Устройство свечи зажигания

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.

Рис. 9 — Устройство искровой свечи зажигания: 1 — контактная гайка: 2 — оребрение изолятора (барьеры для тока уточки): 3 — контактный стержень: 4 — керамический изолятор: 5 — металлический корпус, б — пробка стеклогерметика. 7 — уплотнительное колыю: 8 — теплоотводящая шайба: 9 — центральный электрод. 10 — тепловой конус изолятора: 11 — рабочая камора: 12 боковой электрод -массы-: h — искровой зазор

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

Рис. 11. Свеча А26ДВ-1 с двумя боковыми электродами «массы-

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. 

Устройство свечей зажигания | Автомобильный справочник

 

При всем разнообразии конструкций, любая искровая свеча зажигания включает в себя керамический изолятор, металлический корпус, электроды и контактную головку для соединения с высоковольтным проводом. Вот о том, каким бывает устройство свечей зажигания, мы и поговорим в этой статье.

 

Содержание

 

Устройство свечей зажигания

 

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 металла (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 его 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 в 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 свечи

 

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. «Тепловые потоки в изоляторе свечи» ).

 

 

Корпус свечи зажигания

 

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.

Электроды свечи

 

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. «Свеча А26ДВ-1 с двумя боковыми электродами «массы»» ). 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-хром-титан, никель-хром-железо и никель-хром 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 электроддолжен 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 свечи

 

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 13 кОм. 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 свечи

 

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».

Форкамерные свечи 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. «Форкамерные свечи зажигания».

В следующей статье я расскажу о маркировке свечей зажигания.

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:

их роль в двигательной системе, основные характеристики, диагностика неполадок

Свечи зажигания играют важную роль в работе двигателя внутреннего сгорания любого автомобиля. Как невозможна жизнь без сердца, так и невозможна работа мотора без свечей. Прежде чем переходить к вопросу их устройства, необходимо разобраться: что  такое свечи двигательной системы?

Свечи зажигания – это устройство автомобиля, которое служит для поджигания воздушно-топливной смеси. Искра образуется между электродами свечи и имеет достаточно большой электрический разряд (несколько десятков тысяч вольт).

Состояние устройства напрямую влияет на функционирование автомобильного двигателя: качественный запуск, максимальная скорость, расход топлива, стабильность работы на холостом ходу и многое другое.

На мировом рынке существует огромное количество производителей автомобильных свечей, среди которых следует выделить NGK,  Bosch, Brisk и  denso.

Мировой лидер – компания NGK – известна автолюбителям в любом уголке планеты. Продукция  данного бренда получила популярность благодаря своим надежным прочностным характеристикам и долгим сроком эксплуатации. Компания не ограничивается производством свечей зажигания, она предоставляет широкий выбор таких запчастей, как кислородные датчики, свечи накаливания, провода высокого напряжения.

На фотографии представлена упаковка свечей зажигания Denso Iridium Power

Компания Bosch – уникальный производитель техники, вложивший в свою продукцию немецкое качество и европейскую надежность. Изделия данного бренда встречаются не только под капотом наших автомобилей, но и в квартирах любителей домашнего уюта и тепла. Пылесосы, холодильные камеры, свечи зажигания и прочие товары показали всему миру широкую специализацию компании Bosch, облегчающую жизнь людей в рамках всех сфер их  деятельности.

Свеча зажигания, выпускаемая под брендом  Brisk, применяется практически во всех двигателях японских и европейских автомобилей. Данное устройство выдает большую мощность искры, в отличие от стандартных свечей, и обладает высокой акселерацией. У компании есть линейка Brisk Platinum – это платиновые свечи зажигания, отличающиеся особой устойчивостью к электрической эрозии.

Компания Денсо выпускает устройства с 1959 года. За это время производители разработали уникальную линейку свечей зажигания – Denso Iridium Power – способных максимально увеличивать мощностные характеристики двигателя, снижать уровень вредных выбросов и существенно сокращать расход топлива. Иридиевые свечи зажигания имеют большую износостойкость и чаще всего используются в автомобилях Lexus, TOYOTA и др.

Современные свечи зажигания должны отвечать следующим требованиям:

• Изолятор и электрод свечи должны иметь хорошую теплопроводность;
• на высоких напряжениях устройство должно работать бесперебойно и иметь надежные изоляционные свойства;
• свечи зажигания должны иметь устойчивость к вредным отложениям, образующимся в результате химических процессов, происходящих в камере сгорания.

Несмотря на высокий уровень развития производства, достичь совершенства пока не удается: свечи зажигания выходят из строя каждые 20000-40000 километров пробега(в зависимости от условий эксплуатации автомобиля) и вызывают неисправности в работе двигателя. Вышедшая из строя свеча выделяет больше токсичности в окружающую среду и негативно отражается на работе всего автомобиля: затрудняется зажигание, в камеру сгорания начинают просачиваться технические масла, появляется неисправность впускных клапанов. При длительной эксплуатации свечей, не соответствующих характеристике двигателя, могут возникнуть серьезные неполадки, которые может решить только капитальный ремонт автомобиля. Прежде, чем устанавливать в мотор новые свечи зажигания – ознакомьтесь с их характеристиками.

