Свечи зажигания: понятие и принцип работы. Для чего нужны свечи зажигания, принцип их работы и разновидности Свеча зажигания в разрезе

В бензиновом двигателе внутреннего сгорания (ДВС) для воспламенения, сжатой поршнем, топливно-воздушной смеси используется элемент получивший название – свеча зажигания. Изобрел ее Роберт Бош в далеком 1902 году после чего, одноименная компания внедрила ее в .

Каково ее устройство?

Базовое устройство свечи зажигания примерно одинаковое у любой производящей её фирмы. Это – металлический корпус, электроды, число которых может меняться в зависимости от марки, керамический изолятор и проходящий сквозь него центральный контактный стержень. Дальше начинаются различия.

Центральный контактный стержень, например, может иметь наконечник в виде плоской площадки. Но может иметь U или V-образную канавку. Может быть заострённым – в случае, если изготовлен из иридия, как у свечей компании DENSO. У них даже боковой электрод имеет профиль особой формы. Эта компания выпускает самые, пожалуй, надёжные свечи – иридиево-платиновые.

У отдельных моделей бокового электрода может не быть вообще – в частности, инженеры компании SAAB разработали мотор, в которой сам поршень имеет заострённый выступ, функция у которого такая же, как у бокового электрода. Когда поршень максимально приближается к верхней мёртвой точки, между ним и центральным электродом проскакивает искра, поджигая сжатую топливно-воздушную смесь.

Уже упомянутые два и более боковых электрода так же меняют в лучшую сторону рабочие режимы и параметры работы мотора. Одновременно с этим возрастают и требования к рабочим зазорам, которые вообще не рекомендуют менять или как-то трогать подгибанием или разгибом, а только строго сохраняя заводские параметры их изготовления.

При этом принцип работы свечи с двумя и более электродами прост, не требуется никаких технических ухищрений для ее стабильной работы: когда, по мере выработки электрода, его «съедания» искрой, начинаются сбои искры, она автоматически появляется на невыработанном электроде, и процесс работы ДВС продолжается без перебоев.

Металлический корпус в нижней части с резьбой для вкручивания в головку блока цилиндров (ГБЦ) имеет плоскую или коническую кольцеобразную площадку. У свечей с плоской площадкой в комплекте имеется обжимное кольцо-шайба из мягкого металла, препятствующее прорыву сжатой топливно-воздушной смеси или продуктов сгорания наружу. У свечей с коническим профилем после резьбы в таком кольце нужды нет, сам конический профиль надёжно закупоривает верхушку камеры сгорания.

Центральные изоляторы во всех моделях делают из термостойкой керамики. Именно на неё наносится маркировка с типом, названием компании-производителя и т.д. Внутри, между контактом для провода и стержнем с центральным контактом, размещается резистор, главная функция которого – подавление радиопомех, возникающих в момент искрового разряда. С учётом развития радио- и телекоммуникаций и их внедрение в системы автомобиля, включая электронное управление впрыском, размещение такого резистора стало обязательным в устройстве свечи зажигания.

В той части, которая вкручивается в ГБЦ, центральный изолятор имеет форму постепенно сужающегося конуса – это сделано для того, чтобы более эффективно отводить тепло, не допуская перекала.

Вид современной свечи

Разнообразие технических решений в разработке и производстве бензиновых двигателей внутреннего сгорания породило и множество моделей свечей для них. В зависимости от применяемого топлива для машины, степени сжатия в цилиндре, способа управления зажиганием (механический, с помощью трамблёра, или электронным), их можно разделить на следующие виды.

Виды свечей

Они разделяются по нескольким характеристикам:

Калильному числу.
Количеству электродов.
Искровому промежутку.
Температурному диапазону.
Сроку службы.
Характеристикам термостойкости.

Кроме того, некоторые виды свечей зажигания разных годов выпуска одной и той же фирмы могут отличаться по длине юбки с резьбой: у ранних моделей автомобилей была меньшая толщина головок цилиндров, которые делались из чугуна и, соответственно резьба необходима более короткая. С переходом к ГБЦ из алюминиевых сплавов их толщина увеличилась, а значит – и длина резьбы в ней тоже стала большей.

Опытный автомобилист в начале всегда обратит внимание на калильное число, которое показывает, с каким давлением может возникнуть калильный эффект, то есть продолжение работы двигателя после разрыва цепи зажигания, когда от контакта с нагретым до критических значений электродом мотор продолжает работать.

При этом использование свечи с калильным числом больше рекомендованных использовать ещё допустимо, с заниженным же – эксплуатация двигателя запрещена! Иначе незадачливый водитель быстро столкнётся с проблемой прогорания поршней, клапанов и с пробоем прокладки головки цилиндров.

Для качественного и стабильного искрообразования в последние два десятка лет выпускают свечи с двумя, тремя и даже четырьмя боковыми электродами.

Но стабильность работы может быть достигнута и иным способом: расположением вспомогательных элементов, играющих роль этих электродов, на самом изоляторе свечи. Возникают несколько кольцевых блуждающих вокруг центрального электрода электрических разрядов, и таким образом, существенно уменьшается вероятность перебоя работы двигателя.

