Из чего состоит свеча зажигания

Свечи зажигания: устройство и всё то, что надо знать каждому автовладельцу?

Настало время, уважаемые читатели, поговорить об элементе, который венчает всю систему зажигания автомобиля и без сомнения является одним из ключевых в работе бензинового двигателя внутреннего сгорания. Свеча зажигания – именно ради искры, которая возникает между её электродами, и затеваются все ухищрения с электроникой, катушками, трамблёрами и прочим. Давайте поближе познакомимся с этим узлом, рассмотрим устройство свечи зажигания и нюансы, которые нужно знать о ней начинающим водителям.

Недооцениваете роль свечей, а зря…

Итак, как мы уже с вами знаем, героиня этой статьи нужна для того, чтобы воспламенить топливно-воздушную смесь в цилиндре мотора.

К сожалению, очень часто владельцы машин не уделяют должного внимания этим элементам, считая их простым расходным материалом. На самом же деле свечи, как и многие другие узлы двигателя, требуют к себе определённой доли внимания, ведь от них зависит стабильность работы силового агрегата.

Помимо этого, достаточно высокие требования предъявляются к их надёжности. Только представьте, в каких условиях приходится работать свечам – высокое напряжение, подающееся на их электроды (до 40 000 Вольт), высокие температуры, достигающие 1000 градусов и агрессивные химические процессы, связанные со сгоранием топлива. Всё это диктует определённые условия, которым должно отвечать устройство свечи зажигания, и об этом далее…

Устройство свечи зажигания

Несмотря на всю ответственность, лежащую на плечах свечей, их конструкция довольно простая. Как говорится: «Чем проще, тем надёжней». Состоит она из таких частей:

• контактный стержень (наконечник);
• центральный электрод;
• изолятор из керамики;
• металлический корпус;
• резистор;
• боковой электрод.

Контактный стержень или, как его ещё называют, наконечник предназначен для соединения с высоковольтными проводами системы зажигания.

Другим концом стержень через резистор, служащий для снижения уровня помех от искрового разряда, соединён с центральным электродом, и все эти элементы помещены в изолятор из тугоплавкой керамики.

Изолятор, как и следует из его названия, служит для предотвращения короткого замыкания между центральным электродом, на который подаётся напряжение до 40 000 Вольт и корпусом, имеющим надёжное электрическое соединение с «массой». Изолятор имеет не только наружную часть, которая видна, но и внутреннюю (так называемый тепловой конус), выходящую прямо в камеру сгорания цилиндра мотора.

При правильном режиме работы силового агрегата и свечи, тепловой конус выполняет очень важную роль – на его поверхности из-за высокой температуры догорают частицы сажи, происходит самоочищение свечи от продуктов горения топлива и не накапливаются отложения.

Но если вдруг температура теплового конуса превышает допустимую, то может происходить калильное зажигание смеси – крайне негативное явление, при котором горючее воспламеняется не от искры, а от разогретого до очень высоких температур изолятора.

Металлический корпус объединяет вышеперечисленные внутренние детали и имеет резьбу для ввинчивания в посадочное место.

Ну и последний элемент – боковой электрод. Он приварен к корпусу и располагается вблизи центрального электрода. Именно между ними и проскакивает искра, оживляющая бензиновый двигатель.

Что нужно знать автовладельцу?

Автовладельцу полезно знать не только устройство свечи зажигания, но и её основные характеристики. Только так можно подобрать оптимальную модель этой детали, которая лучше всего подойдёт для мотора. Их несколько:

• калильное число – очень важный параметр, от него зависит, будет ли происходить калильное зажигание смеси в цилиндрах, которое может привести к серьёзным поломкам двигателя. У каждого мотора в спецификациях указано рекомендуемое значение этого параметра и крайне желательно использовать соответствующие свечи – не с большим и уж тем более не с меньшим числом;
• искровой промежуток – по сути, это расстояние между центральным и боковым электродом. Чем оно меньше, тем меньшее напряжение необходимо для образования искры;
• способность к самоочищению – то, как свеча справляется с продуктами сгорания топлива и отложениями. Какой-либо объективной шкалы этот параметр не имеет – верить приходится производителям на слово;
• рабочая температура свечи – должна находиться в пределах 500 – 900 градусов по Цельсию;
• диаметр свечи и длина резьбы – первый параметр обычно составляет 14 мм, а вот второй зависит от мощности мотора – чем больше лошадей под капотом, тем длиннее должна быть резьба, как правило, от 12 до 25 мм.

