В статье будет приведена информация о свечах зажигания, о их маркировке, характеристиках, взаимозаменяемости и о том, как они работают. Также будут рассмотрены основные причины неисправностей связанные со свечами зажигания и методы их устранения.
Свечам зажигания в машине стоит уделять особенное внимание, так как из-за такого по сути не дорогого элемента, мы можем потерять куда больше: на бензине, потере мощности, повышенному сажеобразованию в камере сгорания, что скажется в том числе и на ресурсе двигателя. Итак, давайте по порядку.
Что такое и из каких основных частей и элементов она состоит? Свеча зажигания
- это, прежде всего, разрядник с двумя контактами, при протекании тока через данные контакты образуется высоковольтная дуга, которая и поджигает топливную смесь в камере сгорания.
В среднем ресурс свечи зажигания составляет 30 тысяч километров пробега. Основными поломками свечи являются пробои диэлектрического изолятора, а так же значительный износ электродов, который приводит к изменению зазора и их формы. В последствии данные неисправности сказываются на устойчивой работе двигателя, на тяге, на его запуске, на образовании сажи в камере сгорания. Однако некоторые свечи зажигания проработать куда дольше, ведь все зависит от качества изготовления, применяемых материалов, о всем этом далее.
Свечи зажигания появились довольно давно, во времена первых машин и ДВС. Раньше и свечи были другие. Взгляните на рисунок, где приведена свеча зажигания от "Победы" (1949 год). Да, выглядит она несколько неказисто, но основные ее элементы и принципы работы сохранились неизменно с тех времен.
А так выглядят современные свечи.
1 - контактная (штекерная) гайка; 2 - изолятор; 3 - ребра изолятора (барьеры тока); 4 - контактный стержень; 5 - корпус свечи; 6 - токопроводящий стеклогерметик; 7 - уплотнительное кольцо; 8 - центральный электрод с медным сердечником (биметаллический); 9 - теплоотводящая шайба
На рисунке приведена конструкция классической современной свечи зажигания. Основными элементами любой современной свечи зажигания являются металлический корпус, керамический изолятор, электроды и контактный стержень. На корпусе свечи зажигания нарезана резьба, которая ввинчивается в головку блока двигателя, шестигранник - под ключ типа "головка". Опорная поверхность (поверхность свечи зажигания, ограничивающая ход свечи при вкручивании по резьбе в головку блока двигателя) может быть плоской или конической.
Для надежной герметизации свечного отверстия используется уплотнительное кольцо или коническая поверхность, которая сама герметизирует соединение свечи с головкой блока конус по конусу. Материалом изолятора служит высокопрочная техническая керамика. Для предотвращения утечки электричества на его поверхности (в "верхней" части изолятора) делают кольцевые канавки (барьеры тока) и наносят специальную глазурь, а часть изолятора со стороны камеры сгорания выполняют в форме конуса (называемого тепловым). Внутри керамической части свечи закреплены центральный электрод и контактный стержень, между которыми может быть расположен резистор, подавляющий радиопомехи. Герметизация соединения этих деталей осуществляется токопроводящей стекломассой (стеклогерметиком). Боковой электрод ("массы") приварен к корпусу. Электроды изготавливают из жаростойкого металла или сплава. Для улучшения отвода тепла от теплового конуса центральный электрод могут делать из двух металлов (биметаллический электрод) - центральную часть из меди заключают в жаростойкую оболочку. Биметаллический боковой электрод обладает повышенным ресурсом благодаря тому, что хорошая теплопроводность меди препятствует чрезмерному его нагреву.
Основным элементами свечи зажигания, которые изнашиваются, являются электроды.
Центральный электрод
Срок службы зависит от применяемого материала, обычно в наше время для данного электрода применяют следующие материалы:
- медь с жаростойким никелевым покрытием;
- никелевый сплава;
- иридиевый сплава;
- с платиновое наплавление;
- серебряное покрытие;
- золотое покрытие;
- сплавы палладий-золото (применяются для гоночных болидов);
Электроды свечей зажигания должны соответствовать следующим требованиям:
Высокая коррозионная и эрозионная стойкость;
- жаростойкость;
- достаточная тепло проводимость;
- пластичность.
К тому же материал электродов свечей зажигания должен быть технологичным и недорогим, для возможности запуска данной конструкции в серийное производство. В следствии этого наиболее распространенными все же являются следующие материалы электродов свечей зажигания: железо-хром-титан, никель-хром-железо и никель-хром.
Теперь рассмотрим все плюсы и минусы применения того или иного материала для электродов свечей зажигания.
Медный электрод свечи зажигания улучшает отвод тепла, снижается налет свечи на холостых оборотах двигателя и тем самым продлевается срок эксплуатации свечи зажигания.
Платиновое покрытие электрода полностью аналогично медному, но более износостойко, что позволяет уменьшить диаметр центрального электрода с 2,5 мм (обычная свеча) до 1,1 мм. В связи с этим пучок проходящего через свечи зажигания разряда более собран (точечный) что улучшает холодный пуск двигателя, увеличивается срок службы свечи зажигания и в следствии лучшего поджога снижает токсичность отработанных газов, так как происходит более полное их сгорание.
Иридиевый электрод свечи зажигания имеет большую износостойкость, чем платиновое покрытие, что позволяет также уменьшить диаметр центрального электрода до 0,7 мм и даже до 0,4 мм. При этом электрическая проводимость у данного электрода очень высокая что позволяет поджигать смесь при низком бортовом напряжении (на 20% ниже чем нормальное), также позволяет зажигать обедненные топливно-воздушные смеси. Кроме того данные свечи зажигания обладают большим эксплуатационным ресурсом.
Боковой электрод свечи зажигания (электрод «масса»)
Кроме требований, которые выдвигаются к центральному электроду, данный электрод должен хорошо свариваться с корпусом свечи, который, как правило, изготовляется из обычной стали, да еще и должен быть пластичным, чтобы можно было регулировать зазор между электродами. Есть свечи у которых не только центральный электрод покрыт платиной, но и боковой. Это улучшает свойства сгорания и увеличивает срок службы. Есть свечи у которых центральный электрод почти полностью изготовлен из серебра (99,9%) и рассчитаны на срок службы 50 000 тысяч километров пробега. Количество боковых электродов со временем изменялось: один, два, три, четыре. Преимущество многоэлектродных свечей зажигания - больший ресурс.
В некоторых случаях используют свечи зажигания вообще без бокового электрода. В них роль бокового электрода играет все нижнее боковое ребро корпуса свечи. Преимущество – это больший ресурс свечи, высокая надежность искрообразования. Но для данных свечей требуется специализированная система зажигания. Так как увеличение площади влечет за собой и увеличение разрядного напряжения. Используются в спортивных гоночных болидах. Форма бокового электрода влияет на распространение фронта пламени.
Схемы развития фронта пламени для одноэлектродных (а) и многоэлектродных (б) свечей.
Во втором случае из-за «открытого» искрового зазора сгорание смеси начинается интенсивней, чем в первом - фронт пламени одноэлектродной свечи теряет время на выход из межэлектродного пространства.
Изолятор свечей зажигания
В первых свечах зажигания изолятором была обыкновенная глина. Однако после был использован специализированный фарфор обеспечивающий следующее:
Высокое удельное сопротивление при температурах близких к 800° С;
- высокую механическую прочность;
- большую теплопроводность и термостойкость;
- хорошую выдержку при больших перепадах температуры;
- химическую нейтральность к продуктам сгорания;
- небольшой температурный коэффициент линейного расширения.
Но фарфор не долго удерживал данную нишу, так как при 400° С у него терялись диэлектрические свойства. Фарфор заменило стекло, точнее слюда, но данный материал был нетехнологичен и дорог. Более ходовым материалом в 30-40 е годы прошлого века стал стеатит (материал на основе талька). На смену стеатиту пришла керамика на основе алюминия.
В тоже время на северном американском континенте изолятор делали из силлиманита, минерала, который добывали в США. Силлиманитовые изоляторы (85% силлиманита и 15% каолина) превосходили своими свойствами стеатитовые и лучше работали при резких перепадах температур. Монополизировала добычу фирма CHAMPION, которая удовлетворяла на то время 70% мировой потребности в свечах. То есть этот бренд с историей!
Некоторые другие фирмы производили цирконе-бериллиевые изоляторы (15% циркония, 35% бериллия и 50% пластических глин и каолина). Такие изоляторы имели лучшие электрические и термические свойства, чем силлиманитовые и стеатитовые, но были хрупкими и дорогими. О составе керамики в современных свечах зажигания сейчас принято умалчивать ссылаясь на технико-коммерческую тайну и секрет фирмы.
Форма изолятора за последние 100 лет практически не поменялась.
Свечи зажигания работают в довольно тяжелых условиях. Температура в камере сгорания, где они установлены, изменяется в рабочем режиме от 70 до 2500°С, давление газов достигает 50 - 60 бар, а напряжение на электродах составляет порядка 20 000 вольт.
Для обеспечения всего спектра бензиновых двигателей свечами зажигания последние производят с различными параметрами, которые отражаются в условном обозначении свечи (приводятся ниже).
Габаритно-присоединительные размеры - это диаметр и шаг резьбы, длина резьбовой части и размер шестигранника "под ключ" (21 мм или 16 мм). Все они строго определенны для каждого двигателя, так как колодцы под свечи имеют ограниченный конструктивный диаметр.
Калильное число - является показателем тепловых свойств свечи (ее способности нагреваться при различных тепловых нагрузках двигателя). Оно пропорционально среднему давлению, при котором в процессе испытаний свечи на моторной тарировочной установке в ее цилиндре начинает появляться калильное зажигание (неуправляемый процесс воспламенения рабочей смеси от раскаленных элементов свечи). Свечи с небольшим калильным числом называют горячими. Их тепловой конус нагревается до температуры 900°С (температура начала калильного зажигания) при относительно небольшой тепловой нагрузке. Такие свечи применяются на малофорсированных двигателях с небольшими степенями сжатия. У холодных свечей калильное зажигание возникает при больших тепловых нагрузках, и они используются на высокофорсированных двигателях.
Пока тепловой конус не нагреется до 400°С, на нем образуется нагар, приводящий к утечкам тока и нарушению искрообразования. По достижении этой температуры он (нагар) начинает сгорать, происходит очищение свечи (самоочищение).
