O que faz uma vela de ignição e como funciona
Tal como os motores a diesel, os motores a gasolina dependem da combustão de uma mistura de combustível e ar nos seus cilindros para manter o motor em funcionamento, razão pela qual são conhecidos coletivamente como motores de combustão interna. No entanto, ao contrário do diesel, onde a combustão pode ocorrer espontaneamente sob a compressão da mistura combustível/ar, um motor a gasolina necessita de uma faísca para inflamar a mistura, o que é conseguido através da utilização de velas de ignição.
Quando a faísca ocorre, é controlada com precisão pelo sistema de gestão do motor, mas no momento exato, o sistema de ignição fornece uma breve explosão de energia de alta tensão à vela de ignição, o que cria uma faísca que se desloca através de um pequeno espaço entre o elétrodo central e o elétrodo de terra na ponta da vela de ignição, que é aparafusada na parte superior do cilindro do motor. No centro desta faísca, a temperatura pode atingir brevemente ou mesmo ultrapassar os 10.000°C, o que fornece calor suficiente para inflamar a mistura no cilindro.
O processo de combustão é, por conseguinte, uma das partes mais importantes de todo o ciclo de funcionamento do motor e, se a combustão não for eficiente, o motor não produzirá a potência necessária. Além disso, uma combustão ineficaz gera níveis elevados de poluentes e resulta num consumo excessivo de combustível.
É o calor produzido pelo processo de combustão que faz com que os gases comprimidos no cilindro se expandam e empurrem o pistão para baixo no cilindro, mas é a vela de ignição que é necessária para criar a faísca inicial de alta temperatura que inicia todo o processo de combustão e a vela de ignição deve ser capaz de continuar a fornecer uma faísca durante muitos milhares de quilómetros e muitos milhões de ciclos de combustão.
Assim, embora o objetivo da vela de ignição seja garantir que a mistura combustível/ar seja inflamada de forma consistente e eficiente, a sua principal tarefa é utilizar a energia de alta tensão para produzir uma faísca muito rápida e intensamente quente. As tensões situam-se normalmente na gama de 10 000 a 40 000 volts (10kV a 40kV), mas a tendência crescente é para tensões de 45kV e superiores. A construção da vela de ignição deve, por conseguinte, incluir um bom isolamento entre os diferentes componentes da vela de ignição para garantir que a alta tensão não se escape ou provoque um curto-circuito noutros componentes.
O ciclo de compressão e combustão também produz pressões muito elevadas, o que significa que tem de haver uma vedação eficaz entre o invólucro da vela de ignição e o motor. No entanto, a construção da vela de ignição deve também incluir uma vedação interna que impeça a passagem de gases quentes e de alta pressão entre os diferentes componentes da vela de ignição, porque, para além da perda de pressão, se os gases conseguirem atravessar o conjunto da vela de ignição, danificam os componentes da vela.
As características importantes da conceção da vela de ignição são, por conseguinte, a capacidade de resistir a temperaturas elevadas e a variações de temperatura, bem como a capacidade de suportar pressões elevadas; mas, ao mesmo tempo, a vela de ignição deve funcionar com tensões elevadas para produzir uma faísca quente de poucos em poucos milésimos de segundo durante toda a vida útil da vela de ignição.
Para evitar os efeitos nocivos das altas temperaturas, a vela de ignição deve ser capaz de dissipar ou transferir o calor da vela de ignição para a carcaça do motor. Mas o mais importante é que, se for dissipado demasiado calor da vela de ignição, este pode reduzir a temperatura da faísca e provocar uma ignição e combustão deficientes. Além disso, se for dissipado demasiado calor, a vela de ignição pode não ser capaz de queimar os contaminantes.
Construção da vela de ignição
Para poderem trabalhar de forma eficaz e eficiente nestas difíceis condições de funcionamento e para atingirem os requisitos de desempenho corretos, as velas de ignição são construídas em três secções principais: o invólucro, o isolador e os elétrodos, e estas secções contêm componentes individuais que são fabricados a partir de materiais cuidadosamente selecionados.
O exemplo acima mostra a construção de uma vela de ignição DENSO Iridium Power.
