Свечи зажигания: назначение, устройство и маркировка

Содержание статьи

Назначение и устройство свечей зажигания

Устройство свечи зажигания

Задачей свечи зажигания в бензиновом двигателе автомобиля является воспламенение топливно-воздушной смеси в камере сгорания. Детали свечи, находящиеся в камере сгорания, подвергаются высоким термическим, механическим, электрическим нагрузкам, а также химическому воздействию продуктов неполного сгорания топлива. Температура в ней изменяется от 70 до 2500°С, давление газов достигает 50-60 бар, а напряжение на электродах доходит до 20 кВ и выше. Такие жесткие условия работы определяют особенности конструкции свечей и применяемых материалов, так как от бесперебойности искрообразования зависят мощность, топливная экономичность, пусковые свойства двигателей, а также токсичность отработавших газов.

Основными элементами любой свечи зажигания являются металлический корпус, керамический изолятор, электроды и контактный стержень. Корпус имеет резьбу, которая ввинчивается в головку блока цилиндров, шестигранник “под ключ” и специальное покрытие для защиты от коррозии. Опорная поверхность может быть плоской или конической. В первом случае для надежной герметизации свечного отверстия используется уплотнительное кольцо. Материалом изолятора служит высокопрочная керамика. Для предотвращения утечки электричества на его поверхности (в верхней части изолятора) делают кольцевые канавки (барьеры тока) и наносят специальную глазурь, а часть изолятора со стороны камеры сгорания выполняют в форме конуса (называемого тепловым). Внутри керамической части свечи закреплены центральный электрод и контактный стержень, между которыми может быть расположен резистор, подавляющий радиопомехи. Герметизация соединения этих деталей осуществляется токопроводящей стекломассой (стеклогерметиком). Боковой электрод “массы” приварен к корпусу.

Электроды изготавливают из жаростойкого металла или сплава. Для улучшения отвода тепла от теплового конуса центральный электрод может изготавливаться из двух металлов (биметаллический электрод) – центральную часть из меди заключают в жаростойкую оболочку. Биметаллический электрод обладает повышенным ресурсом благодаря тому, что хорошая теплопроводность меди препятствует чрезмерному его нагреву. Это позволяет, помимо улучшения термоэластичности, повысить надежность и долговечность свечи. С целью увеличения срока эксплуатации выпускаются свечи зажигания с несколькими боковыми электродами и тонкоэлектродные с центральным электродом, покрытым слоем платины или иридия. Срок службы свечей зажигания (в зависимости от конструкции) составляет от 30 до 100 тыс. км.

Маркировка свечей

В маркировке свечи зажигания указываются ее геометрические и посадочные размеры, особенности конструкции и калильное число. Разные производители имеют свою систему обозначений. Ниже приведены маркировки, применямые российскими и ведущими зарубежными изготовителями, а также таблица взаимозаменяемости свечей разных марок (для просмотра нажмите на нужную картинку – файл откроется в новом окне).

Варианты замены свечей

Варианты замены свечей

Калильное число является показателем тепловых свойств свечи (ее способности нагреваться при различных тепловых нагрузках двигателя). Оно пропорционально среднему давлению, при котором в процессе испытаний свечи на моторной тарировочной установке в ее цилиндре начинает появляться калильное зажигание (неуправляемый процесс воспламенения рабочей смеси от раскаленных элементов свечи). Свечи с небольшим калильным числом называют горячими. Их тепловой конус нагревается до температуры 900°С (температура начала калильного зажигания) при относительно небольшой тепловой нагрузке. Такие свечи применяются на малофорсированных двигателях с небольшими степенями сжатия. У холодных свечей калильное зажигание возникает при больших тепловых нагрузках, и они используются на высокофорсированных двигателях.

Пока тепловой конус не нагреется до 400°С, на нем образуется нагар, приводящий к утечкам тока и нарушению искрообразования. По достижении этой температуры он (нагар) начинает сгорать, происходит очищение свечи (самоочищение). Чем длиннее тепловой конус, тем больше его площадь, поэтому он нагревается до температуры самоочищения при меньшей тепловой нагрузке. К тому же выступание этой части изолятора из корпуса усиливает ее обдув газами, что дополнительно ускоряет прогрев и улучшает очищение от нагара. Увеличение длины теплового конуса приводит к уменьшению калильного числа (свеча становится “горячее”).

Диагностика работы двигателя по состоянию свечей зажигания

Свеча зажигания может обеспечить бесперебойную работу только при соблюдении нижеперечисленных условий:

• используются свечи, рекомендованные изготовителем двигателя;
• используется марка бензина, указанная в руководстве по эксплуатации автомобиля;
• исправны системы зажигания и питания;
• не превышено усилие при вворачивании свечи в головку блока двигателя.

Наиболее вероятной причиной преждевременного отказа свечей является загрязнение их продуктами неполного сгорания или увеличение искрового зазора из-за износа электродов. При этом решающее влияние на работоспособность свечей оказывает техническое состояние двигателя. Даже по внешнему виду свечи можно многое сказать как о работе двигателя в целом, так и об отдельных его узлах. Осмотр свечи нужно проводить после продолжительной работы двигателя, идеальным вариантом будет осмотр свечи после длительной поездки по загородному шоссе. Ошибкой некоторых автолюбителей, например является то, что после холодного старта двигателя при минусовой температуре и неустойчивой его работе первым делом выкручивают свечи и увидев черный нагар, делают поспешные выводы. А ведь этот нагар мог образоваться во время работы двигателя в режиме холодного старта, когда смесь принудительно обогащается, а неустойчивая работа могла быть следствием скажем плохого состояния высоковольтных проводов. Поэтому если вас что-то не устраивает в работе двигателя, и вы решили сделать диагностику его работы с помощью свечей, нужно проехать на изначально чистых свечах минимум километров 250-300, и только после этого делать какие-то выводы.

Диагностика двигателя по состоянию свечей

На фото №1 изображена свеча, вывернутая из двигателя, работу которого можно считать отличной. Юбка центрального электрода имеет светло-коричневый цвет, нагар и отложения минимальны. Полное отсутствие следов масла. Владельцу данного мотора можно только позавидовать, и есть чему: это экономичный расход топлива и отсутствие необходимости доливать масло от замены до замены.

Фото №2 – типичный пример свечи от двигателя с повышенным расходом топлива. Центральный электрод покрыт бархатисто-черным нагаром. Причин тому несколько: богатая воздушно-топливная смесь (неправильная регулировка карбюратора, угла опережения зажигания или неисправностьсистемы впрыска), засорение воздушного фильтра.