Чем длиннее тепловой конус, тем больше его площадь, поэтому он нагревается до температуры самоочищения при меньшей тепловой нагрузке. К тому же выступание этой части изолятора из корпуса усиливает ее обдув газами, что дополнительно ускоряет прогрев и улучшает очищение от нагара. Увеличение длины теплового конуса приводит к уменьшению калильного числа (свеча становится "горячее"). Чтобы оставить его неизменным в конструкции применяют биметаллические центральные электроды, лучше отводящие тепло. Такие свечи (их называют термоэластичными) быстрее прогреваются до температуры самоочищения (как горячие), но вызывают калильное зажигание при высоких тепловых нагрузках (как холодные).
Отечественная промышленность выпускает свечи зажигания с калильными числами 8, 11, 14, 17, 20, 23 и 26. За рубежом не существует единой шкалы калильных чисел.
Если поставить слишком «холодные» (с большим калильным числом) свечи, затрудняется процесс их самоочищения, и мотор будет работать с перебоями. При слишком «горячих» возможно так называемое калильное зажигание, по своим симптомам и разрушительным последствиям напоминающее самодетонацию дизельного двигателя.
Величина искрового зазора - указывается в инструкции по эксплуатации автомобиля (но может быть указана также на упаковке или в маркировке свечи) и находится в пределах от 0,5 до 2 мм. В зависимости от конструкции электродов зазор бывает регулируемым (за счет подгибания бокового Величина искрового зазора указывается в инструкции по эксплуатации автомобиля (но может быть указана также на упаковке или в маркировке свечи) и находится в пределах от 0,5 до 2 мм. В зависимости от конструкции электродов зазор бывает регулируемым (за счет подгибания бокового электрода) и нерегулируемым.
На свече зажигания российского производства должны быть указаны:
Дата изготовления (месяц или квартал и (или) две последние цифры года изготовления);
- товарный знаки (или) наименование предприятия-изготовителя;
- условное обозначение типа свечи (расшифровка приведена далее);
- надпись "Сделано в России" или RUS.
Кроме того нанесена непосредственно маркировка с основными характеристиками искровой свечи зажигания согласно рисунка В
Из-за отсутствия за рубежом единой системы маркировки определить соответствие све-чей зажигания различных производителей можно только при помощи каталогов или таблиц взаимозаменяемости (табл. 1). кроме того часто у каждого производителя есть своя система маркировки. Более подробно в разделе ниже "Производители свечей зажигания Denso (Денсо), Bosh (Бош), Champion (Чемпион), NGK (НЖК)"
Тенденции развития свечей зажигания
В настоящее время все больше свечей зажигания выпускается с биметаллическим электродом. Это позволяет, помимо улучшения термоэластичности, повысить их надежность и долговечность.
Растет объем производства свечей зажигания с выступанием теплового конуса изолятора из металлического корпуса, что обеспечивает улучшенное самоочищение от нагара.
С целью увеличения срока эксплуатации, не требующего регулировки искрового зазора, выпускают свечи зажигания с несколькими электродами "массы".
Для улучшения процесса искрообразования (воспламеняющей способности искры) разрабатывают свечи с увеличенным искровым зазором, изменяют форму и профиль электродов, а на их поверхности наносят платину.
Растет производство свечей зажигания с использованием поверхностного разряда (в которых нет электрода "массы", а искра идет от центрального электрода к корпусу по поверхности изолятора).
Для снижение уровня помех радиоприему все больше свечей зажигания снабжаются встроенным помехо-подавительным резистором.
Таблица 1. Взаимозаменяемость свечей зажигания (прочерк - аналог отсутствует или нет информации)
| РОССИЯ | AUTOLITE | BERU | BOSCH | BRISK | CHAMPION | EYQUEM | MAGNETI MARELLI | NGK | NIPPON DENSO |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| А11,А11-1,А11-3 | 425 | 14-9A | W9A | N19 | L86 | 406 | FL4N | B4H | W14F |
| А11Р | 414 | 14R-9A | WR9A | NR19 | RL86 | - | FL4NR | BR4H | W14FR |
| А14В, А14В-2 | 275 | 14-8B | W8B | N17Y | L92Y | 550S | FL5NR | BP5H | W16FP |
| А14ВМ | 275 | 14-8BU | W8BC | N17YC | L92YC | C32S | F5NC | BP5HS | W16FP-U |
| А14ВР | - | 14R-7B | WR8B | NR17Y | - | - | FL5NPR | BPR5H | W14FPR |
| А14Д | 405 | 14-8C | W8C | L17 | N5 | - | FL5L | B5EB | W17E |
| А14ДВ | 55 | 14-8D | W8D | L17Y | N11Y | 600LS | FL5LP | BP5E | W16EX |
| А14ДВР | 4265 | 14R-8D | WR8D | LR17Y | NR11Y | - | FL5LPR | BPR5E | W16EXR |
| А14ДВРМ | 65 | 14R-8DU | WR8DC | LR17YC | RN11YC | RC52LS | F5LCR | BPR5ES | W16EXR-U |
| А17В | 273 | 14-7B | W7B | N15Y | L87Y | 600S | FL6NP | BP6H | W20FP |
| А17Д | 404 | 14-7C | W7C | L15 | N4 | - | FL6L | B6EM | W20EA |
| А17ДВ, А17ДВ-1, А17ДВ-10 | 64 | 14-7D | W7D | L15Y | N9Y | 707LS | FL7LP | BP6E | W20EP |
| А17ДВМ | 64 | 14-7DU | W7DC | L15YC | N9YC | C52LS | F7LC | BP6ES | W20EP-U |
| А17ДВР | 64 | 14R-7D | WR7D | LR15Y | RN9Y | - | FL7LPR | BPR6E | W20EXR |
| А17ДВРМ | 64 | 14R-7DU | WR7DC | LR15YC | RN9YC | RC52LS | F7LPR | BPR6ES | W20EPR-U |
| АУ17ДВРМ | 3924 | 14FR-7DU | FR7DCU | DR15YC | RC9YC | RFC52LS | 7LPR | BCPR6ES | Q20PR-U |
| А20Д, А20Д-1 | 4054 | 14-6C | W6C | L14 | N3 | - | FL7L | B7E | W22ES |
| А23-2 | 4092 | 14-5A | W5A | N12 | L82 | - | FL8N | B8H | W24FS |
| А23В | 273 | 14-5B | W5B | N12Y | L82Y | 755 | FL8NP | BP8H | W24FP |
| А23ДМ | 403 | 14-5CU | W5CC | L82C | N3C | 75LB | CW8L | B8ES | W24ES-U |
| А23ДВМ | 52 | 14-5DU | W5DC | L12YC | N6YC | C82LS | F8LC | BP8ES | W24EP-U |
Гарантийный срок эксплуатации свечей зажигания
По требованиям ОСТ 37.003.081 "Свечи зажигания искровые" изготовитель должен гарантировать бесперебойную работу свечей зажигания в течение 18 месяцев при условии, что пробег автомобиля с классической системой зажигания не превысил 30 тыс. км, а с электронной системой - 20 тыс. км. Это справедливо только при условии соответствия свечей зажигания модели двигателя и соблюдении правил эксплуатации автомобиля, их монтажа, транспортирования и хранения. По мнению специалистов на двигателях в хорошем техническом состоянии фактический срок службы свечей может быть больше в 2 раза.
Каждые 10-15 тыс. км пробега автомобиля, следует проверять состояние свечей и при необходимости регулировать зазор между электродами.
Свечи зажигания для иномарок или ВАЗов
Хотелось бы покончить с вопросом о том, есть ли свечи зажигания специализированные для иномарок и для ВАзов. По факту так было есть и будет всегда, для автомобиля должны быть применены свечи зажигания рекомендованные производителем. Желание выбрать для Самары свечи которые удачно используются для иномарок и не соответствую эксплуатационным характеристикам и рекомендациям, ни приведут ни к чему хорошему. Производители сегодня пытаются охватить весь рынок, получить максимальную прибыль и популярность, будь то отечественные или иностранные. Поэтому сегодня можно подобрать на иномарки свечи отечественных производителей, а для ВАЗов свечи импортных или наоборот, все будет зависеть от ваших пристрастий. Самое главное, будь то иномарка или ВАЗ, устанавливать свечи с характеристиками рекомендованными производителем.
Демонтаж свечи зажигания с двигателя производят в следующей последовательности:
Снимают наконечник провода высокого напряжения (недопустимо тянуть за провод);
- отворачивают свечу на один оборот специальным ключом, затем поверхность в углублении головки цилиндра вокруг нее очищают сжатым воздухом или кисточкой, чтобы частицы грязи не попали на резьбу или в камеру сгорания;
- выворачивают свечу;
- проверяют наличие уплотнительного кольца (для свечей с плоской опорной поверхностью);
- тщательно осматривают свечу на наличие механических повреждений изолятора, корпуса и электродов.
Обычно двигатели оснащаются алюминиевыми головками цилиндров, так как алюминий сильнее расширяется при нагреве, чем свеча зажигания, свеча зажигания фактически может быть зажата в нитках резьбы. Поэтому выкручивание свечей зажигания следует выполнять только при полностью охлаждённом двигателе, то есть при тех же температурах при которых она была установлена. Кроме того перед тем, как установить новые свечи, необходимо нанести на резьбу свечи зажигания графитовую или медную смазку (Cupfer Paste), тонким слоем. Смазка предотвратит резьбу от окисления и даже при незначительном изменении формы ниток резьбы под действием высоких температур позволит в дальнейшем легко выкрутить отработавшие свой срок старые свечи зажигания.
Установка свечей зажигания производится в следующей последовательности
Новые свечи, покрытые консервационной смазкой, необходимо протереть и промыть в растворителе (бензине). Допустимо прокипятить свечи в воде и просушить, свечу необходимо очистить от каких либо загрязнений и внешних покрытий, возможно промыть щеткой в чистом бензине и продуть сжатым воздухом;
- внимательно осматривают свечу на наличие механических повреждений, уплотнительного кольца, контактной гайки, необходимо осмотреть и убедиться в отсутствии каких либо повреждений изолятора и корпуса (сколов, трещин, помятых ниток резьбы);
- проверяют и при необходимости регулируют искровой зазор (подгибая электрод "массы") до величины, указанной в инструкции по эксплуатации автомобиля. При регулировке зазора запрещается производить нажим на центральный электрод, так как это может привести к поломке носика изолятора.;
- свечу заворачивают рукой в свечное отверстие и затягивают специальным ключом с усилием 2 кг*м. (могут быть другие значения, это лишь самое ходовое)
Использовать свечу с другой длиной резьбы не рекомендуется, потому как нагар на неиспользуемых нитках затруднит выворачивание «длинной» свечи или заворачивание штатной после того, как стояла «короткая».