O alojamento (item 1) forma um revestimento exterior que rodeia e suporta o isolador e fixa o grupo da vela de ignição ao motor. A anilha ou junta (item 2) constitui uma vedação entre o alojamento da vela de ignição e motor para impedir a fuga de gases durante a compressão e combustão. O elétrodo de massa (item 10) está montado na secção inferior roscada do alojamento, permitindo à corrente elétrica de fluir através do motor de retorno à bateria.
O isolador de base cerâmica (item 3) fornece um isolamento elétrico entre o terminal, veio central e elétrodo central e o alojamento. Com tensões de faísca em alguns sistemas de ignição modernos que excedem 40kV, o isolador deve fornecer as propriedades de isolamento necessárias, com uma espessura de apenas alguns milímetros. Como resultado, as velas de ignição DENSO incorporam um material cerâmico com óxido de alumínio de alta pureza para proporcionar características superiores de resistência ao calor, resistência mecânica e excelente isolamento elétrico. As duas juntas (item 4) fornecem uma vedação hermética entre o alojamento e o isolador.
A alta tensão é fornecida por meio do terminal (item 5) seja por adaptação direta à base da bobina de ignição ou usando um fio/cabo de vela de ignição que conecta o terminal à bobina.
O veio central de aço (item 6) conecta o terminal e o elétrodo central e permite à corrente de alta tensão de fluir do terminal até ao centro. A resistência (item 7), que também é denominada supressor, reduz o pico de corrente da faísca. Sem uma resistência, a corrente de pico irá criar rajadas de campos eletromagnéticos ou ruído rádio, que pode interferir com o equipamento elétrico do automóvel.
O elétrodo central (item 9) é fabricado com materiais, tais como ligas de níquel, que podem resistir a altas temperaturas. Estes materiais também devem ser extremamente duros e resistentes de modo a minimizar o desgaste causado pela erosão da faísca. A secção central do elétrodo (item 8) contém frequentemente um núcleo de cobre para melhorar a condutividade térmica.
Para um melhor desempenho e resistência, os elétrodos centrais podem ser fabricados com uma extremidade de elétrodo construída de metais preciosos que são ainda mais duros que os materiais de elétrodo tradicionais. Estes materiais mais resistentes ao desgaste podem funcionar a temperaturas mais elevadas com um desgaste reduzido, mas outra grande vantagem é que permitem a utilização de elétrodos mais finos, resultando num melhor desempenho da ignição. Estes elétrodos mais pequenos reduzem a tensão necessária, asseguram uma faísca fiável e reduzem o efeito de extinção, melhorando assim o desempenho da ignição.
O elétrodo de terra (ponto 10) está sujeito a mudanças extremas de temperatura no interior da câmara de combustão e, embora seja utilizada uma liga de níquel-crómio para a maioria destes elétrodos, pode ser adicionada platina para prolongar a sua vida útil. Algumas velas de ignição, no entanto, estão equipadas com um elétrodo de massa com núcleo de cobre para melhor condutividade térmica. Tal como acontece com o elétrodo central, os elétrodos de terra mais pequenos do tipo agulha reduzem a tensão necessária, assegurando uma faísca fiável, o que reduz o efeito de extinção e melhora o desempenho da ignição.
Pode encontrar mais detalhes sobre a tecnologia da vela de ignição no Manual da Vela de Ignição DENSO.
Precisam de ser substituídos?
Independentemente da qualidade da vela de ignição, uma vez que funciona num ambiente muito hostil de alta temperatura/alta pressão, com o tempo a sua eficiência diminui e terá de ser substituída, razão pela qual os fabricantes de veículos incluem a substituição da vela de ignição nos intervalos de manutenção programados.
Como encontrar a vela de ignição correta?
Embora haja muitos fatores a considerar, tais como as suas dimensões, projeção e gama de calor, a forma mais fácil de encontrar a opção DENSO correta com base na informação da marca e do modelo ou em referências cruzadas é através do catálogo eletrónico DENSO.
Mais detalhes sobre as velas de ignição DENSO estão disponíveis online na área de produtos DENSO e na área de Download.