Zapaľovacia iskra

Zapaľovacia iskra

Villach v Korutánsku takmer znamenal koniec elektrickej zapaľovacej sviečky. V neuniverzitnom výskumnom centre Carinthian Tech Research, alebo skrátene CTR, bolo možné zapáliť zmes paliva a vzduchu v testovacom motore s dovtedy nedosiahnuteľnou presnosťou a účinnosťou - pomocou laserového svetla namiesto elektrickej zapaľovacej iskry. „Laserový impulz trvá len niekoľko nanosekúnd, vytvára plazmový oblak s veľkosťou niekoľko stoviek tisíc stupňov, dá sa presne nastaviť na ideálny uhol kľukového hriadeľa a dokáže rovnako dobre zapáliť všetky konvenčné aj alternatívne palivá,“ vysvetľuje Gerhard Kroupa, vedúci projektu laserového zapaľovania v CTR. Ale napriek týmto presvedčivým výhodám bola laserová zapaľovacia sviečka vyvinutá v spolupráci so spoločnosťou AVL List GmbH so sídlom v Grazi výrobcami automobilov nateraz pozastavená. „Momentálne je to zrejme ešte príliš drahé,“ stručne komentuje Kroupa rozhodnutie a utešuje sa faktom, že high-tech zapaľovacia sviečka, ktorá dozrela rokmi vývojových prác, sa čoskoro začne používať v priemysle, v ktorom sa netočí každý cent trikrát: vo vesmíre.

Potrebné inovácie
Hoci laserová zapaľovacia sviečka bude zatiaľ odpaľovať iba rakety, vývoj v oblasti elektrických zapaľovacích sviečok pre automobily v žiadnom prípade nezastal. Zatiaľ čo v atmosférických motoroch stačí na spoľahlivé zapálenie zmesi paliva so vzduchom zapaľovacie napätie 20 000 až 30 000 voltov, vysoko preplňované motory najnovšej generácie vyžadujú zapaľovacie napätie až 40 000 voltov. „Pokiaľ ide o zapaľovacie sviečky, nielen čistota keramiky, ale aj celkový dizajn musí byť v poriadku,“ vysvetľuje Tobias Ruf, viceprezident pre technické zapaľovacie sviečky v spoločnosti Bosch. Podľa jeho názoru je v súčasnosti veľkou témou vo vývoji zapaľovacích sviečok miniaturizácia. „Dnes sme svedkami prechodu od zástrčiek so závitom M14 na M12 a od roku 2020 budú zátky so závitom M10 hrať dôležitú úlohu,“ hovorí Ruf. Bosch nedávno začal vyrábať stredovú elektródu svojich vysokovýkonných zapaľovacích sviečok zo zliatiny niklu Alloy 602, ktorá je výrazne odolnejšia voči vysokoteplotnej korózii ako predtým používané zliatiny.

Nový dizajn sviečky 
Japonský výrobca NGK, tiež výrobca originálneho vybavenia pre veľkých výrobcov automobilov a motocyklov, vidí budúcnosť v rôznych typoch jednohmotových zapaľovacích sviečok z drahých kovov. V roku 2011 NGK predstavila inovatívny dizajn misky pre kontakt zapaľovacej sviečky, ktorý umožňuje extrémne zapaľovacie napätie vo vysoko nabitých motoroch bez rizika poruchy alebo preskoku. NGK demonštruje, koľko špičkových technológií môže byť v zapaľovacej sviečke so svojou sériovou zapaľovacou sviečkou pre štvorvalcový turbo Mercedes A45 AMG s výkonom 360 k. Okrem spomínaného „hrnčekového dizajnu“ je vybavený dlhým izolátorom z novej, obzvlášť dielektricky odolnej keramiky. Rýchlo sa zahrievajúca základňa izolátora zaisťuje dobré vlastnosti pri studenom štarte, tenký závit M12 ponecháva viac miesta pre chladiace kanály. 0,8mm jemná dvojstupňová irídiová stredová elektróda znižuje opotrebovanie, skosená SPE uzemňovacia elektróda s platinovými blokmi na okraji zlepšuje prístupnosť zmesi a šírenie plameňa. 
Strieborný drahý kov, ktorý je podobný platine, používa aj japonský dodávateľ Denso pre svoje zapaľovacie sviečky „Iridium Power“. Denso prezentuje výsledky meraní, podľa ktorých irídiové zapaľovacie sviečky zvyšujú výkon motora minimálne o polovicu konských síl v porovnaní s bežnými zapaľovacími sviečkami. Pokiaľ ide o dizajn, Denso ide vlastnou cestou a tvaruje hrot uzemňovacej elektródy do tvaru jemného kužeľa. To znižuje teplo absorbované elektródou a zlepšuje výkon zapaľovania, pretože plocha na uzemňovacej elektróde, ktorá skutočne prichádza do kontaktu so zapaľovacím plameňom, je veľmi malá. Zjednodušený kužeľ umožňuje, aby zmes paliva a vzduchu prúdila okolo s menším trením, čo umožňuje konzistentné zapaľovanie. 
Nemecký dodávateľ BorgWarner Beru Systems vyvinul inteligentné riešenie pre použitie pri najvyšších zapaľovacích napätiach so svojou zásuvnou zapaľovacou cievkou „Plug Top Coil“. Špeciálne spojenie tlačnej pružiny umožňuje použitie zapaľovacích sviečok s predĺženým hrdlom izolátora a novým, miskovitým spojením „misy“, ktoré zaisťuje spoľahlivé zapálenie zmesi paliva a vzduchu. Ďalšou inováciou od Beru je „Dual Coil Ignition System“ s dvomi solenoidovými cievkami v jednom kryte. Výhody oproti konvenčným zapaľovacím cievkam: Kratšie intervaly zapaľovania a presnejšie časovanie pri rôznych rýchlostiach a rýchlych zmenách nabíjania.

Budúcnosť zapaľovania
Americký výrobca zapaľovacích sviečok Federal Mogul Motorparts vyvinul inovatívny zapaľovací systém Corona špeciálne pre benzínové motory v prevádzke s chudobnou zmesou a v testoch preukázal úsporu paliva až desať percent. Zapaľovacia jednotka korónovej sviečky pozostáva z indukčnej cievky a riadiacej jednotky, ktorá premieňa vstupné dvanásťvoltové napätie na striedavé napätie s frekvenciou okolo jedného MHz. Zo štyroch zapaľovacích elektród vyžaruje silné striedavé elektrické pole ďaleko do spaľovacej komory a premieňa zmes vzduchu a paliva v oblasti zapaľovacích elektród na plazmu, ktorá zapáli náboj v priebehu niekoľkých nanosekúnd. Klaus Bolay, technologický školiteľ vo Federal Mogul: „Zapaľovanie Corona sa už úspešne používa v stacionárnych priemyselných motoroch a má dobrú šancu na použitie v motoroch osobných automobilov v blízkej budúcnosti.“