Повторимся про температуры двигателя при демонтаже и монтаже свечей зажигания. Двигатели оснащаются алюминиевыми головками цилиндров, так как алюминий сильнее расширяется при нагреве, чем свеча зажигания, то свеча зажигания фактически может не закрутится по ниткам резьбы головки. Поэтому установку свечей зажигания следует выполнять только при полностью охлаждённом двигателе.
Важно суметь распознать неисправность в результате которой автомобиль работает не стабильно (плавающие холостые обороты, троит, не развивает должной мощности). Свечи зажигания не всегда являются причиной этих проблем. В зажигании топливной смеси в двигателе также участвует и другие элементы: система зажигания, распределитель подачи напряжения на свечи, высоковольтная катушка, различные датчики.
Искра должна зажигать в нужный момент. Идеальный момент наступает незадолго перед тем, как поршень достигнет своей высшей точки и сжатие будет максимальным. Слишком рано или поздно проскочившая искра нарушает эффективность работы двигателя, а также приводит к повышенному расходу топлива и увеличению выбросов.
Остается заметить что идеальная работа двигателя как для иномарок, так и для ВАЗов все же обеспечивается при условиях исправных свечей зажигания и самой системы зажигания.
Нормальный вид свечей зажигания
Внешний вид свечи зажигания (ее электродов) дает представление о режиме работы двигателя и свечи.
По внешнему виду электрода и конуса изолятора свечи можно судить о правильности смесеобразования или о проблемах в системе зажигания. Оценка внешнего вида свечи является существенной составной частью диагностики двигателя. При этом, следует выполнить некоторые действия перед тем, как проверять свечи. Продолжительный холостой ход, особенно при холодном запуске двигателя, может привести к тому, что на поверхности осядет сажа, и, таким образом будет скрыта реальная картина. Перед проверкой необходимо, чтобы автомобиль проехал примерно 10 километров. При этом двигатель должен работать с различными оборотами и при средних нагрузках. После остановки двигателя следует избегать продолжительного холостого хода. После демонтажа свечей зажигания можно сделать определенные выводы.
.
Цвет теплового конуса изолятора от серо-белого, серо-желтого до коричневого. Двигатель в норме. Калильное число подобрано правильно. Регулировка состава горючей смеси и установка зажигания правильны, перебои в зажигании отсутствуют, система запуска холодного двигателя работает. Осадок от примесей топлива и легирующих составных моторного масла отсутствуют. Термических нагрузок нет.
Наиболее вероятными причинами отказа свечей зажигания является загрязнение их продуктами неполного сгорания или увеличение искрового зазора из-за износа электродов. Причем решающее влияние на работоспособность свечей оказывает техническое состояние двигателя. Если свечи зажигания систематически покрываются нагаром, следует найти и устранить причину загрязнения. Фактически при данной неисправности так называемой проблеме «пробоя» свечей зажигания выходит из строя до 90% из всех свечей зажигания. На изоляторе при сгорании образуется токопроводящий слой, который практически не удаляется. Это приводит к нестабильности искры и пропускам воспламенения. Подобное явление особенно значимо для современных автомобилей выполняющих нормы ЕВРО по экологическим показателям и работающих на обедненных смесях (требующих для воспламенения мощной искры).Тоесть можно сделать вывод о том, что свечи зажигания выходят из строя по причине пробоя, так и не успевая износиться.
Очистить свечи зажигания можно с помощью растворителей и щетки (не металлической).
Далее приведены более частные случае неисправностей свечей зажигания.
Свеча зажигания излишне закопчена.
Тепловой конус изолятора, электроды и корпус свечи зажигания покрыты по всей площади интенсивно-черным нагаром.
Причина: неправильная регулировка состава топливно-воздушной смеси (карбюратор, система впрыска), избыточно богатая рабочая смесь, сильно засорен воздушный фильтр, автоматическая система запуска холодного двигателя не в порядке или «подсос» чрезмерно долго в вытянутом состоянии, езда преимущественно на короткие дистанции, калильное число свечи слишком мало («холодная» свеча).
Последствия: перебои в зажигании, плохое поведение холодного двигателя.
Способ устранения: отрегулировать рабочую смесь и устройство запуска двигателя, проверить воздушный фильтр.
Свеча зажигания излишне замаслена
.
Тепловой конус изолятора, электроды и корпус свечи зажигания покрыты сажей с масляным блеском или масляным нагаром.
Причина: избыток масла в камере сгорания, слишком высокий уровень масла, сильно изношены поршневые кольца, цилиндры, направляющие клапанов. Для 2-тактных бензиновых двигателей – избыток масла в топливе.
Последствия: перебои в зажигании, плохое поведение при запуске двигателя.
Способ устранения: капитальный ремонт двигателя, правильная смесь бензин-масло, установка новых свечей зажигания.
На свече зажигания образуются отложения
.
Причина: примеси свинца этилированного бензина или ферроцена (см раздел " "). Глазурь образуется при высоких нагрузках двигателя после длительного периода частичной нагрузки.
Способ устранения: установка новых свечей зажигания, очищать старые бесполезно.
На свечах зажигания образуются отложения свинца
.
Тепловой конус изолятора частично покрыт коричнево-желтой глазурью, цвет которой может иногда переходить в зеленоватый.
Причина: примеси свинца этилированного бензина или фероцена (см раздел "Октановое число бензина, методы повышения октанового числа. Особенности применения бензина с различными октановыми числами. ") . Глазурь образуется при высоких нагрузках двигателя после длительного периода частичной нагрузки.
Последствия: при больших нагрузках глазурь становится проводником электричества и способствует перебоям в зажигании.
Способ устранения: произвести замену на новые свечи зажигания, очищать старые бесполезно.
На свечах зажигания образуется зола
.
Сильные отложения золы из примесей масла и топлива на тепловом конусе изолятора, полости, доступной для рабочей смеси и на боковом электроде. От рыхлого до шлакового образования.
Причина: легирующие составные, особенно из моторного масла, могут оставлять эту золу в камере сгорания и на ввернутой поверхности свечи.
Последствия: может привести к самопроизвольному зажиганию от раскаленной золы, потере мощности и повреждению двигателя.
Способ устранения: привести в порядок двигатель. Произвести замену старых свечей зажигания на новые свечи и, возможно, использовать другое масло.
Расплавленный центральный электрод свечи зажигания
.
Центральный электрод наплавлен, блеклый размягченный носовой конус изолятора.
Калильное число свечи зажигания слишком низкое («горячая свеча»).
Последствия: перебои в зажигании, потеря мощности (повреждения двигателя).
Способ устранения: проверить двигатель, систему зажигания и качество рабочей смеси. Произвести замену старых свечей на новые свечи зажигания с правильно подобранным калильным числом.
Проплавленный центральный электрод и изолятор свечи зажигания
.
Центральный электрод проплавлен, одновременно боковой электрод сильно разрушен.
Причина: термическая перегрузка из-за калильного зажигания, например, по причине преждевременного зажигания, остатков продуктов сгорания в камере сгорания, прогоревших клапанов, распределителя зажигания и плохого качества топлива.
Последствия: перебои в зажигании, потеря мощности, возможны повреждения двигателя. Возможен раскол теплового конуса изолятора из-за перегрева центрального электрода.
Наплавленные оба электрода свечи зажигания
.
Электроды напоминают цветную капусту. Возможно отложение чужих для свечи материалов.
Причина: термическая перегрузка из-за калильного зажигания, например, по причине преждевременного зажигания, остатков продуктов сгорания в камере сгорания, прогоревших клапанов, распределителя зажигания и плохого качества топлива.
Последствия: перед полным разрушением двигателя наступает значительная потеря мощности.
Способ устранения: проверить двигатель, систему зажигания и качество рабочей смеси. Установить новые свечи зажигания.
Сильный износ центрального электрода свечи зажигания
.
Причина: не соблюдались указания по интервалу между заменами свечей зажигания.
Сильный износ бокового электрода свечи зажигания
.
Причина: агрессивные примеси топлива и масла. Неблагоприятные завихрения в камере сгорания, возможно из-за отложений, детонации в двигателе. Термическая перегрузка отсутствует.
Последствия: перебои в зажигании, особенно при ускорениях (напряжения недостаточно для увеличенного межэлектродного расстояния). Плохое поведение при запуске двигателя.
Способ устранения: произвести замену на новые свечи зажигания.
Разрушение теплового конуса изолятора свечи зажигания
.
Причина: механические повреждения из-за ударов, падения или давления на центральный электрод при неправильном обращении. В крайних случаях, по причине образования наслоений между изолятором и центральным электродом или через коррозию центрального электрода – особенно при сильно длительной эксплуатации – тепловой конус изолятора может треснуть.
Последствия: перебои в зажигании, искра попадает в места, куда проникновение свежей горючей смеси затруднено.
Способ устранения: произвести замену на новые свечи зажигания.
В среднем износ свечи через 15000 км пробега даже на исправном двигателе составляет 0.1 мм. Данный износ влияет на искрообразование и соответственно на правильную работу свечей и двигателя. В следствии этого очень важно следить не только за внешним состоянием свечи зажигания, но и за базированием электродов и зазором между ними. Как правило зазор для каждого автомобиля и двигателя индивидуален, приводится в руководстве по эксплуатации на автомобиль. Зазор свечей зажигания легче всего выставлять применяя наборные щупы или шаблоны (показан на рисунке ниже) и приспособление для корректировки зазора и базирования электродов показанное на рисунке ниже.
После выставления зазора и очистки от налета свечи необходимо проверить на наличие формирования правильной искры. Искра на свечке должна соответствовать рисунку (см. выше), в случае отклонения от данной искры или ее отсутствия свеча зажигания не пригодна к дальнейшей эксплуатации. Проверить искру можно на двигателе либо воспользовавшись специальным несложным самодельным приспособлением - "Приспособление для быстрой проверки свечей зажигания "
У некоторых может возникнуть такой вопрос, какие свечи зажигания надо ставить на зиму и на лето. Как не странно, но ответ на вопрос о сезонности устанавливаемых свечей зажигания очевиден. Свечи зажигания что на лето, что на зиму используются одни и те же, главный критерий это исправность. Часто бывает, что летом нам достаточно свечей зажиганий и в неудовлетворительном состоянии, так как средние температуры намного выше и все системы двигателя работают лучше, кроме того и условия для поджига топливной смеси при повышенных температурах тоже лучше. С приходом холодного сезона топливная смесь возгорается намного хуже, именно зимой намного важнее иметь те же самые, рекомендованные производителем, но исправные свечи зажигания, от которых будет зависеть уверенный запуск и работа двигателя автомобиля.
