Свеча зажигания – устройство, предназначенное для воспламенения топливной смеси, поступающей в камеры сгорания двигателя, в конце такта сжатия.
Принцип действия
Электрический ток высокого напряжения (до 40.000 В) подаётся по высоковольтным проводам от катушки зажигания, через распределитель зажигания, к свече зажигания. Между центральным электродом свечи (плюс) и её боковым электродом (минус) возникает искровой разряд. От этой воспламеняется топливная смесь, находящаяся в камере сгорания двигателя в конце такта сжатия.
Виды свечей зажигания
Свечи зажигания бывают искровые, дуговые, накаливания. Нас будут интересовать искровые, применяющиеся в бензиновых двигателях внутреннего сгорания.
Расшифровка маркировки свечей зажигания отечественного производства
В качестве примера возьмём широко распространённую свечу А17ДВРМ.
А – резьба М 14 1,25
17 – калильное число
Д – длина резьбовой части 19 мм (с плоской посадочной поверхностью)
В – выступание теплового конуса изолятора свечи за торец резьбовой части корпуса
Р – встроенный помехоподавительный резистор
М – биметаллический центральный электрод
Также могут быть указаны – дата изготовления, производитель, страна изготовления.
Маркировка свечей зажигания импортного производства не имеет единой системы расшифровки. Что она означает для тех или иных свечей можно посмотреть на сайтах их производителей.
Устройство свечи зажигания
Контактный наконечник. Служит для крепления высоковольтного провода на свече.
Изолятор. Выполнен из высокопрочной алюминиево-оксидной керамики, выдерживающей температуру до 1000 0 и электрический ток напряжением до 60.000 В. Необходим для электрической изоляции внутренних деталей свечи (центрального электрода и т. д.) от ее корпуса. То есть разделения «плюса» и «минуса». Имеет несколько кольцевых канавок в верхней части и покрытие из специальной глазури, служащих для предотвращения утечки тока. Часть изолятора со стороны камеры сгорания, выполненная в виде конуса называется тепловым конусом и может как выступать за пределы резьбовой части корпуса (горячая свеча), так и быть утопленным в него (холодная свеча).
Корпус свечи. Изготовлен из стали. Служит для вворачивания свечи в головку блока двигателя и отведения тепла от изолятора и электрода. Помимо этого он является проводником «массы» автомобиля к боковому электроду свечи.
Центральный электрод. Наконечник центрального электрода изготавливают из жаростойкого железо-никелевого сплава с сердечником из меди и других редкоземельных металлов (т. н. биметаллический электрод). Он проводит электрический ток для создания искры и является наиболее горячей частью свечи.
Боковой электрод. Изготавливается из жаропрочной стали с примесью марганца и никеля. На некоторых свечах может быть несколько боковых электродов для улучшения искрообразования. Так же существуют биметаллические боковые электроды (например, железо с медью) имеющие лучшую теплопроводность и увеличенный ресурс. Боковой электрод предназначен для обеспечения образования искры на свече зажигания между ним и центральным электродом. Выполняет роль «массы» (минуса).
Помехоподавительный резистор. Изготовлен из керамики. Служит для подавления радиопомех. Соединение резистора с центральным электродом герметизировано специальным герметиком. Имеется не на всех свечах зажигания. Например А17ДВ его нет, А17ДВР есть.
Уплотнительное кольцо. Выполнено из металла. Служит для уплотнения соединения свечи с посадочным гнездом в головке блока. Присутствует на свечах с плоской контактной поверхностью. На свечах с конусной контактной поверхностью его нет. На модели показана свеча с плоской посадочной поверхностью и уплотнительным кольцом.
Зазор между электродами свечи зажигания
Двигатель легкового автомобиля эффективно работает только при определенном зазоре между электродами свечей зажигания. Зазор в свечах зажигания должен соответствовать требованиям заводской инструкции по эксплуатации автомобиля. При меньшем зазоре искра между электродами получается короткой и слабой, сгорание топливной смеси ухудшается. При большем зазоре увеличивается напряжение, необходимое для пробивания воздушного промежутка между электродами свечи, и искры вообще может не быть или она будет, но очень слабая.
