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Principios básicos de las bujías de encendido
La bujía de encendido desempeña un papel fundamental en el motor de gasolina: es la encargada de encender la mezcla de aire y combustible. La calidad de este encendido influye en muchos aspectos fundamentales para el funcionamiento del vehículo y para el medio ambiente, como la suavidad de marcha, el rendimiento y la eficiencia del motor y las emisiones contaminantes.
Si nos paramos a pensar que una bujía tiene que encender la mezcla entre 500 y 3500 veces por minuto, entenderemos la importancia de contar con una tecnología de encendido moderna para poder cumplir las normas relativas a los gases contaminantes y para poder reducir el consumo de combustible.
La chispa que enciende la mezcla
En el motor de gasolina se aspira aire a un cilindro, y por otra parte se inyecta combustible a través del sistema de inyección de gasolina. Se genera así una mezcla inflamable que se enciende con las chispas producidas por la bujía.
Funcionamiento del motor de gasolina
1. Aspiración: El pistón baja, y así entra aire ambiental y combustible a través de las válvulas de admisión
2. Compresión: El pistón sube. Se comprime la mezcla en el cilindro. La explosión se produce en la zona del "punto muerto" superior.
3. Funcionamiento: La temperatura de combustión de la cámara sube hasta 2600 °C, y la presión hasta 120 bar. El pistón presiona hasta 20 metros por segundo en dirección al cigüeñal.
4. Emisión: El gas de escape sale por las válvulas de escape cuando el pistón vuelve a subir.
Estructura de una bujía de encendido
Sección de una bujía de encendido
Conexión
El acople es una conexión SAE o rosca de 4 mm. En ella se conecta el cable de encendido o una bobina de varilla, desde donde (en ambos casos) deberá transportarse una tensión alta al otro extremo de la bujía.
Aislador
El aislador cerámico tiene dos funciones. Sirve básicamente para aislar, evitando que se produzca un salto de la tensión alta a la masa del vehículo (= menos) y conducir el calor de la combustión a la culata.
Barreras de la corriente de escape
En la parte externa del aislador, las barreras de la corriente de escape con forma ondulada evitan la salida de la tensión a la masa del vehículo. Alargan el trayecto que hay que recorrer y aumentan la resistencia eléctrica. De esta forma garantizan que la energía recorre el trayecto de menor resistencia: a través del electrodo central.
Resistencia antiparasitaria
Para garantizar la compatibilidad electromagnética (CEM) y el funcionamiento correcto del sistema electrónico de a bordo, en el interior de la bujía hay un vidrio fundido que funciona como resistencia a las interferencias.
Electrodo central con núcleo de cobre
El electrodo central de una bujía de encendido estándar consta normalmente de una aleación de níquel. Desde el extremo de este electrodo, la chispa tiene que saltar al electrodo de masa. Los electrodos centrales de NGK disponen de un núcleo de cobre que mejora la conductividad del calor.
Carcasa metálica con rosca
La carcasa metálica también desempeña una función importante en la conducción del calor de la bujía. En las bujías de NGK las roscas son siempre en espiral y, a diferencia de las roscas cortadas, presentan la ventaja de que no tienen cantos vivos, por lo que no pueden dañar la cavidad roscada de la culata.
Anillo obturador
El anillo obturador evita que salga gas de combustión por la bujía, incluso cuando la presión de la combustión sea muy alta. De esta forma se evitan pérdidas de presión. Por otra parte, conduce el calor a la culata y equilibra los diferentes comportamientos de expansión de la culata y la caja de la bujía.
Juntas interiores
Las juntas interiores forman una unión resistente a los gases entre el aislador y la caja metálica. Para garantizar una estanqueidad óptima se forma un círculo con polvos de talco en otros dos anillos obturadores que se cae en el proceso de fabricación de la bujía.
Electrodo de masa
El electrodo de masa de una bujía de encendido estándar está fabricado con una aleación de níquel. En el funcionamiento normal, representa el polo opuesto al electrodo central.
Lugar de montaje de la bujía de encendido
La bujía de encendido se atornilla en la culata.
El extremo que apunta hacia el exterior es la parte en la que se acopla. En función de la tecnología utilizada, aquí se conecta la pipa de bujía del cable de encendido o, en los modelos más modernos, una bobina de varilla.
El otro extremo de la bujía se introduce en la cámara de combustión. En ella se encuentran dos electrodos, entre los cuales se produce una descarga disruptiva y, con ella, el encendido.
