Velas de ignição

Terminal de ligação

O terminal de ligação é normalmente uma ligação em forma de 'barrel'™ SAE ou um fio de 4mm. O cabo de ignição de alta tensão ou uma bobina de lápis está conectada ao terminal. Esta ligação permite que a alta tensão seja transferido para a extremidade de explosão da vela de ignição.

Junta

O anel vedante previne qualquer possibilidade de fuga do gás de combustão após a vela de ignição devido as pressões de combustão extremamente elevadas. Ao fazer isso, evita qualquer perda de pressão do cilindro.

Outra função importante é que fornece uma boa condução de calor para a cabeça de cilindro e equilibra as diferentes propriedades de expansão da cabeça do cilindro e da estrutura da vela de ignição.

Elétrodo central

O elétrodo de centro de uma vela de ignição padrão é composto principalmente por uma liga de níquel. A partir do final deste elétrodo, a faísca tem que saltar por cima do elétrodo de terra. As velas NGK têm um núcleo de cobre, o que melhora significativamente a condutividade térmica, prevenindo o sobreaquecimento.

Isolador

O isolador cerâmico tem duas tarefas. A sua função principal é fornecer um alto grau de isolamento elétrico, impedindo as altas tensões de descarga para a terra externamente através da estrutura do motor ou outros componentes. Também permite uma transferência eficiente do calor de combustão da extremidade de explosão da vela de ignição para a cabeça de cilindro.

Vedantes interiores

Os vedantes internos criam uma conexão hermética entre o isolador e a estrutura metálica. O vedante é feito de um anel de talco fechado entre dois anéis vedantes adicionais de aço inoxidável. Durante a produção da vela de ignição, o anel de talco é compactado firmemente garantindo uma vedante estanque perfeito do gás.

Resistor

Para garantir a compatibilidade eletromagnética (EMC) e, portanto, uma operação sem falhas da eletrónica incorporada, uma resistência cerâmica é usada dentro da vela de ignição como um dispositivo de supressão de interferências.

Isto é construído através de uma fusão de compostos de carbono e vidro que formam um componente sólido dentro da vela de ignição. Também impede a interferência com componentes eletrónicos que não estão localizados no veículo, por exemplo, TV e rádios domésticos.

Barreiras contra fuga de corrente

As barreiras de fuga de corrente onduladas na parte externa do isolador previnem a fuga de energia elétrica para a terra do corpo do veículo. Eles fazem isto aumentando o comprimento do caminho que a corrente teria que percorrer para chegar ao ponto de terra fornecido pelo escudo metálico.

 Na verdade, isto é como ter uma secção isoladora significativamente mais alta, assegurando que a energia elétrica faze o caminho de menor resistência através do elétrodo central.

Escudo metálico

A estrutura ou escudo metálico também desempenha um papel importante na condutividade térmica da vela de ignição visto que se trata de uma parte do mecanismo de transferência de calor para longe do isolador para a cabeça do cilindro. O fio numa vela de ignição NGK é formado por enrolamento em vez de ser cortado. Isto tem a vantagem de não deixar quaisquer bordas afiadas, o que pode danificar o furo roscado na cabeça do cilindro.

Elétrodo de terra

O elétrodo de terra de uma vela de ignição NGK padrão é feito de uma liga especial de níquel. Fornece o polo elétrico oposto para o elétrodo central.

Tipos de velas de ignição

As velas de ignição variam em forma, diâmetro, comprimento de fio, número e forma dos elétrodos, bem como os materiais de elétrodo que são utilizados. Aqui pode ver alguns dos mais importantes tipos de velas de ignição atualmente em uso.

Velas de ignição com múltiplos elétrodos de terra

Uma estratégia para estender a vida útil de uma vela de ignição padrão é equipá-la com vários elétrodos de terra. A faísca irá, obviamente, descarregar através do percurso de menor resistência e, por conseguinte, à medida que cada elétrodo se desgasta, a faísca descarregará para um elétrodo alternativo menos desgastado.