Фото №3 – наоборот, пример чрезмерно бедной воздушно-топливной смеси. Цвет электрода от светло-серого до белого. Здесь есть повод для беспокойства. Езда на слишком обедненной смеси и при повышенных нагрузках может стать причиной значительного перегрева, как самой свечи, так и камеры сгорания, а перегрев камеры сгорания прямой путь к прогару выпускных клапанов.

На фото №4 юбка центрального электрода свечи имеет характерный красноватый оттенок. Этот цвет можно сравнить с цветом красного кирпича. Покраснение вызвано работой двигателя на низкокачественном топливе, содержащем избыточное количество присадок, которые имеют в своем составе металл. Длительное использование такого топлива приведет к тому, что отложения металла образуют на поверхности изоляции токопроводящий налет, через который току будет легче пройти, чем между электродами свечи, и свеча перестанет работать.

На фото № 5 свеча имеет ярко выраженные следы масла, особенно в резьбовой части. Двигатель с такими свечами после длительной стоянки имеет обыкновение после запуска “троить” некоторое время, а по мере прогрева работа стабилизируется. Причина этого – неудовлетворительное состояние маслоотражательных колпачков. Налицо повышенный расход масла. В первые минуты работы двигателя, в момент прогрева, характерный бело-синий выхлоп.

Фото № 6 – свеча вывернута из неработающего цилиндра. Центральный электрод, его юбка покрыты плотным слоем масла, смешанного с каплями несгоревшего топлива и мелкими частицами от разрушений, произошедшими в этом цилиндре. Причина этого – разрушение одного из клапанов или поломка перегородок между поршневыми кольцами с попаданием металлических частиц между клапаном и его седлом. В данном случае двигатель “троит” уже не переставая, заметна значительная потеря мощности, расход топлива возрастает в полтора, два раза. Выход один – ремонт.

Фото № 7 – полное разрушение центрального электрода с его керамической юбкой. Причиной данного разрушения мог стать один из перечисленных ниже факторов: длительная работа двигателя с детонацией, применение топлива с низким октановым числом, очень раннее зажигание, и просто бракованая свеча. Симптомы работы двигателя такие же, как в предыдущем случае. Единственное, на что можно надеяться, так это на то, что частицы центрального электрода сумели проскочить в выхлопную систему, не застряв под выпускным клапаном, иначе тоже не избежать ремонта головки блока цилиндров.

Фото № 8 последнее в этом обзоре. Электрод свечи оброс зольными отложениями, цвет не играет решающей роли, он лишь свидетельствует о работе топливной системы. Причина этого нароста – сгорание масла вследствие выработки или залегания маслосъемных поршневых колец. У двигателя повышенный расход масла, при перегазовках из выхлопной трубы сильное синее дымление, запах выхлопа похож на мотоциклетный.

Если вы хотите, чтобы с работой вашего двигателя было меньше проблем, вспоминайте о свечах не только тогда, когда мотор отказывается работать. Производитель гарантирует безотказную работу свечи на исправном двигателе 30 тыс. километров пробега. Однако не лишним будет в среднем каждые 10 тыс. километров пробега проверять состояние свечей. Прежде всего это проверка и, при необходимости, регулировка зазора до требуемой величины, удаление нагара. Нагар удалять лучше металлической щеткой, от пескоструйной обработки разрушается керамика центрального электрода, и вы рискуете получить копию с фото № 7.

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. 

Свечи зажигания. Назначение и устройство

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).

Видео: Какие свечи зажигания лучше?

Свечи зажигания, устройство | Twokarburators.ru

Свеча зажигания – устройство, предназначенное для воспламенения топливной смеси, поступающей в камеры сгорания двигателя, в конце такта сжатия.

Принцип действия

Электрический ток высокого напряжения (до 40.000 В) подаётся по высоковольтным проводам от катушки зажигания, через распределитель зажигания, к свече зажигания. Между центральным электродом свечи (плюс) и её боковым электродом (минус) возникает искровой разряд. От этой искры воспламеняется топливная смесь, находящаяся в камере сгорания двигателя в конце такта сжатия.

Виды свечей зажигания

Свечи зажигания бывают искровые, дуговые, накаливания. Нас будут интересовать искровые, применяющиеся в бензиновых двигателях внутреннего сгорания.

Расшифровка маркировки свечей зажигания отечественного производства

В качестве примера возьмём широко распространённую свечу А17ДВРМ.

А – резьба М 14 1,25

17 – калильное число

Д – длина резьбовой части 19 мм (с плоской посадочной поверхностью)

В – выступание теплового конуса изолятора свечи за торец резьбовой части корпуса

Р – встроенный помехоподавительный резистор

М – биметаллический центральный электрод

Также могут быть указаны – дата изготовления, производитель, страна изготовления.

Подробнее: «Расшифровка маркировки свечей зажигания отечественного производства».

Маркировка свечей зажигания импортного производства не имеет единой системы расшифровки. Что она означает для тех или иных свечей можно посмотреть на сайтах их производителей.

 

Устройство свечи зажигания

 

Контактный наконечник. Служит для крепления высоковольтного провода на свече.

Изолятор. Выполнен из высокопрочной алюминиево-оксидной керамики, выдерживающей температуру до 1000⁰ и электрический ток напряжением до 60.000 В. Необходим для электрической изоляции внутренних деталей свечи (центрального электрода и т. д.) от ее корпуса. То есть разделения «плюса» и «минуса». Имеет несколько кольцевых канавок в верхней части и покрытие из специальной глазури, служащих для предотвращения утечки тока. Часть изолятора со стороны камеры сгорания, выполненная в виде конуса называется тепловым конусом и может как выступать за пределы резьбовой части корпуса (горячая свеча), так и быть утопленным в него (холодная свеча).

Корпус свечи. Изготовлен из стали. Служит для вворачивания свечи в головку блока двигателя и отведения тепла от изолятора и электрода. Помимо этого он является проводником «массы» автомобиля к боковому электроду свечи.

Центральный электрод. Наконечник центрального электрода изготавливают из жаростойкого железо-никелевого сплава с сердечником из меди и других редкоземельных металлов (т. н. биметаллический электрод). Он проводит электрический ток для создания искры и является наиболее горячей частью свечи.