Posición de montaje de la bujía en el motor
Comportamiento térmico
Una bujía moderna es una bujía que se adapte a cada motor y a las diferentes situaciones de marcha. No existe ninguna bujía que funcione perfectamente en todos los motores.
Dado que la evolución térmica de los motores en la cámara de combustión difiere de unos a otros, se necesitan bujías con diferentes valores térmicos. Este valor se expresa mediante el llamado rango térmico. Estos grados térmicos indican la temperatura media que corresponde a la carga del motor, medida sobre los electrodos y el aislador.
El rango térmico indica la temperatura media que corresponde a la carga del motor, medida sobre los electrodos y el aislador
El rango térmico óptimo
Las bujías necesitan un determinado rango térmico para poder funcionar correctamente. El valor mínimo se sitúa en 450 ºC (temperatura de la bujía): la llamada temperatura de limpieza automática A partir de este rango de temperatura se queman las partículas de carbonilla depositadas en la punta del aislador.
Si la temperatura de funcionamiento permanece mucho tiempo por debajo de dicho valor, las partículas de carbonilla, que son conductoras de electricidad, se pueden depositar hasta que la tensión de encendido sale por encima de la capa de carbonilla a la masa del vehículo en lugar de formar una chispa.
A partir de una temperatura de las bujías de 850 °C, el aislador se calienta tanto que se pueden producir detonaciones incontroladas en su superficie, los denominados encendidos por incandescencia. Dichas detonaciones incontroladas que no son normales pueden dañar el motor.
El grado térmico
La formación del calor varía fuertemente de motor a motor. Por ejemplo, los grupos turboalimentados alcanzan una temperatura mucho mayor que los motores no cargados.
Por tal motivo existe una bujía para cada motor, que puede transmitir una cantidad exacta de calor a la culata y garantizar así que se mantiene el rango térmico óptimo.
El llamado grado térmico facilita información sobre la resistencia de una bujía a la alta temperatura. En el caso de las bujías NGK, cuanto mayor es el grado térmico, mayor será la resistencia térmica.
El rango térmico se indica en la placa de tipo de las bujías NGK.
Disipación del calor y flujo térmico
Aproximadamente el 60 % del calor se disipa a través de la caja de la bujía y la rosca. El anillo obturador transmite menos del 40 % a la culata. El porcentaje que falta hasta alcanzar el 100 % sale por el electrodo central.
El aislador recoge el calor de la cámara de combustión y lo conduce al interior de la bujía. En todos los puntos en contacto con la caja se transfiere calor.
Aumentando o reduciendo dicha superficie de contacto se puede transmitir más o menos calor a través de la caja.
En las bujías de encedido con mayor resistencia térmica, la superficie de contacto es mayor. En las bujías de encendido con menor resistencia térmica, es menor.
Disipación del calor de las bujías con diferente resistencia térmica en el motor
Cómo descifrar el código NGK
Seguramente se ha preguntado más de una vez qué significan las combinaciones de letras y números que aparecen en las bujías de NGK y sus envases.
La combinación alfanumérica que se puede ver en todas las bujías NGK no indica sólo el modelo, sino que se trata de una fórmula lógica que contiene información detallada importante para el funcionamiento de las bujías.
Esta fórmula ha permitido a NGK estandarizar toda su gama y facilitar información sobre las características específicas de cada bujía.
A su vez, este sistema facilita el manejo y la selección correcta de bujías NGK tanto en relación con los equipos originales en los fabricantes de vehículos como a la hora de la distribución, en los talleres y para los clientes.
El código consta de las siguientes partes:
[ul][li]La combinación de letras (1-4) delante del grado térmico informa sobre el diámetro de la rosca, la anchura de la llave hexagonal y el diseño.[/li][li]La 5ª posición (cifra) indica el grado térmico. [/li][li]La 6ª letra indica la longitud de la rosca. [/li][li]La 7ª letra contiene información sobre las características constructivas específicas de las bujías. [/li][li]La 8ª posición (cifra) indica las distancias especiales entre electrodos.[/li][/ul]
Mantenimiento de bujías
El desgaste que presentan las bujías viejas que se desmontan del motor permiten saber con claridad si el motor funciona bien o no. Una bujía de encendido que haya sido desmontada de un motor que funcione correctamente presenta un aspecto "reseco": las zonas circundantes de los electrodos tienen un aspecto seco, agrisado y presentan matices de entre blanco, amarillo y marrón. Los electrodos, al igual que el saliente visible del aislador, no permiten detectar normalmente ningún indicio significante de daños.