Многие из этих характеристик производители указывают на корпусе свечи в виде специальных шифров, разгадать которые можно при помощи таблиц.

Также существуют и таблицы взаимозаменяемости – модель какой свечи без проблем можно заменить на другую.

Как мы можем видеть, друзья, героиня сегодняшней статьи — элемент непростой и для автолюбителя важно знать не только устройство свечи зажигания, но и её параметры, для того чтобы при замене не возникло проблем с силовым агрегатом, которые могут обернуться дорогостоящим ремонтом.

На этом рассказ про свечу подходит к концу, а я приступлю к подготовке следующих статей, в которых поведаю вам о других секретах, скрывающихся в недрах автомобилей.

Для чего нужны свечи зажигания, принцип их работы и разновидности.

Без свечи зажигания современный бензиновый двигатель не смог бы работать. К тому же относительно незаметная часть должна выдерживать значительную температуру и давление. Как работают свечи зажигания и каковы их наиболее важные характеристики?

Первое практическое применение свечи зажигания в двигателе внутреннего сгорания связано с именем бельгийца Джозефа Ленуара. Произошло это в 1860 году. Он использовал такое устройство для воспламенения в своём двигателе. Но патентование свечи зажигания было впервые осуществлено примерно тридцать восемь лет спустя. И сразу три изобретателя имели к этому отношение: Никола Тесла, Фредерик Ричард Симс и Роберт Бош. Позже со свечами зажигания стали связывать и другие известные имена. Например, Альберт Чемпион — основатель известной компании по их производству.

Условия работы, которым не позавидуешь.

Свеча зажигания с виду является мелкой деталью, но условия, в которых она должна работать, заслуживают как минимум признания. Так как удельная мощность двигателей увеличивается и в то же время прилагаются усилия, чтобы продлить срок службы изделий, к ним предъявляются всё более высокие требования. Впрочем, судите сами.
Так как свеча зажигания входит в камеру сгорания двигателя, она должна быть способна выдерживать быстрые изменения температуры в диапазоне приблизительно от 2000 до 2500 градусов, а давление до 6 бар. В то же время при впуске давление в цилиндре падает ниже атмосферного и одновременно снижается температура приблизительно до 80 градусов. Но и это ещё не всё.

Интересно — что для шестицилиндрового двигателя при 5000 оборотов в минуту каждую минуту требуется 15 000 искровых разрядов! За одну минуту каждая свеча воспламеняет смесь 2500 раз, а это более чем 40 раз в секунду! Ещё изделие подвергается неблагоприятным химическим воздействиям, так как окружающая среда внутри камеры сгорания довольно агрессивная, не говоря уже о различных условиях работы двигателя. А ещё скачки напряжения в диапазоне от 25 до 30 кВ.

О принципе разряда

Воспламенение смеси свечой зажигания осуществляется за счёт возникновения искры между электродами. Речь идёт о так называемом разряде между электродами. Фактически искра возникает в момент, когда имеет место превышение пробойного напряжения между центральным и боковым электродом (их может быть и больше). То есть происходит преобразование энергии из катушки зажигания в электрическую искру. Оценивается так называемое напряжение дугового перекрытия. Его значение зависит от расстояния между электродами, геометрии электродов, давления в камере сгорания и от соотношения воздуха и топлива в момент воспламенения — то есть от насыщенности смеси. Во время работы двигателя происходит постепенный износ устройства, который проявляется увеличением расстояния между электродами, что приводит к постепенному увеличению пробойного напряжения.
Насколько важна хорошая изоляция?

