Как работают свечи зажигания в автомобиле

В процессе работы двигателя автомобиля на свечи воздействуют электрические, тепловые, механические и химические нагрузки. Разберемся чо такое детонация, калильное зажигание и дизелинг свечей зажигания.

Какие нагрузки испытывают

Тепловые нагрузки

Свечу устанавливают в головке блока цилиндров так, что ее рабочая часть находится в камере сгорания, а контактная — в подкапотном пространстве. Температура газов в камере сгорания изменяется от нескольких десятков градусов на впуске до двух-трех тысяч при сгорании.

Из-за неравномерности нагрева температура в различных сечениях свечи может отличаться на сотни градусов, что приводит к тепловым напряжениям и деформациям. Это усугубляется тем, что изолятор и металлические детали отличаются по величине коэффициента термического расширения.

Механические нагрузки

Давление в цилиндре двигателя изменяется от давления ниже атмосферного на впуске до 50 кгс/см2 и выше при сгорании. Свечи дополнительно подвергаются вибрационным нагрузкам.

Химические нагрузки

При сгорании образуется целый «букет» химически активных веществ, способных вызвать окисление даже весьма стойких материалов, тем более что рабочая часть изолятора и электродов может иметь рабочую температуру до 900°С.

Электрические нагрузки

При искрообразовании, длительность которого может составлять до 3 мс, изолятор свечи оказывается под воздействием импульса высокого напряжения. В некоторых случаях напряжение может достигать 20-25 кВ. Некоторые типы систем зажигания могут создавать напряжение значительно выше, но его ограничивает пробивное напряжение искрового зазора.

Отклонения от нормального процесса сгорания

При некоторых условиях нормальный процесс сгорания может нарушаться, что отражается на надежности и сроке службы свечи. К таким нарушениям относят следующие:

Пропуски воспламенения

Могут возникнуть из-за обедненной горючей смеси, пропусков искрообразования или недостаточной энергии искры. При этом усиливается процесс образования нагара на изоляторе и электродах.

Калильное зажигание

Различают преждевременное, сопровождающее появлением искры и запаздывающее — вызванное перегретыми участками поверхностей выпускного клапана, поршня или свечи.

При преждевременном калильном зажигании самопроизвольно увеличивается угол опережения зажигания. Это приводит к росту температуры, детали двигателя перегреваются и угол опережения зажигания еще больше увеличивается. Процесс принимает ускоряющийся характер до момента, когда угол опережения зажигания станет таким, что мощность двигателя начнет падать.

При калильном зажигании вероятны повреждения выпускного клапана, поршня, поршневых колец и прокладки головки блока цилиндров. У свечи могут сгореть электроды или оплавиться изолятор.

Детонация

Возникает при недостаточной детонационной стойкости топлива в наиболее удаленном от свечи месте, в результате сжатия еще не сгоревшей горючей смеси.

Детонация распространяется со скоростью 1500 — 2500 м/с, что превышает скорость звука и вызывает локальный перегрев цилиндра, поршня, клапанов и свечи. На изоляторе свечи могут образоваться сколы и трещины, электроды могут оплавиться и полностью выгореть.

Характерными признаками детонации являются металлические стуки, вибрация и потеря мощности двигателя, увеличение расхода топлива и появление черного дыма.

Особенностью детонации является задержка по времени от момента наступления необходимых условий до её возникновения. Детонация наиболее вероятна при относительно небольших оборотах двигателя и полной нагрузке, например при движении автомобиля на подъеме при полностью нажатой педали газа. Если мощность двигателя оказывается недостаточной, скорость автомобиля и частота вращения мотора уменьшаются.

При недостаточном октановом числе топлива возникает детонация, сопровождаемая звонким металлическим стуком.

Дизелинг

В некоторых случаях возникает неуправляемая работа бензинового двигателя с выключенным зажиганием при очень малой частоте вращения мотора. Это явление возникает из-за самовоспламенения горючей смеси при сжатии, подобно тому, как это происходит в дизелях.

На двигателях, где не исключена возможность подачи топлива в цилиндр при выключенном зажигании, дизелинг возникает при попытке остановить двигатель. При выключении зажигания двигатель продолжает работать с очень малыми оборотами и крайне неравномерно. Это может продолжаться несколько секунд, затем двигатель самопроизвольно останавливается.

Причина дизелинга — в особенностях конструкции камеры сгорания и в качестве топлива. Свечи не могут являться причиной этого явления, так как их температура при малых оборотах явно недостаточна для воспламенения горючей смеси.