Fotos de bujías dañadas
Aspecto normal
Este es el aspecto que presenta una bujía intacta. La coloración blanca-gris no significa nada, se debe a los aditivos del combustible que no se han quemado completamente y es la consecuencia de una combustión regulada normal.
Una bujía intacta presenta una coloración blanca-gris
Depósitos
Aquí se puede ver una bujía con muchos depósitos. El motivo puede ser, por ejemplo, la mala calidad del combustible, un elevado consumo de aceite con motores mecánicamente gastados o la combustión de líquido refrigerante debido a una junta de la culata dañada, que favorecen los encendidos por incandescencia (los depósitos presentan incandescencia residual).
Una gran acumulación de depósitos suele deberse a la mala calidad del combustible y a la combustión del aceite en motores defectuosos
Rotura del aislador
Una rotura del aislador como la que se aprecia en esta imagen puede dañar el motor. Dichas roturas suelen deberse a la utilización de un par de apriete incorrecto o a que las bujías han caído sobre una superficie dura antes del montaje (como por ejemplo, el suelo del taller).
La rotura del aislador puede dañar el motor
Fusión
En esta bujía, el electrodo de masa y el central se han fundido. Esto sucede cuando la bujía se sobrecalienta. En tal caso, es posible que el pistón también se funda, debido, por ejemplo, a que la bujía elegida no es la correcta (grado térmico incorrecto) o a que el motor no funciona correctamente (picado de bielas o incandescencia residual).
Cuando una bujía de encendido se sobrecalienta, los electrodos de masa y centrales se funden
Carbonilla
Aquí se puede ver una bujía llena de carbonilla. La carbonilla aparece cuando la bujía funciona a menudo por debajo de su temperatura de autolimpieza (450 ºC), por ejemplo cuando sólo se realizan trayectos cortos o si se ha elegido un grado térmico incorrecto (demasiado frío).
La carbonilla aparece cuando la bujía se utiliza a menudo por debajo de su temperatura de autolimpieza (450 ºC)
La bujía de encendido desempeña un papel fundamental en el motor de gasolina: es la encargada de encender la mezcla de aire y combustible. La calidad de este encendido influye en muchos aspectos fundamentales para el funcionamiento del vehículo y para el medio ambiente, como la suavidad de marcha, el rendimiento y la eficiencia del motor y las emisiones contaminantes.
Si nos paramos a pensar que una bujía tiene que encender la mezcla entre 500 y 3500 veces por minuto, entenderemos la importancia de contar con una tecnología de encendido moderna para poder cumplir las normas relativas a los gases contaminantes y para poder reducir el consumo de combustible.
La chispa que enciende la mezcla
En el motor de gasolina se aspira aire a un cilindro, y por otra parte se inyecta combustible a través del sistema de inyección de gasolina. Se genera así una mezcla inflamable que se enciende con las chispas producidas por la bujía.
Funcionamiento del motor de gasolina
1. Aspiración: El pistón baja, y así entra aire ambiental y combustible a través de las válvulas de admisión
2. Compresión: El pistón sube. Se comprime la mezcla en el cilindro. La explosión se produce en la zona del "punto muerto" superior.
3. Funcionamiento: La temperatura de combustión de la cámara sube hasta 2600 °C, y la presión hasta 120 bar. El pistón presiona hasta 20 metros por segundo en dirección al cigüeñal.
4. Emisión: El gas de escape sale por las válvulas de escape cuando el pistón vuelve a subir.
Estructura de una bujía de encendido
Sección de una bujía de encendido
Conexión
El acople es una conexión SAE o rosca de 4 mm. En ella se conecta el cable de encendido o una bobina de varilla, desde donde (en ambos casos) deberá transportarse una tensión alta al otro extremo de la bujía.
Aislador
El aislador cerámico tiene dos funciones. Sirve básicamente para aislar, evitando que se produzca un salto de la tensión alta a la masa del vehículo (= menos) y conducir el calor de la combustión a la culata.
Barreras de la corriente de escape
En la parte externa del aislador, las barreras de la corriente de escape con forma ondulada evitan la salida de la tensión a la masa del vehículo. Alargan el trayecto que hay que recorrer y aumentan la resistencia eléctrica. De esta forma garantizan que la energía recorre el trayecto de menor resistencia: a través del electrodo central.