Свечи Денсо (Denso - выпускаются только с иридиевым покрытием) входят в стандартную комплектацию новых моделей автомобилей некоторых марок. В частности, Toyota многие годы сотрудничает именно с DENSO. В условиях жесткой эксплуатации, когда обычные свечи зажигания попросту «заливает» на оборотах, иридиевые свечи работают без сбоев. Сложный сплав иридия обеспечивает повышенную надежность свечи Денсо. Иридиевые свечи DENSO применяются даже для гоночных моторов, так как не только обеспечивают стабильную работу, но и позволяют улучшить характеристики разгона автомобиля на 0,3-0,5 секунды.
Предельный сервисный интервал замены свечи Денсо - сто тысяч километров, хотя нужно оговориться, что этот показатель напрямую зависит от стиля вождения, условий эксплуатации и самого автомобиля. Вопреки живущему заблуждению, иридиевые свечи зажигания, в частности свечи Денсо, подходят и для старых моделей автомобилей. Также свечи DENSO работают на любом бензине.
BOSCH также разрабатывает и поставляет свечи зажигания автопроизводителям прямо на конвейер. Основная линейка включает в себя свечи с наименованиями Super и Super Plus. Super - это в большинстве случаев медно-никелевые свечи с количеством боковых электродов от 1 до 4.
SuperPlus отличаются добавкой редкоземельного элемента иттрия. Иттрий формирует липкий слой окиси, он делает свечу необычайно устойчивой к износу и высоким температурам. Используя этот принцип, Бош создает свечи для различных моделей автомобилей, отличающиеся только межэлектродными зазорами. Еще один "плюс" свечи BOSCH Super Plus - точечный заземляющий электрод - новое конструкторское решение в большинстве вариантов свечей Super plus. В результате эта свеча дает значительное увеличение надежности впрыска, а, следовательно оптимальное сжигание топливной смеси с помощью каталитического дожигателя выхлопных газов. К продукции премиум-класса относят свечи Super4, Platinum. Super 4 работает по новейшему принципу скользящей по воздуху искры и впервые оснащена 4 тонкими электродами в сочетании с заостренным посеребренным центральным электродом. Эта комбинация уникальна в своем роде и имеет важные преимущества - в зависимости от нагрузки двигателя и степени износа, искра сама находит наилучший путь для надежной работы. В отличие от других свечей зажигания, которые применяются на более старых автомобилях, BOSCH-Super 4 имеет восемь различных путей для искры. Другое важное преимущество свечи заключается в возможности её самоочистки. Свечи Platinum обладают "чистым" платиновый центральным электродом, который плавно переходит в керамический изолятор. Оригинальная конструкция позволяет быстрее достичь температуры самоочистки свечи. Используя меньшее напряжение при зажигании, свечи BOSCH Platinum обеспечивают надежный пуск двигателя в жару и холод, обеспечивает более надежную искру при высоких оборотах. Все свечи BOSCH поставляются в упаковках по 10 штук и 4 штуки. Каждая свеча, в свою очередь имеет собственную упаковку. Десятизначные номера BOSCH на свечи имеют два диапазона - 0 241 XXX XXX (свечи без резистора помехоподавления) и 0 242 XXX XXX (с резистором помехоподавления). Тенденцией является уменьшение количества свечей без резистора помехоподавления, и замена их на аналоги с резистором. Свечи выпускаемые концерном BOSCH подходят на широчайший спектр легковых автомобилей всего мира – от российского автопрома (специально для российских авто BOSCH выпускает серию свечей «Yttrium»), до спортивных Porsche.
Champion является лидером в области технологий производства свечей зажигания с 1908 г. и не только как производитель свечей, которые выбрали серию OE предусмотренную для наибольшего количества модификаций двигателей.
Серия Сhampion
OE
- эквивалентные оригинальным свечи зажигания для любого автомобиля
Технологии Медный Сердечник, Двойной Медный Сердечник, Многоэлектродные и Платиновые
Полный ассортимент автомобильных, индустриальных, судовых, для двигателей малой механизации, мотоциклетных и гоночных свечей зажигания. Свечи Champion c медным сердечником в центральном электроде (Copper Core OE) - отраслевой стандарт эффективности на сегодняшний день и наиболее продаваемый тип свечей во всем мире. Поставляется на конвейерную комплектацию OE для Nissan, Daewoo, Hyundai, Mazda и Subaru. Свечи Champion c медными сердечниками в центральном и боковом электродах (Double Copper OE) - уникальная технология разработанная Champion для производства одного из самых совершенных типов свечей за всю историю. Их выбрали для установке на конвейере OE -Chrysler, Renault, Citroen, Fiat, Peugeot и Jeep. Многоэлектродные свечи Champion OE - двух и трех электродные конструкции свечей зажигания обеспечивают наилучший выбор там, где производители требуют применения именно этой технологии. Champion поставляет многоэлектродные свечи таким производителям как Fiat, Lancia и Volvo. Свечи зажигания Champion Platinum OE - вершина в технологиях производства свечей зажигания для наиболее совершенных автомобилей на которые производители устанавливают такие свечи уже на конвейере. Свечами зажигания Champion Platinum комплектуются автомобили, выпускаемые фирмами Land-Rover, Renault, Rover, Skoda и Lotus.
Серия Сhampion EON - первыми, разработанными специально, чтобы достичь максимальной эффективности зажигания при увеличенном сроке службы для высоко компрессионных двигателей. Свечи EON объединяют в себе лучшее из оригинальных конструкций OE вместе с решениями применяемым на вершине гоночных технологий для современных высокоэффективных многоклапанных двигателей. Champion является ведущим производителем индустриальных свечей зажигания для стационарных двигателей, предлагая увеличенный срок службы, что является важным фактором для многих промышленных установок, призванных работать многие тысячи часов в экстремальных условиях. Будучи лидером в области технологий свечей для двигателей средств малой механизации, Champion предлагает эти компоненты для всевозможных двигателей, в том числе используемых на газонокосилках, триммерах, снегоочистителях, бензопилах, снегоходах, небольших генераторах и проч. Независимо от типа аппарата – от надувной лодки до мощного катера, бортового или навесного моторов, а также для водометных скутеров- свечи Champion для лодочных моторов спроектированы для легкого пуска, максимального срока службы и полной надежности. Сhampion давно известен как поставщик свечей зажигания на конвейеры некоторых наиболее известных производителей мотоциклов. Участие Champion в моторном спорте всегда способствовало совершенствованию продукции предназначенной для дорог общего пользования и давало дополнительные преимущества обычным пользователям мотоциклов. Champion предлагает наиболее совершенные в мире технологии свечей зажигания для моторного спорта и таким образом опосредствованно участвует во всех гоночных дисциплинах от Формулы 1 до серии Супербайк, в ралли и гонках катеров.
Компания NGK зарегистрирована в Японии. 11 ноября 1936 года компания NGK Spark Plug Co., Ltd. была основана со стартовым капиталом 1 миллион йен. Уже через год молодое предприятие поставляло свои первые свечи зажигания. На настоящий момент компания NGK является одним из лидеров успешно конкурирующий с производителями свечей зажигания описанных выше.
Основные серии свечей зажигания компании NGK это:
V-Line и LPG LaserLine
- Отличная экипировка для ремонтного сервиса
Чтобы сделать работу торговли и мастерской наиболее эффективной, компания NGK разработала для автосервиса сортименты V-Line и LPG LaserLine.
Iridium IX
- альтернатива для повышенной мощности
Эти свечи зажигания со средним электродом из благородного металла иридий, применяются многими изготовителями для заводской комплектации. Они были разработаны специально для новейших двигательных технологий, но и для старых моделей они представляют альтернативу стандартным типам, чтобы полностью использовать резервы мощности. Материал электрода иридий почти нечувствителен к электроискровой эрозии. Иридий позволяет изготавливать особо тонкие средние электроды диаметром всего 0,6 мм. При тонких средних электродах поступает больше воспламеняемой смеси для искры зажигания. Это даёт надёжное
Типовое обозначение свечей зажигания NGK состоит:
Комбинация букв (1-4) перед калильным числом обозначает диаметр резьбы, раствор шестигранного ключа, а также конструкцию.
5-я позиция (цифра) обозначает калильное число.
6-я буква обозначает длину резьбы.
7-я буква содержит информацию о специальной особенности конструкции свечи зажигания.
8-я позиция в виде цифры обозначает специальный межэлектродный зазор.
Ну и в завершении статьи хотелось также сказать о возможных подделках свечей зажигания.
Используются искровые свечи. Поджог горючей смеси производится электрическим разрядом напряжением в несколько тысяч или десятков тысяч вольт, возникающим между электродами свечи. Свеча срабатывает на каждом цикле, в определённый момент работы двигателя.
В ракетных двигателях свеча зажигает топливную смесь электрическим разрядом только в момент запуска. Чаще всего, в процессе работы свеча разрушается и к повторному использованию непригодна.
В турбореактивных двигателях свеча воспламеняет смесь в момент запуска мощным дуговым разрядом. После этого горение факела поддерживается самостоятельно.
Калильные и одновременно каталитические свечи используются в модельных двигателях внутреннего сгорания. Топливная смесь двигателей специально содержит компоненты, которые легко воспламеняются в начале работы от раскалённой проволочки свечи. В дальнейшем накал нити поддерживается каталитическим окислением паров спирта, входящего в смесь.
Свеча зажигания состоит из металлического корпуса, изолятора и центрального проводника.
Контактный вывод, расположенный в верхней части свечи, предназначен для подключения свечи к высоковольтным проводам системы зажигания или непосредственно к индивидуальной высоковольтной катушке зажигания. Могут встречаться несколько слегка различных вариантов конструкции. Наиболее часто провод к свече зажигания имеет защёлкивающийся контакт, который надевается на вывод свечи. В других типах конструкции провод может крепиться к свече гайкой. Часто вывод свечи делают универсальным: в виде оси с резьбой и навинчивающегося защёлкивающегося контакта.
Рёбра изолятора предотвращают электрический пробой по его поверхности.
Изолятор, как правило, делается из алюминиево-оксидной керамики , которая должна выдерживать температуры от 450 до 1000 °C и напряжение до 60 000 В. Точный состав изолятора и его длина частично определяют тепловую маркировку свечи.
Часть изолятора, непосредственно прилегающая к центральному электроду, наиболее сильно влияет на качество работы свечи зажигания. Применение керамического изолятора в свече предложено Г. Хонольдом вследствие перехода к высоковольтному зажиганию.
Служат для предотвращения проникновения горячих газов из камеры сгорания.
Служит для заворачивания свечи и удержания её в резьбе головки блока цилиндров, для отвода тепла от изолятора и электродов, а также служит проводником электричества от «массы» автомобиля к боковому электроду.