Измеряется зазор при помощи круглого щупа необходимого диаметра. Не рекомендуется применение плоского щупа, так как измерение зазора будет неточным. Объясняется это тем, что при работе свечи происходит перенос металла с одного электрода на другой. На одном электроде, со временем, образуется ямка, на другом бугорок. Поэтому для измерения зазоров подходят только круглые щупы.
Зазор между электродами свечи зажигания регулируют только подгибанием бокового электрода.
С наступлением зимы, для снижения пробивного напряжения нормальный зазор можно уменьшить на 0,1 – 0,2 мм. При прокрутке двигателя стартером в мороз, двигатель быстрее будет схватывать.
Калильное число
Тепловая характеристика свечи зажигания (способность противостоять нагреву) называется калильным числом. Для каждого типа двигателя требуется свеча зажигания с определенным калильным числом. Свечи делятся на холодные (с высоким калильным числом) и горячие (с низким калильным числом).
Калильное число определяется материалом изолятора и длиной его нижней части (у горячих свечей он более длинный). Отечественные свечи имеют показатели калильного числа от 11 до 23, зарубежные индивидуально у каждого производителя.
При неправильно подобранных свечах зажигания возможно калильное зажигание, когда топливная смесь в цилиндрах поджигается преждевременно не электрической искрой, возникающей между ее электродами, а от раскаленного корпуса свечи. Двигатель в этом случае звенит под нагрузкой (детонация, «пальцы стучат») как при неверно выставленном угле опережения зажигания, а также продолжает некоторое время работать при выключении зажигания. Необходимо заменить свечи на более холодные.
И, наоборот, наличие постоянно возникающих черных отложений () на электродах свечей, при заведомо исправном двигателе, говорит о том, что свечи зажигания холодные и их следует заменить на более горячие.
Правильно подобранные свечи должны иметь светло-коричневый цвет в нижней части, так как температурный режим такой свечи 600-800 0 . В этом случае свеча самоочищается, масло, попавшее на нее, выгорает, нагар не образуется. Если температура ниже 600 0 (например, при постоянном движении в городе), то свеча очень быстро покрывается нагаром, если выше 800 0 (при движении на мощностных режимах) возникает калильное зажигание. Поэтому стоит подбирать свечи для своего двигателя согласно рекомендациям его завода-производителя.
Проверка свечей зажигания
Выкрутите свечи и осмотрите их центральные электроды. Если они черные — топливная смесь переобогащается, если они светлые (светло-серые) — топливная смесь обеднена.
Дефектные свечи меняем. Подробнее об этом на странице «Неисправности свечей зажигания» .Применяемость свечей зажигания для разных двигателей можно посмотреть на странице «Применяемость свечей зажигания для двигателей автомобилей ВАЗ»
Свеча зажигания — это, по сути, электрод, который подает электроэнергию из системы зажигания в камеру сгорания. Система зажигания должна сгенерировать величину напряжения, которой будет достаточно для формирования искры.
Что такое свеча зажигания?
Свеча зажигания — специальное устройство для воспламенения горючей смеси в цилиндре двигателя. Процесс работы одного цилиндра можно разделить на 4 пункта:
- Заполнение цилиндра горючим веществом.
- Сжатие горючего вещества поршнем и воспламенение вещества свечой.
- Процесс расширения объема цилиндра за счет движения поршня в обратном направлении (При воспламенении давление существенно увеличивается, из-за чего происходит обратное движение поршня и за счет этой силы автомобиль может ездить).
- Выталкивание продуктов сгорания через выхлопную трубу машины.