Строение свечи зажигания

Итак, из чего свеча зажигания состоит? Корпус изделия формирует изолятор. Ранее использовалась слюда, сегодня керамика, совсем недавно начали применять так называемый корунд или оксид алюминия. В самом верху устройства имеется контактный вывод для присоединения кабеля системы зажигания или, возможно, размещения катушки зажигания (для прямого зажигания FPS с отдельной катушкой для каждой свечи). Далее, следует металлический корпус, частью которого является резьбовое соединение, с его помощью изделие завинчивается в головку блока цилиндров. С ним и, следовательно, металлическим корпусом соединяется внешний (иногда его также называют боковым) электрод. По центру свечи расположен центральный положительный электрод, соединённый с контактным выводом для присоединения высоковольтного кабеля системы зажигания и герметично упакованный в стекло или кремний. Внешний электрод электрически соединён с кузовом транспортного средства, то есть отрицательным полюсом электрической системы.

Разновидности свечей зажигания

Существует много разновидностей свечей. С первого взгляда можно увидеть отличия в диаметре резьбы: M18, M14, M12 и M10. Вместе с этим имеется и различный шаг резьбы: от максимального 1,5 до 1,25 и даже 1,0 мм. Далее, различают форму опорной (уплотнительной) поверхности свечи в головке блока цилиндров. Она может быть конический или плоской. Есть свечи с короткой и длинной резьбой.

Дальнейшее деление происходит по компоновке (структуре) искры или количеству внешних электродов, их может быть до четырёх. Кроме того, свечи могут отличаться материалом, используемым для изготовления электродов, формой корпуса и уровнем помех.

Для обеспечения имеющихся и постоянно растущих требований к свече зажигания важное значение имеет выбор правильного материала для электрода. Средние изделия обычно изготавливаются таким образом, чтобы соблюдался компромисс между прочностью и расходом материалов. Используются сплавы вольфрама, платины и иридия. Как альтернатива может быть сплав хрома и железа. А ещё лучше серебро, которое обладает превосходными свойствами с точки зрения тепловой нагрузки, отличается износоустойчивостью и продлевает срок службы свечи до 70 000 км. Недостатком является, конечно же, цена. Кроме того, используется платина. Она стоит дороже, но хорошо противостоит выгоранию и коррозии. Очень часто центральный электрод состоит из двух различных материалов.

Особенности свечей зажигания.

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

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

Что такое калильное число

Различают горячие свечи с высокой температурой, которую они смогут выдерживать, и холодные, их температура эксплуатации, наоборот, ниже. Значение теплопередачи свечи зажигания в основном определяет размер поверхности нижней части изолятора. Если передний край изолятора длинный, устройство будет иметь высокую способность выдерживать температуру. С другой стороны, короткий передний край изолятора имеет холодная свеча (с низкими температурными свойствами).

Как понять, подходят ли свечи зажигания.

Описанные выше качества и в результате различия между отдельными видами свечей в плане их использования интересны, но на практике, точнее, для того, чтобы понять, какие свечи нужны двигателю вашего автомобиля, эти знания совершенно не требуются. При покупке изделий важна только корректная маркировка, которая гарантирует, что они предназначены именно для конкретного двигателя.

К сожалению, разные производители используют различные методологии маркировки свечей. К счастью, есть переводная таблица, которая должна быть доступна у каждого продавца автозапчастей. Любопытно отметить, например, что изделие Bosch W7D у компании Champion указывается как N9Y, а у NGK его называют BPM7. Причём в плане свойств и характеристик это одна и та же свеча. Дальше будет…

Всё об автомобильных свечах

Автомобильные свечи несомненно являются важнейшим элементом всего ДВС (двигатель внутреннего сгорания). Нет искры — не работает двигатель! Казалось бы, из-за такой мелочи, такой механизм не работает. Свечи, как впрочем, и все в этом мире — не вечны, на их рабочих поверхностях со временем образуется нагар, и если его не устранить вовремя есть возможность в один прекрасный день отправиться на работу на такси. Я думаю, намек понятен!? Устройство свечи. Свеча состоит из десяти основных деталей:

Устройство свечи

Теплостойкость свечи.