Как правило, изготавливается из легированной никелем и марганцем стали. Приваривается контактной сваркой к корпусу. Боковой электрод, зачастую, очень сильно нагревается во время работы, что может привести к калильному зажиганию. Некоторые конструкции свечей используют несколько боковых электродов. Для увеличения долговечности электроды дорогих свеч снабжают напайками из платины и других благородных металлов. С 1999 года на рынке появились свечи нового поколения - так называемые плазменно-форкамерные свечи, где роль бокового электрода играет сам корпус свечи. При этом образуется кольцевой (коаксиальный) искровой зазор, где искровой заряд перемещается по кругу. Такая конструкция обеспечивает большой ресурс и самоочистку электродов. Форма бокового электрода в зоне пробоя напоминает сопло Лаваля , за счёт чего создаётся поток раскалённых газов, истекающих из внутренней полости свечи. Этот поток эффективно поджигает рабочую смесь в КС (камера сгорания), полнота сгорания и мощность увеличивается, токсичность ДВС уменьшается. Эффективность «форкамерных» свеч поставлена под сомнение проведенным экпериментом .
Центральный электрод как правило соединяется с контактным выводом свечи через керамический резистор , это позволяет уменьшить радиопомехи от системы зажигания. Наконечник центрального электрода изготавливают из железо-никелевых сплавов с добавлением меди, хрома и благородных и редкоземельных металлов. Обычно центральный электрод - наиболее горячая деталь свечи. Кроме того, центральный электрод должен обладать хорошей способностью к эмиссии электронов , для облегчения искрообразования (предполагается, что искра проскакивает в той фазе импульса напряжения, когда центральный электрод служит катодом). Поскольку напряжённость электрического поля максимальна вблизи краёв электрода, искра проскакивает между острым краем центрального электрода и краем бокового электрода. В результате этого края электродов подвергаются наибольшей электрической эрозии. Раньше свечи периодически вынимали и удаляли следы эрозии наждаком. Сейчас, благодаря применению сплавов с редкоземельными и благородными металлами (иттрий , иридий , платина , вольфрам , палладий), нужда в зачистке электродов практически отпала. Срок службы при этом существенно вырос.
Зазор - минимальное расстояние между центральным и боковым электродом. Величина зазора - это компромисс между «мощностью» искры, то есть размерами плазмы, возникающей при пробое воздушного зазора и между возможностью пробить этот зазор в условиях сжатой воздушно-бензиновой смеси.
Факторы, определяемые зазором:
Чем она больше - тем сложнее пробить. Пробивное напряжение газового промежутка с однородным (ОП) и слабо неоднородным (СНП) электрическим полем зависит как от расстояния между электродами, так и от давления и температуры газа. Эта зависимость определяется законом Пашена, согласно которому пробивное напряжение газового промежутка с ОП и СНП определяется произведением относительной плотности газа δ на расстояние между электродами S,U прf(δS). Относительной плотностью газа называют отношение плотности газа в данных условиях к плотности газа при нормальных условиях (20о С, 760 мм рт. ст.). Зазор свечей не является константой один раз заданной. Он может и должен подстраиваться под конкретную ситуацию эксплуатации двигателя.
Искровые свечи бензиновых двигателей по режиму работы условно подразделяют на горячие, холодные, средние. Суть данной классификации - в степени нагрева изолятора и электродов. При работе изолятор и электроды любой свечи должны нагреваться до температур, способствующих «самоочищению» их поверхности от продуктов сгорания топливной смеси - нагара, сажи и т. п. Поэтому изоляторы свечей, работающих в оптимальном режиме всегда цвета «кофе с молоком».
Очистка поверхности изоляторов необходима для предотвращения поверхностных утечек высокого напряжения через слой нагара, что уменьшает мощность искрового пробоя зазора, или вообще делает его невозможным. Однако, если элементы свечи нагреваются слишком сильно, то может возникать неконтролируемое калильное зажигание. Процесс часто проявляется на больших оборотах. Это может приводить к детонации и разрушению элементов двигателя.
Степень нагрева элементов свечей зависит от следующих основных факторов:
Горячие свечи - конструкция свечей специально разработана таким образом, что снижается теплопередача от центрального электрода и изолятора. Применяются в двигателях с низкой степенью сжатия и при использовании низкооктанового топлива. Так как в этих случаях меньше температура в камере сгорания.
Холодные свечи - конструкция свечей специально разработана таким образом, что максимально повышается теплопередача от центрального электрода и изолятора. Применяются в двигателях с высокой степенью сжатия, с высокой компрессией и при использовании высокооктанового топлива. Так как в этих случаях больше температура в камере сгорания.
Средние свечи - занимают промежуточное положение между горячими и холодными (самые распространенные)
Оптимальные свечи - конструкция свечей разработана таким образом, что теплопередача от центрального электрода и изолятора оптимальна для данного конкретного двигателя.
Унифицированные свечи - калильное число захватывает диапазон холодных и горячих свечей. Именно благодаря «полуоткрытости» свечи ей не страшны проблемы вентиляции и засорения продуктами неполного сгорания.
Свечи нормально самоочищаются во всех режимах работы двигателя и в то же время не приводят к калильному зажиганию.
Размеры свечей зажигания классифицируются по типу резьбы на них. Применяются следующие типы резьбы:
Вторым классификационным признаком служит длина резьбы:
Размер головки под ключ (шестигранник):
Калильное число (тепловая характеристика):
Способ уплотнения по резьбе:
Количество и вид боковых электродов:
| Свеча зажигания на Викискладе |
Без свечи зажигания современный бензиновый двигатель не смог бы работать. К тому же относительно незаметная часть должна выдерживать значительную температуру и давление. Как работают свечи зажигания и каковы их наиболее важные характеристики?
Первое практическое применение свечи зажигания в двигателе внутреннего сгорания связано с именем бельгийца Джозефа Ленуара. Произошло это в 1860 году. Он использовал такое устройство для воспламенения в своём двигателе. Но патентование свечи зажигания было впервые осуществлено примерно тридцать восемь лет спустя. И сразу три изобретателя имели к этому отношение: Никола Тесла, Фредерик Ричард Симс и Роберт Бош. Позже со свечами зажигания стали связывать и другие известные имена. Например, Альберт Чемпион - основатель известной компании по их производству.
Свеча зажигания с виду является мелкой деталью, но условия, в которых она должна работать, заслуживают как минимум признания. Так как удельная мощность двигателей увеличивается и в то же время прилагаются усилия, чтобы продлить срок службы изделий, к ним предъявляются всё более высокие требования. Впрочем, судите сами.
Так как свеча зажигания входит в камеру сгорания двигателя, она должна быть способна выдерживать быстрые изменения температуры в диапазоне приблизительно от 2000 до 2500 градусов, а давление до 6 бар. В то же время при впуске давление в цилиндре падает ниже атмосферного и одновременно снижается температура приблизительно до 80 градусов. Но и это ещё не всё.
Интересно - что для шестицилиндрового двигателя при 5000 оборотов в минуту каждую минуту требуется 15 000 искровых разрядов! За одну минуту каждая свеча воспламеняет смесь 2500 раз, а это более чем 40 раз в секунду! Ещё изделие подвергается неблагоприятным химическим воздействиям, так как окружающая среда внутри камеры сгорания довольно агрессивная, не говоря уже о различных условиях работы двигателя. А ещё скачки напряжения в диапазоне от 25 до 30 кВ.
Воспламенение смеси свечой зажигания осуществляется за счёт возникновения искры между электродами. Речь идёт о так называемом разряде между электродами. Фактически искра возникает в момент, когда имеет место превышение пробойного напряжения между центральным и боковым электродом (их может быть и больше). То есть происходит преобразование энергии из катушки зажигания в электрическую искру. Оценивается так называемое напряжение дугового перекрытия. Его значение зависит от расстояния между электродами, геометрии электродов, давления в камере сгорания и от соотношения воздуха и топлива в момент воспламенения - то есть от насыщенности смеси. Во время работы двигателя происходит постепенный износ устройства, который проявляется увеличением расстояния между электродами, что приводит к постепенному увеличению пробойного напряжения.
Насколько важна хорошая изоляция?
Итак, из чего свеча зажигания состоит? Корпус изделия формирует изолятор. Ранее использовалась слюда, сегодня керамика, совсем недавно начали применять так называемый корунд или оксид алюминия. В самом верху устройства имеется контактный вывод для присоединения кабеля системы зажигания или, возможно, размещения катушки зажигания (для прямого зажигания FPS с отдельной катушкой для каждой свечи). Далее, следует металлический корпус, частью которого является резьбовое соединение, с его помощью изделие завинчивается в головку блока цилиндров. С ним и, следовательно, металлическим корпусом соединяется внешний (иногда его также называют боковым) электрод. По центру свечи расположен центральный положительный электрод, соединённый с контактным выводом для присоединения высоковольтного кабеля системы зажигания и герметично упакованный в стекло или кремний. Внешний электрод электрически соединён с кузовом транспортного средства, то есть отрицательным полюсом электрической системы.
Существует много разновидностей свечей. С первого взгляда можно увидеть отличия в диаметре резьбы: M18, M14, M12 и M10. Вместе с этим имеется и различный шаг резьбы: от максимального 1,5 до 1,25 и даже 1,0 мм. Далее, различают форму опорной (уплотнительной) поверхности свечи в головке блока цилиндров. Она может быть конический или плоской. Есть свечи с короткой и длинной резьбой.
Дальнейшее деление происходит по компоновке (структуре) искры или количеству внешних электродов, их может быть до четырёх. Кроме того, свечи могут отличаться материалом, используемым для изготовления электродов, формой корпуса и уровнем помех.
Для обеспечения имеющихся и постоянно растущих требований к свече зажигания важное значение имеет выбор правильного материала для электрода. Средние изделия обычно изготавливаются таким образом, чтобы соблюдался компромисс между прочностью и расходом материалов. Используются сплавы вольфрама, платины и иридия. Как альтернатива может быть сплав хрома и железа. А ещё лучше серебро, которое обладает превосходными свойствами с точки зрения тепловой нагрузки, отличается износоустойчивостью и продлевает срок службы свечи до 70 000 км. Недостатком является, конечно же, цена. Кроме того, используется платина. Она стоит дороже, но хорошо противостоит выгоранию и коррозии. Очень часто центральный электрод состоит из двух различных материалов.
При рассмотрении свечей зажигания оцениваются, помимо всего прочего, три важных свойства, от которых зависят другие их характеристики.
