Vonkprop

'n Vonkprop is 'n elektriese toestel wat in die silinderkop van binnebrandenjins inskroef en is verantwoordelik vir die ontsteking van die saamgeperste brandstof-lugmengsel deur middel van 'n elektriese vonk. Vonkproppe het 'n geïsoleerde middelste elektrode wat deur middel van 'n goed geïsoleerde draad aan 'n induktiewe stroombaan buite die enjin gekoppel is. Die stroombaan wat deur 'n geaarde terminaal na die basis van die vonkprop bedraad is, word deur 'n vonkgaping aan die binnekant van die silinder onderbreek. Een van die eerste vonkproppe wat uitgevind is, is deur Nikola Tesla ontwikkel, VSA patent no. 609,250, (1898).

Binnebrandenjins kan verdeel word in vonkontsteekte enjins, wat 'n vonk benodig om verbranding aan die gang te sit en kompressie-ontstekingsenjins (dieselenjins), wat die lug-brandstofmengsel saampers totdat dit warm genoeg is om spontaan te ontbrand. Kompressie-ontstekingsenjins gebruik soms 'n gloeidraad om die aanskakeling in koue weer te vergemaklik.

Vonkproppe kan ook soms in ander toepassings aangewend word soos in industriële oonde waar 'n brandbare mengsel ontsteek moet word.

Bedryf

Die spanningsval tussen die elektrode en die basis word deur die induksieklos opgewek en kan duisende volt bereik. Aanvanklik sal geen stroom vloei nie, aangesien die gaping 'n weerstand teen stroomvloei bied. Wanneer die spanning egter sodanig styg om die diëlektriese sterkte van die gasse te oorskry, word die gas geïoniseer en gelei die gasse elektrisiteit wat dan die vonk tot gevolg het. Die stroom elektrone wat oor die gaping vloei laat die temperatuur styg tot so hoog as 60 000 K. Die intense hitte in die vonk veroorsaak dat die gas vinnig uitsit en basies 'n ontploffing in die kleine. Die vonk wat waargeneem word is niks anders as die geïoniseerde gas wat lig uitstraal vanweë die opwekking en terugval van elektrone rondom die kern nie.

Die hitte en drukkrag veroorsaak dat die gasse met mekaar reageer en lei tot die vorming van 'n klein vuurbal in die vonkgaping. Die grootte van die vuurbal hang af van die samestelling van die mengsel tussen die elektrodes en die mate van turbulensie in die verbrandingskamer ten tye van die vonk. 'n Klein vlamkern sal veroorsaak dat die enjin sal loop asof die tydreëling vertraag is en 'n groter een sal hom laat loop asof die tydreëling vervroeg is vir daardie spesifiek verbrandingsiklus.

Onderdele van 'n vonkprop

'n Vonkprop

'n Vonkprop bestaan uit 'n omhulsel, 'n isolator en 'n geleier. Dit word in die muur van die verbrandingskamer geskroef en moet daarom die verbrandingskamer teen die hoë drukke en temperature seël, sonder om oor 'n bepaalde tydperk met gereelde gebruik agteruit te gaan.

Terminaal

Die bopunt van die vonkprop bevat 'n terminaal waaraan die ontstekingstelsel gekoppel word. Die presiese ontwerp hang van die gebruik van die vonkprop af. Die meeste passasiersmotors se vonkproppe se drade knip eenvoudig oor die terminale van die prop, maar somtyds is dit nodig om die drade met 'n moer aan die vonkprop vas te maak. Baie terminale word so ontwerp dat hulle op albei wyses gekonnekteer kan word.

Kartelings

Die fisiese vorm van die kartelings verbeter die werking van die isolator en voorkom dat elektriese energie uit die terminaal uitlek na die metaalomhulsel langs die isolator af. Die onderbreekte en langer pad veroorsaak dat die elektriese stroom meer weerstand op die oppervlak van die vonkprop teëkom.

Isolator

Die isolator word tipies gemaak van 'n aluminiumoksied gebaseerde keramiek wat ontwerp word om temperature van so hoog as 650 °C en 60 000 V te weerstaan. Dit strek vanaf die metaalomhulsel tot binne in die verbrandingskamer. Die presiese samestelling en lengte van die isolator bepaal deels die hitte bestek van die vonkprop.

Seëls

Die vonkprop word ook van 'n seëls voorsien om te verhoed dat daar geen lekkasie vanuit die verbrandingskamer by die vonkprop se skroefdraad verbylek nie.

Metaalomhulsel

Die metaalomhulsel van die vonkprop dra die wringkrag wat uitgeoefen word wanneer die vonkprop vasgedraai word en dien om hitte vanaf die isolator na die silinderkop weg te gelei. Verder dien dit ook as aarding vir die vonke wat vanaf die middelste elektrode na die kant-elektrode toe spring.

