Pääset lukemaan sivustoa tämän mainoksen jälkeen.

Jutut

Moottoritekniikka 2: Sytytystulpat – Oikea tulppa, parempi kipinä

Yksi ongelmallisimmista perämoottorin osista on sytytystulppa. Tulpan toimimattomuus on katkaissut monta matkaa keskelle ulappaa. Usein syynä on vääränlainen tai väärin asennettu sytytystulppa.

24.05.2020

TekstiHeikki Parviainen

KuvatAnton Reenpää, Atte Lakinnoro

ytytystulppa on joskus hieman mystinen kapistus. Useimmiten se toimii moitteetta, mutta toisaalta elämä sen kanssa voi olla todellista taistelua. Tulppa voi lopettaa toimintansa kesken reissun, ja kun sitä vaihtaa, on vaarana tulpan putoaminen veteen. No varatulpathan jokaisella on mukana, mutta silti jatkuviin sytytyshäiriöihin kyllästyy.

Mitä sytytystulppa tekee?

Sytytystulpan kipinä sytyttää sylinterissä olevan polttoaine-ilmaseoksen. Kipinän syntymiseen tarvitaan kymmenien tuhansien volttien suurjännite, joka tuotetaan sytytyspuolassa ja johdetaan tulpanjohtoa pitkin tulpan yläpäähän.

Kipinä muodostuu, kun suurjännite hyppää keskielektrodin ja sivuelektrodin välissä olevaan noin 0,5–1,0 millimetrin raon eli kärkivälin yli ja muodostaa sähköisen valokaaren.

Sytytyksen oikea ajoitus suhteessa männän liikkeeseen säädetään muun muassa moottorin käyntinopeuden ja kuormitustilanteen perusteella.

Tärkeä lämpöarvo

Sytytystulpalla on tietty lämpötila-alue, jossa se toimii parhaiten. Tämä on yleensä 500–700 °C. Käyttölämpötilan alapuolella, noin 400 asteessa on niin sanottu itsepuhdistumislämpötila, jossa tulppaan kertyvä palamisnoki vielä puhdistuu itsestään. Mutta jos esimerkiksi uistellessa tulpan lämpötila pääsee rajalämpötilan alle, on seurauksena tulpan nokeentuminen ja käyntihäiriöt.

Jos tulppa taas lämpenee liikaa, vastaan tulee itsesyttymislämpötila noin tuhannen asteen tietämillä. Silloin kuuma tulppa sytyttää polttoaineen ilman kipinääkin. Itsesyttymisestä käytetään usein myös nimeä hehkusytytys.
Jo aikaisemmin, noin 800 asteessa tulpan elektrodien eroosiokuluminen voimistuu huomattavasti, joten tulppa ei saisi toimia pitkään liian korkeassa lämpötilassa.

Sytytystulpan käyttölämpötilan määrittää moottori ja tulpan lämpöarvo. Oikea lämpöarvo määritellään aina moottorikohtaisesti.

Lämpöarvo kuvaa tulpan lämmönjohtavuutta. Hyvän lämmönjohtavuuden tulpassa lämpö johtuu pois tehokkaasti, eli tulppa pysyy viileänä. Tästä nimitys ”kylmä tulppa”. Korkeaviritteisissä moottoreissa, joilla ajetaan kovalla kuormituksella, pitää tulpan olla kylmä, jotta itsesytytystä ei esiinny.

Vastaavasti matalakuormitteisen moottorin tulpan on oltava huonommin lämpöä johtava, jotta tulppa puhdistuu eikä nokeentuminen aiheuta käyntihäiriöitä. Huonosti lämpöä johtavia tulppia kutsutaan ”kuumiksi”.

Lämpöarvosta kertoo tulpan eristeosan pituus, mutta siihen vaikuttaa myös keskielektrodin materiaalin lämmönjohtavuus. Hyvin lämpöä johtavalla elektrodilla saadaan laajennettua tulpan lämpötila-aluetta. Jos tulppa esimerkiksi uistellessa on viileämpi, siirtyy lämpöä tulpan sydämen läpi vähemmän, koska lämpötilaero sen yli on pienempi. Täyskaasulla lämpötilaero kasvaa, jolloin myös lämmönsiirtyminen on tehokkaampaa, eikä tulpan takia synny itsesytytystä.

Mitä numero kertoo?