Боковой электрод. Изготавливается из жаропрочной стали с примесью марганца и никеля. На некоторых свечах может быть несколько боковых электродов для улучшения искрообразования. Так же существуют биметаллические боковые электроды (например, железо с медью) имеющие лучшую теплопроводность и увеличенный ресурс. Боковой электрод предназначен для обеспечения образования искры на свече зажигания между ним и центральным электродом. Выполняет роль «массы» (минуса).

Помехоподавительный резистор. Изготовлен из керамики. Служит для подавления радиопомех. Соединение резистора с центральным электродом герметизировано специальным герметиком. Имеется не на всех свечах зажигания. Например А17ДВ его нет, А17ДВР есть.

Уплотнительное кольцо. Выполнено из металла. Служит для уплотнения соединения свечи с посадочным гнездом в головке блока. Присутствует на свечах с плоской контактной поверхностью. На свечах с конусной контактной поверхностью его нет. На модели показана свеча с плоской посадочной поверхностью и уплотнительным кольцом.

Зазор между электродами свечи зажигания

Двигатель легкового автомобиля эффективно работает только при определенном зазоре между электродами свечей зажигания. Зазор в свечах зажигания должен соответствовать требованиям заводской инструкции по эксплуатации автомобиля. При меньшем зазоре искра между электродами получается короткой и слабой, сгорание топливной смеси ухудшается. При большем зазоре увеличивается напряжение, необходимое для пробивания воздушного промежутка между электродами свечи, и искры вообще может не быть или она будет, но очень слабая.

Измеряется зазор при помощи круглого щупа необходимого диаметра. Не рекомендуется применение плоского щупа, так как измерение зазора будет неточным. Объясняется это тем, что при работе свечи происходит перенос металла с одного электрода на другой. На одном электроде, со временем, образуется ямка, на другом бугорок. Поэтому для измерения зазоров подходят только круглые щупы.

Зазор между электродами свечи зажигания регулируют только подгибанием бокового электрода.

С наступлением зимы, для снижения пробивного напряжения нормальный зазор можно уменьшить на 0,1 – 0,2 мм. При прокрутке двигателя стартером в мороз, двигатель быстрее будет схватывать.

Калильное число

Тепловая характеристика свечи зажигания (способность противостоять нагреву) называется калильным числом. Для каждого типа двигателя требуется свеча зажигания с определенным калильным числом. Свечи делятся на холодные (с высоким калильным числом) и горячие (с низким калильным числом).

Калильное число определяется материалом изолятора и длиной его нижней части (у горячих свечей он более длинный). Отечественные свечи имеют показатели калильного числа от 11 до 23, зарубежные индивидуально у каждого производителя.

При неправильно подобранных свечах зажигания возможно калильное зажигание, когда топливная смесь в цилиндрах поджигается преждевременно не электрической искрой, возникающей между ее электродами, а  от раскаленного корпуса свечи. Двигатель в этом случае звенит под нагрузкой (детонация, «пальцы стучат») как при неверно выставленном угле опережения зажигания, а также продолжает некоторое время работать при выключении зажигания. Необходимо заменить свечи на более холодные.

И, наоборот, наличие постоянно возникающих черных отложений (нагар) на электродах свечей, при заведомо исправном двигателе, говорит о том, что свечи зажигания холодные и их следует заменить на более горячие.

Правильно подобранные свечи должны иметь светло-коричневый цвет в нижней части, так как температурный режим такой свечи 600-800⁰. В этом случае свеча самоочищается, масло, попавшее на нее, выгорает, нагар не образуется. Если температура ниже 600⁰ (например, при постоянном движении в городе), то свеча очень быстро покрывается нагаром, если выше 800⁰ (при движении на мощностных режимах) возникает калильное зажигание. Поэтому стоит подбирать свечи для своего двигателя согласно рекомендациям его завода-производителя.
[driwenetwork]

Проверка свечей зажигания

Выкрутите свечи и осмотрите их центральные электроды. Если они черные — топливная смесь переобогащается, если они светлые (светло-серые) — топливная смесь обеднена.

Дефектные свечи меняем. Подробнее об этом на странице «Неисправности свечей зажигания» .Применяемость свечей зажигания для разных двигателей можно посмотреть на странице  «Применяемость свечей зажигания для двигателей автомобилей ВАЗ»

Еще пять статей по электрике автомобилей ВАЗ

— Применяемость свечей зажигания на автомобилях ВАЗ

— Неисправности свечей зажигания

— Неисправности бесконтактной системы зажигания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099

— Порядок присоединения высоковольтных проводов к крышке трамблера на автомобилях ВАЗ 2108, 2109, 21099

— Проверка высоковольтных проводов на автомобилях ВАЗ 2108, 2109, 21099

В помощь будущему автомеханику — свечи зажигания

Устройство, назначение принцип работы свечи зажигания

 

Назначение свечи зажигания

Принцип действия свечи зажигания

Основные характеристики и определения свечи зажигания

Условия работы свечи зажигания

Основные параметры свечей зажигания

Устройство свечи зажигания

Маркировка свечей зажигания

 

 

 

Назначение свечи зажигания

 

Одним из важнейших элементов систем зажигания двигателей внутрен­него сгорания являются свечи. Предназначены они для воспламенения горючей смеси в цилинд­рах при помощи искрового разряда.

Искровой разряд, создаваемый системой зажигания, должен обладать энергией, необходимой для воспламенения горючей смеси на любом режиме работы двигателя при всех условиях эксплуатации.

Различаются свечи по конструкции, размерам и тепловым характеристикам (калильным числам). Они могут быть неэкранированными, если их контактная часть выступает из металлического корпуса, и экранированными, у которых контактная часть расположена внутри металлического экрана.

Искровой разряд у большинства свечей образуется непосредственно в искро­вом зазоре между электродами. 

При высоких значениях давления и температуры, возникающих в процессе работы двигателя, свечи должны надежно противостоять воздействию химиче­ски агрессивных продуктов сгорания. При этом изолятор должен выдерживать высокое электрическое напряжение.

В процессе работы из-за неполноты сгорания в пристеночной зоне на рабо­чих деталях свечи образуется нагар. Чтобы избавиться от него свечи должны самоочищать­ся, автоматически поддерживая необходимую рабочую температуру в темпера­турных пределах, обеспечивающих удаление нагара и исключающих возмож­ность калильного зажигания.

Свечи должны обеспечивать свою работоспособность в условиях с повышенными электри­ческими. механическими и химическими нагрузками. Непрерывный рост мощностей двигателей при ужесточении норм токсичности отработавших газов предъявляет к свечам все более жесткие требования по надежности и долговечности.