Спортивная свеча Brisk с промежуточными электродами на изоляторе

Приведем еще несколько важных моментов в характеристиках свечей:

Нарушение такого параметра, как искровой зазор, также отрицательно скажется на работе мотора;
Не менее важна термостойкость, её температурный диапазон, означающий нагрев той части, что погружена в пространство между поршнем и головкой цилиндра. Диапазон температур внутри рабочей части в норме лежит в рамках 500-900⁰С. Выход за пределы этого диапазона означает понижение ресурса. В частности, у всех видов свечей зажигания понижение температуры ведёт к быстрому нарастанию нагара;
В нормально отрегулированном двигателе работоспособность зависит от пробега и составляет примерно 30 000 км для свечей, работающих на классической схеме зажигания, и 20 000 – на электронной. Впрочем, у самых высоких по цене (но и у самых надёжных) свечей фирмы DENSO срок службы - до 5-6 лет. Или, иначе говоря, они обеспечат пробег без замены при условии стандартной эксплуатации на протяжении порядка 150 000 - 200 000 километров. Правда, и требования поддержания режимов согласно инструкции ужесточены. К этим требованиям относятся применение топлива с октановым числом ни в коем случае не ниже рекомендованного, и их установка строго по правилам. В частности, не допускается затяжка их в головку цилиндров с усилием выше или ниже рекомендованных, что может повлечь за собой сведение на нет всех их преимуществ;
Тепловой параметр показывает взаимосвязь режимов двигателя и рабочей температуры свечи. Для его повышения увеличивают размеры теплового конуса, придерживаясь, однако, рекомендованной величины в 900 градусов. Выход за эти границы увеличивает риск калильного зажигания.

Драгоценные металлы в конструкции свечи

Градация видов зависит не только от заявленных параметров. Описывая рабочие характеристики свечи зажигания, нужно учитывать ещё и из какого материала изготовлены наконечники электродов.

Самые дешёвые свечи – никелевые. Простота конструкции обуславливает и небольшой срок службы, поэтому их замена делается часто, после 15-18 тысяч километров пробега. Хотя в условиях города, учитывая неровность эксплуатации (стояние с работающим двигателем в пробках, частое чередование ускорения и торможения на светофорах) этот километраж можно смело делить на два, так что время эксплуатации никелевых свечей в норме составляет не больше года.

В платиновых свечах делаются платиновые напайки, что увеличивает срок их эксплуатации до 50 000 километров. Посмотрите стоимость платины в любом обменнике – и вы поймёте, почему эти напайки делают их такими дорогими.

В иридиевых свечах уже два драгоценных металла: иридий в виде напайки на острие центрального электрода и платина – на боковых. Учитывая стоимость иридия, цена на них по сравнению с никелевыми возрастает на 50-60%. Но технические характеристики свечи зажигания с иридием таковы, что проехать с ними можно уже от 60 до 200 тысяч километров.

Такие параметры свечи, как: диаметр резьбы; номер головки ключа под нее; длина юбки с резьбой; зазор между электродами, также относятся к их техническим характеристикам.

Заключение

Прогресс не стоит на месте. Новые технологии позволили, например, довести степень очистки металлов для электродов до 99,999%. Иридий, платина и даже никель такой чистоты способны увеличить срок службы свечи зажигания ещё на 15-18%, в пример поставим компанию DENSO. Кроме того, инженерная мысль продолжила их развитие, предложив факельный и форкамерный тип выработки искры, что сделало работу моторов ещё более стабильной.

Что же касается неизбежной в таком случае увеличения цены – сама возможность в процессе эксплуатации автомобиля как можно реже заглядывать под капот уже оправдывает покупку каждой свечи зажигания даже за 10-20 долларов за штуку.

Давайте представим, что происходит при исправной свече зажигания. Искрообразование происходит благодаря высокому импульсному напряжению, передаваемому от катушки (модуля) зажигания по броне проводу на центральный электрод свечи (сердечник). Эта искра воспламеняет сжатую в камере сгорания топливовоздушную смесь. Создаваемый разряд чрезвычайно короткой длительности (1/1000 секунды). Диапазон подаваемого напряжения варьируется от 4 тыс. до 28 тыс. вольт. Большой зазор, работа мотора «в натяг», состояние компрессии оказывают влияние на величину напряжения искрообразования между электродами.
Основная роль свечи зажигания заключается в формировании сильной искры в точно заданный момент времени.

Воспламенение

Процесс воспламенения происходит от частиц топлива располагаемых между электродами при создании искры. В результате химической реакции (окисления) и формирования искры образуется тепловая реакция, переходящая в пламя. Это тепло активизирует окружающую топливовоздушную смесь, распространяя горение по всей камере сгорания. В случае образования слабой искры происходит недостаточное формирование пламени и выработки тепла, пламя гаснет и прекращает горение. При увеличенном зазоре для формирования искрового разряда требуется подача большего количества напряжения, что может достичь пределов производительности катушки зажигания, снизив производительность свечи (воспламенителя).

Для определения момента времени возникновения искрового разряда поршень выставляют в верхнюю точку такта сжатия топливовоздушной смеси и устанавливают зажигание с небольшим опережением. Если воспламенить смесь раньше определённого времени, давление вырастет до прохождения поршнем цикла сжатия, потеряется мощь мотора, при продолжительной работе произойдёт повреждение двигателя, детонация - момент, когда искра проскакивает до достижения поршнем верхней точки, где пик давления рабочей смеси в такте сжатия не создан, что приводит к нестабильной работе двигателя. Время образования искрового разряда на свечах определяется компьютером или катушкой зажигания.

