Pocos componentes de un automóvil, sola tan conocidos como las bujías. Además, siempre se precisa que realicen su función de la mejor forma bajo las condiciones más adversas.
Las bujías transportan la corriente de alta tensión hasta el corazón del motor y proporcionan las chispas vitales necesarias para la combustión del combustible. Las bujías parecen muy simples, poco más sofisticadas que el dispositivo original inventado hace más de 120 años; la función que realizan todavía sigue siendo dura y pese a las apariencias, una bujía moderna es el producto de años de investigación y perfeccionamiento.
Una de las dificultades a las que se tienen que enfrentar las bujías son las tremendas temperaturas extremas que deben soportar. En invierno, la temperatura puede descender hasta —30 °C o menos cuando el motor está frío. Por el contrario, cuando el motor se calienta, las temperaturas dentro de la cámara de combustión pueden sobrepasar los 1000 °C.
Una bujía también está sujeta a fuertes índices de presión que pueden variar desde 0,5 a 14 atmósferas en fracciones de segundo. A pesar de esto y de los esfuerzos que ha de soportar por las vibraciones del motor, debe continuar produciendo chispas, quizás a una cadencia de 50 por segundo.
El electrodo
Descendiendo por el centro de la bujía se encuentra una varilla delgada que transporta el voltaje de encendido hasta la cámara de combustión.
Esta varilla o electrodo central, no sólo debe transportar la corriente con una máxima eficacia, sino que también debe soportar los cambios de temperatura sin desgastarse y resistir el efecto corrosivo de los gases.
Por lo general, el electrodo central está construido de una dura aleación de níquel altamente conductiva. Sin embargo, el material utilizado tiende a variar según las características del motor para el que ha sido diseñado. Algunas veces, por ejemplo, la aleación de níquel actúa simplemente como una funda de protección para un núcleo de cobre altamente conductivo.
El extremo superior del electrodo se desliza en un hueco en el tornillo prisionero. Un pegamento inyectado especialmente y un apriete cuidadoso aseguran que el tornillo esté permanentemente sellado en la bujía, impidiendo que haya cualquier escape de gases de la cámara de la combustión.
Sobresaliendo del extremo roscado de la bujía y doblado hacia el electrodo central, se halla el electrodo de masa. Por lo general, este es plano en la sección transversal para permitir que el calor se disperse rápidamente y, de esta forma, se prolongue la vida de la bujía. La holgura de la bujía, a través de la cual salta la chispa, es el espacio existente entre los electrodos central y de masa.
La bujía produce una chispa cuando el distribuidor envía un impulso de corriente de alto voltaje a través de un cable AT hasta el terminal de la bujía y el electrodo central. Si el voltaje es suficientemente alto, la corriente saltará a través de la holgura y regresará a masa a través del cuerpo de la bujía y del bloque del motor. La chispa producida por el salto entre la holgura de la bujía es la que prende el combustible.
La medida exacta de la holgura de la bujía es muy importante. Con una holgura demasiado ancha, se necesita un voltaje extremadamente alto para hacer que la corriente salte y produzca una chispa. Si la separación es demasiado estrecha, la chispa es tan corta que la carga de combustible puede no ser prendida adecuadamente.
La medida de la holgura normalmente está ajustada por el fabricante, pero puede resultar disminuida en el transcurso de su fabricación o depósito, por lo que la holgura debe ser comprobada antes de que instale la bujía en su automóvil. También es conveniente que compruebe la holgura a intervalos regulares, ya que a causa del constante salto de chispas los electrodos tienden a erosionarse.
La holgura precisa varía ligeramente de un automóvil a otro.
En muchos vehículos europeos, la holgura debe de ser de unos 0,6 mm. Sin embargo, en los automóviles para el mercado americano, la holgura debe ser más ancha; es normal una separación de 0,8 mm. Esto es debido a las leyes americanas sobre los gases de escape, que requieren que el automóvil pueda funcionar con un combustible de menor octanaje, sin plomo. Dado que un combustible de bajo octanaje no puede ser comprimido tanto, pues explosionaría espontáneamente, la holgura de la bujía debe de ser más ancha.
Aislamiento
Rodeando por completo el electrodo central, excepto en el punto donde emerge en la holgura de la bujía y en el tornillo prisionero, hay un recubrimiento de material aislante. Antiguamente, el aislante estaba hecho de material de cerámica, pero en la actualidad es de un producto altamente desarrollado de óxido de aluminio. Tal vez el aislante, por su función, ha sido una de las partes de la bujía en la que se han realizado más investigaciones.
Primero, el aislante debe impedir que la corriente de AT se fugue del electrodo. Si se ha producido cualquier escape de corriente, siempre habrá tomado el camino más fácil para llegar a masa, que no es precisamente saltando a través de la separación de los electrodos. Si ocurre esto, la bujía quedará bastante debilitada, o incluso no cumplirá su misión. Confinar la corriente es bastante difícil, porque el voltaje es tan alto (hasta 30 000 voltios) que reventará cualquier imperfección existente en el aislante. Incluso una fisura del tamaño de, un cabello puede ser suficiente para que se produzca una fuga de corriente.