Процесс работы двигателя — круговой, в двигателе любой машины далеко не один цилиндр, количество свечей всегда равняется количеству цилиндров. Из-за этого могут возникать огромные проблемы с двигателем. Ведь если у вас сломается свеча в одном цилиндре, или же случится поломка в самом цилиндре, вы не сможете отличить эти нюансы. При каких-либо проблемах с двигателем большинство первым делом меняет свечи, отчасти это правильный ход. Ведь починка двигателя и даже его разбор стоит дороже чем новые свечи.
Отклонения от нормального процесса сгорания
Отклонения в работе свечи от нормального процесса сгорания бывают разными, при неисправной свечи могут пропускаться воспламенения, что чревато отказа в работе одной камеры цилиндра. Одним из частых отклонений является калильное зажигание, оно сопровождается ранним выходом искры или же запозданием, вследствие чего двигатель не будет работать на полную мощность. Очень распространенной проблемой является также детонация . Она возникает в наиболее удаленном от свечи месте в цилиндре и происходит из-за сильного сжатия топлива.
Признаки и причины неисправности
Теперь поговорим о неисправности свечей, если же вы не хотите покупать новые свечи или же просто хотите разобраться в проблеме, то первым делом нужно вынуть каждую из свечей и осмотреть её на наличие какого-либо налёта или влажных отложений . Если сопротивление между земельным и заземляющим электродом падает до нуля, то конец свечи может быть загрязнен сажей. Из-за чего это происходит? Чаще всего это загрязнение воздушного типа фильтра и слабая искра. Сажистые отложения приводят к тому, что свеча иногда будет пропускать воспламенение.
Из-за резкого роста температур в камере цилиндра при усиленной работе цилиндра свеча может частично плавиться, на свече появляется свинцовый налет. На повышение температур очень сильно влияет само топливо, которое использует машина. Это возникает из-за калильного зажигания свечи. Тут проблема может быть в выпускном клапане, поршне, поршневых кольцах, в результате чего может оплавиться изолятор свечи.
При наличии металлических стуков во время езды, вибрациях, увеличении расхода топлива, возможна детонация топлива в поршне . Чаще детонация происходит на относительно небольших скоростях при подъеме. Причин возникновения детонаций много:
- это слишком быстрая работа поршня (поршень сжимает смесь очень быстро и давление увеличивается до максимально допустимого);
- очень большая задержка в работе свечи (свеча срабатывает с огромным опозданием, за это время поршень увеличивает давление до максимально допустимого);
- неисправность всего цилиндра или двигателя.
При выборе свечей на свой автомобиль нужно учитывать два основных параметра:
- габариты свечи;
- калильное число.
Габариты свечи очень важны, ведь свеча с другими габаритами может просто не подойти к вашему автомобилю и в магазине вам могут отказать в возврате товара. Калильное число тоже играет огромную роль:
- Свечи с низким калильным числом чаще всего используются на легковых автомобилях, которые не предназначены для скоростной езды.
- Свечи со средним калильным числом рассчитаны на медленную и спокойную езду, а также невысокую нагрузку.
- Свечи с высоким калильным числом используют для спортивных автомобилей, такие свечи имеют большой запас прочности и более стойки к работе в условиях повышенной температуры.
Также нужно учитывать ваше местоположение, ближе к югу, где температура значительно превышает другие области, нагрузка на свечи существенно увеличивается.
Перед покупкой нужно обязательно учитывать все нюансы, съездить в несколько магазинов и спросить у продавцов, но главное, конечный выбор должны сделать вы, от этого зависит производительность вашего двигателя и его долговечность.
Свеча зажигания служит для переноса в цилиндр двигателя подающегося высокого напряжения, с целью создания искры зажигания и воспламенения рабочей смеси. Кроме того, свеча должна изолировать от блока цилиндров подающееся на нее высокое напряжение (более 30 кВ), снижать пробои и прорывы, а также герметично закрывать камеру сгорания. Кроме того, она должна обеспечивать соответствующий диапазон температур во избежание загрязнения электродов и возникновения калильного зажигания. Устройство типичной свечи зажигания показано на рисунке.