Resistencia antiparasitaria
Para garantizar la compatibilidad electromagnética (CEM) y el funcionamiento correcto del sistema electrónico de a bordo, en el interior de la bujía hay un vidrio fundido que funciona como resistencia a las interferencias.
Electrodo central con núcleo de cobre
El electrodo central de una bujía de encendido estándar consta normalmente de una aleación de níquel. Desde el extremo de este electrodo, la chispa tiene que saltar al electrodo de masa. Los electrodos centrales de NGK disponen de un núcleo de cobre que mejora la conductividad del calor.
Carcasa metálica con rosca
La carcasa metálica también desempeña una función importante en la conducción del calor de la bujía. En las bujías de NGK las roscas son siempre en espiral y, a diferencia de las roscas cortadas, presentan la ventaja de que no tienen cantos vivos, por lo que no pueden dañar la cavidad roscada de la culata.
Anillo obturador
El anillo obturador evita que salga gas de combustión por la bujía, incluso cuando la presión de la combustión sea muy alta. De esta forma se evitan pérdidas de presión. Por otra parte, conduce el calor a la culata y equilibra los diferentes comportamientos de expansión de la culata y la caja de la bujía.
Juntas interiores
Las juntas interiores forman una unión resistente a los gases entre el aislador y la caja metálica. Para garantizar una estanqueidad óptima se forma un círculo con polvos de talco en otros dos anillos obturadores que se cae en el proceso de fabricación de la bujía.
Electrodo de masa
El electrodo de masa de una bujía de encendido estándar está fabricado con una aleación de níquel. En el funcionamiento normal, representa el polo opuesto al electrodo central.
Lugar de montaje de la bujía de encendido
La bujía de encendido se atornilla en la culata.
El extremo que apunta hacia el exterior es la parte en la que se acopla. En función de la tecnología utilizada, aquí se conecta la pipa de bujía del cable de encendido o, en los modelos más modernos, una bobina de varilla.
El otro extremo de la bujía se introduce en la cámara de combustión. En ella se encuentran dos electrodos, entre los cuales se produce una descarga disruptiva y, con ella, el encendido.
Posición de montaje de la bujía en el motor
Comportamiento térmico
Una bujía moderna es una bujía que se adapte a cada motor y a las diferentes situaciones de marcha. No existe ninguna bujía que funcione perfectamente en todos los motores.
Dado que la evolución térmica de los motores en la cámara de combustión difiere de unos a otros, se necesitan bujías con diferentes valores térmicos. Este valor se expresa mediante el llamado rango térmico. Estos grados térmicos indican la temperatura media que corresponde a la carga del motor, medida sobre los electrodos y el aislador.
El rango térmico indica la temperatura media que corresponde a la carga del motor, medida sobre los electrodos y el aislador
El rango térmico óptimo
Las bujías necesitan un determinado rango térmico para poder funcionar correctamente. El valor mínimo se sitúa en 450 ºC (temperatura de la bujía): la llamada temperatura de limpieza automática A partir de este rango de temperatura se queman las partículas de carbonilla depositadas en la punta del aislador.
Si la temperatura de funcionamiento permanece mucho tiempo por debajo de dicho valor, las partículas de carbonilla, que son conductoras de electricidad, se pueden depositar hasta que la tensión de encendido sale por encima de la capa de carbonilla a la masa del vehículo en lugar de formar una chispa.
A partir de una temperatura de las bujías de 850 °C, el aislador se calienta tanto que se pueden producir detonaciones incontroladas en su superficie, los denominados encendidos por incandescencia. Dichas detonaciones incontroladas que no son normales pueden dañar el motor.
El grado térmico
La formación del calor varía fuertemente de motor a motor. Por ejemplo, los grupos turboalimentados alcanzan una temperatura mucho mayor que los motores no cargados.
Por tal motivo existe una bujía para cada motor, que puede transmitir una cantidad exacta de calor a la culata y garantizar así que se mantiene el rango térmico óptimo.
El llamado grado térmico facilita información sobre la resistencia de una bujía a la alta temperatura. En el caso de las bujías NGK, cuanto mayor es el grado térmico, mayor será la resistencia térmica.
El rango térmico se indica en la placa de tipo de las bujías NGK.