La composición del material aislante es esencial: debe ser un buen aislante y físicamente duro. La forma del aislante también es importante; las aristas en la parte superior de muchas bujías, por ejemplo, no sólo constituyen un anclaje conveniente para sujetar las capuchones de goma de los cables, sino que están diseñadas para reducir las descargas; esto ocurre cuando la corriente de AT escapa y pasa a través de la superficie exterior de la bujía a masa.
La segunda misión del aislante es controlar la temperatura de la punta de la bujía, dispersando el calor en una determinada cantidad. De nuevo, la forma del aislante es tan importante como la elección del material. Pero es la configuración de la punta de la bujía, donde el aislante rodea el extremo del electrodo central, la que resulta esencial para controlar la temperatura de funcionamiento de la bujía. La estructura de esta punta determina el grado térmico de la bujía.
Grado térmico
El control preciso de la temperatura en la punta de la bujía resulta vital.
Si la temperatura de funcionamiento está por debajo de 350 °C, la bujía puede engrasarse. Una bujía se engrasa con la formación de depósitos de aceite e incrustaciones de carbón, ya que la temperatura descrita es demasiado fría para quemarlos. Los depósitos pueden formarse entre la punta del aislante y el casquillo de la bujía, o incluso entre la separación de los electrodos. En cualquier caso, el resultado ‘es el mismo; se produce un cortocircuito de la corriente de AT, que toma el camino más fácil para llegar a masa, por los depósitos en lugar de saltar a través de la holgura. Luego si las bujías son demasiado frías, el motor no funcionará correctamente y tendrá fallos de encendido.
En las bujías montadas en motores con un kilometraje elevado, este problema surge con mucha frecuencia. Esto se debe a que el aceite se filtra en la cámara de combustión a través de las guías de las válvulas y de los segmentos del pistón. Una mezcla demasiado rica o un combustible de mayor octanaje que el recomendado, también acarrean este defecto.
Cuando la temperatura supera los 350 °C, los depósitos de carbón y aceite se queman y el problema del engrase de las bujías desaparece. Pero si la punta de la bujía alcanza los 750 °C o más, pueden surgir otros problemas. Entre 750 °C y 900 °C, se produce la oxidación del combustible: la mezcla de aire también puede ensuciar la bujía y el calor empieza a quemar el electrodo.
Si la bujía supera los 900 °C, se pondrá al rojo y estará lo suficientemente caliente como para encender la carga de aire y combustible sin que se produzca la chispa. Cuando la bujía está tan caliente, la mezcla puede ser combustionada mucho antes, es decir mientras el pistón todavía está subiendo. Esta anomalía se denomina pre encendido.
En el mejor de los casos, el pre encendido hará que su motor funcione de manera irregular. En el peor de ellos, puede producir una serie de fallos que quizás acaben por abrir un agujero en el pistón. Esta avería se debe a que el combustible se inflama mientras el pistón está subiendo y entonces la carga no puede forzarlo a que descienda en el cilindro y se expansione. Mucha de la fuerza de la explosión se convierte en calor y la bujía llega a calentarse más todavía, todo lo cual incrementa el pre encendido.
El calor de la bujía varía con la velocidad y carga del motor. Sin embargo, esta temperatura también depende de la forma en que el aislante dispersa el calor de la punta de la bujía. Si esta dispersión es demasiado rápida, la bujía se enfriará rápidamente y se ensuciará. Si el calor se dispersa lentamente, la bujía se calentará y se oxidará, produciendo el pre encendido.
Ajustando el diseño del aislante al del motor, los fabricantes de bujías intentan asegurar que la bujía permanezca lo suficientemente caliente para evitar que se ensucie cuando el motor funciona lentamente, pero también para que la temperatura no ascienda desmesuradamente, lo que ocasionaría la oxidación o el pre encendido.
Con la ayuda de un instrumento especial puede medirse la temperatura en la punta de la bujía y dibujarse en un gráfico. La diferencia entre un régimen alto y bajo de velocidades del motor nos dará el grado térmico de la bujía. Aunque el diseño de la misma como un conjunto determina el grado térmico de una bujía, la punta del aislante resulta esencial. Si la punta es larga y delgada, el camino que debe recorrer el calor para su dispersión será grande. Las bujías de este tipo se denominan calientes. Si la punta es corta y gruesa, el calor se dispersará rápidamente y la bujía será fría.
Cada fabricante tiene un código diferente para los grados térmicos y es importante que su automóvil monte las bujías del grado correcto. Los vehículos de altas prestaciones tienden a utilizar bujías bastante frías con puntas anchas para dispersar el calor generado por el motor a altas revoluciones. Por el contrario, los utilitarios tienen bujías más calientes diseñadas para impedir que se ensucien y engrasen, y para que puedan quemar los depósitos que se acumulan en los electrodos.