Рисунок 1. Изменение напряжения разряда

увеличение напряжение
искрообразование
ёмкостная искра
индукционная искра
одна миллисекунда
график напряжения, T - график времени

Переход первичного напряжения в точке «а» в возрастание вторичного (1).
В точке «b» происходит частичное повышение напряжения, достаточное для формирования разряда и возникновения искры (2).
В промежутке «b» и «c» устанавливается ёмкость искры. В начале момента разряда искра генерируется электрической энергией, накопленной во вторичном контуре. Ток большой, длительность короткая (3).
Между «с» и «d» происходит индукционная искра (4). Искра порождается электромагнитной энергией катушки. Ток мал, но больше длительность. Промежуток времени с точки «с» продолжается в течение примерно 1 миллисекунды (5), в точке «d» разряд заканчивается.

Режимы работы

На выбор типа и модели свечи оказывают влияние различные обстоятельства, такие как техническое состояние двигателя, условия передвижения, манера вождения. Например, при монотонном движении в течение длительного времени с обычными свечами будет происходить перегрев корпуса свечи и электродов. Поэтому важно выбирать свечи соответственно режиму эксплуатации.

Зазор свечи зажигания. Напряжение разряда повышается пропорционально зазору свечи. В процессе работы зазор свечи увеличивается, сердечник изнашивается, поэтому требуется высокое напряжение, что неизбежно приводит к пропускам зажигания.

Форма электрода. Искровой разряд легче проскакивает на угловых, острых частях электрода. Старые свечи с закругленными электродами хуже подвержены искрообразованию и более вероятны осечки.

Степень сжатия. Напряжение разряда поднимается пропорционально степени сжатия. Сжатие выше при низкой скорости и повышенной нагрузке на двигатель.

Температура топливовоздушной смеси. Напряжение разряда снижается при повышении температуры топливовоздушной смеси. Чем ниже температура двигателя, тем больше должно быть напряжение, так что пропуски зажигания чаще проявляются при холодных погодных условиях.

Температура электрода. Напряжение разряда снижается при повышении температуры электрода. Температура возрастает пропорционально частоте вращения двигателя. Пропуски зажигания чаще проявляются при низкой скорости передвижения.

Влажность. При повышении влажности температура электрода уменьшается, поэтому требуется большее напряжение разряда.

Соотношение топлива и воздуха. Напряжение разряда зависит от объёма топливовоздушной смеси, чем меньше объём, тем больше требуется напряжение. Если объём топливовоздушной смеси уменьшится вследствие неисправности топливной системы возможно появление пропусков зажигания.

Степень нагрева свечи (калильное число). Тепло, передаваемое электродам воспламенителя в результате сгорания топлива, рассредотачивается по пути, показанному на рисунке 2.

Рисунок 2. Распределение тепла свечи зажигания при сгорании топлива

охлаждающая жидкость
охлаждение при подаче топливовоздушной смеси через впускной клапан

Степень, при которой происходит рассеивание тепла, получаемого свечой, называется степень нагрева (рисунок 3). Свечи с высокой степенью рассеивания тепла называют «холодными», с низкой степенью рассеивания тепла называют «горячими». Это, в значительной степени, определяется температурой газа внутри камеры сгорания и конструкцией свечи.

Рисунок 3. Степень нагрева свечи

"Холодные" свечи
"Горячие" свечи
Газовый карман

У «холодных» свечей длинный металлический цоколь и больше площадь охлаждаемой поверхности, подверженной влиянию пламени и газа. Хорошее рассеивание тепла. У свечей с низкой степенью рассеивания короткий цоколь и невелика площадь охлаждаемой поверхности.

Зависимость между температурой воспламенителя и скоростью транспортного средства выражена графиком на рисунке 4. Существуют ограничения по температуре,при достижении которой свечи не должны эксплуатироваться: наименьшее значение температуры самоочищения и верхнее значение капильного зажигания. Хорошая работа обеспечивается при нагреве центрального электрода от 500 °С до 950 °С.

Рисунок 4. Влияние скорости передвижения на степень нагрева свечи

Низкая степень нагрева свечи
Нормальная работа свечи
Высокая степень нагрева свечи

S — Скорость транспортного средства
T — Температура свечи

Температура самоочищения свечи

Когда температура сердечника составляет 500 °С или ниже в процессе воспламенения и сгорания топливовоздушной смеси происходит выделение свободного углерода, топливо полностью не сгорает и осаждается на поверхности изолятора и металлического цоколя, создавая «мостики» из нагара между изолятором и корпусом. Происходят утечки электричества, неполное искрообразование, вызывая сбои зажигания. Температура в 500 °С называется температурой самоочистки свечи, так как при более высоких температурах углерод сгорает полностью.

Температура образования калильного зажигания

При нагреве сердечника выше 950 °С происходит калильное зажигание. Это означает, что электрод выступает в качестве источника тепла и воспламенение топлива происходит без искры. Таким образом, падает мощность двигателя, что приводит к повышенному износу электродов и повреждению изолятора.

Степень нагрева

Свечи с низкой степенью рассеивания тепла оборудованы сердечником, температура которого поддерживается даже при низкой скорости передвижения. Поэтому они легко достигают температуры самоочистки не позволяя углероду осаждаться на изоляторе.