Disipación del calor y flujo térmico
Aproximadamente el 60 % del calor se disipa a través de la caja de la bujía y la rosca. El anillo obturador transmite menos del 40 % a la culata. El porcentaje que falta hasta alcanzar el 100 % sale por el electrodo central.
El aislador recoge el calor de la cámara de combustión y lo conduce al interior de la bujía. En todos los puntos en contacto con la caja se transfiere calor.
Aumentando o reduciendo dicha superficie de contacto se puede transmitir más o menos calor a través de la caja.
En las bujías de encedido con mayor resistencia térmica, la superficie de contacto es mayor. En las bujías de encendido con menor resistencia térmica, es menor.
Disipación del calor de las bujías con diferente resistencia térmica en el motor
Cómo descifrar el código NGK
Seguramente se ha preguntado más de una vez qué significan las combinaciones de letras y números que aparecen en las bujías de NGK y sus envases.
La combinación alfanumérica que se puede ver en todas las bujías NGK no indica sólo el modelo, sino que se trata de una fórmula lógica que contiene información detallada importante para el funcionamiento de las bujías.
Esta fórmula ha permitido a NGK estandarizar toda su gama y facilitar información sobre las características específicas de cada bujía.
A su vez, este sistema facilita el manejo y la selección correcta de bujías NGK tanto en relación con los equipos originales en los fabricantes de vehículos como a la hora de la distribución, en los talleres y para los clientes.
El código consta de las siguientes partes:
[ul][li]La combinación de letras (1-4) delante del grado térmico informa sobre el diámetro de la rosca, la anchura de la llave hexagonal y el diseño.[/li][li]La 5ª posición (cifra) indica el grado térmico. [/li][li]La 6ª letra indica la longitud de la rosca. [/li][li]La 7ª letra contiene información sobre las características constructivas específicas de las bujías. [/li][li]La 8ª posición (cifra) indica las distancias especiales entre electrodos.[/li][/ul]
Mantenimiento de bujías
El desgaste que presentan las bujías viejas que se desmontan del motor permiten saber con claridad si el motor funciona bien o no. Una bujía de encendido que haya sido desmontada de un motor que funcione correctamente presenta un aspecto "reseco": las zonas circundantes de los electrodos tienen un aspecto seco, agrisado y presentan matices de entre blanco, amarillo y marrón. Los electrodos, al igual que el saliente visible del aislador, no permiten detectar normalmente ningún indicio significante de daños.
Fotos de bujías dañadas
Aspecto normal
Este es el aspecto que presenta una bujía intacta. La coloración blanca-gris no significa nada, se debe a los aditivos del combustible que no se han quemado completamente y es la consecuencia de una combustión regulada normal.
Una bujía intacta presenta una coloración blanca-gris
Depósitos
Aquí se puede ver una bujía con muchos depósitos. El motivo puede ser, por ejemplo, la mala calidad del combustible, un elevado consumo de aceite con motores mecánicamente gastados o la combustión de líquido refrigerante debido a una junta de la culata dañada, que favorecen los encendidos por incandescencia (los depósitos presentan incandescencia residual).
Una gran acumulación de depósitos suele deberse a la mala calidad del combustible y a la combustión del aceite en motores defectuosos
Rotura del aislador
Una rotura del aislador como la que se aprecia en esta imagen puede dañar el motor. Dichas roturas suelen deberse a la utilización de un par de apriete incorrecto o a que las bujías han caído sobre una superficie dura antes del montaje (como por ejemplo, el suelo del taller).
La rotura del aislador puede dañar el motor
Fusión
En esta bujía, el electrodo de masa y el central se han fundido. Esto sucede cuando la bujía se sobrecalienta. En tal caso, es posible que el pistón también se funda, debido, por ejemplo, a que la bujía elegida no es la correcta (grado térmico incorrecto) o a que el motor no funciona correctamente (picado de bielas o incandescencia residual).
Cuando una bujía de encendido se sobrecalienta, los electrodos de masa y centrales se funden
Carbonilla
Aquí se puede ver una bujía llena de carbonilla. La carbonilla aparece cuando la bujía funciona a menudo por debajo de su temperatura de autolimpieza (450 ºC), por ejemplo cuando sólo se realizan trayectos cortos o si se ha elegido un grado térmico incorrecto (demasiado frío).
La carbonilla aparece cuando la bujía se utiliza a menudo por debajo de su temperatura de autolimpieza (450 ºC)
