Wat is een bougie en wat is zijn taak?

Wat is een bougie en wat is zijn taak?
De bougie is onderdeel van het ontstekingssysteem van een benzinemotor. Hij ontsteekt het samengeperste lucht-brandstof mengsel in de benzinemotor door middel van een elektrische vonk. In 1860 vindt de Belg Etienne Lenoir de bougie uit met elektrische ontsteking. Hij integreerde de vonkinductor van Heinrich Daniel Ruhmkorff, vaak Ruhmkorff-inductor genoemd. De ontsteking van een mengsel brandstof en lucht door een vonk werd beschreven door de Italiaanse natuurkundige Volta in 1777, daarna door Isaac de Rivaz in 1807. In 1860 gebruikte Etienne Lenoir een elektrische bougie in zijn eerste verbrandings-motor; sindsdien wordt hij algemeen gezien als de uitvinder van de bougie.

Benzinemotor de standaard
De allereerste patenten voor bougies werden verkregen door Nikola Tesla, Frederick Richard Simms en Robert Bosch. Maar de uitvinding van de eerste commerciële hoogspanningsbougie in 1902 door Gottlob Honold, een van Robert Bosch' ingenieurs, gecombineerd met een ontstekingssysteem maakte het mogelijk dat de benzinemotor de standaard zou worden voor de hedendaagse motorvoertuigen.

Een bougie bestaat uit een metalen bougiehuls met metrische schroefdraad en een zeskant met één of meer massa-elektroden. Daarnaast zijn er een porseleinen isolator die gasdicht bevestigd en in de metalen bougiehuls vastgefelst is en een centrale elektrode met aan de bovenzijde een bevestigingspunt voor de bougiekabel. De bougiehuls is uit staal vervaardigd. Deze dient niet alleen voor de bevestiging van de bougie, maar heeft ook tot doel een goede warmteafvoer van de isolator te waarborgen. Voor het (de)monteren van een bougie is een speciale bougiesleutel nodig, het gebruik van een steeksleutel kan tot vervorming van de bougiehuls leiden en waardoor lekkage kan ontstaan.

Keramische isolator
De isolator wordt niet alleen aan hoge temperaturen, maar ook aan grote temperatuurwisselingen blootgesteld. Naast een goede isolatie bij hoge temperaturen dient de isolator ook een grote thermische vastheid te bezitten. Anno 2016 gebruikt men alleen nog keramische isolatoren. De vroeger veel toegepaste materialen, zoals speksteen, porselein of steatiet voldoen niet meer aan de hoge eisen welke aan isolatievermogen en thermische vastheid worden gesteld. Vrijwel alle grotere bougiefabrikanten gebruiken gesinterd corundum voor de isolator.

De centrale elektrodepen is gasdicht in de isolator gekit of ingesmolten. Deze dient om de hoogspanning naar de massa-elektrode te geleiden. Tevens heeft de centrale elektrode de taak de ontwikkelde warmte van de isolatorneus af te voeren. De elektrodepen wordt daarom uit een goed warmtegeleidend materiaal vervaardigd. Bij normale bougies gebruikt men meestal legeringen van staal en nikkel. Het uiteinde van de centrale elektrode bevindt zich op een door de fabrikant voorgeschreven afstand van de massa-elektrode en over die afstand springt de vonk over.

Hoge temperaturen
De bougie dient om net voor het einde van de compressieslag het aangezogen gasmengsel in de cilinder door een elektrische vonk tot ontbranding te brengen. Op het juiste ogenblik, wanneer de zuiger van de desbetreffende cilinder bijna aan het einde van de compressieslag staat, wordt een stroomstoot van zeer hoge spanning door de bougie gevoerd, zodat tussen de centrale elektrode en de massa-elektrode een vonk overslaat. De overspringende vonk ontsteekt de brandbare gasdeeltjes in het vonkgebied, waarbij een grote warmte wordt ontwikkeld en de inhoud van de verbrandingsruimte binnen zeer korte tijd door de voortplanting van het vlammenfront tot ontbranding wordt gebracht.

Wil je verzekerd zijn van een goede werking van de bougie, dan dienen de volgende drie punten in acht te worden genomen: de elektrodeafstand, warmtegraad en algemene toestand. De elektrode brandt bij gebruik iets af en daarom moet de elektrodeafstand regelmatig worden gecontroleerd en zo mogelijk worden bijgesteld op de door de fabrikant aangegeven waarde. Een te grote afstand leidt tot een hogere ontstekingsspanning wat ten koste gaat van de vonkduur, of in het slechtste geval heeft men geen vonk. Het meten van de elektrodeafstand gebeurt met een voelermaat.

Goede werking
Om optimaal te presteren mag de temperatuur van de isolatorneus niet langdurig te hoog of te laag zijn. Bij een te hoge temperatuur kan het gasmengsel door de gloeiende isolator tot ontbranding worden gebracht voordat de vonkoverslag plaatsvindt. Bij een te lage temperatuur wordt de zelfreinigingstemperatuur niet bereikt waardoor sterke roetvorming ontstaat welke elektrisch geleidend is, hierdoor kan de bougie uitvallen.

Om te bereiken dat de bougie is aangepast aan de thermische omstandigheden van het type motor waarin deze wordt gebruikt zijn ze verkrijgbaar met verschillende warmtegraden. De warmtegraad drukt het vermogen uit van een bougie om warmte op te nemen en af te voeren. Bij een ‘koude’ bougie is het aan de hitte van de verbrandingsgassen blootgestelde isolatorgedeelte relatief kort waardoor de warmte snel aan de cilinderkop wordt afgeven. Bij een "warme" bougie is de isolatorneus langer waardoor de warmteopname groter is. Wat de algemene toestand van de bougie betreft, deze mag niet vervuild zijn door koolafzetting of loodresten. Een bougie, gebruikt onder normale omstandigheden met de juiste bedrijfstemperatuur, heeft een aanslag die licht gekleurd of grijs is.

Voor dieselmotoren zijn bougies niet nodig, omdat hier de brandstof op het juiste moment wordt ingespoten in de aangezogen hoog gecomprimeerde lucht boven de zuigers, waardoor dit gasmengsel zelfontbrandend is. Wel tref je in een dieselmotor soms een gloeibougie aan. Dat is een elektrisch verwarmingselement dat het gasmengsel in een koude dieselmotor voorverwarmt, zodat het gasmengsel zijn zelfontbrandingstemperatuur kan bereiken.

Tekst: Wikipedia
Bewerking: Arno Lommers
Dit artikel is gepubliceerd op 7 februari 2016

Deel dit artikel op social media

Dit bericht delen op LinkedIn