Μπουζί: Ο παλμός του κινητήρα

Ο ρόλος του μπουζί είναι να παράγει τον ηλεκτρικό σπινθήρα που προκαλεί την ανάφλεξη του μείγματος αέρα – καυσίμου στο εσωτερικό του θαλάμου καύσης ενός κινητήρα. Το καταφέρνει δημιουργώντας ένα μικρό ηλεκτρικό τόξο στην κορυφή του.



Λίγη ιστορία
Η χρήση ηλεκτρικής σπίθας για την ανάφλεξη του μείγματος έκανε την εμφάνισή της για πρώτη φορά το 1777 και αργότερα τα μπουζί εξελίχθηκαν παράλληλα με τους κινητήρες εσωτερικής καύσης. Το 1860 ο Γάλλος μηχανικός Jean Lenoir κατασκεύασε κάτι που θυμίζει τα σημερινά μπουζί, αφού διέθετε ηλεκτρόδια και μόνωση, το οποίο ήταν μέρος μιας πατέντας για κινητήρα. Η περιγραφή του γινόταν μόλις σε μια πρόταση, αλλά το 1885 βελτίωσε την ιδέα του.
Στις αρχές του 20ού αιώνα οι αδερφοί Stranahan κατάφεραν να κατασκευάσουν ένα πιο αποτελεσματικό και ανθεκτικό μπουζί. Χρησιμοποίησαν πορσελάνη για μόνωση και έκαναν πιο εύκολη τη διαδικασία παραγωγής. Το 1909, το προϊόν τους υιοθετήθηκε από την αυτοκινητοβιομηχανία και άλλαξε τελείως την αγορά των μπουζί.
Από τότε οι αλλαγές στα συστήματα ανάφλεξης, τα καύσιμα και οι απαιτήσεις σχετικά με την απόδοση, οδήγησαν στην εξέλιξη των μπουζί, όμως η βασική λειτουργία και ο σχεδιασμός τους δεν έχει διαφοροποιηθεί σημαντικά, παρά το γεγονός ότι δοκιμάστηκαν πολλά μονωτικά υλικά και διαφορετικός αριθμός ηλεκτροδίων.



Υλικά κατασκευής
Τα ηλεκτρόδια ενός μπουζί είναι συνήθως κατασκευασμένα από κράμα μετάλλου με υψηλή περιεκτικότητα σε νικέλιο, η μόνωση είναι από κεραμικό υλικό και το εξωτερικό περίβλημα από ατσάλι. Η επιλογή αυτών των υλικών έχει γίνει μετά από δοκιμές και έρευνες, ενώ έχουν δαπανηθεί μεγάλα ποσά και χρόνος. Καθώς τα ηλεκτρόδια φθείρονται, το κενό μεταξύ τους μεγαλώνει και τελικά απαιτείται μεγαλύτερη τάση από αυτή που μπορεί να δώσει το σύστημα ανάφλεξης. Για να μειωθεί η απώλεια δύναμης που προκαλεί η φθορά των μπουζί χρησιμοποιούνται ηλεκτρόδια με μεγαλύτερο πάχος, ενώ συχνά χρησιμοποιούνται υλικά όπως χαλκός, ασήμι, χρυσός και πλατίνα. Το ασήμι έχει τη μεγαλύτερη θερμική αγωγιμότητα από όλα, ενώ η πλατίνα αντέχει απέναντι στη διάβρωση.
Το υλικό της μόνωσης παίζει και αυτό πολύ σημαντικό ρόλο στην απόδοση του μπουζί. Οι εταιρείες πειραματίζονται ακόμα για να βρουν νέα υλικά τα οποία ελαχιστοποιούν τη διαρροή ρεύματος από την άκρη του μπουζί προς το εξωτερικό περίβλημα. Το πρώτο μεγάλο βήμα έγινε με τον Σιλλιμανίτη, ένα ορυκτό που βρίσκεται σε φυσική μορφή, ενώ μπορεί να κατασκευαστεί και τεχνητά. Αυτή τη στιγμή οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν κεραμικά υλικά, η διαδικασία κατασκευής των οποίων παραμένει μυστική.



Διαδικασία κατασκευής
Τα βασικά μέρη ενός μπουζί είναι το εξωτερικό περίβλημα, το πλαϊνό ηλεκτρόδιο, η μόνωση και το κεντρικό ηλεκτρόδιο και κατασκευάζονται σε γραμμή παραγωγής.