Большинство производителей свечей применяют нумерацию арабскими цифрами для идентификации изолятора. Эти цифры обозначают тепловое число т.е. теплостойкость свечи. Теплостойкость свечи определяется способностью выделять на головку двигателя тепло принимаемое на рабочей части свечи под воздействием продуктов сгорания.

Обычно теплостойкость регулируется изменением длины теплового конуса изолятора. Свечи с длинным изолятором называются горячими. С коротким изолятором холодными.

Различные конструкции свечей.

Высокотехнологичные свечи:

1. Свечи с U-образным желобком U-Groove

2. Платиновые долговечные свечи Plantinum Long Life

Свечи с U-образным желобком.

В связи с введением контроля над выхлопными газами возникла необходимость применения двигателей работающих на обеднённых топливовоздушных смесях и свечей обеспечивающих превосходное воспламенение и полное сгорание.

Сравним процесс роста ядра пламени в обычных свечах и в свечах с заземляющим электродом, имеющим желобок.

Обычная свеча Свеча с U-образным желобком

В обычной свече ядро пламени возникающего от электрического разряда растёт и закантачивает центральный и заземляющий электрод, образуя искровой промежуток. Поскольку температура электродов ниже, чем в ядре пламени температура последнего поглощается и препятствует росту пламени. Это называется погашающим эффектом электродов.

В отличие от этого свеча с заземляющим электродом имеющим U-образный желобок размещённым в разрядной части заземляющего электрода погашающий эффект снижается, поддерживается рост ядра пламени, и тем самым делается возможным более полное сгорание топливовоздушной смеси. Это позволяет достичь экономии топлива и большей чистоты выхлопных газов.

Долговечные свечи Plantinum Long Life.

К свечам предъявляется требование выдерживать пробег не менее 100 тыс. км. Что бы решить эту трудную проблему разработаны специальные диски из платинового сплава, обладающие высокой устойчивостью к окислению и воздействию электрического разряда. Эти диски привариваются к концу центрального электрода и к разрядной части заземляющего электрода на противоположной стороне от центрального электрода, что создаёт постоянный разряд между платиновыми дисками. Такое конструктивное решение позволило обеспечить ресурс свечи равный 100 тыс. км.

Такие платиновые свечи впервые в мире были использованы на автомобилях высокого класса TOYOTA 1982 году. С тех пор ведущие автопроизводители Мира используют эти платиновые свечи.

Иридиевые супер-долговечные Iridium Long Life.

Это качественно новые свечи реализовавшие ресурс равный 200 тыс. км. и обладающие высокой степенью воспламенения.

DENSO добилось успеха в разработке иридиевого сплава обеспечив высокую температуру плавления, устойчивость к окислению и высокую износостойкость применив электрод диаметром 0,4 мм.

В свечах IRIDIUM POWER, благодаря соединению ультратонкого иридиевого электрода с коническим заземляющим U-образным электродом, сведён к минимуму погашающий эффект электрода и обеспечено более надёжное сгорание и высокая воспламеняемость. Благодаря такому надёжному сгоранию стали возможными быстрый запуск, устойчивый ровный холостой ход и превосходное наращивание скорости.

Кроме того, высокое тепловое число свечей IRIDIUM POWER делает их наиболее подходящими для гоночных соревнований.

Свечи IRIDIUM TOUGH.

Эти свечи так же как IRIDIUM POWER имеют высокую воспламеняемость и кроме того рассчитаны на потребителей требующих долговечности свечей наравне с платиновыми. Для центрального электрода, так же как в свечах IRIDIUM POWER, используется ультратонкий иридиевый электрод диаметром 0,4 мм, но в заземляющем элетроде применено платиновое покрытие, что позволяет достичь ресурса равного 100 тыс. км. пробега на равне с платиновыми свечами.