С другой стороны, центральный электрод с высокой степенью нагрева не поддается легкому нагреву, что не позволяет им достичь температуры калильного зажигания даже при высокой скорости и повышенной нагрузке. Этот тип свечи применяется на скоростных и мощных моторах. Выбор свечи с соответствующим диапазоном нагрева должен основываться на характеристиках двигателя и условиях эксплуатации.

Степень нагрева свечи зависит от сезона использования

Когда температура воздуха летом высокая, температура воздуха на входе выше, что увеличивает нагрузку на двигатель. В такое время, лучше выбрать свечи с более высоким диапазоном нагрева.

Большая мощность двигателя требует установку свечей с более высоким диапазоном нагрева.
Если мощность была увеличена за счет тюнинга произойдёт повышение температуры в цилиндре, предвестнику калильного зажигания. Во избежание подобного повышайте калильное число и уровень теплостойкости.

Подведём итог

Калильное число означает соответствие свечи условиям нормальной работы. Температура топливной смеси при сгорании превышает 1 800 - 2 000°С. Если свеча правильно подобрана к определённому типу двигателя, то процесс воспламенения топливной смеси будет оптимальным для сгорания топлива и сжигания образованных отложений:
не произойдёт перегрев свечи и преждевременное воспламенение, называемое зажиганием калильным, когда микс воздуха и топлива воспламеняется от воспламененных поверхностей камеры сгорания (электроды свечи, выпускной клапан, толстый нагар);
не произойдет детонации, специфичного постукивания, проявляющегося при функционировании на низко октановом топливе с возрастанием нагрузки на мотор, когда часть смеси сгорает быстрее обычного, образуя ударную волну в камере сгорания.

При оптимальном функционировании всех составляющих мотора нижняя часть свечи нагревается до 600 градусов, происходит выгорание масла и излишков топлива, попадающих на электроды, производя процедуру самоочищения. При несоответствии калильного числа характеристикам эксплуатации, отложения на элементах цилиндра происходят активнее, чем выгорают.

Однако возможны ситуации применения отличного от рекомендованного калильного числа. Увеличение числа сожжет нагар в изношенном моторе, работающем большую часть времени на холостом ходу, или автомобиле, используемом для коротких отрезков. При отсутствии проблем с нагаром двигателя горячие свечи противопоказаны, возникает риск преждевременного воспламенения, детонации.

Особые авто (гоночные, работающие на повышенных нагрузках, высоких оборотах длительное время) предпочитают «холодные» свечи, минимум вероятности проявления калильного зажигания. Холостой ход и малая скорость приведут болиды к образованию отложений на поршневой группе.

На сегодняшний день многие производители выпускают свечи с расширенным интервалом нагрева, внедряя сердечник из меди или платины. Медь - отличный проводник тепла, позволяет изолятору выдерживать повышенный нагрев, сжигая загрязняющие отложения до состояния калильного зажигания. Платина также отлично отводит тепло от сердечника.

Полезная информация

А Вы знаете, что на свечах зажигания больше всего иридия, чем где-либо! Иридиевый сплав наносят на центральный электрод лазерной сваркой для снижения электрической эрозии.

Искровые свечи зажигания работают по принципу поджига топливо-воздушной смеси электрическим разрядом напряжением в несколько тысяч или десятков тысяч вольт, возникающим между электродами свечи. Свеча срабатывает в определенный момент на каждом цикле работы двигателя.

В четырехтактных бензиновых двигателях типа DOHC искровые свечи зажигания расположены обычно следующим образом:

[свернуть]

Конструкция и параметры искровых свечей зажигания

Раскрыть...

Искровые свечи зажигания не претерпели принципиальных изменений с момента их появления в начале XX века и развиваются по пути усовершенствования элементов конструкции, материалов и технологии производства.

Детали свечи, находящиеся в камере сгорания, подвергаются высоким термическим, механическим, электрическим и химическим нагрузкам. Температура изменяется от отрицательной (при стоянке машины на морозе) до 2500 градусов Цельсия, давление газов достигает 50-60 бар, а напряжение на электродах доходит до 20кВ и выше. Такие жесткие условия работы определяют особенности конструкции свечей и применяемых материалов, т.к. от бесперебойности искрообразования драматически зависит работа двигателя в целом.

Устройство искровых свечей

Раскрыть...

Устройство свечи зажигания с плоской опорной поверхностью: 1 — контактная (штекерная) гайка; 2 — изолятор; 3 — оребрение 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; 10 — тепловой конус изолятора; 11 — боковой электрод («массы»); h — искровой зазор.

Основными элементами любой свечи зажигания являются металлический корпус, керамический изолятор, электроды и контактный стержень. Корпус 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. Помимо резьбы, на нем есть шестигранник «под ключ» и специальное покрытие для защиты от коррозии. Опорная поверхность (ею свеча «упирается» в головку) может быть плоской или конической. В первом случае для надежной герметизации свечного отверстия используется уплотнительное кольцо. Коническая поверхность сама хорошо герметизирует соединение свечи с головкой блока.

Контактный вывод, расположенный в верхней части свечи, предназначен для подключения свечи к высоковольтным проводам системы зажигания или непосредственно к индивидуальной высоковольтной катушке зажигания. Наиболее часто провод к свече зажигания имеет защёлкивающийся контакт, который надевается на вывод свечи. В других типах конструкции провод может крепиться к свече гайкой или быть универсальным: в виде оси с резьбой и навинчивающегося защёлкивающегося контакта.

