Velas de incandescência
Princípios
O motor diesel
Os ciclos de combustão de um motor diesel são semelhantes aos de um motor a gasolina. No entanto, não são necessárias quaisquer velas de ignição para a ignição da mistura ar-combustível.
A razão: os motores diesel são de auto-ignição. O ar ambiente é puxado para o cilindro pelo movimento descendente do pistão e depois altamente comprimido pelo pistão quando regressa ao centro morto superior. O rácio de compressão neste processo pode ser de até 25:1.
Devido a esta compressão, a temperatura do ar ambiente sobe rapidamente e atinge uma temperatura entre 700°C e 900°C. Se o combustível for agora adicionado, ele vai inflamar espontaneamente visto que o ar aquecido irá aumentar a temperatura do combustível injetado para o seu ponto de autoignição. O motor diesel também é conhecido como um motor de ignição por compressão.
Requisitos
Pré-aquecimento
Para um arranque a frio fiável, especialmente a baixas temperaturas ambientes, os motores diesel requerem a assistência de velas de incandescência.
O motivo: Ao tentar ligar o motor, todos os componentes terão arrefecido significativamente. À medida que o ar de admissão é comprimido contra as paredes frias do cilindro, os pistões e as válvulas irão extrair a energia de calor do ar ambiente já frio. Por conseguinte, a temperatura necessária para a combustão espontânea estável já não é alcançada através da compressão do ar por si só.
É neste ponto que a vela de incandescência entra em jogo. Ela é instalada na cabeça do cilindro para que o tubo aquecedor seja projetado para a câmara de combustão. A vela aquece logo que é fornecida com tensão suficiente e, dependendo do design da vela de incandescência, pode atingir mais 1000°C. Isto aumenta a temperatura na câmara de combustão o suficiente para permitir uma combustão espontânea estável. Isto resulta num bom desempenho de arranque e na redução do fumo de escape e outras emissões indesejadas. Este processo antes do real arranque do motor é também designado de “pré-aquecimento”.
Construção
Velas de incandescência metálicas e cerâmicas
A tecnologia da vela de incandescência pode ser dividida em duas grandes categorias, as de tipo com invólucro metálico e as de tipo cerâmico.
Uma bobina de aquecimento dentro do invólucro protetor de metal de uma vela de tipo metálico produz o calor necessário. As velas de incandescência cerâmicas, por outro lado, não requerem um invólucro metálico. Em vez disso, o seu elemento de aquecimento é envolto num tipo especial de cerâmica, “nitrato de silício”.
As velas de incandescência cerâmicas têm a capacidade de aquecer mais rapidamente do que as de tipo metálico e, além disso, podem atingir temperaturas de funcionamento mais elevadas durante um longo período de tempo. Estas também são mais compactas. Estas características são especialmente vantajosas em motores modernos.
Vela de incandescência, revestimento metálico
Vista de 360° de uma vela de incandescência com invólucro metálico
A vela de incandescência com invólucro metálico autorreguladora (SRM) está entre os tipos de vela de incandescência mais frequentemente utilizados.
Bobina de aquecimento
A bobina de aquecimento de uma vela de incandescência com revestimento metálico autorreguladora é feita de uma liga metálica especial. Assim que uma tensão é aplicada na vela de incandescência, uma área concentrada de calor é gerada em torno da extremidade do revestimento metálico aquecendo assim as suas proximidades.
Ao usar configurações diferentes de diâmetro e/ou comprimento de fio, o desempenho de aquecimento pode ser ajustado, influenciando assim a rapidez com que as velas de incandescência atingem e as temperaturas que pode atingir.
Bobina de controlo
A bobina de controlo ou regulação é soldada em série com o elétrodo central de transporte de corrente e a bobina de aquecimento. À medida que a sua temperatura aumenta, a resistência elétrica da bobina de controlo também aumenta, e assim o fluxo de corrente para a bobina de aquecimento é reduzido. Este mecanismo fornece um meio de controlo dependente da temperatura da vela de incandescência.