Kuumassa tulpassa mallinimeen sisältyvä lämpöarvonumero on yleensä pieni ja kylmässä suuri. Näin on merkitty esimerkiksi NGK- ja Denso-sytytystulpat. Poikkeuksiakin on, ja esimerkiksi Bosch-tulpissa järjestys menee toisinpäin: kylmä tulppa on numeroarvoltaan pieni ja lämmin suuri. Muutenkaan numeroarvot eivät eri valmistajilla ole vertailukelpoisia. NGK:n lämpöarvo 2 vastaa Denson lämpöarvoa 9, ja NGK:n arvo 12 vastaa Denson arvoa 37. Kannattaa siis tutkia myyjän kanssa vastaavuustaulukkoa, jos on ostamassa eri merkkistä sytytystulppaa, kuin mitä valmistaja suosittelee.

Jos tulppa on liian ”kuuma”, nousee sen lämpötila itsesyttymisalueelle jo osakuormituksella. Liian kylmä tulppa taas ei nouse itsepuhdistumislämpötilaan ennen kuin täyskuormituksella, joten tulppa nokeentuu helposti.

Sytytystulpan kiristyspintoja on kahdenlaisia: yleisempi tiivistysrengas (vas.) ja harvinaisempi kartiopinta. Näitä tulppatyyppejä ei pidä sekoittaa toisiinsa!

Säädä oikea kärkiväli

Toinen tärkeä mutta usein laiminlyöty asia on tulpan oikea kärkiväli, joka ei saa olla liian pieni eikä liian suuri.

Kipinä hyppää keskielektrodista sivuelektrodiin, jos jännite niiden välillä on riittävä. Jännitteen tarve taas riippuu kärkivälistä.

Jos kärkiväli on liian pieni, virta kyllä hyppää jo matalalla jännitteellä, mutta kipinä eli valokaari on lyhyt ja polttoaineen syttyminen siksi vaikeaa. Liian suuri kärkiväli taas vaatii erittäin korkean jännitteen, ja on mahdollista, ettei sytytyspuola pysty sitä tuottamaan. Silloin ei myöskään kipinää synny.

Suurella kärkivälillä on sekin mahdollisuus, että virta löytää helpomman reitin tulpanhatulta suoraan maihin ilman, että se kulkee tulpan kärkivälin kautta. Näin voi käydä erityisesti silloin, jos tulpanjohto tai tulpanhattu ovat likaisia tai eristyskyvyltään heikkoja.

Usein sytytystulpissa on jo valmiina oikea kärkiväli, mutta jos sitä pitää vaihdon yhteydessä säätää, käytä siihen tarkoitettua työkalua. Työkalulla voidaan sivuelektrodia taivuttaa varovasti ilman, että siinä mahdollisesti oleva pinnoite murtuu.

Kärkivälin muuttaminen sivuelektrodia lyömällä vahingoittaa helposti tulppaa ja lyhentää siten sen elinikää. Platina- ja iridiumtulppien kanssa on oltava erityisen tarkkana kärkivälin säädössä, sillä ne rikkoutuvat helposti.

Sivuelektrodeja voi yhden sijaan olla useita (vasemmalla ja keskellä). Keskielektrodin kärki voidaan valmistaa myös esikoismetallista kuten iridiumista (oikealla), jolloin kärjestä voidaan tehdä tavallista ohuempi.

Paremmat elektrodit

Elektrodien materiaalina on perinteisesti käytetty nikkeliä. Se on kohtuullisen halpaa, mutta sen huonona puolena on nopea kuluminen.

Kun kipinä lyö kärkivälin yli, se aiheuttaa niin sanottua eroosiokulumista, joka irrottaa materiaalia elektrodeista. Nikkeli kuluu helposti, joten keskielektrodin on oltava paksu. Paksu keskielektrodi kuitenkin heikentää polttoaineen syttymistä ja haittaa syntyneen palorintaman etenemistä.

Platina- ja iridiumtulpat tunnistaa erittäin kapeasta keskielektrodista. Platina ja iridium kestävät eroosiota hyvin, jolloin tulpan käyttöikä pitenee. Myös sivuelektrodin kärjessä voidaan käyttää platinaa, jolloin senkin eroosiokuluminen vähenee.

