22 let na trhu autoopravárenství

Zapalovací svíčky pro motory poháněné plynem (LPG/CNG)

Pokračování článku najdete v časopisu AutoEXPERT 7+8/2018.

 

PRO ZLOM:

zelená

technologie

Text: Josef Novák

Fotografie: Archiv společnosti BRISK Tábor

V podstatě je většina obr. Ilustračních bez popisky, jeden s popiskou má umístěnku v textu. Děkuju 😊

 

 

 

Zapalovací svíčky pro motory poháněné plynem (LPG/CNG)

Předchozí téma obecné situace na trhu vozidel s plynovými pohony doplňujeme o jedno zcela konkrétní téma. Ve spolupráci s techniky společnosti BRISK Tábor, a. s., jsme pro vás připravili pojednání o specifikách konstrukce a použití zapalovacích svíček pro provoz vozidel na plynná paliva.

 

 

Provozování motorů na alternativní paliva LPG (Liquified Petroleum Gas – zkapalněný ropný plyn) nebo CNG (Compressed Natural Gas – stlačený zemní plyn) má v obou případech svá specifika a je nutné na ně pohlížet jako na dvě samostatná odvětví. Dále je nutné ještě rozlišovat používání těchto alternativních paliv v motorech přímo postavených pro tento pohon výrobcem vozidla nebo dodatečně přestavěných.

<M>Rozdíly mezi LPG a CNG z hlediska provozu

Základní rozdíl mezi LPG (Liquified Petroleum Gas / zkapalněný ropný plyn) a CNG (Compressed Natural Gas / stlačený zemní plyn) z hlediska provozu je v tom, že LPG je koncipováno jako doplňkové palivo, kdy primárním palivem je vždy benzin. Ten je vždy potřebný k samotnému nastartování motoru a dále na dobu nezbytně nutnou k ohřátí provozních kapalin a následnému přepnutí na LPG nebo jako palivo pro prodloužení kombinovaného provozu benzin/LPG. Oproti tomu je CNG využíváno jako primární palivo, na které je možné startovat i studený motor a provoz na benzin je pouze doplňkový, dojezdový. Proto jsou často do vozidel montovány i malé benzinové nádrže s obsahem nepřevyšujícím např. 15 litrů.

O to složitější je pro výrobce zapalovacích svíček vyhovět oběma provozům a samozřejmě se poprat se základními požadavky pro provoz plynných paliv, jako je zvýšený požadavek na napětí dodávané zapalovací soustavou a vyšší teplota ve spalovacím prostoru.

<M>Konstrukce zapalovací svíčky pro jednotlivé typy provozu

Pro provoz na CNG je to o něco snazší, kdy řešení požadavků je možné naplnit odolnější konstrukcí (kvalitní keramika izolátoru, vzácné kovy na elektrodách) a menší elektrodovou vzdáleností a následně to vše doplnit optimalizací softwaru základní řídicí jednotky vozidla nezbytné pro provoz na benzin.

Pro kombinovaný provoz benzin/LPG je to podstatně složitější. Zapalovací svíčka musí jak z hlediska tepelné hodnoty, tak elektrodové vzdálenosti perfektně vyhovět svou funkcí při provozu pouze na benzin i při provozu pouze na LPG. Startování motoru nebo samotný provoz na benzin vyžaduje tepelnou hodnotu zapalovací svíčky umožňující její rychlý náběh na samočisticí hodnotu (nad 450 oC) a tím zamezení tvorby vodivých úsad hoření s možností následného vynechávání nebo poškození svíčky elektrickým průrazem izolátoru a zároveň dostatečnou odolnost proti samozápalům paliva vznikajícím od 850 oC. Kvalitní zapálení směsi benzinu a vzduchu je zase závislé na dostatečně velké elektrodové vzdálenosti dané konkrétní zapalovací soustavou, odpovídající požadavkům konstrukce motoru a jeho emisní normě.

Proti tomu jde ale provoz motoru ve chvíli přepnutí na LPG. Spalováním hůře zapalitelného plynu dochází ke zvyšování požadavku na napětí dodávané zapalovací soustavou a zároveň ke zvyšování teplot ve spalovacím prostoru. To vše je ještě vázáno na proměnlivou kvalitu samotného LPG (letní a zimní směs, poměr propanu a butanu). Dále pak i z pohledu nepovolených látek, jako je např. síra (s povoleným maximálním množstvím 60 mg/kg) nebo další nežádoucí příměsi snižující oktanové číslo. Podobně mohou mít vliv i různá LPG aditiva přivstřikovaná do spalovacího prostoru z důvodu snížení náchylnosti paliva na samovznícení a následnému opotřebení ventilů nebo ventilových sedel (v dnešní době jde o specifickou skupinu motorů). Tato aditiva pak vytvářejí různé vodivé nebo nevodivé úsady, poškozující samotný keramický izolátor a jeho funkci, a dále pak napomáhají rychlejšímu opotřebovávání elektrod.

