Anonim

Image
Men glem ikke, det tilslutter også et hul. Jeff Allen

"Vær det kendt, at jeg, Nikola Tesla, en borger i De Forenede Stater … har opfundet visse nye og nyttige forbedringer i elektriske tændere til gasmotorer…." Så begynder 1898-patentet, der blev tildelt Tesla for et elektrisk tændingssystem, der indeholdt tændrør. Se på tændrørets tidlige historie, og du finder mere berømte navne, navn på mænd i stedet for deres senere navneforetagender: Robert Bosch, Albert Champion, brødrene Lodge. Tilbage, da forbrændingsmotorer i det hele taget pålideligt fungerede, var teknologiens forkant, ingeniører gjorde deres omdømme og formuer ved at udvikle tændingssystemer og tændrør.

Tændtænding i konceptet er enkelt. Fremkald en højspændingsstrøm på nøjagtigt det præcise øjeblik, og du kan få en gnist til at springe et lille hul ind i en motors forbrændingskammer. Gnisthuller fra tidligt var ca. 0, 8 mm eller 0, 031 tomme. Med et sådant mellemrum kræves 15.000 volt eller mere for at overvinde den iboende modstand af luften og blandingen i mellemrummet og starte en strøm, der flyder, men når den hopper over strejker lynet. De oprindelige temperaturer i plasmaet dannet af gnisten kan være mere end 100.000 grader, da alle molekyler, hvor strømmen begynder, adskilles i deres stærkt reaktive individuelle atomer. Når den nuværende strøm fortsætter, falder gennemsnitstemperaturen i den vedvarende bue til lidt over 10.000 grader. Dette er mere end tilstrækkeligt til at begynde at brænde ilt og komponenter i brændstofblandingen i spalten og danne en indledende flammekerne, der vil sprede sig ud for at forbrænde i det væsentlige al blandingen i forbrændingsrummet.

Tændrøret giver afstandet på et præcist sted og i udskiftelig form; Som du måske har mistanke om, fører den høje strøm og fjendtlige miljø i en motor til sidst til et ikke-observerbart gnistgap. Selve stikket består af tre hoveddele: en ydre stålskal, der skruer ind i et hul, der er tappet ind i cylinderhovedet og fungerer som jorden for strømmen, en centerledende stang (den centrale elektrode) til overførsel af strømmen (og varme også ), og en modstandsdygtig elektrisk isolator mellem dem. I de tidlige dage var isolatoren porcelæn (skrøbelig) eller stablet glimmer (vanskeligt at forsegle), og den centrale elektrode kan være meget ledende kobber. Senere ville isolatoren være sintret aluminiumoxid, en stærk, elektrisk ikke-ledende keramik, der har den ekstra fordel at lede varme relativt godt - mere om det senere.

Da trykket inde i et forbrændingskammer kan være godt over 1.000 psi på sit højeste punkt, er tætning på en tændrør kritisk. Forbindelsen mellem det ydre skal og cylinderhovedet er typisk forseglet med en knuseskive, men det er også nødvendigt at tætne mellem skallen og isolatoren, samt isolatoren og centralelektroden. Dette gøres med komprimeret glas / pulveriseret metalfuger under fremstilling på nuværende stik, men blev håndteret ved lodning af disse samlinger på tidlige stik.

Image
Til venstre: Klassisk motorcykelprop, en NGK B7ES, denne satte kurs mod en Norton Commando. Midt: Tindspids af den lille nye gamle bestand 1960'erne Honda RC165 250cc seks-cylindrede GP racer-stik. Højre: Dobbelt jordet elektrode og ultranarrow gevind gevinddiameter af Ducati V-4 Panigale-stikket beregnet til at give mere plads til afkøling af passager og større ventiler. Jeff Allen

Under drift udsættes spidsen af ​​elektroden og den omgivende isolator inde i motoren for råt brændstof, forbrændingsbiprodukter og endda motorolie, der glider forbi stempelringe. Det opvarmes ved forbrænding i sig selv. Hvis elektrodespidsen bliver for varm, kan den fungere som en hot spot, der forårsager forhåndsudgift og detonation eller endda smelte. Ikke overraskende er temperaturregulering i et tændrør et stort designproblem, og tændrørene er designet i forskellige varmeområder, hvis valg afhænger af egenskaberne for en bestemt motor eller endda driftscyklus. Du kan genkende disse designvalg ved at se på, hvordan isolatoren ved elektrodeenden er konisk; en lang konisk elektrode, der når langt ned i skallen, før den kommer i kontakt, er et "varmt" stik, fordi varmevejen fra spidsen gennem isolatoren til skallen til cylinderhovedet er længere. Et "koldt" stik kan muligvis have keramikken næsten til slutningen af ​​den ydre skal. Ideen er at få isolatoren til at køre ved en høj nok temperatur, at den selvrenser for kulstof og andre aflejringer, og stadig har nok varmestrøm væk fra elektrodespidsen til at den ikke overophedes. Denne afbalanceringshandling er forudbestemt af fabriksingeniører, så generelt er det anbefalede stik bedst, medmindre du dramatisk skifter motortune eller kører et sted med en usædvanlig driftscyklus, som Daytona International Speedway med sine 50 procent brede åbne gashåndtering.

Derudover kan elektrodematerialet på dyrere stik være fremstillet af et højtemperatur, "ædelt" korrosionsbestandigt metal, såsom platin eller iridium. Med deres tolerance over for højere temperatur kan disse reduceres til fine ledninger, som begge gør formningen af ​​den indledende gnist lettere elektrisk og reducerer varmestrømmen tilbage i stikket.

Image
NGK tændrør Jeff Allen

En anden tendens i de senere år er en reduktion i diameter, skønt det er tydeligt at se fra det lille NGK-stik, der blev brugt i Honda RC165 250cc seks-cylindret fra 1964, at størrelsen har været vigtig i højtydende motorer i lang tid. Et mindre stik giver plads til større ventiler såvel som at lave et mindre hul i cylinderhovedet, hvilket øger cylinderhovedets styrke. I motorer med højtydende motorcykel er stik med 10 mm gevind blevet almindelige, mens Formel 1 har taget denne tendens endnu længere med små tændrør med en diameter på 7, 6 mm, som vejer mindre end en ounce hver. Ducati Panigale V-4-stik har en hex-størrelse reduktion fra 14 mm til 12, med en smalere, længere gevinddel for at muliggøre mere kølevæskestrømning omkring forbrændingskammeret.

Men måske er det mest fantastiske ved et tændrør dette: Gennemsnitlige stik tilslutter al teknologien i mere end et århundrede med forbrændingsmotorudvikling, og mange kan købes for omkring $ 2 hver. Selv Nikola Tesla ville undre sig over det.