От совершенства конструкции, качества изготовления и правильности подбо­ра свечи к двигателю сильно зависят его пусковые свойства, надежность, мощность, топливная экономичность, а также токсичность отработавших газов.

В свою очередь, работоспособность свечи зависит от ее соответствия двига­телю по конструкции, основным размерам, величине искрового зазора и тепло­вой характеристике. Решающее влияние на надежность и долговечность свечи оказывает техническое состояние двигателя, характер и условия эксплуатации, качество топлива и моторного масла.

 

 

Принцип действия свечи зажигания

 

Газы и их смеси являются идеальными изоляторами. Но при приложении к электродам свечи достаточно высокого напряжения происходит пробой газа, и в искровом зазоре образуется ионизированный канал, проводящий электри­ческий ток.

Явление пробоя газа высоким напряжением обусловлено тем, что случайные электроны, появление которых вызвано проникающим ионизирующим  излучением, под воздействием электромагнитного поля получают ускорение в сторону положительного электрода.

При столкновении с молекулами газа про­исходит цепная реакция ионизации, газ становится проводником, и образуется проводящий канал.

Это явление называется пробоем, первой фазой существова­ния искры.

После пробоя электрическое сопротивление канала стремится к нулю, сила тока увеличивается до сотен ампер, а напряжение уменьшается.

Первона­чально процесс протекает в очень узкой зоне, но вследствие быстрого нарастания температуры канал расширяется со сверхзвуковой скоростью. При этом образу­ется ударная волна, воспринимаемая на слух как характерный треск, создаваемый искрой.

Протекание сильного тока приводит к появлению электрической дуги, и температура в канале разряда при определенных условиях может достиг­нуть величины до 6000 К.

Скорость расширения проводящего канала стабили­зируется. а затем уменьшается до нормальной скорости распространения пла­мени.

При силе тока ниже 100 мА возникает тлеющий разряд, и температура уменьшается до 3000 К.

По мере убывания энергии, запасенной во вторичной цепи системы зажигания, искровой разряд угасает.

Тлеющий разряд более продолжителен, чем дуговой, и плазма разряда может перемещаться относительно электродов свечи с потоком смеси газов в цилиндре, возникающим вследствие движения поршня. Эффективная длина искры возрастает, а напряжение разряда увеличивается.

Если напряжение оказывается недостаточ­ным для поддержания искры, появляется вероятность ее угасания и повторного возникновения. Из-за остаточной ионизации в искровом зазоре повторная искра возникает при значительно меньшем напряжении, она по целому ряду причин менее эффективна для воспламенения.

В горючей смеси невозможно разделить процессы образования искрового разряда и воспламенения. Уже на этапе пробоя можно обнаружить продукты химических реакций горения. Эффективность первичного очага воспламенения определяется энергией искрового разряда и дополнительной энергией химических реакций горения.

Если скорость расширения плазмы разряда превышает скорость распро­странения пламени, большее значение имеет энергия искры. Когда скорость расширения канала уменьшается, большее значение приобретает энергия химических реакций.

 

 

 

Основные характеристики и определения свечи зажигания

 

Верхний температурный предел те­пловой характеристики — величи­на, равная рабочей температуре свечи, при которой возникает ка­лильное зажигание.

«Горячая» или «холодная» свечи — при прочих равных условиях имею­щие соответственно большую или меньшую рабочую температуру.

Детонация — аномальный процесс сгорания, имеющий взрывной ха­рактер с резким местным повыше­нием температуры и образованием ударной волны. Сопровождается звонким металлическим стуком, вызванным вибрацией деталей двигателя.

Искрообразование — возникновение искрового разряда в искровом за­зоре свечи в период от пробоя до угасания.

Искровая свеча зажигания (свеча зажигания, свеча) — электриче­ский ввод в комбинации с искро­вым разрядником, предназначен­ный для воспламенения горючей смеси в цилиндре двигателя при помощи искрового разряда в зазо­ре между электродами.

Искровой зазор — промежуток между изолированным центральным элек­тродом и боковым электродом -массы».

Искровой разряд (электрическая искра, искра) — нестационарный электрический разряд в газе, воз­никающий в электрическом поле.

Калильное зажигание — воспламене­ние горючей смеси, вызванное от­дельными перегретыми участками поверхностей выпускного клапана, поршня, цилиндра или свечи.

Калильное число свечи — условная величина, численно равная средне­му индикаторному давлению в ци­линдре двигателя испытательной установки, при котором появляется калильное зажигание.

Контактная часть свечи — элементы со стороны высоковольтного про­вода: головка изолятора, контакт­ная головка и контактная гайка.

Нагар — образовавшиеся на поверхно­сти рабочей части свечи продукты неполного сгорания.

Нижний температурный предел те­пловой характеристики — величи­на, равная температуре рабочей части свечи, при которой нагар вы­горает.

Работоспособность свечи — обеспече­ние бесперебойного новообразова­ния и герметичности в условиях, пре­дусмотренных нормативно-техниче­ской документацией и стандартами.

Рабочая камера свечи — полость, образуемая внутренней поверхно­стью корпуса и наружной поверхно­стью теплового конуса изолятора, сообщающаяся с камерой сгора­ния двигателя.

Рабочая температура свечи — тем­пература рабочей части свечи на данном режиме работы двигателя.

Рабочая часть свечи — элементы, расположенные непосредственно в камере сгорания: тепловой конус изолятора, торец центрального электрода и боковой электрод.

Тепловой конус изолятора (юбка изолятора) — часть изолятора, расположенная в рабочей каме­ре свечи, воспринимающая своей поверхностью поток тепла от пламени и раскаленных сгоревших газов.

Тепловая характеристика свечи — зависимость рабочей температу­ры свечи от режимов работы дви­гателя.

Цоколь свечи — часть корпуса с резь­бой, предназначенная для уста­новки свечи в двигателе и для связи электрической цепи высоко­го напряжения системы зажигания с «массой».

Шунтирование системы зажига­ния — короткое замыкание высоко­вольтной цепи системы зажигания на «массу» при утечке тока по нага­ру на поверхности теплового кону­са изолятора и (или) по токопро­водящему мостику в искровом зазоре.

Электропроводный (токопроводя­щий) мостик — нагар, частично или полностью заполняющий искровой зазор, обладающий проводи­мостью и создающий электриче­скую цепь, замыкающую изолиро­ванный

 

 

 

Условия работы свечи зажигания

 

Современные поршневые двигатели внутреннего сгорания работают по четы­рехтактному или двухтактному рабочему циклу.