Το μεταλλικό εξωτερικό περίβλημα κατασκευάζεται με διάφορους τρόπους. Το ατσάλι μπορεί να διαμορφωθεί σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες ή μπορεί να λιώσει και να μπει σε καλούπια προκειμένου να πάρει το σωστό, κούφιο σχήμα του. Διαφορετικά, μπορεί να φτιαχτεί από αυτόματες μηχανές, οι οποίες το διαμορφώνουν και ανοίγουν την κοιλότητα στο κέντρο του περιβλήματος. Με αυτό τον τρόπο βελτιώνεται το φινίρισμα και η όλη κατασκευή γίνεται με μεγαλύτερη ακρίβεια. Σε δεύτερο στάδιο το εξωτερικό περίβλημα ενός μπουζί δέχεται μηχανική κατεργασία προκειμένου να διαμορφωθεί η εξωτερική πλευρά του και να αποκτήσει την τελική του μορφή.

Το πλαϊνό ηλεκτρόδιο κατασκευάζεται από κράμα νικελίου το οποίο βρίσκεται σε ρολά. Ένας μηχάνημα ισιώνει το μέταλλο, κάνει τη συγκόλληση στο εξωτερικό περίβλημα, το κόβει στο κατάλληλο μήκος και κάνει ένα αρχικό λύγισμα (το τελικό θα γίνει όταν ολοκληρωθεί το μπουζί). Στη συνέχεια δημιουργείται το εξωτερικό σπείρωμα και το μπουζί αποκτά μια προστατευτική επίστρωση μέσω διαδικασίας ηλεκτρόλυσης. Κατά τη διάρκειά της, τοποθετείται σε ένα διάλυμα αλάτων, οξέων ή αλκαλίων από το οποίο περνάει ηλεκτρικό ρεύμα. Το αποτέλεσμα είναι να απλωθεί ομοιόμορφα μια λεπτή μεταλλική προστατευτική επίστρωση.

Το κεραμικό υλικό της μόνωσης μπαίνει σε λαστιχένια καλούπια σε υγρή μορφή. Ειδικές πρέσες διαμορφώνουν την κοιλότητα στο κέντρο της μόνωσης όπου θα μπει αργότερα το κεντρικό ηλεκτρόδιο. Αφού βγει από το καλούπι, η μόνωση μπαίνει σε ειδικό καμίνι, οι θερμοκρασίες του οποίου ξεπερνούν τους 1400 βαθμούς Κελσίου. Η όλη διαδικασία ελέγχεται από υπολογιστή προκειμένου το μονωτικό υλικό να αποκτήσει ομοιόμορφα την απαραίτητη δύναμη και να είναι ανθεκτικό απέναντι στην υγρασία. Αφού γυαλιστεί και αποκτήσει στοιχεία ταυτοποίησης, η μόνωση μπορεί να περάσει ξανά από καμίνι.

Το κεντρικό ηλεκτρόδιο είναι και αυτό κατασκευασμένο από κράμα νικελίου και σε πρώτη φάση συγκολλείται σε ένα λεπτό μεταλλικό τμήμα που ξεκινά από το κέντρο του μπουζί και φτάνει μέχρι την άκρη του, η οποία θα δεχθεί το καλώδιο που αργότερα θα το τροφοδοτεί με ρεύμα. Στη συνέχεια, μια πρέσα ενσωματώνει την όλη κατασκευή στο μονωτικό υλικό. Η άκρη του κεντρικού ηλεκτροδίου τριμάρεται, προκειμένου η απόσταση των δυο ηλεκτροδίων να πληροί τις προδιαγραφές και στο πλαϊνό ηλεκτρόδιο γίνεται το τελικό λύγισμα.

Κατά τη διάρκεια κατασκευής και συναρμολόγησης γίνονται έλεγχοι και μετρήσεις που διασφαλίζουν ότι οι ακολουθείται ο αρχικός σχεδιασμός. Τα μηχανήματα πραγματοποιούν συνεχώς οπτικούς ελέγχους για ορατά ελαττώματα, ενώ τα μονωτικά υλικά μεγεθύνονται σε μικροσκόπιο και ελέγχονται. Κατά τη διάρκεια συναρμολόγησης επιλέγονται τυχαία δείγματα προκειμένου να διασφαλιστεί η αποτελεσματικότητα της μόνωσης και η σωστή λειτουργία των μπουζί.