Основные характеристики свечей зажигания

Калильное число. Данная характеристика показывает, при каком давлении в цилиндре автомобиля воздушно-топливная смесь поджигается не от искры, а от контакта с открытым участком устройства. Если использование свечей с большим калильным числом разрешено на короткий промежуток времени, то эксплуатация устройства со слишком низким калильным числом мгновенно приведет к прогоранию поршней.  Поэтому устанавливайте свечи зажигания, строго соответствующие характеристикам вашего двигателя.

Самоочищение. Такой параметр свечей необходим и очень важен. Он обеспечивает удаление с поверхности свечи остатков продуктов сгорания, приводящих к выходу устройства из строя. К сожалению, несмотря на большое количество производителей, утверждающих о высокой способности к самоочищению именно их устройства, свечи зажигания любой модели рано или поздно покрываются нагаром.

Искровой промежуток. Данная характеристика отображает расстояние между боковым и центральным электродами. Для каждой компании-производителя характерен свой так называемый зазор, который нельзя отрегулировать. Если по какой-либо причине, произошло изменение величины  зазора свечи зажигания, то лучше всего – заменить ее. Искровой зазор напрямую влияет на угол опережения зажигания: его уменьшение провоцирует увеличение угла опережения, т.е. появление более раннего воспламенения рабочей смеси, и наоборот. Более позднему зажиганию способствует увеличение зазора. При правильно отрегулированном зазоре двигатель быстро набирает обороты, увеличивается крутящий момент.

Число боковых электродов («массы»). Достаточно необычный показатель, т.к. классические конструкции свечей зажигания предусматривают всего один боковой и один центральный электроды. Одноэлектродные устройства устанавливались в автомобили всего мира, однако не так давно компании ведущих мировых производителей запчастей начали выпускать устройства, оснащенные двумя, тремя и четырьмя боковыми электродами. Использование данной технологии позволило компаниям добиться стабильного зажигания, устойчивого искрообразования и увеличения срока службы свечей.

Использование нестандартного количества электродов побудило  изобретателей создать нечто более идеальное – свечу без дополнительных электродов. Приобрести такое устройство теперь можно в любом авто магазине. Единственный недостаток данной свечи зажигания – сравнительно высокая цена. Однако такая свеча способна обеспечить стабильную работу двигателя на гарантированно долгий срок службы. Ее работа заключается в последовательном образовании «гулящей» искры на дополнительных электродах, установленных на изоляторе.

Рабочая температура свечи. Данный показатель характеризует температуру рабочей части свечи зажигания во время работы двигателя. Температура свечи должна находиться в пределах 500-900°С. Ее величина не должна изменяться при увеличении мощности двигателя или при его работе на холостом ходу. Выход за пределы нормы может повлиять на работоспособность свечи. Помимо этого, увеличение температуры рабочей поверхности устройства сокращает срок его службы.

Тепловая характеристика свечи зажигания. Данная характеристика определяет зависимость рабочей температуры свечи от режима работы двс. Для того чтобы температура теплового конуса изолятора и центрального электрода увеличилась, необходимо увеличить его длину. Однако превышать температуру в 900°С нельзя – возникнет калильное зажигание. Тепловая характеристика свечи зажигания делит устройства на «горячие» и «холодные». Установка горячих свечей производится в те двигатели, где необходима процедура самоочищения устройства от агрессивных отложений при небольших тепловых нагрузках. Холодные свечи ставятся там, где необходим меньший нагрев рабочей поверхности свечи при максимальной нагрузке двигателя.

Для того чтобы предотвратить поломку двигателя, специалисты рекомендуют проводить периодический осмотр свечей зажигания. Их цвет и визуальные повреждения могут рассказать не только о наличие проблемы, но и о непригодности устройства с данными характеристиками. Оценивать состояние свечей рекомендуется каждые 15 000-20 000 тысяч километров, а при эксплуатации автомобиля в тяжелых погодных условиях, гораздо чаще.

Выкручивая по отдельности каждую свечу, обращайте внимание на ее цвет и наличие нагара:

Если в системе нет сбоев, отложения на рабочей части будут отсутствовать, а цвет устройства будет иметь светло-серый оттенок.

Если на электроде автозапчасти имеется небольшой нагар, но цвет не изменился, значит, для замены подойдут свечи таких же тепловых характеристик. Эксплуатировать дальше свечи зажигания с обугленными электродами не рекомендуется, ведь чем больше нагара, тем затруднительнее пуск двигателя.

Если все рабочее пространство свечи загрязнено темно-коричневыми отложениями, повышается токсичность устройства, наблюдаются сбои в работе системы, а на дросселе видны загрязнения, значит, в автомобиле появилась серьезная проблема. Воздушно-топливная смесь в данном случае сжигается не полностью, и остается на поверхности свечи в виде отложений. Временно решить проблему можно, очистив поверхность свечи в бензине, однако в дальнейшем рекомендуется провести осмотр транспортного средства: замена свечей зажигания не устранит неисправность.