Автомобильные двигатели, за ред­ким исключением, работают по четырехтактному циклу, осуществляемому за два полных оборота коленчатого вала и четыре хода поршня. Двигатели различного назначения особо малого рабочего объема работают по двухтактному циклу, осу­ществляемому за один оборот коленчатого вала и два хода поршня.

В процессе работы двигателя на свечи воздействуют переменные электриче­ские, тепловые, механические и химические нагрузки с частотой, пропорцио­нальной частоте вращения коленчатого вала. Нагрузка на свечу при работе на двухтактном двигателе по меньшей мере вдвое больше, чем на четырехтактном, что существенно уменьшает срок ее службы.

 

Тепловые нагрузки.

Свечу устанавливают в головке блока цилиндров так, что ее рабочая часть находится в камере сгорания, а контактная — в подкапотном пространстве. Температура газов в камере сгорания изменяется от нескольких десятков градусов Цельсия на впуске до двух-трех тысяч при сгорании. Темпера­тура под капотом автомобиля может достигать 150°С.

На многих автомобилях, и тем более мотоциклах, не исключена возможность попадания воды на свечу, особенно при мойке, что может привести к поврежде­нию изолятора.

Из-за неравномерности нагрева температура 8 различных сечениях свечи мо­жет отличаться на сотни градусов, что приводит к тепловым напряжениям и дефор­мациям. Это усугубляется тем, что изолятор и металлические детали значительно отличаются по величине коэффициента термического расширения.

 

Механические нагрузки.

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

 

Химические нагрузки.

При сгорании образуется целый «букет» химически активных веществ, способных вызвать окисление даже весьма стойких 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 3мс, изолятор свечи оказывается под воздействием им­пульса высокого напряжения, максимальное значение которого зависит от дав­ления и температуры в камере сгорания и величины искрового зазора. В неко­торых случаях напряжение может достигать 20-25 кВ (амплитудное значение).

Некоторые типы систем зажигания могут создавать напряжение значительно выше, но его ограничивает пробивное напряжение искрового зазора или напря­жение поверхностного перекрытия изолятора.

В дуговой фазе разряда протекание сильного тока приводит к появлению го­рячих катодных пятен на электроде. Электрическая дуга не может существовать без электронов, излучаемых горячими катодными пятнами. Температура пятен достигает 3000К, что выше температуры плавления любого материала электро­дов. Это приводит к неизбежному микроскопическому испарению материала электрода с каждой новой искрой. Скорость электрической эрозии при прочих равных условиях пропорциональна энергии искрового разряда и температуре электрода.

 

Отклонения от нормального процесса сгорания

Нормальное сгорание рабочей смеси происходит со скоростью нескольких десятков метров в секунду и сопровождается относительно плавным нарастани­ем температуры и давления в цилиндре двигателя. В результате искрового зажи­гания образуется первичный очаг воспламенения, затем формируется фронт пламени, который быстро распространяется по всему объему камеры сгорания. Несгоревшее топливо догорает уже за фронтом пламени, в пристеночных зонах, в зазорах между поршнем и цилиндром.

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

 

Пропуски воспламенения.

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

 

Калильное зажигание.

Различают преждевременное, до появления искры, сопровождающее появление искры и запаздывающее, возникающее после воспламенения горючей смеси, вызванное перегретыми участками поверхностей выпускного клапана, поршня, цилиндра или свечи.

Преждевременное воспламе­нение может быть вызвано тлеющими частицами нагара.

При преждевременном калильном зажигании самопроизвольно увеличивается угол опережения зажига­ния. Это приводит к росту скорости нарастания давления и температуры, увели­чивается их максимальное значение, 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 стремительно падать.

При калильном зажигании вероятны повреждения выпускного клапана, поршня, поршневых колец, поверхности цилиндра и прокладки головки блока цилиндров. У свечи могут полностью или частично сгореть электроды, а в некоторых случаях может даже оплавиться изолятор.

 

Детонация.

Это явление возникает при недостаточной детонационной стойкости топлива в наиболее удаленном от свечи месте у горячих поверхно­стей, в результате сжатия еще не сгоревшей горючей смеси основным фронтом пламени.

Ударные волны при детонации распространяются со скоростью 1500-2500 м/с, что превышает скорость звука. Они многократно отражаются от стенок и вызывают вибрацию и локальный перегрев цилиндра, поршня, клапанов и свечи. Возможны повреждения, как при калильном зажигании, так как перегретые детали становятся неспособными выдерживать возросшую нагрузку. На изоляторе свечи могут образоваться сколы и трещины, электро­ды могут оплавиться и даже полностью выгореть.

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

Особенностью детонации является некоторая задержка по времени от момента наступления необходимых условий до ее возникновения. Задержка необходима для образования активных веществ, способствующих возникновению взрывного процесса. В связи с этим детонация более вероятна при относительно небольших оборотах коленчатого вала и полной нагрузке.

Наиболее вероятен выход на этот режим при движении автомобиля на подьеме при полностью нажатой педали газа. Если при этом мощность двигателя оказывается недостаточной, скорость автомобиля и частота вращения коленчатого вала уменьшаются. При недостаточ­ном в данных условиях октановом числе топлива возникает детонация, сопровож­даемая звонким металлическим стуком.

Для устранения детонации достаточно перейти на пониженную передачу и увеличить обороты двигателя.

Безусловным является требование использовать только топливо, соответст­вующее двигателю по октановому числу.

 

Дизелинг.

В некоторых случаях возникает крайне неравномерная неуправляе­мая работа бензинового двигателя с выключенным зажиганием при очень малой частоте вращения коленчатого вала. Это явление возникает из-за самовоспла­менения горючей смеси при сжатии, подобно тому, как это происходит в дизелях. В русской технической литературе «дизелинг» является сравнительно новым тер­мином, взятым из английского языка (dieseling).

На двигателях, преимущественно карбюраторных, 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, иногда дольше, затем двига­тель самопроизвольно останавливается. Объяснять это явление калильным за­жиганием от перегретой свечи было бы неправильно, она тут ни при чем.

Причина дизелинга — в особенностях конструкции камеры сгорания и в каче­стве топлива (то есть дизелинг наступает при низкой стойкости топлива к само­воспламенению при сжатии). Свечи не могут являться причиной этого явления, так как их температура при малых оборотах явно недостаточна для воспламене­ния горючей смеси. Калильное зажигание возникает при температуре электро­дов и изолятора 850-900°С, такой величины она может достигнуть только при работе двигателя с максимальной мощностью. При остановке двигателя темпе­ратура этих деталей не превышает 350°С. Свеча в этих условиях не причина, а скорее «жертва», так как из-за неполноты сгорания усиливается процесс обра­зования нагара.