Различают горячие свечи с высокой температурой, которую они смогут выдерживать, и холодные, их температура эксплуатации, наоборот, ниже. Значение теплопередачи свечи зажигания в основном определяет размер поверхности нижней части изолятора. Если передний край изолятора длинный, устройство будет иметь высокую способность выдерживать температуру. С другой стороны, короткий передний край изолятора имеет холодная свеча (с низкими температурными свойствами).
Описанные выше качества и в результате различия между отдельными видами свечей в плане их использования интересны, но на практике, точнее, для того, чтобы понять, какие свечи нужны двигателю вашего автомобиля, эти знания совершенно не требуются. При покупке изделий важна только корректная маркировка, которая гарантирует, что они предназначены именно для конкретного двигателя.
К сожалению, разные производители используют различные методологии маркировки свечей. К счастью, есть переводная таблица, которая должна быть доступна у каждого продавца автозапчастей. Любопытно отметить, например, что изделие Bosch W7D у компании Champion указывается как N9Y, а у NGK его называют BPM7. Причём в плане свойств и характеристик это одна и та же свеча. Дальше будет…
Назначение свечи зажигания
Одним из важнейших элементов систем зажигания двигателей внутрен-него сгорания являются свечи. Предназначены они для воспламенения горючей смеси в цилинд-рах при помощи искрового разряда.
Искровой разряд, создаваемый системой зажигания, должен обладать энергией, необходимой для воспламенения горючей смеси на любом режиме работы двигателя при всех условиях эксплуатации.
Различаются свечи по конструкции, размерам и тепловым характеристикам (калильным числам). Они могут быть неэкранированными, если их контактная часть выступает из металлического корпуса, и экранированными, у которых контактная часть расположена внутри металлического экрана.
Искровой разряд у большинства свечей образуется непосредственно в искро-вом зазоре между электродами.
При высоких значениях давления и температуры, возникающих в процессе работы двигателя, свечи должны надежно противостоять воздействию химиче-ски агрессивных продуктов сгорания. При этом изолятор должен выдерживать высокое электрическое напряжение.
В процессе работы из-за неполноты сгорания в пристеночной зоне на рабо-чих деталях свечи образуется нагар. Чтобы избавиться от него свечи должны самоочищать-ся, автоматически поддерживая необходимую рабочую температуру в темпера-турных пределах, обеспечивающих удаление нагара и исключающих возмож-ность калильного зажигания.
Свечи должны обеспечивать свою работоспособность в условиях с повышенными электри-ческими. механическими и химическими нагрузками. Непрерывный рост мощностей двигателей при ужесточении норм токсичности отработавших газов предъявляет к свечам все более жесткие требования по надежности и долговечности.
От совершенства конструкции, качества изготовления и правильности подбо-ра свечи к двигателю сильно зависят его пусковые свойства, надежность, мощность, топливная экономичность, а также токсичность отработавших газов.
В свою очередь, работоспособность свечи зависит от ее соответствия двига-телю по конструкции, основным размерам, величине искрового зазора и тепло-вой характеристике. Решающее влияние на надежность и долговечность свечи оказывает техническое состояние двигателя, характер и условия эксплуатации, качество топлива и моторного масла.
Принцип действия свечи зажигания
Газы и их смеси являются идеальными изоляторами. Но при приложении к электродам свечи достаточно высокого напряжения происходит пробой газа, и в искровом зазоре образуется ионизированный канал, проводящий электри-ческий ток.
Явление пробоя газа высоким напряжением обусловлено тем, что случайные электроны, появление которых вызвано проникающим ионизирующим излучением, под воздействием электромагнитного поля получают ускорение в сторону положительного электрода.
При столкновении с молекулами газа про-исходит цепная реакция ионизации, газ становится проводником, и образуется проводящий канал.
Это явление называется пробоем, первой фазой существова-ния искры.
После пробоя электрическое сопротивление канала стремится к нулю, сила тока увеличивается до сотен ампер, а напряжение уменьшается.
Первона-чально процесс протекает в очень узкой зоне, но вследствие быстрого нарастания температуры канал расширяется со сверхзвуковой скоростью. При этом образу-ется ударная волна, воспринимаемая на слух как характерный треск, создаваемый искрой.
Протекание сильного тока приводит к появлению электрической дуги, и температура в канале разряда при определенных условиях может достиг-нуть величины до 6000 К.
Скорость расширения проводящего канала стабили-зируется. а затем уменьшается до нормальной скорости распространения пла-мени.
При силе тока ниже 100 мА возникает тлеющий разряд, и температура уменьшается до 3000 К.
По мере убывания энергии, запасенной во вторичной цепи системы зажигания, искровой разряд угасает.
Тлеющий разряд более продолжителен, чем дуговой, и плазма разряда может перемещаться относительно электродов свечи с потоком смеси газов в цилиндре, возникающим вследствие движения поршня. Эффективная длина искры возрастает, а напряжение разряда увеличивается.
Если напряжение оказывается недостаточ-ным для поддержания искры, появляется вероятность ее угасания и повторного возникновения. Из-за остаточной ионизации в искровом зазоре повторная искра возникает при значительно меньшем напряжении, она по целому ряду причин менее эффективна для воспламенения.
В горючей смеси невозможно разделить процессы образования искрового разряда и воспламенения. Уже на этапе пробоя можно обнаружить продукты химических реакций горения. Эффективность первичного очага воспламенения определяется энергией искрового разряда и дополнительной энергией химических реакций горения.
Если скорость расширения плазмы разряда превышает скорость распро-странения пламени, большее значение имеет энергия искры. Когда скорость расширения канала уменьшается, большее значение приобретает энергия химических реакций.
Основные характеристики и определения свечи зажигания
Верхний температурный предел те-пловой характеристики - величи-на, равная рабочей температуре свечи, при которой возникает ка-лильное зажигание.
«Горячая» или «холодная» свечи - при прочих равных условиях имею-щие соответственно большую или меньшую рабочую температуру.
Детонация - аномальный процесс сгорания, имеющий взрывной ха-рактер с резким местным повыше-нием температуры и образованием ударной волны. Сопровождается звонким металлическим стуком, вызванным вибрацией деталей двигателя.
Искрообразование - возникновение искрового разряда в искровом за-зоре свечи в период от пробоя до угасания.
Искровая свеча зажигания (свеча зажигания, свеча) - электриче-ский ввод в комбинации с искро-вым разрядником, предназначен-ный для воспламенения горючей смеси в цилиндре двигателя при помощи искрового разряда в зазо-ре между электродами.
Искровой зазор - промежуток между изолированным центральным элек-тродом и боковым электродом -массы».
Искровой разряд (электрическая искра, искра) - нестационарный электрический разряд в газе, воз-никающий в электрическом поле.
Калильное зажигание - воспламене-ние горючей смеси, вызванное от-дельными перегретыми участками поверхностей выпускного клапана, поршня, цилиндра или свечи.
Калильное число свечи - условная величина, численно равная средне-му индикаторному давлению в ци-линдре двигателя испытательной установки, при котором появляется калильное зажигание.
Контактная часть свечи - элементы со стороны высоковольтного про-вода: головка изолятора, контакт-ная головка и контактная гайка.
Нагар - образовавшиеся на поверхно-сти рабочей части свечи продукты неполного сгорания.
Нижний температурный предел те-пловой характеристики - величи-на, равная температуре рабочей части свечи, при которой нагар вы-горает.
Работоспособность свечи - обеспече-ние бесперебойного новообразова-ния и герметичности в условиях, пре-дусмотренных нормативно-техниче-ской документацией и стандартами.
Рабочая камера свечи - полость, образуемая внутренней поверхно-стью корпуса и наружной поверхно-стью теплового конуса изолятора, сообщающаяся с камерой сгора-ния двигателя.
Рабочая температура свечи - тем-пература рабочей части свечи на данном режиме работы двигателя.
Рабочая часть свечи - элементы, расположенные непосредственно в камере сгорания: тепловой конус изолятора, торец центрального электрода и боковой электрод.
Тепловой конус изолятора (юбка изолятора) - часть изолятора, расположенная в рабочей каме-ре свечи, воспринимающая своей поверхностью поток тепла от пламени и раскаленных сгоревших газов.
Тепловая характеристика свечи - зависимость рабочей температу-ры свечи от режимов работы дви-гателя.
Цоколь свечи - часть корпуса с резь-бой, предназначенная для уста-новки свечи в двигателе и для связи электрической цепи высоко-го напряжения системы зажигания с «массой».
Шунтирование системы зажига-ния - короткое замыкание высоко-вольтной цепи системы зажигания на «массу» при утечке тока по нага-ру на поверхности теплового кону-са изолятора и (или) по токопро-водящему мостику в искровом зазоре.
Электропроводный (токопроводя-щий) мостик - нагар, частично или полностью заполняющий искровой зазор, обладающий проводи-мостью и создающий электриче-скую цепь, замыкающую изолиро-ванный
Условия работы свечи зажигания
Современные поршневые двигатели внутреннего сгорания работают по четы-рехтактному или двухтактному рабочему циклу.
Автомобильные двигатели, за ред-ким исключением, работают по четырехтактному циклу, осуществляемому за два полных оборота коленчатого вала и четыре хода поршня. Двигатели различного назначения особо малого рабочего объема работают по двухтактному циклу, осу-ществляемому за один оборот коленчатого вала и два хода поршня.
В процессе работы двигателя на свечи воздействуют переменные электриче-ские, тепловые, механические и химические нагрузки с частотой, пропорцио-нальной частоте вращения коленчатого вала. Нагрузка на свечу при работе на двухтактном двигателе по меньшей мере вдвое больше, чем на четырехтактном, что существенно уменьшает срок ее службы.
Тепловые нагрузки.
Свечу устанавливают в головке блока цилиндров так, что ее рабочая часть находится в камере сгорания, а контактная - в подкапотном пространстве. Температура газов в камере сгорания изменяется от нескольких десятков градусов Цельсия на впуске до двух-трех тысяч при сгорании. Темпера-тура под капотом автомобиля может достигать 150°С.
На многих автомобилях, и тем более мотоциклах, не исключена возможность попадания воды на свечу, особенно при мойке, что может привести к поврежде-нию изолятора.
Из-за неравномерности нагрева температура 8 различных сечениях свечи мо-жет отличаться на сотни градусов, что приводит к тепловым напряжениям и дефор-мациям. Это усугубляется тем, что изолятор и металлические детали значительно отличаются по величине коэффициента термического расширения.
Механические нагрузки.
Давление в цилиндре двигателя изменяется от давления ниже атмосферного на впуске до 50 кгс/см2 и выше при сгорании. При этом свечи дополнительно подвергаются вибрационным нагрузкам.
Химические нагрузки.