Свечи супер-воспламенения (игла к игле).

Преимущества:

— Устойчивость к образованию нагара

— Самоочищение в холодных условиях

— Начальные потери на охлаждение существенно снижены

Свечи типа ТТ.

Также разработаны свечи типа ТТ — это свечи зажигания с двойным выступом (с двумя иглами), с центральным электродом из никеля с уменьшенным диаметром 1.5 мм и боковым электродом с наконечником так же уменьшенного диаметра в 1.5 мм.

· Приемистость и эффективность

Обнаружение неисправностей.

Свеча является единственной деталью из электрооборудования двигателя входящей в камеру сгорания её можно сравнительно легко вынимать и легко вставлять. При возникновении неполадок с двигателем для обнаружения неисправности следует проверить состояние свечей.

Установка свечей.

1. Сначала установите свечу и без усилия закрутите её до упора.

Рекомендуем применять правильный момент затяжки:

Хотя свечи сравнительно легко вынимать и вставлять, неправильное обращение с ними может вызвать поломку свечи или двигателя.

Последствия чрезмерной затяжки свечей:

Когда уплотнительному кольцу уже некуда больше сжиматься, происходит деформация корпуса свечи, она вытягивается, а шестигранник остается на месте. Резьбовая часть при закручивании уходит глубже в головку блока цилиндров. Изолятор начинает свободно прокручиваться в корпусе, нарушается герметичность свечи. Ухудшается отвод тепла от центрального электрода, в таком состоянии свеча не очищается и перестает работать. При продолжении закручивания свечи она разрушается – резьбовая часть отделяется от корпуса.

Свечи зажигания. Металлы которые используются в автомобильных свечах.

И не только из платины. В конструкции современной свечи встречаются и золото, и серебро, и редкоземельные металлы.

В общем-то, за 104 года своего существования свеча зажигания не очень изменилась. Процесс воспламенения рабочей смеси что у работавшей от магнето свечи образца 1902 года, что у нынешней многоэлектродной одинаков. Пары бензина поджигаются. нет, не искрой, как это пишется во всех учебниках, а электрической дугой, т.е. плазмой. Термин «искра», с точки зрения физики, — неправильный, что не помешало ему стать общепринятым. Но нас больше интересуют материалы, из которых в разные годы делались электроды. Сталь центрального электрода скоро была вытеснена никелевыми сплавами.

В сознании большинства наших автомобилистов свеча — вещь ненадежная, требующая обслуживания и своевременной замены. Наши коллеги из цивилизованных стран о такой напасти уже забыли.

У свечи зажигания было три врага. Первый и самый страшный — тетраэтилсвинец, добавка в бензин, повышающая октановое число. В США, Европе, Японии и других уважающих своих граждан странах и частях света этилированные бензины ныне запрещены. И не без оснований. Соединения свинца, лежащие «толстым слоем» у дорог, вредят двигателю. С течением времени свинец оседает на обращенных в камеру сгорания поверхностях свечей, замыкая их накоротко. «Искра» пропадает, двигатель начинает капризничать. Счистить свинец, въевшийся в керамику изолятора, практически невозможно. Свечи приходится менять. Более того, свинец губит каталитические нейтрализаторы. Запрет на этилированный бензин в США привел к двукратному (!) увеличению срока службы свечей.

Справедливости ради отметим, что у свинца были и свои достоинства: он (как твердая смазка) защищал от износа направляющие и стержни клапанов. Усугубляет эту ситуацию нововведенный запрет на сернистое топливо. Кстати, некоторые современные малотоксичные металлсодержащие присадки помогают сохранить здоровье, но губят свечи.

Второй враг свечи — электричество. Электрическая дуга имеет высокую температуру, что вызывает испарение частиц металла с поверхности обоих (центрального и бокового) электродов. Зазор между ними постоянно растет (на 0,003–0,01 мм за каждую тысячу километров пробега), требуется все большее напряжение для пробоя зазора. Но возможности системы зажигания не безграничны, начинаются перебои искрообразования со всеми вытекающими последствиями.

