillende soorten edelmetaalbougies met één massa. In 2011 introduceerde NGK een innovatief bekerontwerp voor het bougiecontact, dat extreme ontstekingsspanningen in sterk geladen motoren mogelijk maakt zonder risico op defecten of vlamoverslag. Hoeveel hightech er in een bougie kan zitten, demonstreert NGK met haar seriebougie voor de 360 ​​pk sterke viercilinder turbo Mercedes A45 AMG. Naast het genoemde ‘cup-design’ is hij uitgerust met een lange isolator van nieuw, bijzonder diëlektrisch bestendig keramiek. De snel verwarmende isolatorbasis zorgt voor goede koudestarteigenschappen, de slanke M12-schroefdraad laat meer ruimte over voor koelkanalen. De 0,8 mm fijne tweetraps iridium middenelektrode vermindert slijtage, de afgeschuinde SPE-aardelektrode met platinablokken aan de rand verbetert de toegankelijkheid van het mengsel en de vlamvoortplanting. 
De Japanse leverancier Denso gebruikt het zilverachtige edelmetaal, dat vergelijkbaar is met platina, ook voor zijn ‘Iridium Power’-bougies. Denso presenteert meetresultaten waaruit blijkt dat iridiumbougies de motorprestaties met minstens een halve pk verhogen in vergelijking met conventionele bougies. Als het om design gaat, gaat Denso zijn eigen weg en vormt de punt van de aardelektrode in de vorm van een fijne kegel. Dit vermindert de warmte die door de elektrode wordt geabsorbeerd en verbetert de ontstekingsprestaties omdat het gebied op de aardelektrode dat daadwerkelijk in contact komt met de waakvlam erg klein is. De gestroomlijnde kegel zorgt ervoor dat het brandstof-luchtmengsel met minder wrijving langs kan stromen, waardoor een consistente ontsteking mogelijk is. 
De Duitse leverancier BorgWarner Beru Systems heeft met zijn plug-in bobine “Plug Top Coil” een intelligente oplossing ontwikkeld voor gebruik bij de hoogste ontstekingsspanningen. Een speciale drukveeraansluiting maakt het gebruik van bougies met een verlengde isolatorhals en een nieuwe komvormige “kom”-aansluiting mogelijk, die een betrouwbare ontsteking van het brandstof-luchtmengsel garandeert. Een andere innovatie van Beru is het ‘Dual Coil Ignition System’ met twee magneetspoelen in één behuizing. De voordelen ten opzichte van conventionele bobines: kortere ontstekingsintervallen en nauwkeurigere timing bij verschillende snelheden en snelle laadwisselingen.

De toekomst van ontsteking
De Amerikaanse bougiefabrikant Federal Mogul Motorparts heeft het innovatieve Corona-ontstekingssysteem speciaal voor benzinemotoren in arm-burn-bedrijf ontwikkeld en heeft in tests een brandstofbesparing tot tien procent bewezen. De ontstekingseenheid van een coronakaars bestaat uit een inductiespoel en een besturingseenheid die de twaalf volt ingangsspanning omzet in een wisselspanning met een frequentie van ongeveer één MHz. Vanaf vier ontstekingselektroden straalt een sterk elektrisch wisselveld tot ver in de verbrandingskamer, waardoor het lucht-brandstofmengsel in het gebied van de ontstekingselektroden wordt omgezet in een plasma dat de lading binnen enkele nanoseconden ontsteekt. Klaus Bolay, technologietrainer bij Federal Mogul: “De Corona-ontsteking wordt al met succes toegepast in stationaire industriële motoren en heeft een goede kans om in de nabije toekomst ook in personenautomotoren te worden toegepast.”