<M>Vývoj zapalovacích svíček

Neustálý vývoj zapalovacích svíček pro standardní benzinové motory velmi napomohl a napomáhá řešení problémů spojených s alternativními palivy typu LPG a CNG. Hlavním přínosem bylo již před desítkami let zavedení výroby kompozitních středních elektrod z niklu s měděným jádrem, tzv. „měděnou duší“, s velkou tepelnou vodivostí a tím zahájení výroby tzv. širokorozsahových zapalovacích svíček. Ty se v provedení s jednou vnější elektrodou následně staly základním stavebním kamenem pro zapalovací svíčky s platinovým nebo iridiovým kontaktem, dnes hojně využívaným pro osazování jak v moderních benzinových motorech, tak právě v motorech provozovaných na LPG nebo CNG.

<M>Konstrukce moderních zapalovacích svíček

Iridium, platina a stejně tak např. stříbro jsou vzácné kovy, které díky svým vlastnostem velice napomáhají odolnosti elektrod vůči elektrické erozi. Snižují tzv. opalování elektrod a s tím spojené zvyšování požadavku na napětí a větší zatěžování zapalovací soustavy jako celku. Iridium i platina se používají v podobě kontaktů přivařených většinou laserem na kompozitní elektrodě s měděným jádrem – na rozdíl od stříbra, které se používá jako vysokoobsahová slitina (nad 80 % Ag) pro celou střední elektrodu. PRO ZLOM: SEM OBR 1 V tomto případě se využívá spojení výhod stříbra z pohledu výborné elektrické a tepelné vodivosti a značné odolnosti vůči elektrické erozi. U těchto zapalovacích svíček napomáhá i samotná speciální konstrukce celého jiskřiště. Uplatňují se zde základní principy fyziky, především tzv. cesta nejmenšího odporu, kdy jsou konce elektrod, podle použitého materiálu, co nejmenšího průměru a co nejostřejších hran. Často se tak používá velice malý průměr iridiových nebo platinových kontaktů (0,4–0,7mm/iridium, 0,6–0,9 mm/platina) na střední elektrodě a platinových nebo iridium/platinových kontaktů na vnější elektrodě. Podobné je to i u střední elektrody ze stříbra, kdy je průměr většinou pouhých 1,5mm.

U vnější elektrody je možné používat i různé kombinace slitin doplněných zušlechťujícím legováním, většinou yttriem. Dále je jiskřiště upravováno tak, aby se vnější elektroda tvarem zastřižení a polohou co nejvíce přibližovala hraně střední elektrody.

Konečnou fází je co nejpřesnější seřízení elektrodové vzdálenosti. U zapalovacích svíček určených pro přestavěné motory je to většinou o 0,1 mm nižší, než je standardně doporučeno pro konkrétní typ motoru a jeho zapalovací soustavy při provozu na benzin.

<M>Osazování svíček

<M1>Originální zástavba

A jak je to s osazováním motorů na LPG nebo CNG? To je opět nutné rozlišovat podle paliva a typu motoru. Pokud jde o motory (a to bez rozdílu LPG nebo CNG) stavěné přímo výrobcem, je nejlepší osazování vycházející z jeho doporučení nebo přímou náhradou od jiného výrobce. Pokud je tedy originální zapalovací svíčka s iridiovým kontaktem, nahrazovat opět zapalovací svíčkou s iridiovým kontaktem. Je možné dělat i určité ústupky, ale vždy by se měly používat zapalovací svíčky s elektrodami se vzácnými kovy. Hlavně je nutné se předem informovat především o doporučeném intervalu výměny těchto náhrad.