Третий «недоброжелатель» — бензин. В случае его неполного сгорания на свечах появляются сажа и нагар, ухудшающие работу свечи. Добавляют «грязи» и прорывающиеся «вверх» картерные газы, и масло, проникающее через изношенные уплотнения клапанов. Способность свечи к самоочищению ограничивается угрозой возникновения калильного зажигания и детонации.

Свинец, хоть и не повсеместно, запретили. Удар по нагару был нанесен в середине 80-х началом выпуска свечей с медным сердечником центрального электрода. Появилась возможность делать более горячие свечи, не вызывающие детонацию. Термическая «пластичность» свечей способствовала сокращению количества моделей свечей, т.к. одной свечой с широким диапазоном рабочих температур можно заменить несколько с разными калильными числами.

Следом за медью стали использовать золото, лучше проводящее ток и тепло, более химически и термостойкое. А где золото, там и платина. «Золотой век» длился недолго, а вот платина прижилась.

Иногда из нее делают электроды целиком, но чаще на них лазером приваривают микроскопические накладки из благородного металла: эрозия металла наблюдается большей частью на концах (торцах) электродов.

Стали делать электроды и из серебра. Они уступают платиновым в сроке службы, но, по мнению многих специалистов, хорошо работают в газовых двигателях.

Блеск платины покорил автопроизводителей. Количество платиновых свечей, используемых для первичной заводской комплектации, растет лавинообразно. Причины понятны. Такие свечи дороже, но имеют многократно больший срок службы (до 160 тыс. км пробега), практически не требуют обслуживания и дают конструкторам определенную свободу компоновки. Последнее утверждение подтвердили примером: попробуйте вывернуть для очистки и регулировки зазоров свечи из расположенного поперек двигателя V6. Особенно те, что обращены к салону.

Альтернативой платине стали сплавы с иттрием. Характеристики свечей сопоставимы, а цена пониже благодаря меньшей трудоемкости изготовления.

Серьезный прорыв — изобретение иридиевых электродов. Есть мнение, что иридий — металл неземной, «привезенный» к нам тем самым гигантским метеоритом, от падения которого на территории нынешней Мексики повсеместно вымерли динозавры. Материал действительно уникален и по прочности, и по химико-физическим свойствам.

Электрод из иридия может быть втрое тоньше традиционного при сроке службы в те же 100 тыс. миль. Для особых случаев, например гонок, электрод может быть еще тоньше (уменьшенные размеры свечи оставляют больше места клапанам), но свеча прослужит не дольше «медной».

Чем объясняется надежность свечей с благородными металлами? Стабильностью геометрии электродов. Электрической эрозии практически нет, кромки остаются острыми, зазор стабилен. Нет необходимости повышать напряжение. Нет и пропусков искрообразования, мощность двигателя не падает, катализатор не разрушается.

Эту «физику» используют и производители всевозможных «диковинных» свечей (с полым центральным или раздвоенным боковым электродом, с канавками на электродах, многоэлектродных, не требующих регулировки зазора и т.п.). Все дело в кромках.

В заключение — небольшое замечание. Рекламные обещания роста мощности после установки новых свечей зажигания — не совсем правда. Никакая чудодейственная свеча не может добавить двигателю сил. Единственное, что возможно, — снизить потери, вызванные пропусками искрообразования. Если пропусков нет, то мощность при любой свече будет одинаковой.

Сегодня рынок сверкает драгоценностями. Bosch использует никелево-иттриевый сплав в боковых электродах своих двух- и многоэлементных свечей. Есть и иттриевый центральный электрод вкупе с таким же боковым. Champion отказался от золота в пользу платины в виде накладки на центральном электроде. Такой же центральный применяет Autolite (при боковом из хромо-никелевого сплава). У AC Delco — серебряно-никелевый сплав сбоку и платиновая накладка по центру. Denso и NGK производят свечи с электродами из иридиевого сплава. Перечень далеко не полон. Тем более что платиновые электроды (накладки) выпускают уже многие производители. Причем «благородными» зачастую становятся оба электрода.