Изолятор, как правило, делается из алюминиево-оксидной керамики, которая должна выдерживать температуры от 450 до 1000 градусов и напряжение до 60000 вольт. 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.

Для предотвращения утечки электричества на поверхности изолятора в его «верхней» части делают кольцевые канавки (барьеры тока) и наносят специальную глазурь, а часть изолятора со стороны камеры сгорания выполняют в форме конуса (называемого тепловым).

Боковой электрод, как правило, изготавливается из легированной никелем и марганцем стали и приваривается контактной сваркой к корпусу. 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. По внешнему виду такие свечи ничем не отличаются от обычных, но диапазон рабочих температур у них значительно расширен, поэтому они получили название «термоэластик». Такие свечи способны достигать нижнего температурного предела тепловой характеристики при наименьшей эффективной мощности, развиваемой двигателем.

Для увеличения долговечности электроды дорогих свечей снабжают напайками из платины и других благородных металлов. Форма бокового электрода в зоне пробоя напоминает сопло Лаваля, за счёт чего создаётся поток раскалённых газов, истекающих из внутренней полости свечи и эффективно поджигающий рабочую смесь в камере сгорания.

Центральный электрод, как правило, соединяется с контактным выводом свечи через керамический резистор для снижения радиопомех от системы зажигания. Герметизация соединения этих деталей осуществляется токопроводящей стекломассой (стеклогерметиком). Центральный электрод также может быть биметаллическим. 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 (катод) должен для облегчения искрообразования обладать хорошей способностью к эмиссии электронов.

Т.к. напряжённость электрического поля максимальна по краям электрода, искра проскакивает между острым краем центрального электрода и краем бокового электрода. В результате этого края электродов подвергаются наибольшей электрической эрозии. Раньше свечи нуждались в периодическом ручном удалении следов эрозии (наждаком). Сейчас, благодаря применению сплавов с редкоземельными и благородными металлами (иттрий, иридий, платина, вольфрам, палладий), нужда в зачистке электродов практически отпала, а срок службы существенно вырос (с поправкой на «паленый» бензин, содержащий железосодержащие присадки и очень быстро убивающий любые свечи).

Классическая конструкция свечи предполагает один центральный электрод и один боковой. Однако есть и двух-, трех- и даже четырехэлектродные модели. Вопреки распространенному мнению, на многоэлектродной свече образуется всего одна искра: высокое напряжение «пробьет» тот промежуток, который будет иметь наименьшее сопротивление. Тем временем другие электроды фактически препятствуют нормальному распространению пламени и ухудшают охлаждение теплового конуса. Они лучше раскаляются в момент появления искры и медленнее «остывают» в ожидании следующего электрического импульса. Плюсом является бОльшая стабильность (хоть один из электродов да обеспечит наилучшие условия для пробоя) и бОльший ресурс (с поправкой на паленое топливо).

С 1999 года на рынке появились 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. Эффективность таких свечей поставлена под сомнение многочисленными экспериментами (что логично, т.к. конструкция такой свечи не позволяет эффективно распространяться фронту пламени).

[свернуть]

Искровой зазор

Раскрыть...

Зазор - минимальное расстояние между центральным и боковым электродом. Величина зазора - это компромисс между «мощностью» искры, т.е. размерами плазмы, возникающей при пробое воздушного зазора, и возможностью пробить этот зазор в условиях сжатой воздушно-бензиновой смеси. Факторы, определяемые зазором:

Чем больше зазор - тем больше размеры искры, тем больше вероятность воспламенения смеси и больше зона воспламенения. Это положительно влияет на потребление топлива, равномерность работы, понижает требования к качеству топлива, повышает мощность. Слишком увеличивать зазор тоже нельзя, иначе высокое напряжение будет искать более лёгкие пути - пробивать высоковольтные провода на корпус, пробивать изолятор свечи и т.д.
Напряжённость поля в зазоре определяется формой электродов. Чем они острее - тем больше напряжённость поля в зазоре и легче пробой (как у иридиевых и платиновых свечей с тонким центральным электродом).
Пробиваемость зазора зависит от плотности газа в зазоре, т.е. от плотности воздушно-бензиновой смеси. Чем она больше - тем сложнее ее пробить.

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 (в свечах с несколькими «объединенными» боковыми электродами или не имеющих боковых электродов).

[свернуть]

Калильное число

Раскрыть...

Калильное число - величина, характеризующая свечу зажигания, пропорциональная среднему давлению, при котором в процессе испытаний свечи на моторной тарировочной установке начинает появляться калильное зажигание (неуправляемый процесс воспламенения рабочей смеси от раскаленных элементов свечи). Калильное число свечи должно строго соответствовать рекомендованному для конкретного двигателя. Допускается непродолжительное использование свечей с несколько большим значением калильного числа, но категорически запрещается использовать свечи с меньшим значением, т.к. это может привести к пробою прокладки головки блока цилиндров, прогоранию поршней, клапанов и т.д.