Рис. Свеча зажигания производства фирмы «Bosch»
Стержень клеммы и центральный электрод
Стержень клеммы изготовлен из стали и выступает из корпуса свечи зажигания. Он служит для присоединения провода высокого напряжения или напрямую установленной стержневой катушки зажигания. Электрическое соединение между стержнем клеммы и центральным электродом выполнено с помощью расположенного между ними расплава стекла. К расплаву стекла домешивается наполнитель для улучшения степени обгорания и свойств сопротивления помехам. Так как центральный электрод находится непосредственно в камере сгорания, он подвержен воздействию очень высоких температур и сильной коррозии вследствие контакта с отработавшими газами, а также с остаточными продуктами сгорания масла, топлива и примесей. Высокие температуры искрообразования приводят к частичному расплавлению и выпариванию материала электродов, поэтому центральные электроды изготавливаются из никелевого сплава с добавками хрома, марганца и кремния. Наряду с никелевыми сплавами используются также сплавы серебра и платины, так как они незначительно обгорают и хорошо отводят тепло. Центральный электрод и стержень клеммы герметично закреплены в изоляторе.
Изолятор
Изолятор предназначен для отделения стержня клеммы и центрального электрода свечи зажигания от ее корпуса, чтобы не происходило пробоя высокого напряжения на «массу» автомобиля. Для этого изолятор должен обладать высоким электрическим сопротивления, поэтому он изготовлен из оксида алюминия, содержащего стекловидные добавки. Для снижения токов утечки горлышко изолятора имеет оребрение.
Наряду с механическими и электрическими нагрузками изолятор подвергается также высоким термическим нагрузкам. При работе двигателя на максимальных оборотах у опоры изолятора температура достигает 850 °С, а у головки изолятора - около 200 °С. Данные температуры возникают вследствие цикличных процессов сгорания рабочей смеси в цилиндре двигателя. Для того, чтобы температуры в области опоры не становились высокими, материал изолятора должен обладать хорошей теплопроводностью.
Общее устройство свечи зажигания
Свеча зажигания имеет металлический корпус, который вкручивается в соответствующее отверстие в головке блока цилиндров. В корпус свечи зажигания встроен изолятор, для герметизации которого используются специальные внутренние уплотнения. Изолятор содержит внутри центральный электрод и стержень клеммы. После сборки свечи зажигания выполняется окончательная фиксация всех деталей путем термической обработки. Боковой электрод, изготовленный из того же материала что и центральный, приваривается к корпусу свечи. Форма и расположение бокового электрода зависят от типа и конструкции двигателя. Зазор между центральным и боковым электродами регулируется в зависимости от типа двигателя и системы зажигания.
Существует много возможностей расположения бокового электрода, что влияет на величину промежутка искрового разряда. Чистая искра образуется между центральным электродом и боковым, г-образной формы. При этом рабочая смесь легко попадает в промежуток между электродами, что способствует ее оптимальному воспламенению. Если кольцеобразный боковой электрод устанавливается на одном уровне с центральным, то искра может скользить над изолятором. В этом случае ее называют скользящим искровым разрядом, который позволяет сжигать наслоения и остаточный нагар на изоляторе. Улучшить эффективность воспламенения рабочей смеси можно либо увеличением длительности искрообразования, либо увеличением энергии искрообразования. Рациональной является комбинация скользящего и обычного искровых разрядов.
Рис. Типы свечей зажигания с воздушным скользящим искровым разрядом
Для снижения потребности в напряжении на свече зажигания со скользящим искровым зарядом может быть дополнительно установлен управляющий электрод. При увеличении температуры изолятора искрообразование способно происходить при меньшем напряжении. При длительном промежутке искрового разряда воспламенение улучшается как для бедной, так и для богатой смеси топлива с воздухом.