Нагар на свече

Это твердая углеродистая масса, образующаяся при температуре поверхности 200°С и выше. Свойства, внешний вид и цвет нагара зависят от условий его образования, состава топлива и моторного масла. Если свечу очистить от нагара, то ее работоспособность восстанавливается. Поэтому одно из требований к свече — способность самоочищаться от нагара.

Удаление нагара, если в продуктах сгорания нет несгораемых веществ, происходит при температуре 300 — 350°С — это нижний предел работоспособности свечи. Эффективность самоочищения от нагара зависит от того, как быстро изолятор нагреется до этой температуры после пуска двигателя.

Устройство и принцип работы свечи зажигания

«Область неисправности – свеча зажигания»

• Свеча зажигания, искровая запальная свеча, устройство для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах карбюраторного двигателя внутреннего сгорания искрой, образующейся между её электродами. С. з., ввёртываемая в головку цилиндров, состоит из стального корпуса 4 (см. рис.) с боковым электродом 2 и изолятора 5 с центральным электродом 1, на верхней части которого установлена контактная гайка 6.Периодически в искровом промежутке между центральным и боковым электродами создаётся высокое напряжение и проскакивает искра.
  Длина юбки 3 изолятора определяет тепловую характеристику С. з. Короткая юбка обеспечивает хороший отвод тепла от изолятора к корпусу, и свеча с такой юбкой называется холодной. Свеча с длинной юбкой называется горячей. Холодные свечи применяют при длительной работе двигателя с большими нагрузками и на повышенном тепловом режиме.

© 2001 Russ Portal Company Ltd.

© 2001 «Большая Российская энциклопедия»
Все права защищены

Каким образом можно  удостовериться в том, что используемая на данный момент в двигателе свеча зажигания – исправная или наоборот,требует замены?
Достаточно часто бывает такое, что и по внешнему виду свечи зажигания, а далее — при ее проверке   как и ручным , «школьным» тестером – «Тест – М»,так и специальным,настольным , где свеча зажигания проверяется еще и под давлением — ничего не говорит о неисправности.

А неисправность – присутствует.
(думается, что  при «ручной» проверке , даже  при смоделированном давлении до 10 кг\см2  , свече зажигания «не хватает» , например,  повышенной температуры (около 50 градусов Цельсия), вибрации, кратковременной детонации и каких-то еще «естественных условий»,что бы она «показала себя», то есть начала работать с кратковременными перебоями) ;

Выражается  неисправность свечи зажигания  в довольно странном и на первый взгляд непонятном поведении двигателя:
И минуту, и две минуты двигатель работает ровно и устойчиво, а потом  обороты внезапно поднимаются и через секунду-две медленно опускаются до «нормального» холостого хода. Иногда перед этим можно почувствовать «легкое вздрагивание» двигателя. Иногда  в таком «поведении» двигателя   «виновата» свеча зажигания.

Конечно, имея мотор-тестер конкретно  приспособленный  конкретно для проверки системы зажигания , можно все-таки «уловить» перебои и посмотреть их на экране монитора.

Однако, даже в большом городе можно по пальцам пересчитать мастерские,которые имеют такой тестер или такую диагностическую линию.

В принципе, подобные перебои можно «уловить» еще и при помощи стробоскопа, подключая его поочередно к каждому высоковольтному проводу , обладая как и хорошим зрением,так и  достаточным терпением. Однако мало кто сможет,например, подключить стробоскоп и проверить это утверждение на двигателе Nissan RB-20,где нет высоковольтных проводов , а на каждой свече зажигания стоит своя катушка зажигания. Таким примеров «невозможности» использования стробоскопа можно привести достаточно много.

Если попытаться объяснить с «научной точки зрения» эти, вроде бы и не совместимые понятия : « плавают обороты двигателя» — «неисправность свечи зажигания», то  можно сказать  таким образом ,-

Во время работы двигателя на ХХ  устойчивость работы (приготовление топливо-воздушной смеси) ,в основном, обеспечивается MAP-sensor ( MAF-sensor) и Oxygen sensor,работающего по принципу «обратной связи».

В случае, если какая-то свеча зажигания в какой-то момент своей работы дает «сбой», то есть произведет «пропуски зажигания», это немедленно отразится  как и на величине разряжения во впускном коллекторе (обороты двигателя на какое-то мгновение станут меньше «расчетных»), так и на составе выхлопных газов
(произойдет мгновенно – резкое «обеднение» смеси,что тут же зафиксируется датчиком кислорода)

Бортовой компьютер,который  от 4 до 8 раз в секунду получает информацию от датчика кислорода и  постоянно — от MAP-sensor – это «просто исполнительное устройство» пока еще «думать» не наученное и, получив от этих сенсоров и датчиков информацию о том, что состав смеси и разряжение во впускном коллекторе изменились, тут же «подбрасывает дровишек» — добавляет топливо в цилиндры (расширяет импульсы на форсунки). В этот момент обороты двигателя вырастают.