Isolatorpunt

Die punt van die isolator wat die middelste elektrode binne-in die verbrandingskamer omring het 'n direkte invloed op die werkverrigting van die vonkprop en beïnvloed veral die hitte-bestek waarin die vonkprop aangewend kan word.

Aardelektrode

Die kantelektrode word gemaak van 'n staal met 'n hoë nikkel inhoud en is aan die kant van die metaalomhulsel vasgesweis. Die aardelektrode word ook baie warm veral op vonkproppe met 'n uitstaande neus. Sommige ontwerpe maak van veelvuldige aardelektrodes gebruik wat nie bo-oor die middelste elektrode span nie.

Middelste elektrode

Die middelste elektrode kan van koper, nikkel-yster of edelmetale gemaak word. Die middelste elektrode word gewoonlik ontwerp om elektrone af te gee (die katode) omdat dit (normaalweg) die warmste deel van die vonkprop is en dit makliker is om elektrone vanaf 'n warm oppervlak vry te stel. Elektrone word ook makliker vrygestel vanaf skerp punt of rand eerder as vanaf 'n plat oppervlak. Dit sou dus makliker wees om die vonk op 'n skerp gepunte elektrode te laat ontstaan maar so 'n elektrode sou baie gou verweer. Die vonke veroorsaak geleidelik verweer van die elektrode en dit is om hierdie rede dat vonkproppe met gereelde diensintervalle vervang word. Die ontwikkeling van hoë temperatuur edelmetaalelektrodes (wat metale soos onder andere platinum gebruik) maak gebruik van 'n kleiner middel-elektrode met skerper randjies maar wat nie smelt of verweer nie. Die kleiner elektrode absorbeer ook minder hitte vanaf die vonk en die aanvanklike vlamenergie. Die tipe vonkproppe laat dus heelwat langer diensintervalle toe.

Vonkpropgaping

Vonkproppe word tipies ontwerp om 'n vonkgaping te hê wat deur 'n werktuigkundige wat die installasie doen, verstel kan word deur eenvoudig die grondelektrode te buig om dit verder of nader aan die middel-elektrode te bring. Daar kan nie aanvaar word dat vonkproppe in die fabriek reeds korrek verstel is nie aangesien baie vonkproppe veeldoelige aanwendings het en in verskeie enjins met verskillende gapingvereistes gebruik kan word. Doelgemaakte maatstafies is beskikbaar om die presiese gaping vas te stel (Let wel die stafies is rond en word verkies bo die maatplaatjies met die plat lemme wat tipies gebruik word om vonkverdelers se punte of stootklepslag te meet vanweë die vorm van die elektrodes). Met moderne enjintegnologie waar elektroniese vonkverdelers en gerekenariseerde brandstofinspuiting algemeen aangewend word, is die gapings heelwat groter as in die tydperk van vergassers en stroombreker-vonkverdelers, tot so 'n mate dat vonkpropmeettoerusting van daardie era gans te klein is om die gapings op 'n moderne motor se vonkproppe te meet.

Die verstelling kan redelik krities wees en 'n enjin met swak verstelde vonkproppe kan sleg loop of selfs glad nie. 'n Te nou gaping mag 'n te klein of swak vonkie afgee wat onvoldoende kan wees om die lug-brandstof mengsel behoorlik te ontsteek, terwyl 'n te wye gaping kan verhoed dat die vonkprop glad nie vuur nie. In ieder geval kan 'n vonkprop wat slegs met tussenposes faal nie dadelik opgemerk word nie maar net waarneembaar wees in die verswakking van die enjin se werkverrigting en brandstofverbruik. Soos die vonkprop ouer word en die punt van die metaalelektrode verweer sal die gaping neig om groter te word en daarom sal ervare werktuigkundiges die gaping op die vervaardiger se minimum vereiste gaping stel eerder as in die middel van die aanvaarde bestek om 'n langer lewensduur vir die vonkprop te verseker.

Variasies in vonkpropontwerp

Met die jare het verskeie ontwerpe op die basiese vonkprop ontwerp ontstaan in 'n poging om beter ontsteking, langer lewensduur of beide te verseker. Sulke variasies sluit die gebruik van drie eweredig gespasieërde grondelektrodes rondom die middel-elektrode in asook die gebruik van 'n V-vormige keep in die punt van die grondelektrode.

Die verseëling van die silinderkop

Die meeste vonkproppe seël die silinderkop met 'n hol metaalwasser wat effens tussen die twee seëloppervlaktes, net bokant die skroefdraad, saamgepers word. As die wringkrag wat gebruik word om die vonkprop te installeer nie te veel is nie kan die wasser weer hergebruik word wanneer die prop verwyder en weer teruggesit word, al word hierdie praktyk streng gesproke nie aanbeveel nie.

Ford se enjins het eens op 'n tyd 'n unieke tapse (koniese) gat in die silinderkop gebruik met 'n bypassende koniese vonkprop bokant die skroefdraad om die prop te seël. Die vereiste wringkrag om hierdie proppe te installeer en te verwyder was baie groter gewees en onervare werktuigkundiges het dikwels die vonkproppe gebreek in 'n poging om hulle te verwyder.