Для двигателей с впрыском топлива во впускной коллектор предпочтение отдается свече зажигания с траекторией искрового разряда, «растянутой» в камере сгорания, в то время как для двигателей с непосредственным впрыском топлива в камеру сгорания и послойным смесеобразованием свеча зажигания с поверхностным разрядом имеет преимущества благодаря лучшей возможности самоочищения.
При выборе подходящей для двигателя свечи зажигания важную роль играет ее калильное число, с помощью которого можно судить о тепловой нагрузке на опору изолятора. Данная температура должна быть примерно на 500 °С выше, чем температура, необходимая для самоочищения свечи от наслоений. С другой стороны, нельзя превышать максимальную температуру около 920 °С, иначе возможно возникновение калильного зажигания.
Если не достичь температуры, необходимой для самоочищения свечи, частицы топлива и масла, скапливающиеся у опоры изолятора, не будут сжигаться, и между электродами на изоляторе могут образоваться токопроводящие полосы, которые способны привести к пропускам искрообразования.
Если опора изолятора нагревается выше 920 °С, это приведет к неконтролируемому сгоранию рабочей смеси вследствие накаленной опоры изолятора во время сжатия. Мощность двигателя снижается, а свеча зажигания вследствие тепловой перегрузки может быть повреждена.
Свеча зажигания для двигателя выбирается согласно ее калильному числу. Свеча с маленьким калильным числом имеет незначительную поверхность поглощения тепла и подходит для двигателей с высокими нагрузками. Если двигатель нагружен слабо, устанавливается свеча зажигания с высоким калильным числом, имеющая большую поверхность поглощения тепла. Конструктивно калильное число свечи зажигания регулируется при ее изготовлении, например, с помощью изменения длины опоры изолятора.
Рис. Определение калильного числа свечи зажигания
При использовании комбинированного электрода, включающего электрод на никелевой основе с медным ядром, улучшается теплопроводность и вследствие этого отвод тепла от электрода.
К важным задачам при разработке свечи зажигания относится увеличение интервалов технического обслуживания. Вследствие коррозии, связанной с искровым разрядом, во время работы зазор между электродами увеличивается, а вместе с тем увеличивается и потребность в напряжении во вторичной цепи системы зажигания. При сильном износе электродов свечу зажигания следует заменить. На сегодняшний сроки службы свечей зажигания, в зависимости от их конструкции и материалов, составляют от 60000 км до 90000 км. Это достигается улучшением материала электродов и использованием большего количества боковых электродов (2, 3 или 4 боковых электрода).
При всем разнообразии конструкций, любая искровая свеча зажигания (рис.9) включает 8 себя керамический изолятор, металлический корпус, электроды и контактную головку для соединения с высоковольтным проводом.
Центральный электрод установлен в канале изолятора, имеющем переменный диаметр. Головка электрода опирается на коническую поверхность канала изолятора в месте перехода от большего диаметра к меньшему. Рабочая часть центрального электрода выступает на величину от 1.0 до 5.0 мм из изолятора. Закрепление электрода в канале изолятора и герметизацию этого соединения осуществляют с использованием стеклогерметика. Он представляет собой смесь специального технического стекла и порошка металла. Стекло должно иметь коэффициент термического расширения одинаковый с этим коэффициентом у керамики. В этом случае герметизирующая пробка не разрушится при изменениях температуры в процессе эксплуатации. Порошок могалла (медь или свинец) добавляют в стекло для придания ему электрической проводимости.