Однако, пока компьютер хоть и быстро, но «думал» и «добавлял» — прошло какое-то время и свеча зажигания «снова заработала».

Состав смеси и разряжение во впускном коллекторе выровнялись и стали нормальными. И компьютеру приходится снова менять расширение импульсов на форсунки в сторону уменьшения – обороты двигателя в это время начинают снижаться
И так продолжается несколько раз,пока компьютер не «поймет»,что и разряжение во впускном коллекторе,и «выхлоп» стали нормальными. Вот такая «инерционность» регулировки может продолжаться несколько секунд.

 

1. наконечник свечи зажигания (обычно – двухволнистый), изготовленный из  металла со специальными свойствами и запрессованный «на горячую» в самом конце технологического цикла изготовления свечи – предназначен для передачи напряжения зажигания на центральный электрод свечи через специальный токопроводящий стержень (13) . Не откручивается и не вращается,в отличии от поддельных свечей зажигания или «чисто русских» свечей зажигания.
2. многоволнистый ( обычно – «пятиволнистый»,но встречается  как и более, так и менее) изолятор свечи изготовленный из специальной керамики. Естественно,что каждая фирма — изготовитель держит в секрете ее состав и технологию изготовления. За счет количества и высоты «волн» керамики , такой изолятор удлиняет  возможный путь прохождения высокого напряжения и тем самым максимально препятствует току утечки ( если мысленно мы «разгладим» эти волны, то сможем представить,насколько «длиннее» станет изолятор свечи).
3. металлический  корпус свечи ( может быть , например, никелированным), соединенный с остальными деталями свечи при помощи горячего прессования  под определенным давлением и при строго фиксированной температуре.Особое внимание  уделяется  времени остывания свечи зажигания после этого процесса — оно строго фиксированное и должно происходить в определенных условиях. Именно на  этом корпусе фирма-производитель выдавливает свои специальные технологические значки (  у них очень ровная линия, а глубина выдавленных букв и расстояние между ними строго одинаковы). Поддельные свечи зажигания можно определить именно по цвету корпуса  — если он радужно «переливается», то такая свеча зажигания не прошла окончательную термическую обработку и является «левой». Тоже относится и к способу нанесения «фирменной» надписи — расплывчатая.неровная и так далее говорит о «левом» или «полу-левом» производстве.
4. металлическое уплотнительное кольцо,герметизирующее соединение свечи зажигания с блоком цилиндров – запресовано и обжато на самой свече зажигания  под давлением, не снимается и не откручивается в отличии от «поддельных» свечей зажигания ( если при покупке свечи зажигания вы проверите хотя бы это условие — попытаетесь снять (открутить) это металическое кольцо и это вам удастся, — вот вам наглядный пример «левой» продукции, такая свеча, может быть, изготовлена в дощатом  китайском сарайчике на окраине большого города…). Кроме того, это уплотнительное кольцо изготовлено не из «просто металла» — у него так же специальные форма, состав и свойства, чисто «фирменное» кольцо после правильного вкручивания свечи зажигания «садится» по своей высоте на 50%.
5. внутреннее уплотнение предназначенное для фиксации  положения керамического изолятора и улучшения внутреннего теплоотвода ( отсутствует на поддельных свечах зажигания для удешевления производства).
6. основание пятиволнистого изолятора( бывает изготовлено «под конус» или «бочонком» и зависит от предназначения свечи зажигания) , внутри которого запрессован центральный электрод  —  по цвету данного изолятора обычно определяется «правильность» работы конкретного цилиндра, «нормальный и рабочий» цвет изолятора – светло-коричневый,все остальные цвета или отложения «говорят» о каких-то нарушениях (неправильный состав топливо-воздушной смеси – цвет или «чисто белый» или «черный», наличие дополнительных присадок в топливе –  «красноватый или рыжеватый  налет» и так далее).
7. технологическая фаска,облегчающая вкручивание свечи зажигания в головку блока цилиндров.Рекомендуется перед вкручиванием свечи зажигания наносить на нее специальную аэрозоль – «антипригарную», что никто и никогда, в принципе. не делает.
8. боковой (заземляющий) электрод изогнутый строго под 90 градусов,который содержит специальные добавки или платиновое напыление,улучшающие и увеличивающие долговечность и работоспособность свечи. В зависимости от исполнения и «предназначения» свечи зажигания боковых электродов может быть один,два,три и четыре, а форма их,состав так же могут быть различными.
9. воздушный зазор между керамическим изолятором и металлическим корпусом свечи,который служит для процесса самоочищения и уменьшения нагара (определяется последней цифрой в наименовании свечи зажигания,например, у свечи BCPR6EY-11 зазор установлен в процессе технологической сборки  в 1.1 мм).
10. центральный электрод (в зависимости от исполнения свечи зажигания может быть как и разного диаметра,так и высоты и  выполнен из специальных сплавов — платина,вольфрам и так далее).
11. специальное соединение из электропроводящей стекломассы,которое служит для соединения токонесущего стержня с центральным электродом
12. керамический корпус, который служит для изоляции центрального электрода от массы и который способен выдержать  напряжение пробоя  от 40 до 50 Квольт
13. токопроводящий стержень,запресованный  «на горячую» и под давлением в токопроводящую стекломассу и связанный с центральным электродом