 

Качество топлива и моторного масла

Для обеспечения нормальной работы свечей автомобильные бензины долж­ны иметь достаточную детонационную стойкость, минимальное коррозионное воздействие и не иметь склонности к отложениям.

Детонационная стойкость топлива зависит от его химического состава и структу­ры углеводородов, полученных при переработке нефти. Способность сопротив­ляться появлению детонации зависит от молекулярной массы — чем она выше, тем ниже стойкость топлива к детонации и наоборот. Стойкость бензина к детонации, так называемое октановое число, определяется в лабораторных условиях моторным и исследовательским методом на специальной моторной установке, путем сравнения стойкости испытуемого бензина и изооктана в смеси с гептаном. Октановое число изооктана принимают равным 100. Добавка гептана, нестойкого к детонации, снижает октановое число смеси.

Промышленное производство бензина включает первичную и вторичную перера­ботку нефти с последующим смешением различных компонентов для получения необходимых свойств.

При первичной переработке нефти (прямой перегонке) получают 10-25% бензина невысокого качества с октановым числом 40-50. При вторичной переработке неф­ти на крупных нефтеперерабатывающих заводах ее подвергают сложной технологи­ческой обработке с целью расщепления крупных молекул на мелкие, стабилизации химического состава и удаления вредных примесей, особенно серы. Выход бензи­на увеличивается до 60 %. Затем, путем смешения продуктов первичной и вторич­ной переработки нефти с добавлением различных присадок получают товарные бензины. Автомобильные бензины одной мархи, производимые на разных предпри­ятиях, в связи с разницей в технологии, имеют несколько различные составы.

Для повышения октанового числа в бензин добавляют антидетонаторы — хи­мические соединения, подавляющие детонацию. Для удаления из камеры сгора­ния продуктов сгорания при применении антидетонационных присадок в топливо добавляют так называемые выносители — химические вещества, способствую­щие удалению продуктов сгорания. Тем не менее, условия работы свечи при ис­пользовании антидетонаторов существенно ухудшаются.

Полностью удалить продукты сгорания не удается, и на электродах и тепло­вом конусе изолятора свечи образуется нагар. Под воздействием температуры эти отложения могут стать электропроводящими и вызвать частичный или пол­ный отказ 8 искрообразовании.

Небольшие фирмы получают высокооктановые бензины АИ-95 и АИ-98 путем добавки в бензины АИ-92 и АИ-95 до 12-15% метил-трет-бутилового эфира, при этом бензин имеет необходимое качество. Достаточно широко используются раз­личные железосодержащие антидетонаторы и традиционный антидетонатор на ос­нове тетраэтилсвинца (ТЭС). В бензин добавляют краситель, так как ТЭС ядовит.

К сожалению, недобросовестные производители изготавливают суррогатный бензин из низкооктановых бензинов, добавляя антидетонационные присадки свыше действующих норм.

Сверхнормативное использование (более 37 мг Fe/л) содержащих железо антидетонаторов, например ФерРоз, ФК-4 или АПК вызывает отложение токо­проводящего нагара красного цвета на свечах. Этот нагар практически невоз­можно удалить, он приводит к полному и необратимому их отказу.

Коррозионное воздействие бензина определяется содержанием кислот, щело­чей и сернистых соединений. Сильным коррозионным воздействием на металлы обладают минеральные кислоты и щелочи, их наличие в бензинах недопустимо. Сернистые соединения обладают высокой коррозионной активностью и способст­вуют образованию нагара, однако полностью избавиться от них непросто, особен­но при переработке сернистой нефти.

Большинство моторных масел имеют нефтяное происхождение и содержат присадки: противостоящие износу, стабилизирующие, антикоррозионные, мою­щие и т. д. При сгорании масла, попавшего в камеру сгорания, образуются зольные остатки, которые, как и продукты неполного сгорания топлива, могут образовывать нагар на свечах.

 

Образование нагара и самоочищение

Нагар на свече — это твердая углеродистая масса с шероховатой поверхностью, образующаяся при температуре поверхности 200°С и выше. Свойства, внешний вид и цвет нагара зависят от условий его образования, состава топлива и моторно­го масла. В некоторых случаях, особенно на двухтактных двигателях, нагар может образовать в искровом зазоре электропроводный мостик и вызвать короткое замы­кание во вторичной цепи системы зажигания.

И в том, и в другом случае происхо­дит частичное или полное прекращение искрообразования.

Если свечу очистить от нагара, то ее работоспособность восстанавливается. Поэтому одно из важней­ших требований к свече — способность самоочищаться от нагара. Во многом степень совершенства ее конструкции определяется именно этим свойством.

Удаление нагара, если в продуктах сгорания нет несгораемых веществ, проис­ходит при температуре 300-350°С — это нижний температурный предел работо­способности свечи.

Эффективность самоочищения от нагара зависит от того, как быстро тепловой конус изолятора нагреется до этой температуры после пуска двигателя. С этой точки зрения длину теплового конуса изолятора необходимо выполнять как можно большей, а сам тепловой конус целесообразно выдвигать в камеру сгорания.

То же самое требуется для предотвращения утечек тока и соот­ветственно для снижения потерь энергии зажигания.

 

Тепловая характеристика

Тепловая характеристика свечи — это зависимость температуры теплового конуса изолятора или центрального электрода от режима работы двигателя.

Различие в тепловых характеристиках свечей достигают в основном за счет изменения длины теплового конуса изолятора.

Удлинение теплового конуса изолятора приводит к увеличению подвода тепла в свечу и к росту ее рабочей температуры. Максимальное значение температуры не может превышать

 

1,2,3

Какие бывают свечи зажигания, чем они отличаются, какие СЗ считаются лучшими?

Свечи зажигания (СЗ) предназначены для передачи искры, которая воспламеняет горючую смесь, необходимую для запуска мотора и начала движения авто. Отечественный рынок сегодня предлагает потребителям огромное разнообразие различных СЗ, отличающихся между собой по определенным параметрам. О видах свечей с фото и видео мы поговорим в сегодняшней статье.

Содержание

[ Раскрыть]

[ Скрыть]

Разновидности СЗ

Конструкция свечи зажигания для авто

Какие бывают свечи зажигания и чем они отличаются между собой? Различные виды свечей зажигания, как видно по фото, могут использоваться в разных двигателях — дизельных, бензиновых, для ГБО.