Российская промышленность выпускает свечи зажигания с калильными числами 8, 11, 14, 17, 20, 23 и 26. За рубежом не существует единой шкалы калильных чисел. Калильное число обладает следующей тепловой характеристикой:

Горячие свечи 11-14;
Средние свечи 17-19;
Холодные свечи 20 и более;
Унифицированные свечи 11-20.

У российских свечей калильное число определяется на специальной одноцилиндровой установке с наддувом. Давление наддува повышается до тех пор, пока не начнется калильное зажигание. При этом фиксируется среднее индикаторное давление цикла, которое и является калильным числом. Чем выше литровая мощность двигателя, чем выше степень сжатия, номинальная частота вращения, тем больше должно быть калильное число (например, как в двигателях с воздушным охлаждением и в двухтактных двигателях).

Старая маркировка калильного числа свечей ряда зарубежных фирм производилась по времени (в секундах), после которого на специальной установке начиналось калильное зажигание. Эта величина примерно в 10 раз превышает показатель калильного числа российских свечей. В настоящее время большинство фирм обозначают калильное число чисто условно.

[свернуть]

Таблица взаимозаменяемости свечей

Раскрыть...

Таблица взаимозаменяемости свечей от разных производителей. Первоисточники: по калильному числу / просто так (если различаются). Прочерк — аналог отсутствует.

Россия	Beru	Bosch	Brisk	Champion	NGK	Nippon Denso	Autolite	Eyquem	Magnetti Marelli
А11,А11-1,А11-3	14-9A	W9A	N19	L86	B4H	W14F	425	406	FL4N
А11Р	14R-9A	WR9A	NR19	RL86	BR4H	W14FR	414	—	FL4NR
А14В, А14В-2	14-8B	W8B	N17Y	L92Y	BP5H	W16FP	275	550S	FL5NR
А14ВМ	14-8BU	W8BC	N17YC	L92YC	BP5HS	W16FP-U	275	C32S	F5NC
А14ВР	14R-7B	WR8B/ WF8B	NR17Y	—	BPR5H	W14FPR	—	—	FL5NPR
А14Д	14-8C	W8C	L17	N5	B5EB	W17E	405	—	FL5L
А14ДВ	14-8D	W8D	L17Y	N11Y	BP5E	W16EX	55	600LS	FL5LP
А14ДВР	14R-8D	WR8D	LR17Y	NR11Y	BPR5E	W16EXR	4265	—	FL5LPR
А14ДВРМ	14R-8DU	WR8DC	LR17YC	RN11YC	BPR5E/ BPR5ES	W16EXR-U	65	RC52LS	F5LCR
А17В	14-7B	W7B	N15Y	L87Y	BPR5ES/ BP6H	W20FP	273	600S	FL6NP
А17Д	14-7C	W7C	L15	N4	BP6H/ B6EM	W20EA	404	—	FL6L
А17ДВ, А17ДВ-1, А17ДВ-10	14-7D	W7D	L15Y	N9Y	B6EM/ BP6E	W20EP	64	707LS	FL7LP
А17ДВМ	14-7DU	W7DC	L15YC	N9YC	BP6E/ BP6ES	W20EP-U	64	C52LS	F7LC
А17ДВР	14R-7D	WR7D	LR15Y	RN9Y	BP6ES/ BPR6E	W20EXR	64	—	FL7LPR
А17ДВРМ	14R-7DU	WR7DC	LR15YC	ТRN9YC/ RN9YC	BPR6ES	W20EPR-U	64	RC52LS	F7LPR
АУ17ДВРМ	14FR-7DU	FR7DCU	DR15YC	RC9YC	BCPR6ES	Q20PR-U	3924	RFC52LS	7LPR
А20Д, А20Д-1	14-6C	W6C	L14	N3	B7E	W22ES	4054	—	FL7L
А23-2	14-5A	W5A	N12	L82	B8H	W24FS	4092	—	FL8N
А23В	14-5B	W5B	N12Y	L82Y	BP8H	W24FP	273	755	FL8NP
А23ДМ	14-5CU	W5CC	L82C	N3C	B8ES	W24ES-U	403	75LB	CW8L
А23ДВМ	14-5DU	W5DC	L12YC	N6YC	BP8ES	W24EP-U	52	C82LS	F8LC

[свернуть]

Тепловая характеристика

Раскрыть...

Верхний температурный предел тепловой характеристики - рабочая температура свечи, при которой возникает калильное зажигание. Составляет около 900 градусов. Слишком высокая температура свечи вредна ее повышенным износом или разрушением. Нижний температурный предел тепловой характеристики - минимальная температура, при которой свеча начнет самоочищаться от нагара. Находится в пределах 350-400 градусов. В нормальных условиях правильно подобранная свеча самоочищается достаточно эффективно, кроме случаев двигателей непосредственного впрыска (GDI), длительное время работавших в режиме малой нагрузки. Различают следующие виды свечей по этой относительной характеристике:

«Горячие» свечи - предназначены для применения на малофорсированных двигателях и двигателях для низкооктанового топлива, где необходимо достижение температуры самоочищения от нагара при относительно небольших тепловых нагрузках. Свечи «горячее» положенных для данного двигателя будут вызывать калильное зажигание. Имеют меньшее, чем «холодные», калильное число.
«Холодные» свечи - предназначены для использования на высокофорсированных двигателях и высокооктанового топлива для нагрева меньше температуры калильного зажигания при максимальной мощности двигателя. Свечи «холоднее» для данного двигателя не будут достигать температуры самоочищения от нагара и перестанут работать через короткий промежуток времени.
«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.

