Świeca zapłonowa

Już przed rokiem 1902 spod ręki licznych pionierów motoryzacji wyszło kilkadziesiąt

różnych silników spalinowych. Jak sobie radzono z zapłonem? - różnie.

Początki należą do tzw. zapłonu brzęczykowego, zwanego bardziej fachowo induktorem.

Istota jego działania polegała na ciągłym i niekontrolowanym przeskoku iskry między

elektrodami, powodującym zapłon mieszanki paliwowo-powietrznej. Jakże daleko było mu

do współczesnych rozwiązań, w których moment przeskoku i wielkość iskry są wyliczone

do setnych części sekundy i dziesiątej części milimetra. Zapłon ten podczas pracy

dobywał z siebie charakterystyczny brzęk, stąd zrodziła się jego nazwa. Takie urządzenie,

bardzo powszechne na przełomie stuleci, wykorzystał jeden z prekursorów motoryzacji

Carl Benz

w swoim pojeździe z 1885 roku. Zapłon brzęczykowy przypominał jednak

permanentną loterię: zapali, nie zapali. Dlatego musiał odejść w mrok dziejów. Dlaczego

zatem przy tak zawodnym urządzeniu pierwsze automobile w ogóle jeździły? Ponieważ

napędzały je niskoobrotowe silniki (z wałem korbowym obracającym się około 300-500

razy na minutę). Im mniej cykli pracy silnika w ciągu minuty, tym łatwiej było wcelować

z przeskokiem iskry w odpowiedni moment. Przy dzisiejszych silnikach zdolnych do kilku

tysięcy obrotów na minutę, zapłon brzęczykowy nigdy nie sprostałby swemu zadaniu.

Innym rozpowszechnionym w przeszłości patentem był zapłon termiczny (inaczej

żarowy). Dłużej utrzymał się w pojazdach użytkowych niż w autach osobowych. Jego

serce stanowiła specjalna niechłodzona powierzchnia komory silnika zwana często

zapłonnikiem. Przed uruchomieniem silnika trzeba było go nagrzać płomieniem, aby

doprowadzić do zapłonu mieszaniny paliwa z powietrzem. Później, już podczas pracy

silnika, spaliny opuszczające komorę cylindra rozżarzały zapłonnik, który ponownie

zapalał mieszankę paliwową. Zapłon termiczny bardziej już nadawał się do użycia w

szybkoobrotowym silniku spalinowym niż jego brzęczący poprzednik. Był jednak

kłopotliwy w eksploatacji, zaś silnik z takim zapłonem zużywał dużo paliwa.

Za wynalazcę świecy zapłonowej uważa się Niemca Roberta Boscha. Już w 1902 roku

rozpoczął on seryjną produkcję tego urządzenia. Jednak to Louis Renault, współzałożyciel

francuskiej firmy, wpadł na pomysł, aby je wkręcać do komory silnika.

Boschowi pomógł wynalazek Honolda. Jako pierwszy na początku minionego wieku

opatentował on wysokonapięciowy iskrownik. Dla wywołania przeskoku iskry elektrycznej

wystarczy bowiem napięcie rzędu 5 tysięcy Voltów. Jednak im wyższe napięcie, tym

większa moc iskry i pewniejszy zapłon mieszanki. Tak więc przyszłość należała do świec

wysokonapięciowych.

Z biegiem czasu zmieniał się także materiał, z którego wykonywano izolator świecy. Ma

on sprawiać, by wyładowanie w postaci iskry nastąpiło dokładnie w cylindrze. Izolator

świecy zapłonowej trzeba więc było wykonać z takiego materiału, który nie przewodzi

prądu. Początkowo robiono go z łojku, potem z miki lub porcelany, by wreszcie zastąpić

je tworzywem ceramicznym o nazwie steatyt. Ten w latach 30-tych został zaś wyparty

przez tworzywo o nazwie piranit. Dlaczego zdecydowano się na kruchą przecież

ceramikę? Ponieważ tylko ona była odporna na ekstremalnie wysokie temperatury,

gwarantując trwałość świecy, a także znakomicie usztywniając całe urządzenie.

Niebagatelną sprawą była także liczba elektrod zewnętrznych. W swojej klasycznej

postaci iskra w świecy zapłonowej przeskakuje między elektrodą środkową a zewnętrzną.

Jednak im wyższa liczba elektrod zewnętrznych, tym więcej możliwych, jak najkrótszych

dróg dla przeskoku iskry, a co za tym idzie - pewniejszy zapłon. Ponadto jeżeli jedna z

elektrod jest utleniona lub zanieczyszczona (np. osadem w postaci nagaru powstającego

w wyniku spalania paliwa), to zawsze druga elektroda może przejąć do siebie iskrę. Na

początku lat 20. amerykański Champion jako pierwszy producent na świecie wprowadził

świece zapłonowe z dwiema zewnętrznymi elektrodami, głównie z myślą o silnikach

przemysłowych. Dekadę później ta sama firma przedstawiła świecę z czterema już

zewnętrznymi elektrodami. Z czasem pojawiało się coraz więcej modyfikacji. W

samochodach wyczynowych zaczęto stosować świece, których elektrody były wykonane

ze srebra, a nawet platyny. Zapewniało to żywotność świec nawet na dystansach do 100

tysięcy kilometrów. Dziś coraz częściej stosuje się więc świece z elektrodami pokrytymi

cienką warstwą platyny i dzięki temu wymienia się je rzadziej, a silniki pracują bez

zakłóceń.

Niepozorna na pierwszy rzut oka współczesna świeca zapłonowa jest urządzeniem, które

musi sprostać nie lada próbie. Wytrzymując w silniku dystans co najmniej 20-30 tys.

kilometrów musi wytworzyć ponad 20 milionów iskier. I to wszystko pod różnicą ciśnień

dochodzącą do 50 barów oraz w temperaturze sięgającej 3 tysięcy stopni Celsjusza.

W latach 70-tych pojawiła się świeca zapłonowa z rdzeniem

miedzianym

mocniej

wysuniętym do komory spalania. Takie rozwiązanie zapewniało pewniejszy zapłon i

lepsze samooczyszczanie świecy w wyższych temperaturach.

Ostatnie dwie dekady XX wieku to próby z zapłonem plazmowym, który być może kiedyś

wyeliminuje tradycyjne świece zapłonowe. Mieszanka paliwowo-powietrzna zapala się od

plazmy (całkowicie zjonizowany gaz), która wytwarzana jest w specjalnym generatorze.

Umożliwia to zapłon ubogiej mieszanki, czyli takiej, w której jest dużo więcej powietrza

niż paliwa.

Według:

Gazeta.pl