Если рабочая часть свечи имеет желтый глянцевый цвет, значит, ресурс устройства снизился из-за «агрессивного» способа вождения автомобиля. Резко надавливая на педаль газа, происходит резкий перегрев электрода свечи и отложение на рабочем конусе большого количества нагара. Устранить проблему можно не только заменив свечи, но и при помощи смены стиля езды.

Если корпус свечи подвержен разрушению, уплотнители перестали предотвращать вывод газа из камеры сгорания, а верхней части резьбы блока цилиндров видны темные отложения, значит, зазор устройства отрегулирован не верно. Повторное использование запчасти не допускается.

Если вы чувствуете, что запуск двигателя вашего автомобиля затруднен, и у вас нет возможности самостоятельно провести диагностику проблемы, обратитесь в сервисный центр.

Уход за автомобилем, своевременный осмотр его составляющих, а также плавный способ вождения позволят вам надолго сохранить в отличном состоянии ваше техническое средство. Уделяйте ему больше времени и не допускайте перегревов двигателя, и тогда вам не придется тратить огромное количество средств на его ремонте.

Современные разработки свечей зажигания | Свечи

Для повышения срока службы свечей зажигания применяются свечи с различными габаритными размерами и числом массовых электродов.

Форма электрода существенно влияет на зажигание топливовоздушной смеси, износ электродов, отвод теплоты и напряжение, необходимое для воспламенения смеси. Преимущественное распространение нашли массовые электроды с нижним расположением, боковым расположением и круговым электродом.

Рис. Форма расположения массового электрода:
1 – перемычка из токопроводящего стекла; 2 – воздушный зазор; 3 – изолятор; 4 – центральный электрод; 5, 6 – массовые электроды; а – нижнее расположение; б – боковое расположение; в – круговое расположение

Увеличение длительности эксплуатации свечей зажигания до нескольких сотен тысяч километров современных свечей зажигания достигается применением более жаропрочных материалов в качестве наплавок на центральных электродах, например платины (температура плавления 1772° С) или иридия (температура плавления 2450° С). Искрообразующее острие центрального электрода, выдерживающее высокие температуры и не расплавляющееся у таких электродов очень мало (0,4…0,6 мм), а сами свечи тоньше и длиннее, что позволяет использовать освободившуюся площадь камеры сгорания для установки клапанов с увеличенными диаметрами головок.

Применение центрального электрода малого диаметра позволяет снизить напряжение пробоя, что повышает надежность искрообразования, а характер горения искры таков, что в кольцевом зазоре между центральным электродом постоянно происходят разряды, выжигающие отложения продуктов сгорания.

Рис. Необходимое напряжение пробоя обычной и иридиевой свечи:
U – напряжение пробоя, кВ

В случае применения обычных свечей распространению фронта пламени мешают массивные электроды, вследствие рассеивания значительной части энергии в тепло, а в иридиевых свечах фронт пламени распространяется значительно быстрее, так как тепловые потери при этом минимальны.

Рис. Распространение фронта пламени в обычной и иридиевой свече

Применение свечей с тонким электродом позволяет избегать калильного зажигания, потому что электрод за время рабочего хода и выпуска успевает охладиться до безопасной температуры.

Новые разработки подачи электрической искры в цилиндры двигателя интенсивно проводят разные фирмы и в частности Saab, которая предлагает использовать одноэлектродную свечу.

В этом случае в качестве одного из электродов свечи используется головка поршня 1, а другой электрод расположен в самой свече 2.

Рис. Одноэлектродная свеча

Одноэлектродная свеча изготавливается с большой толщиной керамической изоляции, что позволяет значительно повысить напряжение пробоя. Зазор между электродами изменяется в зависимости от нагрузки. При малых нагрузках, с большим количеством отработавших газов в топливовоздушной смеси, искра подается при зазоре между электродами до 8 мм. На больших нагрузках искра подается при зазоре 1,5мм.

Перспективными считаются свечи с высокочастотным разрядом без бокового электрода. Электрический разряд в таких свечах возникает посредством СВЧ-энергии , которую генерирует магнетрон, заменяющий традиционную для автомобиля катушку зажигания, подобно тому как это происходит в микроволновой печи.

Высокоча­стотному разряду второй электрод не нужен – он может просто «уходить в пространство» каме­ры сгорания. Лабораторные испытания новой тех­нологии, предложенной американской компанией Etatech и воплощенной в экспериментальных све­чах фирмой BERU, показали энергетическая эффективность при применении такой системы воспламенения повышаются на 40%, а выбросы оксидов азота снижаются на 80%. Это поясняется тем, что смесь теперь поджигается сразу во всей камере сгорания, заполненной электриче­ским полем высокой напряженности. Высокочастотным разряд снимает проблему работы на обедненных смесях, характерную для двигателей с непосредственным впрыском, у которых наблюдается высокий выброс оксидов азота.

Рис. Свеча с высокочастотным разрядом без бокового электрода