Свеча зажигания как основная часть системы зажигания двигателя внутреннего сгорания

Горюнов, С. С. Свеча зажигания как основная часть системы зажигания двигателя внутреннего сгорания / С. С. Горюнов, И. Е. Рогов. — Текст : непосредственный // Современные тенденции технических наук : материалы V Междунар. науч. конф. (г. Казань, май 2017 г.). — Казань : Бук, 2017. — С. 21-26. — URL: https://moluch.ru/conf/tech/archive/230/12390/ (дата обращения: 28.10.2021).

Статья посвящена вопросам устройства и эксплуатации свечей зажигания в двигателях внутреннего сгорания.

Ключевые слова: свеча зажигания, двигатель внутреннего сгорания, товар, предложения, концепции

The article is devoted to the design and operation of spark plugs in internal combustion engines.

Key words: spark ignition, internal combustion engine, item, suggestion, and concept.

Эксплуатация свечей зажигания

Свеча зажигания — один из важнейших элементов двигателей внутреннего сгорания. Правильно подобранные свечи способны увеличить производительность двигателя, сократить расходование бензина, избежать детонации в двигателе внутреннего сгорания и увеличить срок службы поршней.

Свеча зажигания — это устройство для воспламенения топливовоздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания. Система зажигания реализует подачу высокого напряжения (ВН) через катушку зажигания к свече. На концах электродов создается напряжение несколько киловольт, в искровом промежутке образуется стример, что способствует пробою длинных промежутков между анодом и катодом, и воспламенению смеси в цилиндре.

Рис. 1. Устройство свечи зажигания.

Устройство свечи зажигания (рис.1):

1. Контактный вывод;
2. рёбра изолятора;
3. изолятор;
4. металлическая оправа;
5. центральный электрод;
6. боковой электрод;
7. уплотнитель.

Свеча зажигания состоит из металлической оправы, изолятора и центрального проводника.

Свеча зажигания, кроме выполнения своей непосредственной задачи, представляется указателем на механические и электрохимические процессы, протекающих во время запуска поршневой системы мотора, и дальнейшей его работы. Свеча, работающая в исправном состоянии, не оставляет налета после воздействия на электроды и керамическая юбка изолятора становится светло-серого цвета либо слегка коричневого (рис.2).

Рис. 2. Нормально работающая свеча зажигания

Катод центрального электрода, покрытый бархатисто-чёрными остатками продуктов сгорания (рис.3), является признаком превышенного максимального значения октанового числа в топливовоздушной смеси, вследствие чего, двигатель страдает от повышенного расхода топлива. Обратный эффект грозит перегревом камеры сгорания, что скажется на цвете электрода (рис.4).

Рис. 3. Катод центрального электрода, покрытый бархатисто-чёрными остатками продуктов сгорания

Рис. 4. Центральный и боковой электроды покрыты налётом пепельного цвета

При красноватом оттенке изолятора наконечника свечи зажигания (рис.5), возможно шунтирование катода через токопроводящий налет на поверхности изоляции. При этом свеча зажигания может стать неисправной из-за плохой напряженности искрового промежутка, это говорит об избыточном количестве присадок содержащихся в топливе, которые оседают в виде металлических отложений.

Рис. 5. Красноватый оттенок изолятора наконечника свечи зажигания

Влажные чёрные маслянистые отложения на кончике изолятора наконечника и электродов, особенно в резьбовой части (рис.6), зачастую наблюдаются при повышенном расходе масле двигателя в следствии чего появляется синий или бело-синий дым из выхлопной трубы машины. Причиной этого может быть сильно изношенные поршневые кольца или стенки цилиндров, или маслосъемные колпачки. Масло, втянутое в камеру из-за чрезмерного зазора в направляющих штока клапана, или сильно изношенных уплотнителей клапанов также указывает на неисправности свечей. Последний вариант по исправлению наблюдаемых негативных признаков, поменять свечи зажигания на другие, у которых калильное число меньше.