По количеству электродов

Начнем с электродов. По их количеству СЗ делятся между собой на двух- и многоэлектродные. СЗ, в которой два электрода, считается классической — ее конструкция оснащена одним центральным и одним боковым контактом. Что касается многоэлектродных СЗ, то в такой конструкции может быть три и более контактов. Соответственно, в четырех-электродных и более контактных устройствах надежность будет гораздо выше, а это, в свою очередь, способствует более высокому ресурсу использования СЗ.

По материалу

Кроме количества электродов, типы свечей зажигания могут быть разделены между собой по материалу, из которого эти электроды производятся. Обычно для изготовления устройств применяются легированная никелем либо марганцем сталь. Чтобы увеличить срок эксплуатации детали, электроды могут быть оснащены напайкой из иридия либо платины (автор видео — Vladimir Ross).

Следует отметить, что в платиновых и иридиевых устройствах для двухконтактных двигателей или других моторов на среднем электроде, как видно по фото, монтируется иридиевая либо платиновая пластика. Эта пластинка позволяет обеспечить наиболее мощную искру в момент запуска двигателя. Чем такие устройства могут отличаться от других, так это тем, что они могут использоваться в более жестких условиях эксплуатации силового агрегата. Благодаря этому трехэлектродные свечи или любые другие оснащаются более тонким электродом.

Кроме того, платиновые модели требуют значительно меньше напряжения для передачи искры , соответственно, нагрузка на катушка будет меньшей. А это, в свою очередь, позволяет оптимизировать сгорание горючей смеси.

Любые много- или двухконтактные свечи, выполненные из платины или иридия, имеют более высокий ресурс эксплуатации, составляющий более 60 тысяч километров пробега. Это основное достоинство, отличающие такие СЗ от классических, однако стоимость последних будет значительно ниже, в отличие от платиновых. Следует отметить, что классические модели при необходимости можно очистить практически любым способом, о чем подробно с фото и видео сказано здесь. Что касается платиновых СЗ, то их очистка не допускается. Стоимость таких деталей подразумевает бережное отношение и соблюдение всех нюансов эксплуатации.

Расшифровка маркировки СЗ

Изделия нового поколения — плазменно-форкамерные СЗ

Автомобильные свечи зажигания — это детали, вопрос выбора которых всегда будет актуальным для автовладельца. Особенно, если на машине установлено газобаллонное оборудование ГБО 4 поколения. Не так давно в продаже на отечественном рынке появились новые устройства — плазменные форкамерные свечи зажигания. Форкамерные трехконтактные свечи имеют определенные отличия в конструкции, в частности, в данном случае в качестве бокового электрода выступает сам корпус.

Благодаря такой конструкции искровой зазор оснащен формой кольца, то есть во время работы СЗ искра на ней передвигается по кругу. Чем еще отличаются форкамерные многоэлектродные свечи зажигания от классических, так это тем, что их ресурс эксплуатации по сравнению с последними более, чем в два раза. Разумеется, здесь многое зависит от производителя и условий эксплуатации. Однако в чем можно быть точно уверенным, так это в том, что в период зимних холодов плазменные устройства показывают более лучшие результаты работы при запуске силового агрегата. А в целом работа последнего при эксплуатации форкамерных устройств будет более стабильной (автор видеообзора форкамерных СЗ для газобаллонного оборудования — канал Ежик и Белка).

По калильному числу

Холодные и горячие свечи зажигания для двухконтактных и других двигателей могут отличаться между собой и по калильному числу. Калильное число представляет собой параметр, демонстрирующий время, по прохождению которого устройство сможет достигнуть необходимого для нормальной работы состояния. Безрезисторные свечи или факельные свечи зажигания могут иметь совершенно разные параметры. Чем выше будет калильное число, тем меньше времени нужно будет для нагрева устройства, чтобы оно смогло нормально передавать искру. То есть, если калильное число у СЗ будет низким, то деталь будет горячей, а если слишком высоким то, соответственно, холодной.

Если нагрузки в системе небольшие, то с задачей запуска силового агрегата хорошо справится и горячая СЗ. Однако, если мотор функционирует достаточно долго, при этом условия его эксплуатации интенсивные, то рабочая температура детали может увеличиться. Соответственно, это приведет к «калильному» зажиганию. В конечном итоге силовой агрегат транспортного средства может перегреться, что ничего хорошего не сулит для автовладельца. Если мотор перегревается вследствие неработоспособности СЗ, то устройство необходимо как можно быстрее поменять, предварительно уточнив тепловой параметр и избавившись от всех неисправностей.

Различие горячей и холодной СЗ

Следует также отметить, что в зависимости от конструкции транспортного средства, температура в камере сгорания может повышаться разными способами. Поэтому СЗ могут иметь разный тепловой эквивалент. Данный параметр выражается именно в виде калильного числа. Тепловые эквиваленты СЗ, выражаемые при помощи калильного параметра — это, по сути, средние температурные режимы, которые соответствуют нагрузке на силовой агрегат. Как известно, на юбке изолятора температура в нормальном режиме работы двигателя может составлять от 400 до 850 градусов Цельсия.

Необходимо учитывать, что слишком высокие температуры, в частности, более 400 градусов, просто необходимы. Все потому, что при таких высоких температурах осуществляется самостоятельная очистка СЗ, что способствует предотвращению возникновения нагара и налета на них.

Разумеется, при нормальной работе мотора температура не должна быть выше 850 градусов на изоляторе, поскольку это может привести к нежелательным последствиям. В частности, если изолятор будет перегрет до 900 градусов, это приведет к появлению калильного зажигания. Помимо этого, при слишком высоких критических температурах на электроды начинают воздействовать агрессивные с химической точки зрения вещества. В свою очередь, со временем это приведет к ускоренному разрушению элементов, что чревато поломкой устройства в целом.

Одно- и многоэлектродные СЗ

Поэтому важно не допустить такого развития событий.

Если используются лазерные свечи зажигания или любые другие, то избежать этого вполне возможно, для этого важно:

1. Не допускать слишком ранней настройки зажигания. Для этого автовладельцу необходимо знать, как осуществляется его регулировка. Вы сможете найти соответствующие материалы на нашем сайте касательно этого процесса. К примеру, на классических моделях автомобилей ВАЗ инструкция по регулировке зажигания приведена тут.
2. Использовать только качественное топливо, соответствующее спецификациями вашего автомобиля.
3. Всегда проводить визуальную диагностику состояния СЗ.