Isto resulta no desgaste a ser distribuído por todos os elétrodos disponíveis, reduzindo o crescimento da abertura geral e assim prolonga a vida útil.

Velas de ignição de irídio

As velas de ignição de irídio da NGK representam atualmente a solução tecnológica de maior qualidade. Têm um pequeno chip de liga de irídio instalado no elétrodo central. Isto é soldado no lugar através de um processo especial que usa um laser. 

O metal precioso (nobre) irídio é um dos metais mais duros do mundo. Tem um ponto de fusão extremamente elevado - superior a 2450ºCelsius e é muito resistente à erosão da faísca. Através da sua utilização, a vida útil é, em média, mais do que duplicada em comparação com as velas de ignição padrão. Além disso, o metal nobre permite que o elétrodo central ser concebido com um diâmetro significativamente menor, normalmente 0,6 mm, mas pode chegar aos 0,4 mm. Estas características reduzem consideravelmente o requisito de tensão de ignição e contribuem para melhorar a propagação da frente da chama na câmara de combustão.

Há também um 'efeito adicional de autolimpeza': Independentemente da atual temperatura de funcionamento, as descargas elétricas ocorrem na abertura circular entre o elétrodo central e o nariz do isolador. Estas descargas queimam e afastam quaisquer partículas de carbono que possam estar presentes.

Velas de ignição de platina

O o uso do metal precioso (nobre) da platina fornece um material de elétrodo muito duro, o que permite uma considerável redução no diâmetro do elétrodo (tipicamente 0.8 mm) sem comprometer a vida útil. Devido ao seu elétrodo central de “fio fino”, a tensão requerida da faísca é reduzida e uma posição de faísca mais consistente é fornecida. O bom fluxo de gás em torno da posição de faísca que melhora a propagação da frente da chama na câmara de combustão é outra vantagem do design de fio fino. Além disso, muitos destes tipos de vela têm um chip de platina ligado ao elétrodo de terra para melhorar ainda mais a vida útil.

A platina também é usada no elétrodo central de alguns tipos de fio não fino de elétrodo multi-terra para melhorar a vida útil.

Velas de ignição com elétrodo central ranhurado a V

O elétrodo central desta vela de ignição é fornecido com uma indentação em forma de V em toda a face superior. Isto obriga a faísca a ocorrer para as extremidades exteriores do elétrodo. A faísca é mais aberta à mistura inflamável que, para o mesmo período de tempo, fornece um maior crescimento de núcleo de chama. Não há nenhuma redução na vida útil.

Velas de ignição com abertura de faísca suplementar

Estas velas de ignição foram desenvolvidas para motores e modos de funcionamento que estão sujeitos a quantidades mais elevadas de deposição de carbono. As velas de ignição com aberturas de faísca suplementares estão equipadas com um design de escudo metálico que se estende em direção ao nariz do isolador. Caso se tenha depositado um excesso de carbono na ponta do isolador e o motor é ligado, a tendência é que a corrente de faísca irá encontrar o caminho de menor resistência e fluirá sobre o carbono para chegar à terra, ao invés de saltar a abertura de faísca pretendida.

No entanto, à medida que o escudo metálico se estende para o isolador, a pequena abertura entre os dois apresenta um caminho elétrico mais fácil do que percorrer até à base do isolador. A faísca descarrega para o escudo metálico e assim a ignição da mistura ar-combustível continua a ocorrer. Assim que a vela de ignição atinge a temperatura de autolimpeza de 450ºC, os depósitos de carbono são queimados e a faísca pode retomar o percurso normal para a terra através do elétrodo de terra.

Velas de ignição tipo descarga de semi-superfície

Estas velas de ignição proporcionam um arranque a frio fiável quando existem depósitos de carbono a contaminar o isolador e até limpam o isolador a temperaturas abaixo da temperatura da autolimpeza.