При сгорании образуется целый «букет» химически активных веществ, способных вызвать окисление даже весьма стойких материа-лов, тем более что рабочая часть изолятора и электродов может иметь рабочую температуру до 900°С.
Электрические нагрузки.
При искрообразовании, длительность которого может составлять до 3мс, изолятор свечи оказывается под воздействием им-пульса высокого напряжения, максимальное значение которого зависит от дав-ления и температуры в камере сгорания и величины искрового зазора. В неко-торых случаях напряжение может достигать 20-25 кВ (амплитудное значение).
Некоторые типы систем зажигания могут создавать напряжение значительно выше, но его ограничивает пробивное напряжение искрового зазора или напря-жение поверхностного перекрытия изолятора.
В дуговой фазе разряда протекание сильного тока приводит к появлению го-рячих катодных пятен на электроде. Электрическая дуга не может существовать без электронов, излучаемых горячими катодными пятнами. Температура пятен достигает 3000К, что выше температуры плавления любого материала электро-дов. Это приводит к неизбежному микроскопическому испарению материала электрода с каждой новой искрой. Скорость электрической эрозии при прочих равных условиях пропорциональна энергии искрового разряда и температуре электрода.
Отклонения от нормального процесса сгорания
Нормальное сгорание рабочей смеси происходит со скоростью нескольких десятков метров в секунду и сопровождается относительно плавным нарастани-ем температуры и давления в цилиндре двигателя. В результате искрового зажи-гания образуется первичный очаг воспламенения, затем формируется фронт пламени, который быстро распространяется по всему объему камеры сгорания. Несгоревшее топливо догорает уже за фронтом пламени, в пристеночных зонах, в зазорах между поршнем и цилиндром.
При некоторых условиях нормальный процесс сгорания может нарушаться, что отражается на надежности и сроке службы свечи. К таким нарушениям мож-но отнести следующие.
Пропуски воспламенения.
Могут возникнуть из-за переобеднения горючей смеси, пропусков искрообразования или недостаточной энергии искры. При этом усиливается процесс образования нагара на изоляторе и электродах.
Калильное зажигание.
Различают преждевременное, до появления искры, сопровождающее появление искры и запаздывающее, возникающее после воспламенения горючей смеси, вызванное перегретыми участками поверхностей выпускного клапана, поршня, цилиндра или свечи.
Преждевременное воспламе-нение может быть вызвано тлеющими частицами нагара.
При преждевременном калильном зажигании самопроизвольно увеличивается угол опережения зажига-ния. Это приводит к росту скорости нарастания давления и температуры, увели-чивается их максимальное значение, детали двигателя перегреваются и угол опережения зажигания еще больше увеличивается. Процесс принимает ускоря-ющийся характер до момента, когда угол опережения зажигания станет таким, что мощность двигателя начнет стремительно падать.
При калильном зажигании вероятны повреждения выпускного клапана, поршня, поршневых колец, поверхности цилиндра и прокладки головки блока цилиндров. У свечи могут полностью или частично сгореть электроды, а в некоторых случаях может даже оплавиться изолятор.
Детонация.
Это явление возникает при недостаточной детонационной стойкости топлива в наиболее удаленном от свечи месте у горячих поверхно-стей, в результате сжатия еще не сгоревшей горючей смеси основным фронтом пламени.
Ударные волны при детонации распространяются со скоростью 1500-2500 м/с, что превышает скорость звука. Они многократно отражаются от стенок и вызывают вибрацию и локальный перегрев цилиндра, поршня, клапанов и свечи. Возможны повреждения, как при калильном зажигании, так как перегретые детали становятся неспособными выдерживать возросшую нагрузку. На изоляторе свечи могут образоваться сколы и трещины, электро-ды могут оплавиться и даже полностью выгореть.
Характерными признаками детонации являются металлические стуки, вибрация и потеря мощности двига-теля, увеличение расхода топлива и иногда появление черного дыма из выпуск-ной трубы.
Особенностью детонации является некоторая задержка по времени от момента наступления необходимых условий до ее возникновения. Задержка необходима для образования активных веществ, способствующих возникновению взрывного процесса. В связи с этим детонация более вероятна при относительно небольших оборотах коленчатого вала и полной нагрузке.
Наиболее вероятен выход на этот режим при движении автомобиля на подьеме при полностью нажатой педали газа. Если при этом мощность двигателя оказывается недостаточной, скорость автомобиля и частота вращения коленчатого вала уменьшаются. При недостаточ-ном в данных условиях октановом числе топлива возникает детонация, сопровож-даемая звонким металлическим стуком.
Для устранения детонации достаточно перейти на пониженную передачу и увеличить обороты двигателя.
Безусловным является требование использовать только топливо, соответст-вующее двигателю по октановому числу.
Дизелинг.
В некоторых случаях возникает крайне неравномерная неуправляе-мая работа бензинового двигателя с выключенным зажиганием при очень малой частоте вращения коленчатого вала. Это явление возникает из-за самовоспла-менения горючей смеси при сжатии, подобно тому, как это происходит в дизелях. В русской технической литературе «дизелинг» является сравнительно новым тер-мином, взятым из английского языка (dieseling).
На двигателях, преимущественно карбюраторных, где не исключена воз-можность подачи топлива в цилиндр при выключенном зажигании, дизе-линг возникает при попытке остановить двигатель. При выключении зажигания двигатель продолжает работать с очень малыми оборотами и крайне неравно-мерно. Это может продолжаться несколько секунд, иногда дольше, затем двига-тель самопроизвольно останавливается. Объяснять это явление калильным за-жиганием от перегретой свечи было бы неправильно, она тут ни при чем.
Причина дизелинга - в особенностях конструкции камеры сгорания и в каче-стве топлива (то есть дизелинг наступает при низкой стойкости топлива к само-воспламенению при сжатии). Свечи не могут являться причиной этого явления, так как их температура при малых оборотах явно недостаточна для воспламене-ния горючей смеси. Калильное зажигание возникает при температуре электро-дов и изолятора 850-900°С, такой величины она может достигнуть только при работе двигателя с максимальной мощностью. При остановке двигателя темпе-ратура этих деталей не превышает 350°С. Свеча в этих условиях не причина, а скорее «жертва», так как из-за неполноты сгорания усиливается процесс обра-зования нагара.
Качество топлива и моторного масла
Для обеспечения нормальной работы свечей автомобильные бензины долж-ны иметь достаточную детонационную стойкость, минимальное коррозионное воздействие и не иметь склонности к отложениям.
Детонационная стойкость топлива зависит от его химического состава и структу-ры углеводородов, полученных при переработке нефти. Способность сопротив-ляться появлению детонации зависит от молекулярной массы - чем она выше, тем ниже стойкость топлива к детонации и наоборот. Стойкость бензина к детонации, так называемое октановое число, определяется в лабораторных условиях моторным и исследовательским методом на специальной моторной установке, путем сравнения стойкости испытуемого бензина и изооктана в смеси с гептаном. Октановое число изооктана принимают равным 100. Добавка гептана, нестойкого к детонации, снижает октановое число смеси.
Промышленное производство бензина включает первичную и вторичную перера-ботку нефти с последующим смешением различных компонентов для получения необходимых свойств.
При первичной переработке нефти (прямой перегонке) получают 10-25% бензина невысокого качества с октановым числом 40-50. При вторичной переработке неф-ти на крупных нефтеперерабатывающих заводах ее подвергают сложной технологи-ческой обработке с целью расщепления крупных молекул на мелкие, стабилизации химического состава и удаления вредных примесей, особенно серы. Выход бензи-на увеличивается до 60 %. Затем, путем смешения продуктов первичной и вторич-ной переработки нефти с добавлением различных присадок получают товарные бензины. Автомобильные бензины одной мархи, производимые на разных предпри-ятиях, в связи с разницей в технологии, имеют несколько различные составы.
Для повышения октанового числа в бензин добавляют антидетонаторы - хи-мические соединения, подавляющие детонацию. Для удаления из камеры сгора-ния продуктов сгорания при применении антидетонационных присадок в топливо добавляют так называемые выносители - химические вещества, способствую-щие удалению продуктов сгорания. Тем не менее, условия работы свечи при ис-пользовании антидетонаторов существенно ухудшаются.
Полностью удалить продукты сгорания не удается, и на электродах и тепло-вом конусе изолятора свечи образуется нагар. Под воздействием температуры эти отложения могут стать электропроводящими и вызвать частичный или пол-ный отказ 8 искрообразовании.
Небольшие фирмы получают высокооктановые бензины АИ-95 и АИ-98 путем добавки в бензины АИ-92 и АИ-95 до 12-15% метил-трет-бутилового эфира, при этом бензин имеет необходимое качество. Достаточно широко используются раз-личные железосодержащие антидетонаторы и традиционный антидетонатор на ос-нове тетраэтилсвинца (ТЭС). В бензин добавляют краситель, так как ТЭС ядовит.
К сожалению, недобросовестные производители изготавливают суррогатный бензин из низкооктановых бензинов, добавляя антидетонационные присадки свыше действующих норм.
Сверхнормативное использование (более 37 мг Fe/л) содержащих железо антидетонаторов, например ФерРоз, ФК-4 или АПК вызывает отложение токо-проводящего нагара красного цвета на свечах. Этот нагар практически невоз-можно удалить, он приводит к полному и необратимому их отказу.
Коррозионное воздействие бензина определяется содержанием кислот, щело-чей и сернистых соединений. Сильным коррозионным воздействием на металлы обладают минеральные кислоты и щелочи, их наличие в бензинах недопустимо. Сернистые соединения обладают высокой коррозионной активностью и способст-вуют образованию нагара, однако полностью избавиться от них непросто, особен-но при переработке сернистой нефти.
Большинство моторных масел имеют нефтяное происхождение и содержат присадки: противостоящие износу, стабилизирующие, антикоррозионные, мою-щие и т. д. При сгорании масла, попавшего в камеру сгорания, образуются зольные остатки, которые, как и продукты неполного сгорания топлива, могут образовывать нагар на свечах.
Образование нагара и самоочищение
Нагар на свече - это твердая углеродистая масса с шероховатой поверхностью, образующаяся при температуре поверхности 200°С и выше. Свойства, внешний вид и цвет нагара зависят от условий его образования, состава топлива и моторно-го масла. В некоторых случаях, особенно на двухтактных двигателях, нагар может образовать в искровом зазоре электропроводный мостик и вызвать короткое замы-кание во вторичной цепи системы зажигания.
И в том, и в другом случае происхо-дит частичное или полное прекращение искрообразования.