По типу и длине резьбы, размеру головки под ключ

Как видно по фото, помимо количества электродов и прочих параметров, СЗ имеют разные размеры, в частности длину. Кроме того, СЗ для разных типов двигателей могут иметь и разный тип резьбы и, соответственно, размер головки под свечной ключ. Соответственно, думать, что свеча — это универсальный продукт, который можно снять с одного двигателя и поставить на другой — как минимум неверно. Размер СЗ, и тип резьбы подбирается в соответствии со спецификацией мотора. Все эти нюансы следует учитывать при покупке товара.

 Загрузка …

Видео «Как определить состояние двигателя по свече»

О том, что может сказать СЗ о состоянии силового агрегата, узнайте из видео ниже (автор ролика — CARVIZOR).

Свечи зажигания

Свеча зажигания (искровая свеча зажигания) – составной элемент системы зажигания, который обеспечивает образование искры для воспламенения топливно-воздушной смеси в камере сгорания. Смесь в цилиндре воспламеняется в строго заданный момент от электрической искры, которая проходит между электродами свечи зажигания.

Свечи зажигания устанавливаются на атмосферные и турбированные бензиновые двигатели внутреннего сгорания. В устройстве дизельных двигателей свечи зажигания отсутствуют.  Конструкция свечи зажигания включает в себя следующие основные элементы:

• контактный стержень;
• центральный электрод;
• изолятор;

Также устройство свечи зажигания предполагает наличие резистора, уплотнительной шайбы, корпуса, резьбы для вкручивания в ГБЦ и бокового электрода.

Свечи зажигания присутствуют во всех типах систем: контактной, бесконтактной и электронной системе зажигания. Контактный стержень является местом соединения свечи зажигания с высоковольтным проводом или катушкой зажигания, что зависит от индивидуальных конструктивных особенностей реализации той или иной системы зажигания на конкретном двигателе.

Центральный электрод в устройстве свечи зажигания является катодом, материалом изготовления которого выступает легированная сталь. Для изготовления зачастую используется сплав хрома и никеля. В целях увеличения срока службы центральный электрод современной свечи зажигания также может изготавливаться из сплавов, в составе которых находятся редкие металлы: платина, иридий, вольфрам палладий и другие. Благодаря наличию таких металлов свеча зажигания называется платиновой, иридиевой и т.д. Ресурс свечей зажигания может сильно отличаться, что напрямую зависит от качества, особенностей и материалов изготовления. Обычные свечи служат порядка 25 тыс. километров, тогда как платиновые или иридиевые аналоги могут превышать по сроку службы данный показатель в 2-3 раза.

Соединение центрального электрода с контактным стержнем выполняется через резистор свечи зажигания. Резистор является материалом, который проводит ток. Указанным материалом заполняется свободное пространство между стержнем и электродом. Использование резистора продиктовано необходимостью создания защиты электрооборудования от электрических помех, которые возникают во время образования искры.

Изолятор свечи зажигания керамический и жаропрочный. Его внутренняя часть называется тепловой конус. Указанный конус служит для определения теплового режима свечи зажигания. Температурный режим свечей имеет определенные пороги. Минимальный порог является той температурой, при которой на тепловом конусе свечи начинают выгорать отложения. Максимальным порогом принято считать такой нагрев конуса, когда возникает эффект КЗ (калильного зажигания). Такое самопроизвольное воспламенение топливной смеси может вызывать детонацию двигателя, что является аномальным процессом горения топливного заряда во время работы силового агрегата и приводит к разрушительным последствиям для ДВС.

Зависимо от величины теплового конуса изолятора свечи зажигания имеют разное калильное число и делятся на так называемые «горячие» и «холодные». Также встречаются промежуточные значения. Горячие свечи имеют калильное число 11-14, средними свечами принято считать показатель 17-19, холодные свечи имеют показатель 20 и более. Универсальные или унифицированные свечи зажигания имеют показатель калильного числа на отметке 11-20.

Горячие свечи быстрее нагреваются, при этом отвод тепла происходит медленнее. По этой причине горячие свечи устанавливаются на моторы, которые имеют низкую степень сжатия и работают на топливе с низким октановым числом. Холодные свечи характеризуются медленным нагревом и быстрым отводом тепла. Ставятся указанные свечи на форсированные атмосферные и оснащенные турбонаддувом двигатели с высокой степенью сжатия, которые рассчитаны на бензин с высоким октановым числом. При подборе свечей зажигания необходимо отдельно учитывать тепловой режим работы двигателя и калильное число.

Корпус свечи зажигания изготовлен из металлических сплавов. В нем установлены базовые конструктивные элементы свечи.  Наружная часть корпуса имеет резьбу, благодаря чему свеча зажигания вкручивается в головку блока цилиндров. Для дополнительного уплотнения на корпусе часто присутствует специальная уплотнительная шайба.

Также на корпусе свечи присутствует шестигранник под свечной ключ. Закручивать свечу зажигания необходимо с рекомендуемым усилием при помощи свечного ключа. Недостаточный момент затяжки может привести к разгерметизации камеры сгорания, превышение часто заканчивается как повреждениями свечи зажигания, так и резьбы в свечном колодце ГБЦ.

Внизу корпуса находится один или несколько боковых электродов свечи зажигания. Указанный электрод может быть как никелевым, так и выполняться из сплавов редких металлов.  Свечи с несколькими электродами имеют увеличенный срок службы, так как после разрушения одного электрода свеча продолжает процесс искрообразования при помощи дополнительных боковых электродов. Центральный и боковой электроды имеют между собой определенный искровой промежуток, который также известен как зазор свечи зажигания. Указанный зазор на разных свечах выставляется на заводе-изготовителе и может отличаться, что зависит от конструктивных особенностей свечи и соответствия конкретной модели двигателя.

Увеличенный зазор позволяет добиться лучшего искрообразования и более эффективного воспламенения смеси, но также требует большего напряжения. По этой причине слишком большой зазор на свечах может привести к пропускам зажигания, повышенному расходу топлива и т.д. Одновременно с этим значительное уменьшение зазора приводит к тому, что процесс воспламенения топливного заряда в камере сгорания становится менее эффективным, двигатель теряет мощность. С учетом вышесказанного самостоятельная регулировка зазоров свечей зажигания путем сгибания бокового электрода без надлежащего опыта подобных действий настоятельно не рекомендуется.

Читайте также