Escudo metálico
O escudo metálico de uma vela de incandescência representa o polo eletricamente negativo (ligação terra).
Potência de isolamento
As bobinas no interior do tubo de incandescência são hermeticamente embaladas num pó especial: óxido de magnésio. O óxido de magnésio é um isolador elétrico e um condutor de calor muito bom. O enchimento isolador cumpre duas funções importantes: Protege as bobinas de impacto mecânico e de vibrações fortes criadas pelo processo de combustão. Também fornece uma ótima transmissão do calor produzido para o revestimento e, por conseguinte, a área circundante.
Elétrodo central
A tensão da bateria é aplicada para as bobinas através do elétrodo< br / > de centro sólido.
Terminal de ligação
A tensão da bateria é aplicada no terminal de conexão. Este pode ser um poste roscado para se adequar a um conector que é fixado por uma porca ou um poste não roscado para se adequar a um empurrão no conector.
Tubo de aquecimento
O tubo aquecedor de uma vela de incandescência com revestimento metálico é feito de uma liga resistente ao calor, tais como aço inoxidável ou Inconel. Em combinação com o pó da embalagem, isso garante que as bobinas no interior não ficam diretamente expostas aos gases de combustão ou às ondas de choque criadas pela rápida expansão de gases no processo de combustão.
Fio
O segmento de uma vela de incandescência de alta qualidade é sempre enrolado e nunca cortado. Através deste método de produção, forma-se fios rápidos e precisos, eliminando-se a possibilidade de danos para o orifício da vela de incandescência na cabeça do cilindro.
Isolador
O isolador separa o eletricamente positivo (terminal de ligação) da parte eletricamente negativa (escudo metálico) da vela de incandescência.
Vela de Incandescência em Cerâmica
Vista de 360° de uma vela de incandescência com tubo aquecedor de cerâmica
Vista a 360° de uma vela de incandescência com tubo de aquecimento cerâmico
Bobina de aquecimento
Ao contrário de uma vela de incandescência metálica, uma vela de incandescência cerâmica usa um elemento de aquecimento cerâmico.
Fio
O segmento de uma vela de incandescência de alta qualidade é sempre enrolado e nunca cortado. Através deste método de produção, forma-se fios rápidos e precisos, eliminando-se a possibilidade de danos para o orifício da vela de incandescência na cabeça do cilindro.
Isolador
O isolador separa o eletricamente positivo (terminal de ligação) da parte eletricamente negativa (escudo metálico) da vela de incandescência.
Revestimento cerâmico
A bobina de aquecimento ou elemento de aquecimento de uma vela de incandescência cerâmica é envolta num material cerâmico de alta desempenho: nitreto de silício. Protege a bobina das altas temperaturas e vibrações criadas pelo processo de combustão. Também é um excelente condutor de calor que permite que a energia de calor da bobina seja rapidamente libertada para a câmara de combustão.
Escudo metálico
O escudo metálico de uma vela de incandescência representa o polo eletricamente negativo (ligação terra).
Assento cónico
O assento cónico fornece uma selagem apertada simples mas eficaz do gás da câmara de combustão sem a necessidade de juntas vedantes, etc. A sua forma compacta também permite que os tamanhos de furo sejam mantidos a um mínimo.
As faces cónicas também fornecem um excelente aterramento elétrico (terra).
Elétrodo central
A tensão da bateria é aplicada para as bobinas através do elétrodo de centro sólido.
Terminal de ligação
A tensão da bateria é aplicada no terminal de conexão. Este pode ser um poste roscado para se adequar a um conector que é fixado por uma porca ou um poste não roscado para se adequar a um empurrão no conector.
Anel de contacto
O anel de contacto proporciona a conexão elétrica na junção do elétrodo central e do elemento de aquecimento.
Requisitos especiais
Requisitos especiais
Ao longo dos anos, as velas de incandescência foram continuamente desenvolvidas para cumprir com os requisitos de condutores e também da legislação ambiental. Isto fez com que o momento de pré-aquecimento das modernas velas de incandescência fosse virtualmente indetetável; o processo de arranque para o diesel moderno é praticamente o mesmo que um motor a gasolina.