Uitsteek van punt

Die lengte van die skroefdraadgedeelte van die prop moet ook pas by die dikte van die silinderkop. As 'n vonkprop te ver in die verbrandingskamer insteek mag dit deur die suier getref word en interne skade veroorsaak. Indien die vonkprop nie deur die suier getref word nie kan die skerp rande van die skroefdraad as puntbronne vir hitte dien wat vroeë ontsteking in die hand werk; verder kan neerslae in die voë van die skroefdraad dit moeilik maak om die vonkprop te verwyder tot so 'n mate dat die aluminiumsilinderkoppe beskadig kan word tydens die verwydering daarvan. Die vonkprop se werkverrigting kan ook negatief daardeur beïnvloed word.

Hittebestek

Die bedryfstemperatuur van 'n vonkprop is die werklike fisiese temperatuur aan die punt van die vonkprop in 'n lopende enjin. Dit word bepaal deur 'n aantal faktore maar hoofsaaklik deur die temperatuur binne in die verbrandingskamer. Daar is geen direkte verwantskap tussen die werklike temperatuur aan die punt van die prop en die vonkspanning nie. Die maksimumtemperatuur en -druk in 'n enjin word bereik wanneer 'n enjin by sy piekwringkraguitset bedryf word. Die temperatuur van die isolator reageer op die termiese omstandighede waaraan dit in die verbrandingskamer blootgestel word. As die punt van die vonkprop te warm word kan dit vroeë ontsteking veroorsaak en klop veroorsaak wat skade tot gevolg mag hê. As dit te koud is kan neerslae wat elektrisiteit gelei op die isolator vorm en 'n verlies aan vonkenergie teweeg bring of selfs 'n kortsluitng in die ontstekingsbaan veroorsaak.

'n Vonkprop word gesê om warm te wees as dit hitte beter isoleer en verseker dat meer hitte op die punt behoue bly. 'n Vonkprop word koud genoem as dit meer hitte van die punt af weggelei en 'n laer temperatuur teweeg bring. Die hittebestek van 'n vonkprop word tipies met 'n getal aangedui, met sommige vervaardigers wat toenemende getalle gebruik om warmer proppe aan te dui en sommige wat afnemende getalle gebruik soos die proppe warmer word.

Die hittebestek van 'n vonkprop (in wetenskaplike terme sy termiese geleidingsvermoë kenmerke) word deur die bou van die vonkprop beïnvloed: Die tipe materiale wat gebruik is, die lengte van die isolator en die oppervlak van die prop wat binne-in die verbrandingskamer blootgestel is. Die keuse van vonkprop is 'n balans tussen die behoefte om die punt warm genoeg te hou wanneer die enjin luier om neerslae te verhoed en koud genoeg wanneer die enjin teen maksimum kraglewering bedryf word om enjinklop te vermy. Deur die warm en koue vonkproppe van dieselfde vervaardiger te bestudeer kan 'n mens duidelik die verskille sien. Die kouer proppe het dunner keramiek isolators wat die gaping tussen die middel-elektrode en omhulsel skei terwyl die warmer proppe van dikker keramiek isolators voorsien is om die omhulsel en punt beter van mekaar te skei en te verhoed dat die hitte te vinnig wegvloei.

Foutsporing deur bestudering van vonkproppe

Toerusting waarmee vonkproppe bestudeer kan word

Die vonkprop word deur die interne omgewing van die verbrandingskamer beïnvloed. Aangesien die vonkprop maklik vir inspeksiedoeleindes verwyder kan word, kan die verbrandingseienskappe van die enjin bestudeer word aan die hand van hoe die prop daar uitsien. Enjin- en vonkpropvervaardigers publiseer dikwels inligting aangaande die kenmerklike tekens om na uit te kyk.

'n Ligte bruin verkleuring van die punt toon goeie bedryf; ander toestande mag foute aandui. 'n Prop wat lyk of hy gesandstraal is beteken dat die enjin voortdurend besig is om te klop (dit mag selfs dikwels onhoorbaar wees). Dieselfde skade wat aan die punt van 'n vonkprop waargeneem word kan binne in die silinder te wagte wees. As die prop te koud is sal daar baie neerslag teenwoordig wees op die neus van die prop. Andersyds as die prop te warm is sal die porselein poreus lyk wat dui op neerslae wat gesmelt het in die omgewing van die middel-elektrode.

'n Mens kan gebruik maak van vergrootglase met 'n helder lig om die vonkproppe na behore te inspekteer.

Die meeste moderne enjins se temperatuurbestek in die verbrandingskamer word baie goed beheer en is sulke inspeksies bitter selde nodig, behalwe in veel ouer motors.

Sien ook

Ontstekingstelsel

Eksterne skakels

Galery

Vonkproppe, Autovision Museum, Altlußheim, Duitsland