Сборку сердечника (изолятора в сборе с центральным электродом и контактным стержнем) осуществляют в следующем порядке. Электрод устанавливают в канале изолятора и сверху засыпают порошкообразный стеклогерметик или укладывают ого в виде таблетки. Затем в канал изолятора устанавливают контактную головку. До запрессовки стеклогерметик занимает больший объем, чем после этой операции, и контактный стержень не может полностью войти в канал изолятора Он примерно на треть длины выступает над изолятором. Заготовку нагревают до температуры 700-900 "С и с усилием в несколько десятков килограммов контактный стержень вводят о размягченный под воздействием температуры стеклогерметик. При этом он затекает в зазоры между каналом изолятора, головкой центрального электрода и контактной головкой. После остывания стеклогерметик затвердевает и надежно закрепляет обе детали в канале изолятора Между торцами электрода и контактной головки образуется герметизирующая пробка высотой от 1.5 до 7,0 мм, полностью перекрывающая канал изолятора от прорыва газов
В случае необходимости встроить в цепь центрального электрода электрическое сопротивление для подавления электромагнитных помех применяют резистивный стеклогерметик. После остывания герметизирующая пробка приобретает электрическое сопротивление необходимой величины.
Сердечник устанавливают в корпусе свечи так, что он соприкасается своей конической поверхностью с соответствующей поверхностью внутри корпуса. Между этими поверхностями устанавливают герметизирующую -теплоотводящую» шайбу (медную или стальную).
Закрепление сердечника осуществляют завальцовкой буртика корпуса на поясок изолятора. Герметизацию по соединению изолятор - корпус осуществляют методом осадки корпуса в нагретом состоянии (термоосадкой).
Боковой электрод -массы» прямоугольного сечения приваривают к торцу корпуса и изгибают в сторону центрального. На цоколь корпуса с упором в плоскую опорную поверхность устанавливают уплотнительное кольцо, предназначенное для герметизации соединения свеча - двигатель.
На резьбовую часть контактного стержня устанавливают контактную гайку, если это требуется конструкцией наконечника высоковольтного провода. В некоторых свечах контактный стержень не имеет резьбовой головки, она сразу же штампуется в форме контактной гайки.
ИЗОЛЯТОР
Для обеспечения бесперебойности искрообразования изолятор должен обладать необходимой электрической прочностью даже при высокой рабочей температуре. Напряжение, прикладываемое к изолятору в процессе работы двигателя, равно напряжению пробоя искрового зазора. Это напряжение возрастает с увеличением давления и величины зазора и уменьшается по мере возрастания температуры. На двигателях с классической системой зажигания используются свечи с искровым зазором 0.5-0,7 мм. Максимальная величина напряжения пробоя в этих условиях не превышает 12-15 кВ (амплитудное значение). На двигателях с электронными системами зажигания установочный искровой зазор составляет 0,8-1,0 мм. В процессе эксплуатации он может увеличиться до 1,3-1,5 мм (у обеих систем). При этом напряжение пробоя может достигать 20-25 кВ.
Конструкция изолятора относительно проста - это цилиндр с осевым отверстием для установки центрального электрода.
в средней части изолятора имеется утолщение, так называемый -поясок- для соединения с корпусом. Ниже пояска расположена более тонкая цилиндрическая часть - -дульце-, переходящая в тепловой конус. В месте перехода от дульца к тепловому конусу расположена коническая поверхность, предназначенная для установки между изолятором и корпусом герметизирующей теплоотводящей шайбы. Выше пояска расположена -головка", а в месте перехода от пояска к головке расположено плечико под завальцовку буртика корпуса при сборке свечи.
Допустимая, с учетом коэффициента запаса прочности, толщина стенок определяется электрической прочностью материала изолятора. По отечественным стандартам изолятор должен выдерживать испытательное напряжение от 18 до 22 кВ (действующее значение), что больше амплитудного в 1.4 раза Длина головки изолятора определяется напряжением поверхностного перекрытия и выполняется в пределах от 15 до 35 мм. У большинства автомобильных свечей эта величина около 25 мм. Дальнейшее увеличение малоэффективно и приводит к снижению механической прочности изолятора. Для исключения возможности электрического пробоя по поверхности изолятора его головку снабжают кольцевыми канавками (барьерами тока) и покрывают специальной глазурью для защиты от возможного загрязнения.
Функцию защиты от поверхностного перекрытия со стороны камеры сгорания выполняет тепловой конус. Эта важнейшая часть изолятора при относительно небольших размерах выдерживает без перекрытия по поверхности указанное выше напряжение.