No que diz respeito à proteção ambiental, os requisitos implementados sobre a vela de incandescência aumentaram de forma similar. Para cumprir com as atuais normas de emissões (EURO5), as velas de incandescência têm que agora “pós-incandescer” durante os primeiros poucos quilómetros de condução até que o motor atinja a temperatura de funcionamento.
Esta estratégia garante um motor com funcionamento eficiente e níveis significativamente mais baixos de emissões nocivas. A emissão de fumo azul e branco é reduzida em até 50 porcento.
Outra estratégia a ser adotada pelos fabricantes de veículos é a “incandescência intermitente”. As velas de incandescência são energizadas sob determinadas condições de condução, mesmo quando o motor está quente para ajudar na fase de regeneração do filtro de partículas diesel (DPF).
Tipos de velas de incandescência de NGK
Tipos de velas de incandescência de NGK
Melhorias na qualidade da combustão são obtidas através de vários tipos de velas de incandescência numa variedade de formas. Aqui pode observar uma visão geral.
Velas de incandescência de revestimento padrão
As velas de incandescência de revestimento metálico padrão contêm apenas uma bobina de aquecimento única.
A resistência elétrica da bobina não se altera significativamente à medida que a temperatura aumenta e, por conseguinte, o consumo de corrente deste tipo é constante. O controlo desta vela de incandescência é geralmente efetuado pela aplicação de tensão através de uma unidade de temporizador externo ou por controlo manual.
Estas velas de incandescência atingem uma temperatura de funcionamento de 800ºC no espaço de 20-25 segundos.
Velas de incandescência revestidas de aquecimento rápido
As velas de incandescência de aquecimento rápido também estão equipadas com apenas uma bobina de aquecimento. No entanto, a resistência elétrica da bobina de aquecimento muda relativamente à sua temperatura. A resistência é baixa quando a tensão é inicialmente aplicada e uma grande corrente pode fluir através da bobina de aquecimento, aumentando assim a sua temperatura mais rapidamente do que o tipo padrão. Isto reduz o tempo de pré-aquecimento necessário. À medida que a temperatura aumenta, a resistência elétrica aumenta, reduzindo o fluxo de corrente.
Estas velas de incandescência atingem uma temperatura de funcionamento de 800ºC no espaço de 13 a 17 segundos.
Velas de incandescência revestidas metálicas QGS
QGS significa Sistema de Incandescência Rápida. Existem dois tipos não-intercambiáveis de velas de incandescência QGS, os tipos de bobina única e de bobina dupla. O tipo de bobina única tem uma bobina de aquecimento que é concebida para permitir um fluxo de corrente extremamente alto. Os tipos de bobina dupla têm uma bobina de aquecimento e uma bobina de controlo que aumentam a sua resistência à medida que a temperatura sobe. Isto regula o fluxo de corrente para um determinado grau e oferece alguma proteção contra o sobreaquecimento à bobina de aquecimento. Ambos estes tipos só podem ser utilizados em conjunto com unidades de controlo QGS de design externo específico que controlam rigorosamente a operação da vela de incandescência.
Para todos os tipos QGS de metal, aplica-se o seguinte: eles aquecem muito rapidamente e atingem temperaturas em torno dos 900ºC no espaço de 6 a 10 segundos.
Velas de incandescência de revestimento metálico autorreguladoras
Estas velas de incandescência são especialmente adequadas para conceitos de motor que requerem uma operação pós-incandescência. As velas de incandescência metálicas autorreguladoras (também conhecidas como 'velas de incandescência SRM') contêm uma bobina de aquecimento e uma bobina de controlo que aumenta a resistência à medida que a temperatura aumenta. Devido às propriedades elétricas especiais destas bobinas, a vela de incandescência SRM pode proporcionar um tempo de aquecimento muito rápido e controlar a temperatura final de forma autónoma. É necessário pouco controlo externo deste sistema de pré-aquecimento enquanto proporciona um bom desempenho pré e pós-aquecimento e uma longa vida útil.
