Una bujía es un dispositivo eléctrico utilizado en un motor de combustión interna para producir una chispa que enciende la mezcla de aire y combustible en la cámara de combustión . Como parte del sistema de encendido del motor , la bujía recibe electricidad de alto voltaje (generada por una bobina de encendido en los motores modernos y transmitida a través de un cable de bujía ) que utiliza para generar una chispa en el pequeño espacio entre los electrodos positivo y negativo. . El momento de la chispa es un factor clave en el comportamiento del motor, y la bujía suele funcionar poco antes de que comience la carrera de combustión .
La bujía se inventó en 1860, sin embargo su uso sólo se generalizó después de la invención del encendido por magneto en 1902. Los motores diésel utilizan encendido por compresión (en lugar de encendido por chispa ), por lo que normalmente no utilizan bujías.
Los elementos principales de una bujía son la carcasa , el aislante , el electrodo central y el electrodo lateral (también conocido como "correa de tierra"). La parte principal del aislante suele estar hecha de alúmina sinterizada (Al 2 O 3 ), un material cerámico duro con alta rigidez dieléctrica . [1] [2] [3] En los motores marinos, la carcasa de la bujía suele ser un metal recubierto de cromato de zinc por doble inmersión. [4]
Una bujía atraviesa la pared de la cámara de combustión , por lo que también debe formar parte del sello para los gases a alta presión dentro de la cámara de combustión.
El electrodo central está conectado al terminal a través de un cable interno. El electrodo central se configura como el cátodo desde donde se expulsan los electrones. [5] Esto se debe a que el electrodo central suele ser la parte más caliente de la bujía, y los principios de emisión termoiónica significan que es más fácil expulsar electrones de una superficie más caliente. [6] La punta afilada del electrodo central también aumenta la intensidad del campo eléctrico, aumentando así la emisión de electrones. [6] El electrodo lateral (que es más frío y romo) requiere hasta un 45 por ciento más de voltaje, [6] por lo tanto, sólo los sistemas de chispas desperdiciadas utilizan el electrodo lateral como cátodo. [7]
El electrodo lateral está hecho de acero con alto contenido de níquel y está soldado o forjado en caliente al costado de la carcasa metálica. [ cita necesaria ]
Las bujías pueden contener hasta cuatro electrodos laterales que rodean el electrodo central. Los electrodos laterales múltiples generalmente proporcionan una vida útil más larga, ya que cuando la distancia entre chispas se ensancha debido al desgaste por descarga eléctrica, la chispa se mueve a otro electrodo de tierra más cercano. [ cita necesaria ] La desventaja de los electrodos laterales múltiples es que puede producirse un efecto de protección para cada electrodo, lo que provoca una combustión menos eficiente y un mayor consumo de combustible. [ cita necesaria ]
La distancia entre la punta de la bujía y el electrodo central se llama "espacio de la bujía" y es un factor clave en el funcionamiento de una bujía. Los espacios entre las bujías de los motores de automóviles suelen ser de 0,6 a 1,8 mm (0,024 a 0,071 pulgadas). [ cita necesaria ] Los motores modernos (que utilizan sistemas de encendido de estado sólido e inyección electrónica de combustible ) suelen utilizar espacios más grandes que los motores más antiguos que utilizan distribuidores de punto de ruptura y carburadores .
Los espacios de bujía más pequeños suelen ser más fiables para producir una chispa; sin embargo, la chispa puede ser demasiado débil para encender la mezcla de aire y combustible. Un tamaño de separación de bujía mayor producirá una chispa más fuerte; sin embargo, es posible que la chispa no siempre se produzca (por ejemplo, a altas RPM). No se recomienda el ajuste de la holgura para bujías de iridio y platino, porque existe el riesgo de dañar un disco de metal soldado al electrodo. [8]
Los sistemas de chispas desperdiciadas ejercen una mayor presión sobre las bujías, ya que disparan alternativamente electrones en ambas direcciones (desde el electrodo de tierra al electrodo central, no solo desde el electrodo central al electrodo de tierra). Como resultado, los vehículos con dicho sistema deberían tener metales preciosos en ambos electrodos, no solo en el electrodo central, para aumentar los intervalos de reemplazo de servicio, ya que desgastan el metal más rápidamente en ambas direcciones, no solo en una. [9]
La "indexación" de las bujías durante la instalación implica instalar la bujía de modo que el área abierta del espacio (es decir, el lado no cubierto por el electrodo lateral) mire hacia el centro de la cámara de combustión. Se afirma que esto mejora el encendido al maximizar la exposición de la mezcla de aire y combustible a la chispa en cada cilindro.
La indexación se logra mediante:
Un factor importante para una bujía es la temperatura para la que está diseñada la punta, llamada rango de calor . Los rangos de temperatura típicos para los motores de automóviles de pasajeros suelen estar entre 500 y 850 °C (932 y 1562 °F). [10] [11] Una bujía más caliente tiene más aislamiento entre ella y la culata, lo que hace que se disipe menos calor de la bujía y, por lo tanto, la bujía permanece más caliente. [12] Se necesitan temperaturas superiores a 450 °C (842 °F) para evitar la acumulación de carbón en la bujía, mientras que temperaturas superiores a 800 °C (1470 °F) pueden provocar el sobrecalentamiento de la bujía. [13]
A veces se utiliza el cambio a un rango de calor más alto para compensar los problemas de suministro de combustible o consumo de aceite; sin embargo, esto aumenta el riesgo de preignición . [14]
Al ingeniero belga-francés Étienne Lenoir generalmente se le atribuye la invención de la bujía en 1860, debido a su uso en los primeros motores de gas Lenoir . [15] [16] [17] [18]
A finales de la década de 1890 se presentaron varias patentes relacionadas con sistemas de encendido eléctrico, incluidas las del ingeniero serbio Nikola Tesla , [19] el ingeniero británico Frederick Richard Simms [20] y el ingeniero alemán Robert Bosch . [21] Sin embargo, el uso de bujías de alto voltaje en motores comerciales viables solo fue posible después de 1902, debido a la invención de sistemas de encendido basados en magneto por parte del ingeniero de Bosch, Gottlob Honold . Los primeros fabricantes de bujías incluyeron a la empresa estadounidense Champion , [22] la empresa británica Lodge Brothers [23] y KLG , con sede en Londres (que fue pionera en el uso de mica como aislante).
Durante la década de 1930, la geóloga estadounidense Helen Blair Bartlett desarrolló un aislante cerámico de alúmina para bujías. [24]
Firestone comercializó bujías de polonio entre 1940 y 1953. Si bien la cantidad de radiación de las bujías era minúscula y no representaba una amenaza para el consumidor, los beneficios de dichas bujías disminuyeron rápidamente después de aproximadamente un mes debido a la corta vida media del polonio, y porque la acumulación en los conductores bloquearía la radiación que mejoraba el rendimiento del motor. La premisa detrás de la bujía de polonio, así como del prototipo de bujía de radio de Alfred Matthew Hubbard que la precedió, era que la radiación mejoraría la ionización del combustible en el cilindro y así permitiría que la bujía se disparara más rápida y eficientemente. [25] [26]
1860[:] Lenoir produce la primera bujía.