<M1>Dodatečná přestavba

Pokud jde o motory dodatečně přestavěné, je situace trochu jiná. Obecně pro přestavby LPG/CNG platí, že jejich úpravou nevznikne přímá nutnost používání jiných než originálních dílů nebo dílů od náhradních výrobců, odpovídajících parametry originálním dílům. Takže pokud je přestavba správně udělaná a seřízená, je možné nadále používat doporučené osazení výrobcem motoru nebo jejich přímé náhrady od náhradních výrobců, samozřejmě s tím, že náročnost tohoto provozu snižuje jejich interval výměny. O trochu lépe jsou na tom motory, kde jsou standardní zapalovací svíčky s jednou vnější elektrodou, kde je možné drobnou úpravou elektrodové vzdálenost (cca o 0,1 mm) přispět ke snížení požadavku na napětí hlavně při provozu na LPG a přitom neohrozit funkci svíček při provozu na benzin.

U dvou-, tří- nebo čtyřelektrodových zapalovacích svíček je situace jiná, zde nelze běžně upravovat elektrodovou vzdálenost, a tak je nutné jejich interval výměny preventivně zkrátit, a to na méně než polovinu doporučení uvedeného na benzin. Pro motory, kde je standardní osazení na benzin již provedeno zapalovacími svíčkami s elektrodami se vzácnými kovy (iridium, platina), je nejvhodnější používat i nadále tyto svíčky. Samozřejmě platí to, že když je pro přestavěný motor ve výrobních sortimentech výrobců zapalovacích svíček typ, který je přímo určený pro provoz na LPG nebo CNG, je vhodné používat tyto speciálně vyvinuté výrobky a řídit se pravidly pro jejich používání.

 

<M>Životnost svíček při provozu na LPG/CNG

A jak je to s životností zapalovacích svíček při provozu na LPG nebo CNG? Ta je vždy vázána na konkrétní typ motoru a typ zapalovací svíčky s doporučením přímo jejím výrobcem. Samozřejmě je vždy nutné dále přihlédnout na konkrétní technický stav motoru, seřízení plynové aplikace a kvalitu používaného paliva. Pokud se v přestavěném motoru budou používat originální zapalovací svíčky nebo jejich přímé náhrady od náhradních výrobců, je vhodné dodržovat obecné doporučení o cca polovičním intervalu výměny doporučeném při provozu na benzin. Příklad: Standardní jednoelektrodová zapalovací svíčka s doporučenou maximální životností pro konkrétní motor při provozu na benzin 30 000 km. Při provozu na plyn se maximální interval výměny zkrátí na 15 000 km včetně doporučené úpravy snížení elektrodové vzdálenosti o 0,1 mm. To platí i pro přestavěné motory s originálními zapalovacími svíčkami s elektrodami s iridiovými nebo platinovými kontakty. Tady se interval výměny prodlužuje od 30 000 až do 45 000 km, dle typu motoru a doporučení výrobce motoru pro provoz na benzin.

Pokud se pro osazení přestavěných motorů použijí speciálně konstruované zapalovací svíčky pro provoz na LPG nebo CNG, je nutné interval výměny vždy provádět dle doporučení konkrétního výrobce zapalovacích svíček. Intervaly výměny jsou zde různé, závislé na konstrukci a použitých materiálech elektrod. Zapalovací svíčky se stříbrnou střední elektrodou mají maximální životnost při provozu na plyn 30 000 km. Zapalovací svíčky se střední elektrodou s platinovým kontaktem mají maximální životnost při provozu na plyn většinou 40 000–45 000 km (dle výrobce) a zapalovací svíčky se střední elektrodou s iridiovým kontaktem mají maximální životnost při provozu na plyn většinou 45 000–60 000 km (dle výrobce).

Při zpracování bylo použito materiálů společnosti BRISK Tábor, a. s.

PRO ZLOM: POPIS OBR

Obr. 1:

U moderních zapalovacích svíček se používá speciální konstrukce celého jiskřiště. Uplatňují se zde základní principy fyziky, především tzv. cesta nejmenšího odporu, kdy jsou konce elektrod, podle použitého materiálu, co nejmenšího průměru a co nejostřejších hran.

PRO ZLOM: Hlasky do textu:

HLASKA 1

Pokud se v přestavěném motoru budou používat originální zapalovací svíčky nebo jejich přímé náhrady od náhradních výrobců, je vhodné dodržovat obecné doporučení o cca polovičním intervalu výměny doporučeném při provozu na benzin.

 

HLASKA 2

Pokud je originální zapalovací svíčka s iridiovým kontaktem, nahrazovat opět zapalovací svíčkou s iridiovým kontaktem. Je možné dělat i určité ústupky, ale vždy by se měly používat zapalovací svíčky s elektrodami se vzácnými kovy. Hlavně je nutné se předem informovat především o doporučeném intervalu výměny těchto náhrad.