Первоначально в качестве материала изолятора применяли обычный фарфор. но такой изолятор плохо сопротивлялся тепловому воздействию и имел низкую механическую прочность.
С увеличением мощности двигателей потребовались изоляторы более надежные. чем фарфоровые. Продолжительное время применяли слюдяные изоляторы. Однако при использовании топлив с присадкой свинца слюда разрушалась. Изоляторы снова стали изготавливать керамическими, но не из фарфора, а из особо прочной технической керамики.
Наиболее распространенной и экономически целесообразной для производства изоляторов является технология изостатического прессования, когда из заранее подготовленных компонентов изготавливают гранулы необходимого состава и физических свойств. Из гранул при высоком давлении прессуют заготовки изоляторов, шлифуют до необходимых размеров с учетом усадки при обжиге, а затем однократно обжигают.
Современные изоляторы изготавливают из высокоглиноземистой конструкционной керамики на основе оксида алюминия. Такая керамика, содержащая около 95% оксида алюминия, способна выдержать температуру до 1600 "С и имеет высокую электрическую и механическую прочность.
Важнейшим преимуществом керамики из оксида алюминия является то, что она обладает высокой теплопроводностью. Это существенно улучшает тепловую характеристику свечи, так как через изолятор проходит основной поток тепла, поступающий в свечу через тепловой конус и центральный электрод (рис. 10).
КОРПУС
Металлический корпус предназначен для установки свечи в двигатель и обеспечивает герметичность соединения с изолятором. К его торцу приваривается боковой электрод, а в конструкциях с кольцевым искровым зазором корпус непосредственно выполняет функцию электрода «массы».
Корпус изготавливают штамповкой или точением из конструкционных малоуглеродистых сталей.
внутри корпуса имеется кольцевой выступ с конической поверхностью. на которую опирается изолятор. На цилиндрической части корпуса выполнена кольцевая проточка, так называемая термоосадочная канавка. В процессе сборки свечи верхний буртик корпуса завальцовывают на поясок изолятора. Затем его нагревают и осаживают на прессе, при этом термоосадочная канавка подвергается пластической деформации, и корпус плотно охватывает изолятор. В результате термоосадки корпус оказывается в напряженном состоянии, что обеспечивает герметичность свечи на весь срок службы.
Рис. 10. Тепловые потоки в изоляторе свечи
ЭЛЕКТРОДЫ
Как сказано выше, для улучшения эффективности воспламенения электроды свечи должны быть как можно более тонкими и длинными, а искровой зазор должен иметь максимально допустимую величину. С другой стороны, для обеспечения долговечности электроды должны быть достаточно массивными.
Поэтому, в зависимости от требований к мощности, топливной экономичности и токсичности двигателей, с одной стороны, и требований к долговечности свечи с другой стороны, к каждому типу двигателя разрабатывалась своя конструкция электродов.
Появление биметаллических электродов позволило в определенной степени решить эту проблему, так как такой электрод имеет достаточную теплопроводность. В отличие от обычного «монометаллического» он при работе на двигателе имеет меньшую температуру и соответственно больший ресурс. В тех случаях, когда требуется увеличить ресурс, применяют два электрода "массы- (рис.11). На свечах зарубежного производства с этой целью применяют три и даже четыре электрода. Отечественная промышленность выпускает свечи с таким количеством электродов только для авиационных и промышленных газовых двигателей. Следует отметить, что с увеличением числа электродов снижается стойкость к образованию нагара и затрудняется очистка от нагара.