As velas de incandescência SRM atingem normalmente 900ºC em 4 segundos.
Velas de incandescência revestidas AQGS
AQGS significa 'Sistema Avançado de Incandescência Rápida'. Este grande desenvolvimento do tipo QGS também tem uma bobina de aquecimento e uma bobina de controlo. O diâmetro do tubo aquecedor da vela de incandescência AQGS de 3,5 mm é significativamente menor do que o de uma vela de incandescência metálica convencional, a qual, em conjunto com a tecnologia de material de bobina especial fornece um aquecimento extremamente rápido. Isto garante condições de combustão muito estáveis para a mistura diesel/ar. As emissões durante a fase de aquecimento são drasticamente reduzidas muito antes da temperatura ideal de funcionamento do motor ser atingida e a função de pós-incandescência longa também se encontra disponível. O controlo de modulação de largura de impulso rigoroso (PWM) por uma unidade de controlo eletrónica (ECU) é essencial.
As velas de incandescência revestidas AQGS podem atingir 1.000ºC em apenas 2 segundos.
Velas de incandescência cerâmicas autorreguladoras
A vela de incandescência cerâmica autorreguladora (também conhecida como uma “vela de incandescência SRC” tem uma bobina de aquecimento e uma bobina que regula a resistência semelhante à tipo de revestimento metálico SRM. Estas bobinas fornecem um aquecimento muito rápido e um elevado grau de controlo de fluxo de corrente que regula a temperatura final. Devido a este nível de regulação autónoma, esta vela de incandescência requer pouco controlo externo.
As velas de incandescência SRC aquecem normalmente até mais de 1100ºC em 3 segundos e depois, de forma independente, regulam a temperatura até pouco menos de 1000ºC.
Nova vela de incandescência cerâmica de alta temperatura
Oferecendo o melhor em termos de desempenho térmico e durabilidade, a nova vela de incandescência de cerâmica de alta temperatura (NHTC) tem um elemento de aquecimento cerâmico eletricamente condutivo. Atinge uma temperatura de funcionamento de 1000ºC em 2 segundos e é capaz de uma operação pós-incandescência a 1350ºC durante períodos superiores a 10 minutos. Proporcionam tempos de pré-aquecimento extremamente rápidos, eliminando eficazmente qualquer necessidade de um período de pré-incandescência mesmo a temperaturas ambientes muito baixas. Menores vezes de arranque do motor significam menos emissões de HC e CO mesmo antes do motor ligar. As temperaturas mais elevadas alcançadas no período pós-incandescência resultam em condições de combustão mais estáveis, melhor qualidade de ralenti e emissões reduzidas. A 'incandescência intermitente' onde as velas de incandescência são energizadas sob determinadas condições de condução, mesmo quando o motor está quente para ajudar na fase de regeneração do filtro de partículas diesel (DPF). Estas características permitem que veículos a diesel modernos cumpram com as especificações especialmente elevadas da atual regulamentação sobre emissões especial.<br>As velas de incandescência NHTC atingem 1000ºC em 2 segundos e uma temperatura máxima regulamentada de 1350ºC.
Instalação
O binário certo
Recomenda-se o uso de uma chave dinamométrica para a instalação profissional de uma vela de incandescência. Mesmo para profissionais, a estimativa do binário de aperto é virtualmente impossível.
Isto ocorre porque o binário é calculado pela multiplicação de dois fatores: a força que é aplicada e a distância à qual essa força é aplicada em relação ao centro de rotação.
Se uma vela de incandescência estiver insuficientemente apertada, tal poderá resultar numa fuga de gás e como é inseguro a vela pode sofrer altos níveis de vibração, o que pode causar danos, especialmente nos componentes cerâmicos.
A aplicação de binário excessivo pode esforçar demasiado o invólucro metálico que pode falhar aquando da instalação ou da subsequente remoção. Contudo, menos óbvia é a possibilidade de distorção do invólucro metálico que reduz o espaço anular entre o tubo de metal e a estrutura. Isto pode conduzir a um excesso de refrigeração da bobina reguladora, o que permite que a corrente excessiva flua através da bobina de aquecimento, conduzindo a uma falha prematura.