Как мы видим, свеча зажигания устроена  очень и очень  непросто.

И если задать вопрос : «Какие же «слабые места» могут быть у нее?», то ответить,наверное, можно таким образом :
—  Для свечей зажигания «левых», то есть поддельных и не  «от производителя» — слабыми местами могут быть практически все вышеперечисленные пункты. 
К нашему сожалению.

Как работают свечи зажигания

Свеча зажигания представляет собой электрическое устройство, которое вставляется в головку цилиндра некоторых двигателей внутреннего сгорания и воспламеняет сжатый аэрозольный бензин с помощью электрической искры. Свечи зажигания имеют изолированный центральный электрод, который соединен сильно изолированным проводом с катушкой зажигания или цепью магнето снаружи, образуя с заземленной клеммой на основании свечи искровой разрядник внутри цилиндра. Двигатели внутреннего сгорания можно разделить на двигатели с искровым зажиганием, для начала сгорания которых требуются свечи зажигания, и двигатели с воспламенением от сжатия (дизельные двигатели), которые сжимают воздух, а затем впрыскивают дизельное топливо в нагретую смесь сжатого воздуха, где оно самовоспламеняется. В двигателях с воспламенением от сжатия могут использоваться свечи накаливания для улучшения характеристик холодного запуска.

 

Для воспламенения воздушно-топливной смеси. Электрическая энергия передается через свечу зажигания, перескакивая через зазор в запальном конце свечи, если напряжение, подаваемое на свечу, достаточно велико. Эта электрическая искра воспламеняет бензино-воздушную смесь в камере сгорания. Для отвода тепла от камеры сгорания. Свечи зажигания не могут нагреваться, они могут только отводить тепло. Температура конца запального конца свечи должна быть достаточно низкой, чтобы предотвратить преждевременное зажигание, но достаточно высокой, чтобы предотвратить загрязнение. Свеча зажигания работает как теплообменник, вытягивая нежелательную тепловую энергию из камеры сгорания и передавая ее системе охлаждения двигателя. Тепловой диапазон свечи зажигания определяется ее способностью рассеивать тепло от кончика.

Эксплуатация :

Штекер подключается к источнику высокого напряжения, генерируемому катушкой зажигания или магнето. Когда электроны текут из катушки, между центральным электродом и боковым электродом возникает разность потенциалов. Ток не может течь, потому что топливо и воздух в промежутке являются изолятором, но при дальнейшем повышении напряжения начинает изменяться структура газов между электродами. Как только напряжение превышает диэлектрическую прочность газов, газы становятся ионизированными. Ионизированный газ становится проводником и позволяет электронам течь через зазор. Свечам зажигания обычно требуется напряжение свыше 20 000 вольт для правильного «зажигания».

По мере того, как поток электронов проходит через промежуток, он поднимает температуру искрового канала до 60 000 К. Сильный нагрев в искровом канале вызывает очень быстрое расширение ионизированного газа, подобное небольшому взрыву. Это «щелчок», слышимый при наблюдении искры, похожий на молнию и гром.

Тепло и давление заставляют газы вступать в реакцию друг с другом, и в конце искрового разряда в искровом промежутке должен образоваться небольшой огненный шар, поскольку газы сгорают сами по себе. Размер этого огненного шара или ядра зависит от точного состава смеси между электродами и уровня турбулентности камеры сгорания во время искры. Маленькое ядро ​​заставит двигатель работать так, как если бы момент зажигания был задержан, а большой — как если бы момент зажигания был увеличен.

