Iskra zapalająca

Iskra zapalająca

Villach w Karyntii prawie oznaczał koniec elektrycznej świecy zapłonowej. W pozauniwersyteckim ośrodku badawczym Carinthian Tech Research, w skrócie CTR, udało się dokonać zapłonu mieszanki paliwowo-powietrznej w silniku testowym z nieosiągalną wcześniej precyzją i wydajnością – wykorzystując światło lasera zamiast elektrycznej iskry zapłonowej. „Impuls laserowy trwa tylko kilka nanosekund, tworzy chmurę plazmy o temperaturze kilkuset tysięcy stopni, można go precyzyjnie ustawić pod idealnym kątem wału korbowego i może równie dobrze zapalić wszystkie paliwa konwencjonalne, jak i alternatywne” – wyjaśnia Gerhard Kroupa, kierownik projektu zapłonu laserowego w CTR. Jednak pomimo tych przekonujących zalet, laserowa świeca zapłonowa opracowana wspólnie z firmą AVL List GmbH z Grazu została na razie wstrzymana przez producentów samochodów. „Na razie najwyraźniej wciąż za drogo” – Kroupa krótko komentuje tę decyzję i pociesza się faktem, że zaawansowana technologicznie świeca zapłonowa, która dojrzała przez lata prac rozwojowych, wkrótce znajdzie zastosowanie w branży, w której nie każdy cent jest obracany trzykrotnie: w podróżach kosmicznych.

Wymagane innowacje
Chociaż świeca laserowa będzie na razie strzelać tylko rakietami, rozwój w dziedzinie elektrycznych świec zapłonowych do samochodów wcale nie zatrzymał się. Podczas gdy w silnikach wolnossących do niezawodnego zapłonu mieszanki paliwowo-powietrznej wystarczające jest napięcie zapłonu od 20 000 do 30 000 woltów, wysokodoładowane silniki najnowszej generacji wymagają napięcia zapłonu do 40 000 woltów. „Jeśli chodzi o świece zapłonowe, nie tylko czystość ceramiki, ale także ogólna konstrukcja musi być odpowiednia” – wyjaśnia Tobias Ruf, wiceprezes ds. inżynierii świec zapłonowych w firmie Bosch. Jego zdaniem głównym tematem w rozwoju świec zapłonowych jest obecnie miniaturyzacja. „Dzisiaj jesteśmy świadkami przejścia z wtyczek z gwintem M14 na M12, a od 2020 r. ważną rolę będą odgrywać wtyki z gwintem M10” – mówi Ruf. Firma Bosch niedawno rozpoczęła produkcję elektrody środkowej swoich wysokowydajnych świec zapłonowych ze stopu niklu Alloy 602, który jest znacznie bardziej odporny na korozję w wysokiej temperaturze niż stosowane wcześniej stopy.

Nowy projekt świecy 
Japoński producent NGK, będący także producentem oryginalnego wyposażenia dla głównych producentów samochodów i motocykli, widzi przyszłość w różnych typach jednomasowych świec zapłonowych z metali szlachetnych. W 2011 roku firma NGK wprowadziła innowacyjną konstrukcję miseczki styku świecy zapłonowej, która umożliwia stosowanie ekstremalnych napięć zapłonu w silnikach o wysokim napięciu bez ryzyka awarii lub przeskoku płomienia. Firma NGK demonstruje, jak wiele zaawansowanych technologii może znajdować się w świecy zapłonowej, za pomocą swojej seryjnej świecy zapłonowej do czterocylindrowego turbodoładowanego Mercedesa A45 AMG o mocy 360 KM. Oprócz wspomnianej „konstrukcji miskowej”, jest on wyposażony w długi izolator wykonany z nowej, szczególnie odpornej na dielektrykę ceramiki. Szybko nagrzewająca się podstawa izolatora zapewnia dobre właściwości rozruchu na zimno, wąski gwint M12 pozostawia więcej miejsca na kanały chłodzące. Cienka, dwustopniowa irydowa elektroda środkowa o grubości 0,8 mm zmniejsza zużycie, skośna elektroda uziemiająca SPE z blokami platynowymi na krawędzi poprawia dostępność mieszanki i rozprzestrzenianie się płomienia. 
Japoński dostawca Denso również wykorzystuje srebrzysty metal szlachetny, podobny do platyny, w swoich świecach zapłonowych „Iridium Power”. Denso przedstawia wyniki pomiarów, z których wynika, że ​​świece irydowe zwiększają osiągi silnika o co najmniej połowę koni mechanicznych w porównaniu do świec konwencjonalnych. Jeśli chodzi o design, Denso idzie własną drogą i kształtuje końcówkę elektrody masowej w kształcie drobnego stożka. Zmniejsza to ciepło pochłaniane przez elektrodę i poprawia wydajność zapłonu, ponieważ powierzchnia elektrody uziemiającej, która faktycznie styka się z płomieniem pilotującym, jest bardzo mała. Opływowy stożek umożliwia przepływ mieszanki paliwowo-powietrznej z mniejszym tarciem, co pozwala na równomierny zapłon. 
Niemiecki dostawca BorgWarner Beru Systems opracował inteligentne rozwiązanie do stosowania przy najwyższych napięciach zapłonowych z wtykową cewką zapłonową „Plug Top Coil”. Specjalne złącze sprężyny naciskowej pozwala na zastosowanie świec zapłonowych z wydłużoną szyjką izolatora oraz nowym, miskowym złączem „misowym”, które zapewnia niezawodny zapłon mieszanki paliwowo-powietrznej. Kolejną innowacją firmy Beru jest „System zapłonu z podwójną cewką” z dwiema cewkami elektromagnetycznymi w jednej obudowie. Zalety w porównaniu z konwencjonalnymi cewkami zapłonowymi: Krótsze odstępy między zapłonami i dokładniejszy czas przy różnych prędkościach i szybkich zmianach ładowania.

Przyszłość zapłonu
Amerykański producent świec zapłonowych Federal Mogul Motorparts opracował innowacyjny układ zapłonowy Corona specjalnie dla silników benzynowych pracujących na mieszance ubogiej, a w testach udowodnił, że oszczędność paliwa sięga nawet dziesięciu procent. Jednostka zapłonowa świecy koronowej składa się z cewki indukcyjnej i jednostki sterującej, która przekształca dwunastowoltowe napięcie wejściowe na napięcie przemienne o częstotliwości około jednego MHz. Z czterech elektrod zapłonowych silne, zmienne pole elektryczne promieniuje daleko w głąb komory spalania, przekształcając mieszankę paliwowo-powietrzną w obszarze elektrod zapłonowych w plazmę, która zapala ładunek w ciągu kilku nanosekund. Klaus Bolay, trener technologii w Federal Mogul: „Zapłon koronowy jest już z powodzeniem stosowany w stacjonarnych silnikach przemysłowych i ma duże szanse na zastosowanie w silnikach samochodów osobowych w najbliższej przyszłości”.