Os valores de binário apresentados são típicos para velas com uma rosca M10. Consulte sempre o manual de instalação dos fabricantes.
Vista geral dos binários
O binário de aperto de uma vela de incandescência está dependente das dimensões da rosca do invólucro metálico e, se aplicável, da rosca terminal de ligação.
Consulte sempre as instruções de instalação do fabricante do veículo.
Remover os depósitos de carbono com um escareador
Dependendo da conceção, alguns motores diesel têm uma tendência para acumular carbono ao redor do tubo aquecedor. Neste caso, sempre que as velas de incandescência são substituídas, todos os depósitos de carbono devem ser removidos do furo da vela de incandescência com uma ferramenta especial. Não remover estes depósitos pode provocar o excesso de arrefecimento da bobina reguladora, o que permite que demasiada corrente flua para a bobina de aquecimento e subsequente falha prematura.
O uso dos escareadores Hazet corretos - que foram desenvolvidos em parceria com NGK SPARK PLUG - é altamente recomendável:
- Identifique os escareadores apropriados para as velas de incandescência específicas número de peça
- Aplique massa lubrificante nas faces de corte do escareador
- Enrosque o escareador na cabeça do cilindro manualmente (não use chave)
- Desenrosque o escareador e limpe minuciosamente.
Video
Instalação de uma vela de incandescência
Conselhos de instalação:
Diagnóstico
Diagnóstico
A aparência de uma vela de incandescência pode fornecer pistas sobre as possíveis causas do dano. Aqui pode ver os defeitos mais comuns e aprender aquilo que lhe dizem.
Danos de sobreaquecimento.
Quebra como resultado do sobreaquecimento indica que o padrão pulverizador ou volume do combustível injetado não está correto ou o sincronismo de injeção não está correto. Os anéis de pistão desgastados e guias de válvula podem conduzir a quantidades excessivas de óleo lubrificante a estar presente na câmara de combustão, criando condições anormais de sobreaquecimento, o que conduz a danos no tubo aquecedor.
Dano de sobretensão/ Bobina de aquecimento partida
Danos de sobretensão surgem quando a vela de incandescência errada (por exemplo, 12V em vez de 24V) foi instalada. Também é possível que a unidade de controlo esteja com uma anomalia, permitindo que uma tensão muito alta seja aplicada ou durante um período prolongado de tempo. A unidade de controlo e o alternador devem ser inspecionados.
Escudo ou terminal de ligação quebrado
Os danos no escudo metálico ou no terminal podem ocorrer com o uso do binário de aperto errado ou um uso descuidado de ferramentas.
Escudo ou terminal de ligação quebrado
Os danos no escudo metálico ou no terminal podem ocorrer com o uso do binário de aperto errado ou um uso descuidado de ferramentas.
Tubo aquecedor partido
Normalmente atribuível a condições anormais de combustão causadas pelo sincronismo incorreto da injeção, pelo padrão de pulverização errado ou a uma taxa de fluxo mal definida, o que resulta em turbulência excessiva, ondas de choque e características anormais de calor.
Danos de sobreaquecimento/quebra
Quebra como resultado do sobreaquecimento indica que o padrão pulverizador ou volume do combustível injetado não está correto ou o sincronismo de injeção não está correto. Os anéis de pistão desgastados e guias de válvula podem conduzir a quantidades excessivas de óleo lubrificante a estar presente na câmara de combustão, criando condições anormais de sobreaquecimento, o que conduz a danos no tubo aquecedor.
Dano de sobretensão
Um tubo aquecedor inchado ou derretido é frequentemente o resultado de usar a vela de incandescência errada (por exemplo, 12 volts em vez de 24 volts). Também é possível que a unidade de controlo esteja com uma anomalia, permitindo que uma tensão muito alta seja aplicada ou durante um período prolongado de tempo. A unidade de controlo e o alternador devem ser inspecionados.