К материалу электродов предъявляются следующие требования высокая коррозионная и эрозионная стойкость: жаростойкость и окалиностойкость: высокая теплопроводность; достаточная для штамповки пластичность. Стоимость материала не должна быть высокой Наибольшее распространение в отечественной промышленности для изготовления центральных электродов свечей зажигания получили жаростойкие сплавы: железо-хромтитан, никель-хром-железо и никельхром с различными легирующими добавками
Боковой электрод «массы» должен обладать высокой жаростойкостью и стойкостью к коррозии. Он должен обладать хорошей свариваемостью с обычной конструкционной сталью, из которой изготавливают корпус, поэтому применяют сплав никель - марганец (например. НМц-5). Боковой электрод должен обладать хорошей пластичностью для обеспечения возможности регулирования искрового зазора.
С целью снижения гасящего влияния электродов при доработке свечей на электродах выполняют канавки, в электроде -массы» выполняют сквозные отверстия. Иногда боковой электрод разделяют на две части, превращая одноэлектродную свечу в двухэлектродную.
ВСТРОЕННЫЙ РЕЗИСТОР
Искровой разряд является источником электромагнитных помех, в том числе радиоприему. Для их подавления между центральным электродом и контактной головкой устанавливают резистор, имеющий при температуре 25±10 "С электрическое сопротивление от 4 до 13к0м. В процессе эксплуатации допускается изменение величины этого сопротивления в диапазоне 2-50 кОм после воздействия температуры от -40 до +300 "С и импульсов высокого напряжения.
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ИЗОЛЯТОР
Даже небольшие потери энергии зажигания приводят к ослаблению искры со всеми неприятными последствиями: ухудшение пуска, неустойчивая работа на холостом ходу, потеря мощности двигателя, перерасход топлива, рост токсичности отработавших газов и т. д. Если поверхность изолятора покрыта нагаром, грязью или просто влагой, происходит утечка тока «на массу». Она обнаруживается в темноте в виде коронного разряда по поверхности изолятора. Утечка по загрязненной поверхности теплового конуса изолятора в камере сгорания двигателя может привести к отказу в искрообразовании. Наиболее радикальным способом повышения электрической прочности изоляции является установка между корпусом и контактной головкой свечи дополнительного изолятора в виде керамической втулки. Таким образом, свеча приобретает двойную защиту от утечек тока «на массу».
Данное техническое рошенио защищено патентом и реализовано у нас в стране ЗАО «Автоконинвест» (Москва).
ФОРКАМЕРНЫЕ СВЕЧИ
Рис. 12. Форкамерная свеча зажигания
Известны различные варианты устройства свечи, у которых рабочая камера выполнена в виде форкамеры. Их используют с целью улучшения сгорания рабочей смеси. Форкамерные свечи подобны свечам для спортивных форсированных двигателей, где электроды для защиты от перегрева установлены глубоко внутри рабочей камеры корпуса. Отличие заключается в том. что отверстие. соединяющее рабочую камеру (форкамеру) с цилиндром двигателя, делают специальной формы. При сжатии свежая смесь поступает в форкамеру, искровой разряд возникает в области вихревого потока, и образование первичного очага воспламенения становится интенсивнее. Благодаря этому обеспечивается быстрое распространение пламени в форкамере. Давление быстро возрастает и выбрасывает факел пламени, проникающий в камеру сгорания двигателя и интенсифицирующий воспламенение даже сильно обедненной рабочей смеси.
При перетекании горящих газов из форкамеры в цилиндр двигателя, в связи с турбулизацией горючей смеси, ускоряется и становится более эффективным процесс сгорания. Это. в свою очередь, может привести к улучшению показателей, характеризующих топливную экономичность и токсичность отработавших газов.
Недостатки форкамерных свечей заключаются в том, что велико гасящее влияние электродов, а стойкость к образованию нагара мала. Вентиляция форкамеры затруднена и горючая смесь в ней содержит повышенное количество остаточных газов. При перетекании горящих газов из форкамеры в цилиндр возникают дополнительные тепловые потери. Один из вариантов форкамерной свечи представлен на рис. 12.
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.
Для чего нужны свечи в автомобиле
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.
Устройство и принцип работы свечей зажигания
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.
Виды свечей зажигания
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.
Маркировка и срок службы
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.
На что обращать внимание при покупке
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.