Para conseguir isso, eles têm pelo menos dois elétrodos de terra dispostos nas laterais de uma ponta isoladora cónica. Se o isolador estiver limpo, a faísca ocorre entre a ponta do elétrodo central e a ponta de um dos elétrodos de terra na direção da extremidade exterior.

Se o isolador estiver contaminado com depósitos de carbono, a faísca inicialmente arrasta-se sobre para a ponta do isolador mas depois arqueia sobre a extremidade inferior do elétrodo de terra, visto que esta apresenta um caminho mais fácil do que arrastar-se sobre todo o isolador para a terra.

Com este processo, não só a mistura ar-combustível é inflamada, mas a ponta do nariz do isolador também fica limpa de depósitos de carbono através da ação da faísca. Em virtude deste processo, verifica-se um arqueamento normal entre o elétrodo central e o de terra.

Velas de ignição híbridas

A tecnologia híbrida foi desenvolvida para motores que tendem para uma maior deposição de carbono como resultado do seu design. Combinam as características das velas de ignição de platina de elétrodo central fino, bem como as das velas de ignição tipo descarga de semi- superfície. Eles têm um elétrodo de terra 'normal', bem como dois elétrodos de terra auxiliares mais pequenos no lado.

O elétrodo de platina de diâmetro pequeno mantém o requisito de tensão de ignição em baixo e garante uma ótima propagação da frente da chama. Graças à capacidade de resistência da platina, a abertura do elétrodo permanece quase constante ao longo de toda a sua vida útil. A tecnologia de descarga de semi-superfície assegura um arranque a frio ótimo no caso de incrustações de carbono e para a remoção de depósitos de carbono, mesmo a temperaturas abaixo da temperatura de autolimpeza.

Velas de ignição de corridas

As velas de ignição usadas para corridas têm que conseguir resistir a uma experiência de esforços extremos em motores de alto desempenho. As velocidades do motor mudam muito rapidamente e em algumas aplicações podem frequentemente exceder as 15.000 rpm. A temperatura, pressão, vibrações e turbulência na câmara de combustão são tão imensas que os elétrodos de terra convencionais poderiam partir ou sobreaquecer.

Por este motivo, as velas de ignição de corrida usadas em ambientes mais extremos como a F1 são concebidas com um elétrodo de terra circular. A faísca arrasta-se do elétrodo central sobre o nariz do isolador para o elétrodo de terra em vez de<br> saltar numa abertura de ar.

Vela de ignição LPG/CNG

As velas de ignição da Linha Laser LPG são tipos de duplo metal precioso que foram especificamente desenvolvidas para os motores alimentados a gás. O seu elétrodo central tem uma ponta feita de irídio e um chip de platina é usado no elétrodo de terra. Ambos os metais preciosos são muito resistentes à erosão da faísca, apesar de serem necessárias tensões de ignição mais altas na operação a gás. Um núcleo de cobre especial adicional no elétrodo de terra também proporciona uma ótima condutibilidade de calor e o escudo metálico tem um revestimento de liga de níquel para proteger contra a maior corrosão sofrida em motores alimentados a gás.

Estas velas de ignição também acomodam o requisito de tensão de ignição superior em operação alimentada a gás. Graças a um elétrodo central com diâmetro de 0,6 mm, elas requerem menos tensão de ignição para criar a faísca e, assim, reduzir o esforço sobre as bobinas de ignição. Para uma redução adicional do requisito de tensão da ignição, eles têm uma abertura de elétrodo predefinida de fábrica de 0,8 mm.

Velas de ignição em ação

As velas de ignição variam em forma, diâmetro, comprimento de fio, número e forma dos elétrodos, bem como os materiais de elétrodo que são utilizados. Aqui pode ver alguns dos mais importantes tipos de velas de ignição atualmente em uso.