Чем длиннее тепловой конус, тем больше его площадь (нагревается до температуры самоочищения при меньшей тепловой нагрузке) и тем лучше он обдувается газами (дополнительно ускоряет прогрев и улучшает очищение от нагара), т.е. 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).

[свернуть]

Нагар и самоочищение

Раскрыть...

Пока тепловой конус не нагреется до 400 градусов, на нем образуется нагар, приводящий к утечкам тока и нарушению искрообразования. По достижении этой температуры нагар начинает сгорать, происходит самоочищение свечи. Особенность в этом процессе представляют двигатели непосредственного впрыска (например, GDI), в которых эффективность впрыска (малое количество топлива при впрыске и, следовательно, малое количество тепла) приводит к «плановой» невозможности самоочищения свечей на малых нагрузках.

При неисправности системы питания и/или неверно выставленном угле опережения зажигания нагар может полностью заполнить пространство между электродами, образуя электропроводный мостик, что полностью выведет свечу из строя. Серьезно «закоченые» свечи нельзя очищать металлической щеткой, т.к. на поверхности электродов большинства современных свечей производится напыление благородных металлов, и абразивная обработка резко ухудшит ее характеристики. Кроме того, есть риск изменения искрового промежутка и еще большего ухудшения работы. В исправном двигателе свечи всегда самоочищаются на режимах средней или высокой стабильной нагрузки. Если нагар не исчез после примерно 100 километров движения в таком режиме, значит, причина его возникновения кроется в неисправности какой-либо из систем двигателя. В этом смысле свечи зажигания являются идеальным «бесплатным» детектором проблем двигателя.

Осмотр свечи нужно проводить после продолжительной работы двигателя, в идеале — после длительной поездки по загородному шоссе (ровные средние нагрузки на протяжении не менее ста километров). Ошибкой является осмотр свечей после холодного старта двигателя при минусовой температуре — разумеется, они будут черные от нагара, это ни о чем не говорит. В режиме холодного старта смесь принудительно обогащается, а тепла для самоочистки еще не хватает. Неустойчивая работа в таком режиме может быть следствием другой неисправности, скажем, плохого состояния высоковольтных проводов.

Рассмотрим основные варианты состояния свечей.

Вид загрязнений свечи	Возможная причина	Сопутствующий признак	Способ устранения
Тонкий слой светло-серого или светло-коричневого налета	Двигатель находится в исправном состоянии. Свеча соответствует двигателю по калильному числу	Расход топлива, моторного масла и токсичность ОГ соответствуют норме	Очистить свечи от налета и при необходимости отрегулировать искровой зазор
Матовая черная копоть	Неправильная регулировка карбюратора или угла опережения зажигания	Повышенный расход топлива, снижение мощности двигателя, неустойчивая работа на холостом ходу, затруднен пуск. Обычно — переобогащенная смесь	Отрегулировать карбюратор или зажигание
	Низкая компрессия из-за негерметичности клапанов или износа цилиндро-поршневой группы		Отремонтировать двигатель
	Загрязнение воздушного фильтра		Заменить фильтр
	Неправильная установка искрового зазора		Отрегулировать искровой зазор
	Трещина в изоляторе		Заменить свечу
	Калильное число свечи больше необходимого для данного двигателя		Заменить свечу
Блестящий черный маслянистый нагар	Попадание масла в камеру сгорания	Повышенный расход масла, неустойчивая работа двигателя на холостом ходу, затруднен пуск	Заменить маслосъемные колпачки клапанов или кольца поршней
Толстый слой рыхлых отложений (возможно, с запахом сероводорода)	Низкое качество бензина или масла, использование этилированного бензина		Заменить топливо или моторное масло. Промыть систему смазки
Превышение допустимых норм концентрации металлосодержащих присадок в бензине	Перебои в работе двигателя, затруднен пуск	Заменить топливо
Оплавление, выгорание электродов Трещины на тепловом конусе изолятора или его разрушение	Калильное число свечи меньше необходимого для данного двигателя	Перебои в работе двигателя, затруднен пуск	Заменить свечу
	Неисправность системы охлаждения	Перегрев двигателя	Устранить неисправность системы охлаждения
	Слишком большой угол опережения зажигания	Детонация в цилиндрах (характерный металлический стук)	Отрегулировать угол опережения зажигания
	Применение низкооктанового топлива		Прекратить издеваться над двигателем
Чистый изолятор белого цвета	Переобедненная смесь, перегрев свечи	Может проявляться калильное зажигание	Помним, что перегрев камеры сгорания ведет к прогару выпускных клапанов

При остекленении свечи поверхность изолятора приобретает желтоватый цвет с глянцевым блеском. Образование глазури происходит из-за быстрого повышения температуры в камере сгорания в момент резкого нажатия на педаль газа. При разогреве находящиеся на поверхности изолятора отложения плавятся, образуя электропроводное стекловидное покрытие. В результате возникают сбои искрообразования, особенно на высоких оборотах двигателя. В большинстве случаев восстановлению такие свечи не подлежат.

[свернуть]

Снятие и установка

Раскрыть...

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 в резьбу или 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.