Если свечу очистить от нагара, то ее работоспособность восстанавливается. Поэтому одно из важней-ших требований к свече - способность самоочищаться от нагара. Во многом степень совершенства ее конструкции определяется именно этим свойством.
Удаление нагара, если в продуктах сгорания нет несгораемых веществ, проис-ходит при температуре 300-350°С - это нижний температурный предел работо-способности свечи.
Эффективность самоочищения от нагара зависит от того, как быстро тепловой конус изолятора нагреется до этой температуры после пуска двигателя. С этой точки зрения длину теплового конуса изолятора необходимо выполнять как можно большей, а сам тепловой конус целесообразно выдвигать в камеру сгорания.
То же самое требуется для предотвращения утечек тока и соот-ветственно для снижения потерь энергии зажигания.
Тепловая характеристика
Тепловая характеристика свечи - это зависимость температуры теплового конуса изолятора или центрального электрода от режима работы двигателя.
Различие в тепловых характеристиках свечей достигают в основном за счет изменения длины теплового конуса изолятора.
Удлинение теплового конуса изолятора приводит к увеличению подвода тепла в свечу и к росту ее рабочей температуры. Максимальное значение температуры не может превышать
1,
Бесспорно, любой элемент транспортного средства – это его неотъемлемая часть, на которую возлагаются определенные функции. Если с большими агрегатами (мотор, генератор, аккумулятор и т.д.) все более-менее понятно, то в вопросе предназначения маленьких деталей иногда непросто разобраться. Именно такими небольшими составляющими большой конструкции автомобиля являются свечи зажигания, о которых и пойдет речь далее.
Если проводить аналогию с обычной восковой свечой, то автомобильная свеча зажигания также способна гореть, вот только ее пламя представлено в форме кратковременной искры, которая и отвечает за воспламенение топливовоздушной смеси в различных типах тепловых моторов. Что касается бензиновых силовых агрегатов, то возгоранию топливной жидкости предшествует электрический разряд, напряжение которого соответствует нескольким тысячам или даже десяткам тысяч вольт. Такой разряд появляется между электродами свечи, срабатывающей при каждом цикле в конкретный момент работы силового агрегата.
Получается, что если убрать этот элемент из общей рабочей цепочки, то воспламенение смеси не произойдет, и мотор не сможет начать свою работу. На то, как работают свечи зажигания, мы еще обратим внимание, но немного позже.
К основным конструктивным элементам автомобильных свечей зажигания относятся изолятор, центральный электрод, контактный стержень и, собственно, сам корпус, в который все это помещено. Контактный стержень выступает соединительным элементом между свечой зажигания и катушкой, либо свечой и высоковольтным проводом. Центральный электрод играет роль катода, изготовленного из легированной стали. Диаметр электрода находится в пределах 0,4-2,5 мм.
Сегодня для создания этого элемента используется сразу два металла: медь (из нее изготавливается сердечник) и сталь (биметаллический электрод). Стальная оболочка хорошо нагревается, тем самым обеспечивая надежный и быстрый запуск силовой установки, а медный сердечник быстро отводит тепло.
Чтобы увеличить срок службы свечей зажигания, повысить устойчивость деталей к коррозийным влияниям и разрушениям под воздействием электрохимических процессов, сердечник изготавливают из благородного или редкоземельного сплава стали
(иридия, платины, иттрия, вольфрама или палладия). Именно этот факт поспособствовал появлению дополнений к названию деталей: , платиновая и т.д.
Центральный электрод и контактный стержень соединяются с помощью токопроводящего герметика, который просто необходим для защиты электрооборудования мотора от проблем, появляющихся из-за искрообразования. Таким герметиком нередко становится проводящая ток стекломасса. Изолятор служит объединяющим звеном, которое соединяет контактный стержень с центральным электродом. Именно этот элемент обеспечивает электрическую изоляцию и установленный температурный режим свечи зажигания.
Все указанные элементы заключены в металлический корпус, выполненный из никелевого сплава. Он дополнен резьбой для вкручивания свечи в головку блока цилиндров и ее удержания там. Нижняя часть свечи представлена в виде бокового электрода, изготовленного из никелевого сплава. Между центральным и боковым электродом имеется зазор, размеры которого влияют на качество воспламенения топливно-воздушной смеси.
Применение свечи с большим зазором требует использования более высокого пробойного напряжения, что повышает вероятность пропуска момента зажигания.
Как результат, мы получаем увеличение расхода топлива и вредных выхлопных газов. В то же время слишком маленький зазор создает малую искру, вследствие чего эффективность от воспламенения ТВС существенно снижается.
Принцип работы свечи зажигания достаточно прост: топливовоздушная смесь поджигается электрическим разрядом, напряжение которого достигает нескольких тысяч или даже десятков тысяч вольт. Это напряжение появляется между электродами свечи в конкретный момент каждого рабочего цикла силовой установки машины.
Одним из основных критериев разделения свечей зажигания на виды является их конструкция. Так, учитывая устройство таких «зажигалок», их подразделяют на:
двухэлектродные (классический вариант, в котором имеется один центральный и один боковой электрод);
многоэлектродные (предусматривают наличие одного центрального и нескольких боковых электродов).
Последний вариант используется, когда есть желание получить надежную свечу зажигания с длительным сроком службы. Дело в том, что в двухэлектродном варианте искра возникает только между двумя электродами, вызывая их быстрое выгорание, а многоэлектродная свеча позволяет искре появляться между центральным и одним из боковых электродов. Учитывая снижение нагрузки на каждый боковой электрод, вполне логично, что свеча прослужит дольше.
Кроме того, разделить свечи зажигания на виды можно и исходя из материала их изготовления. В таком случае выделяют классические и платиновые изделия. В первом случае, чаще всего, электроды изготавливаются из меди, но существуют варианты, в которых электроды покрыты редкими металлами (например, иттрием). Такое покрытие увеличивает стойкость электродов, но на остальные характеристики практически никак не влияет.
Электроды из платины обладают высокой коррозийной и температурной устойчивостью, и ими могут быть не только центральные, но и боковые элементы. Указанный вид свечей зажигания монтируется в турбодвигатели, оборудованные турбо- или механическим нагнетателем. В сравнении с классическими вариантами, срок службы платиновых изделий сравнительно больше, но и стоят они дороже.
Относительно недавно появился еще один вид свечей зажигания – плазменно-форкамерные . В этом случае роль бокового электрода возлагается на корпус изделия, а сама конструкция образует искровой кольцевой зазор, в котором перемещение искры происходит по кругу. Принято считать, что именно этот вид свечей зажигания улучшает самоочистку деталей, тем самым увеличивая их срок службы.
Центральный электрод свечи соединен с контактным выводом посредством специального керамического резистора, который отлично уменьшает помехи от работающей системы зажигания. Зачастую наконечник центрального электрода изготавливается из железоникелевых сплавов, к которым добавляют хром, медь и другие редкоземельные металлы.
Края центрального электрода больше всего подвержены электронной эрозии – выгоранию, из-за чего приходится периодически счищать следы эрозии наждаком. Однако сегодня необходимость в подобной процедуре отпала, так как начали использоваться сплавы с «благородными» металлами: вольфрамом, платиной, иридием и т.д.
Существуют варианты классических изделий, в которых электроды покрыты сплавом иттрия, что также помогает увеличить устойчивость электродов к отрицательным влияниям, и являются ключевой особенностью подобных свечей зажигания.
Еще одна классификация описанных деталей основывается на тепловых характеристиках, то есть, согласно калильному числу, свечи разделяются на: горячие (калильное число колеблется от 11 до 14), средние свечи (от 17 до 19) и холодные (больше 20). Также существуют унифицированные изделия, калильное число которых соответствует 11-20. Каждый двигатель требует установки свечей, идеально соответствующих ему по тепловым характеристикам. Тип резьбы свечей зажигания также является поводом их разделения на виды, причем как по длине, так и по размеру головки под ключ. Все эти параметры необходимо учитывать при выборе деталей.
Главными параметрами свечей зажигания любого вида являются присоединительные размеры деталей (длина и диаметр резьбовой части), калильное число, присутствие встроенного резистора и положение теплового конуса.
Отечественные искровые варианты таких изделий, подходящие для моторов практически всех транспортных средств (легковых и грузовых автомобилей, автобусов, мотоциклов и др.) полностью отвечают требованиям международного стандарта ИСО МС 1919, тем самым обеспечивая возможность их замены зарубежными аналогами по характеристикам и размерам.
Разница между габаритными и присоединительными размерами свечей зажигания объясняется разнообразием выпускаемых силовых установок. Современные требования по повышению качества их рабочих параметров определяют основное направление в развитии свечей зажигания: резьбовая часть удлиняется, в то время как диаметральные размеры уменьшаются. Маркировка свечей зажигания, которые выпускаются в России, представлена ниже.
Примечания:
* - Свечи зажигания, резьбовая часть корпуса которых соответствует 9.5 мм. Существуют только варианты с резьбой М14х1.25, и размером шестигранника "под ключ" 19.0 мм.
** - Изделия с длиной резьбовой части корпуса в 12.7 мм, которые производятся только с размером резьбы М14х1.25. В этом случае размер шестигранника "под ключ" равняется 16.0 и 20.8 мм.
*** - Порядковый номер разработки. Указывается информация о величине искрового зазора, установленного производителем и (или) информация о других особенностях конструкции, которые не влияют на общие рабочие характеристики свечи.
о.н. - обозначение не ставится.
Устройство свечи зажигания – не единственный параметр, на который стоит обращать внимание при выборе таких деталей. Однако к самым важным из них относят всего две характеристики: калильное число
и размер самой свечи
. Что касается размеров, то здесь все достаточно просто: слишком маленькая свеча просто провалится в свечной колодец, в то время как большая в него не поместится.
Калильное зажигание – это уже более серьезный параметр, который определяет температурный диапазон свечи зажигания (температуру, при которой топливно-воздушная смесь сможет загораться от искры, а не от раскаленного электрода).
Высокий показатель калильности свидетельствует о «холодности» свечи, а значит, такая деталь создана для работы на моторах, способных прогреваться до высоких температур и выносить серьезные нагрузки. Низкое калильное число указывает на «горячую» свечу зажигания, которая может самоочищаться. По этой причине не стоит сразу записывать такие изделия в ряды «неподходящих».
Наиболее подходящий способ выбора свечей зажигания, учитывая при этом длительность срока их службы и другие важные характеристики, – это обратиться к дилеру или просмотреть руководство по эксплуатации автомобиля. Правда, его использование не всегда возможно, так как руководства может не оказаться под рукой, а владельцы старых марок не всегда смогут найти свечи, которые им посоветовал производитель 15-20 лет назад.