Рис. 6. Влажные, чёрные масляные отложения на кончике юбки и электродов

Свечи зажигания, имеющие на тепловом конусе свечи нагар белого или желтого цветов, говорит о перегреве свечи зажигания, который может быть вызван несоответствием типа свечи двигателю, слабой затяжкой свечи или ненадлежащим уплотнением, или неправильно отрегулированным углом опережения зажигания. Как правило, перегрев свечи сопровождается повышенной эрозией электродов и потерей тяговитости двигателя и повышенным расходом бензина. В конечном итоге возможно образование так называемого мостика, между электродами приводящего к выходу из рабочего состояния свечи зажигания и как следствие одного из цилиндров двигателя.

Рис. 7. Наличие на тепловом конусе свечи зажигания нагара белого цвета и соединение электродов с помощью продуктов сгорания и плавления металлов

Активно протекающая реакция свинца, содержащегося в топливно-воздушной смеси, с выступающей вокруг центрального электрода металла свечи зажигания (рис. 8), сопровождаются глянцевыми отложениями на нижней части корпуса свечи зажигания. На высоких оборотах двигателя возможны пропуски зажигания при наблюдаемом воздействии. Также в дальнейшем возможна эрозия бокового электрода, изготовленного из никелевого сплава (рис.9).

Рис. 8. Активно протекающая реакция свинца с выступающей вокруг центрального электрода металла свечи зажигания

Рис. 9. Активно протекающая реакция свинца с боковым электродом

Металлическая «молния» на внешнем изоляторе свечи зажигания указывает на результат того, что искровой зазор между электродами свечи сильно расширился из-за износа электродов, и свече зажигания требуется гораздо более высокое напряжение, при этом, изолятору свечи зажигания недостаточно диэлектрических свойств, чтобы удержать заряд, в ходе чего происходит пробой. Как правило, возникновение искрового промежутка между электродом и верхним контактом штепсельного соединения свечи зажигания наиболее вероятны на двигателях с турбонаддувом.

Рис. 10 Металлическая «молния» на внешнем изоляторе свечи зажигания

Коррозия корпуса свечи зажигания возникает при взаимодействии металлов с водой и другими реагентами, возникает в основном из-за плохой гидроизоляции подкапотного пространства.

Рис. 11. Коррозия корпуса свечи зажигания

Механическое повреждения свечей зажигания (рис. 12) происходит в следствии детонация и образования сверхдавления, которое разрушает нижнюю часть корпуса свечи зажигания из-за малой прочности рабочей поверхности. В ходе эмпирически данных, возникновение подобных случаев наблюдается при неверно настроенном угле опережения зажигания, неисправном клапане рециркуляции выхлопных газов, резком охлаждении свечи или браковке самого изделия.

Рис.12. Нижняя часть корпуса свечи зажигания. Механическое повреждение

Также в результате попадания посторонних предметов в камеру сгорания возможен выход из строя цилиндров двигателя и как результат разрушение бокового электрода или некоторых деталей свечи зажигания целиком (рис. 13).

Рис. 13. Механическое повреждение свечи зажигания

Последний индикаторный признак свечи зажигания — это ее износ. В процессе работы растёт зазор между электродами, что требует большего напряжения для выдачи искры. Нормальные темпы роста зазора для большинства свечей принято считать следующими: для четырёхтактных двигателей: 0.01

0.02 мм на каждые 1 000 км пробега; для двухтактных двигателей: 0.02

0.04 мм на каждые 1 000 км пробега.

Рис. 14. Износ свечи

Исправная топливная система в высокой степени зависит от системы зажигания. При правильном выборе свечей, обычно отталкиваются от геометрических размеров и калильного числа, которое указывает на тепловой режим работы.