Установка производится в следующей последовательности:

новые свечи, покрытые консервационной смазкой, необходимо протереть и промыть в растворителе (бензине). Допустимо прокипятить свечи в воде и просушить;
внимательно осматривают свечу на наличие механических повреждений, уплотнительного кольца, контактной гайки;
проверяют и при необходимости регулируют искровой зазор (подгибая электрод «массы») до величины, указанной в инструкции по эксплуатации автомобиля;
свечу заворачивают рукой в свечное отверстие и затягивают специальным ключом с усилием 2 кгм.

[свернуть]

Проверка работоспособности свечей

Раскрыть...

Для проверки бесперебойности искрообразования свечу устанавливают в барокамеру (при атмосферном давлении свеча ведет себя иначе, чем в камере сгорания), которая обеспечивает давление газа до 10 кг/см2 и позволяет наблюдать искрообразование между электродами. Оно должно быть бесперебойным после подведения к свече напряжения не менее 22 кВ.

Для проверки герметичности соединения свечу устанавливают в барокамеру, создающую давление до 20 кг/см2, и измеряют утечку газа не менее 30 секунд. Ее величина не должна превышать 5 см3/мин. При этом не учитывают утечку через соединения свечи с барокамерой. Допускается проводить контроль герметичности на свечах зажигания, не укомплектованных уплотнительными кольцами. При техническом обслуживании автомобиля разрешается проверять утечку газа через соединения деталей свечей зажигания под давлением 10 кг/см2.

[свернуть]

Ресурс свечей зажигания

Раскрыть...

Современные свечи зажигания при эксплуатации на полностью исправных и отрегулированных двигателях должны в соответствии с ОСТ 37. 003 081 бесперебойно работать в течение 30 тыс.км пробега для классической и 20 тыс.км для электронной системы зажигания. Фактический ресурс может быть выше примерно вдвое, но труднодостижим на практике, как любой сферический конь в вакууме. При условии исправности всех систем двигателя и нормальном качестве топлива ресурс современных свечей составляет в среднем 50 тыс.км.

Особенностью России является широкое применение запрещенных ферроценовых присадок, повышающих октановое число «паленого» бензина. Такие присадки содержат железо, при сгорании оседающее на свече и приводящее к нарушении изоляции между электродами и к невозможности получить нормальную искру. Как показывает практика, нарваться на такой бензин можно на любой, сколь угодно «именитой» заправке, и доказать что-либо потом невозможно. Пораженные такими присадками свечи восстановлению не подлежат. Поэтому на Руси нет смысла использовать дорогие и «долгоиграющие» свечи.

В процессе эксплуатации зазор между электродами в среднем увеличивается на 0.015 мм за каждые 1000км пробега. Поэтому рекомендуется периодически (через 5 или 10 тыс.км) проводить осмотр и ТО свечей (фактически — регулировку зазора до требуемой величины). Очистить свечи зажигания можно с помощью растворителей и щетки (не металлической). На станциях технического обслуживания свечи очищают на специальных пескоструйных аппаратах. Также рекомендуется менять свечи местами, это связано с тем, что средние цилиндры работают с более высокими температурами, чем крайние. Замена, согласно рекомендациям большинства изготовителей, рекомендуется после 30000км пробега автомобиля.

[свернуть]

Маркировка свечей зажигания

Раскрыть...

На свече зажигания российского производства должны быть указаны:

Расширение выпуска свечей 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.

Расширение выпуска свечей с использованием поверхностного разряда (в которых нет электрода «массы», а искра идет от центрального электрода к корпусу по поверхности изолятора).

Для снижения уровня радиопомех все больше свечей зажигания снабжаются встроенным резистором.

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).

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.

Условия работы, которым не позавидуешь.

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.

О принципе разряда

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?

Строение свечи зажигания

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.

Разновидности свечей зажигания

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.

Особенности свечей зажигания.

При рассмотрении свечей зажигания оцениваются, помимо всего прочего, три важных свойства, от которых зависят другие их характеристики.

Первым является уже упомянутое расстояние между электродами, в народе его называют зазор. Это минимальное расстояние между центральным и боковым электродами. Чем меньше расстояние, тем меньше напряжение электрической дуги (пробойное) требуется, чтобы произвести искру.Но на небольшом расстоянии между электродами искра короткая. Вследствие этого выделяется мало энергии, что снижает обеспечение сжигания смеси. Происходит пропуск зажигания, работа двигателя более шумная, к тому же ухудшаются показатели выбросов отработанных газов. И наоборот, большее расстояние требует высокого напряжения зажигания и может привести к пропуску зажигания при высоких оборотах двигателя.
Второй особенностью является положение искрового промежутка. Это расстояние конца центрального электрода от фронтальной поверхности резьбового соединения свечи зажигания. Оно, как правило, находится в интервале от 3 до 5 мм. Но у гоночных двигателей это значение может быть даже отрицательным. Центральный электрод, таким образом, погружён в резьбовую часть.
Третьей особенностью является значение теплопередачи свечи зажигания. Речь идёт о мере тепловой нагрузочной способности изделия, которая, таким образом, должна быть адаптирована к характеристикам двигателя. Свеча зажигания во время работы не должна превышать определённую температурную зону. И на практике некоторые устройства могут в одном двигателе чрезмерно нагреваться, а в другом рабочая температура будет слишком низкая.

Что такое калильное число

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).

Как понять, подходят ли свечи зажигания.

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…