Как работает свеча зажигания в двигателе? Подробнее

Свеча зажигания очень важна в бензиновом двигателе, когда речь идет о воспламенении заряда в камере сгорания. Как следует из названия, свеча зажигания создает искру, которая сжигает воздушно-топливную смесь. Он состоит из центрального электрода, заземляющего электрода, изолятора и оболочки/корпуса. Катушка зажигания подает на электрод очень высокое напряжение около 20 000 вольт, которое создает искру для сжигания воздушно-топливной смеси.

Свечи зажигания

Конструкция:

Типичная свеча зажигания состоит из узла стальной оболочки, который служит корпусом для узла изоляции сердечника. Он имеет заземляющий электрод, прикрепленный к его нижней части с резьбой. Верхняя часть имеет шестиугольную форму; просто как орех. Он действует как поверхность, по которой гаечный ключ закручивает и выкручивает заглушку из головки блока цилиндров. Сердечник состоит из изолятора, способного выдерживать высокое напряжение, давление и температуру. Центральный электрод закреплен в изоляторе. Верхний конец центрального электрода соединен с клеммой провода свечи зажигания, а его нижний конец выступает за изолятор и образует зазор с заземляющим электродом. Прокладка между изолятором и оболочкой предотвращает утечку продуктов сгорания при высоких давлениях и температурах.

Конструкция свечи зажигания

Материал свечи зажигания:

Материал свечи зажигания устойчив к коррозии. В свечах более раннего поколения использовался никель. В настоящее время производители используют платину и сплав иридия на центральном электроде. Иридий — один из самых твердых металлов в мире.

Иридий начинает плавиться при 2450°C. Он также очень устойчив к искровой эрозии. Иридий может снизить требования к напряжению на 24%, что приводит к увеличению срока службы свечи зажигания. В среднем иридиевые свечи зажигания имеют вдвое больший срок службы по сравнению со стандартными никелевыми свечами.

Некоторые свечи зажигания имеют платиновую пластину на центральном электроде. Это обеспечивает более постоянная производительность даже в сложных условиях на протяжении всего срока службы срок службы. Испускает очень мало искрового напряжения, разряжает катушку зажигания быстро и обеспечивает оптимальное сгорание.

Рабочий:

Кроме того, первичная цепь зажигания индуцирует ток высокого напряжения в центральный электрод. Этот ток высокого напряжения проходит по центральному электроду; перескакивает разрядник на заземляющий электрод и замыкает вторичную цепь. Уплотнительная прокладка обеспечивает уплотнение между корпусом свечи зажигания и головкой цилиндра и способствует отводу тепла. Таким образом, ток высокого напряжения, чтобы быть заземленным, проходит через промежуток между центральным и заземляющим электродами. Этот процесс производит сильную искру для сжигания воздушно-топливной смеси.

Искра Зазор свечи:

Электрическое сопротивление свечи зажигания зависит от многих факторов. К ним относятся характер и давление топливовоздушной смеси, а также расстояние между электродами. Это расстояние известно как зазор свечи зажигания . Этот зазор необходимо отрегулировать в соответствии со спецификациями производителя, подогнув заземляющий электрод. Зазор можно проверить с помощью щупа. Слишком большой или слишком маленький зазор снижает эффективность системы зажигания. Это, в свою очередь, приводит к потере мощности и экономичности двигателя.

Техническое обслуживание:

Со временем между электродами или внутри изолятора накапливаются посторонние материалы, такие как углерод или избыточный масляный шлам. Они позволяют некоторым токам высокого напряжения обходить разрядник свечи зажигания. Это снижает интенсивность искры; приводит к снижению полноты сгорания и потере мощности двигателя. Когда эти утечки тока становятся чрезмерными, свеча зажигания не будет правильно воспламенять топливно-воздушную смесь.

Таким образом, этот конкретный цилиндр не будет производить желаемую мощность и перестанет работать. Посторонние предметы, застрявшие между электродами, также могут привести к короткому замыканию вилки. Итак, нужно периодически чистить свечи зажигания и регулировать зазор. Современные свечи, такие как Bosch OE-Fine Wire Platinum, поставляются с предварительно установленным на заводе зазором для популярных автомобильных приложений. Следовательно, монтажник никогда не должен регулировать зазоры на этих заглушках.

Общий Проблемы:

Кроме того, загрязнение свечей зажигания есть не что иное, как накопление на электродах различных отложений, таких как нагар. При нормальном функционировании в нормальных условиях электрод свечи притягивает некоторые частицы из запального газа. Очевидно, они блокируют зазор между двумя электродами. Некоторые из частиц, которые покрывают конец свечи зажигания, превращаются в блестящее готовое покрытие.