Velas de ignição com elétrodo central ranhurado a V

O elétrodo central desta vela de ignição é fornecido com uma indentação em forma de V em toda a face superior. Isto obriga a faísca a ocorrer para as extremidades exteriores do elétrodo. A faísca é mais aberta à mistura inflamável que, para o mesmo período de tempo, fornece um maior crescimento de núcleo de chama. Não há nenhuma redução na vida útil.

Velas de ignição com abertura de faísca suplementar

Estas velas de ignição foram desenvolvidas para motores e modos de funcionamento que estão sujeitos a quantidades mais elevadas de deposição de carbono.

As velas de ignição com aberturas de faísca suplementares estão equipadas com um design de escudo metálico que se estende em direção à ponta do isolador. Caso se tenha depositado um excesso de carbono na ponta do isolador e o motor é ligado, a tendência é que a corrente de faísca irá encontrar o caminho de menor resistência e fluirá sobre o carbono para chegar à  terra, ao invés de saltar a abertura de faísca pretendida. 

No entanto, à medida que o escudo metálico se estende para o isolador, a pequena abertura entre os dois apresenta um caminho elétrico mais fácil do que percorrer até à base do isolador. A faísca descarrega para o escudo metálico e assim a ignição da mistura ar-combustível continua a ocorrer. Assim que a vela de ignição atinge a temperatura de autolimpeza de 450ºC, os depósitos de carbono são queimados e a faísca pode retomar o percurso normal para a terra através do elétrodo de terra. 

Velas de ignição com múltiplos elétrodos de terra

Uma estratégia para estender a vida útil de uma vela de ignição padrão é equipá-la com vários elétrodos de terra. A faísca irá, obviamente, descarregar através do percurso de menor resistência e, por conseguinte, à medida que cada elétrodo se desgasta, a faísca descarregará para um elétrodo alternativo menos desgastado. Isto resulta no desgaste a ser distribuído por todos os elétrodos disponíveis, reduzindo o crescimento da abertura geral e assim prolonga a vida útil.

O aspeto final de disparo

Aparência normal

Esta é a forma como uma vela de ignição em bom estado deve parecer. Uma cor branca/cinzenta ou castanha clara é normal. Esta coloração é o resultado de aditivos de combustível/óleo que deixam resíduos quando queimados. Esta condição da vela proporciona uma combustão normal e controlada.

Depósitos

Aqui pode ver uma vela de ignição com uma forte acumulação de depósitos. Isto pode ser causado por uma fraca qualidade do combustível, elevado consumo de óleo de um motor mecanicamente desgastado ou pela queima de refrigerante dos vedantes da cabeça do cilindro danificados. Esta condição pode promover a ignição descontrolada visto que os depósitos podem começar a incandescer, inflamando a mistura ar-combustível antes que a faísca ocorra.

Quebra de isolador

Um isolador quebrado, como é visível nesta imagem, pode conduzir a danos no motor. As causas predominantes desse dano no isolador são o uso de um binário de aperto incorreto, condições de combustão anormais ou as velas de ignição caíram sobre uma superfície dura (por exemplo, piso da oficina) antes da instalação.

Sobreaquecimento

Os elétrodos central e da terra quase se fundiram juntos nesta vela de ignição. Isso pode ocorrer caso a vela de ignição fique drasticamente sobreaquecida. Neste caso, também é possível que possam resultar em danos graves para o motor devido à formação de pontos quentes locais. Poderão ocorrer danos na coroa do pistão ou válvulas. Uma das causas poderia ser a seleção da vela de ignição errada (classificação de calor) ou uma anomalia de funcionamento do motor, causando o bater do motor ou detonação.

Depósitos de carbono

Aqui pode ver uma vela de ignição contaminada com depósitos de carbono. Os depósitos de carbono ocorrem quando a vela de ignição é frequentemente operada abaixo da sua temperatura de autolimpeza (450ºC), por exemplo, quando são conduzidas apenas curtas distâncias. Também se pode tratar do caso em que foi selecionada uma vela de ignição com uma classificação de calor incorreta (muito frio) ou de a mistura ar-combustível ser excessivamente rica.