Paremmat materiaalit ovat mahdollistaneet ohuemman keskielektrodin, jolloin se itsessään ei haittaa niin paljon polttoaineen syttymistä. Kun nikkelielektrodin paksuus on noin 2,5 millimetriä, platinaelektrodilla päästään noin 1 millin paksuuteen ja iridiumilla aina 0,5 milliin saakka. Myös sivuelektrodin muotoilulla voidaan vaikuttaa polttoaineen syttymiseen ja siihen, miten palorintama etenee. U-muotoisella sivuelektrodilla saadaan tilavuus tulpan kärjessä kasvamaan, jolloin kärkiväliin mahtuu enemmän syttymiskelpoista polttoaine-ilmaseosta.

Kiilamaisilla ja lyhennetyillä sivuelektrodeilla ehkäistään, ettei sivuelektrodi estä palorintaman syntymistä tai sammuta jo syttynyttä polttoaineseosta.Joissain sytytystulpissa on runko-osassa levennys, joka toimii vaihtoehtoisena reittinä kipinälle silloin, kun tulpan nokeentuminen esimerkiksi uistellessa estää normaalin kipinän keskielektrodista sivuelektrodiin. Silloin virta kulkee eristeessä olevaa nokea pitkin, ja levennyksen kohdalla se kulkee ilmavälin yli aikaansaaden kipinän. Tällainen puoli-pintasytytystulppa kestää paremmin nokeavaa ajoa ilman että kipinä katoaa kokonaan.

Tarkkana kiristyksen kanssa

Sytytystulppia on kahdenlaisella tiivistyksellä: kartiopinnalla ja erillisellä tiivistysrenkaalla. Näitä kahta tulppamallia ei saa sekoittaa keskenään, sillä muuten tiivistys ei toimi.

Tulpan kiristysmomentti on tärkeä myös lämmönsiirron takia. Löysälle jääneessä tulpassa lämmönsiirto kierteen kautta heikkenee, jolloin tulppa voi ylikuumeta ja aiheuttaa itsesytytystä.

Liian tiukalle kiristetty tulppa taas voi vahingoittua. Sen keraamiseen eristeosaan voi tulla halkeamia, joita ei välttämättä näe paljain silmin, mutta jotka aiheuttavat käyntihäiriöitä erityisesti kosteissa olosuhteissa.

Sytytystulpille annetaan kiristysmomentteja, jotka riippuvat kierteen koosta, tiivistystyypistä ja sylinterikannen materiaalista. Usein tulppavalmistaja ilmoittaa myös kääntökulman, jonka perusteella tulpan saa oikeaan kireyteen ilman momenttiavaintakin: ensin tulppa kierretään siten, että tiivistyspinnat koskettavat toisiaan, ja sen jälkeen käännetään tarvittavaan kulmaan.

Paketin kyljessä on usein kiristysohje siltä varalta, ettei käytössä ole momenttiavainta. Ensin tulppa kierretään ”kontaktiin” ja sen jälkeen ohjeen verran päälle – kartiotulpalla vain vähän, tiivisterenkaalla yli puoli kierrosta.

Uudella tiivisterenkaalla kulma saattaa vaihdella 1/3 kierroksesta aina kierrokseen saakka. On huomioitava, että sama sääntö ei päde jo kerran kiristetyn tiivisteen kanssa, vaan silloin kääntökulma voi olla esimerkiksi 1/12 kierrosta, eli vain 30 astetta! Samoin kartiomallisilla tulpilla kääntökulma on hyvin pieni, koska niissä ei ole kasaan painuvaa tiivistettä.

Tulppavalmistajat eivät yleensä suosittele minkäänlaisen voiteluaineen käyttämistä kierteissä, sillä se saattaisi aiheuttaa tulpan ylikiristymisen. Kierteiden on toki muutenkin oltava täysin puhtaat ennen sytytystulpan kiinnittämistä.

Kun teet moottoriisi huoltoa, katso ohjekirjasta oikea tulpan lämpöarvo ja hanki sopivat tulpat. Säädä niiden kärkiväli oikein ja kiristä tulpat ohjeiden mukaisesti. Näin seuraava kesä sujuu pienemmin ongelmin. Ainakin sytytystulppien osalta.

Juttu sytytystulpista on julkaistu Kipparissa 12/2019

Lue myös:

Mistä vääntö syntyy? Kippari 5/2019

Auton ja veneen moottorien erot Kippari 3/2019

Turboahdin yleistyy myös veneissä Kippari 9/2019

Voitelua venemoottoreihin, öljyt ja niiden luokitukset Kippari 10/2019

Lue myös nämä

X