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.

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).

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.

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.

Используются искровые свечи. Поджог горючей смеси производится электрическим разрядом напряжением в несколько тысяч или десятков тысяч вольт, возникающим между электродами свечи. Свеча срабатывает на каждом цикле, в определённый момент работы двигателя.

В ракетных двигателях свеча зажигает топливную смесь электрическим разрядом только в момент запуска. Чаще всего, в процессе работы свеча разрушается и к повторному использованию непригодна.

В турбореактивных двигателях свеча воспламеняет смесь в момент запуска мощным дуговым разрядом. После этого горение факела поддерживается самостоятельно.

Калильные и одновременно каталитические свечи используются в модельных двигателях внутреннего сгорания. Топливная смесь двигателей специально содержит компоненты, которые легко воспламеняются в начале работы от раскалённой проволочки свечи. В дальнейшем накал нити поддерживается каталитическим окислением паров спирта, входящего в смесь.

Устройство свечей зажигания

Свеча зажигания состоит из металлического корпуса, изолятора и центрального проводника.

Детали свечи зажигания

Контактный вывод

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

Рёбра изолятора

Рёбра изолятора предотвращают электрический пробой по его поверхности.

Изолятор

Изолятор, как правило, делается из алюминиево-оксидной керамики , которая должна выдерживать температуры от 450 до 1000 °C и напряжение до 60 000 В. Точный состав изолятора и его длина частично определяют тепловую маркировку свечи.

Часть изолятора, непосредственно прилегающая к центральному электроду, наиболее сильно влияет на качество работы свечи зажигания. Применение керамического изолятора в свече предложено Г. Хонольдом вследствие перехода к высоковольтному зажиганию.

Уплотнители

Служат для предотвращения проникновения горячих газов из камеры сгорания.

Цоколь (корпус)

Служит для заворачивания свечи и удержания её в резьбе головки блока цилиндров, для отвода тепла от изолятора и электродов, а также служит проводником электричества от «массы» автомобиля к боковому электроду.

Боковой электрод

Как правило, изготавливается из легированной никелем и марганцем стали. Приваривается контактной сваркой к корпусу. Боковой электрод, зачастую, очень сильно нагревается во время работы, что может привести к калильному зажиганию. Некоторые конструкции свечей используют несколько боковых электродов. Для увеличения долговечности электроды дорогих свеч снабжают напайками из платины и других благородных металлов. С 1999 года на рынке появились свечи нового поколения - так называемые плазменно-форкамерные свечи, где роль бокового электрода играет сам корпус свечи. При этом образуется кольцевой (коаксиальный) искровой зазор, где искровой заряд перемещается по кругу. Такая конструкция обеспечивает большой ресурс и самоочистку электродов. Форма бокового электрода в зоне пробоя напоминает сопло Лаваля , за счёт чего создаётся поток раскалённых газов, истекающих из внутренней полости свечи. Этот поток эффективно поджигает рабочую смесь в КС (камера сгорания), полнота сгорания и мощность увеличивается, токсичность ДВС уменьшается. Эффективность «форкамерных» свеч поставлена под сомнение проведенным экпериментом .

Центральный электрод

Центральный электрод как правило соединяется с контактным выводом свечи через керамический резистор , это позволяет уменьшить радиопомехи от системы зажигания. Наконечник центрального электрода изготавливают из железо-никелевых сплавов с добавлением меди, хрома и благородных и редкоземельных металлов. Обычно центральный электрод - наиболее горячая деталь свечи. Кроме того, центральный электрод должен обладать хорошей способностью к эмиссии электронов , для облегчения искрообразования (предполагается, что искра проскакивает в той фазе импульса напряжения, когда центральный электрод служит катодом). Поскольку напряжённость электрического поля максимальна вблизи краёв электрода, искра проскакивает между острым краем центрального электрода и краем бокового электрода. В результате этого края электродов подвергаются наибольшей электрической эрозии. Раньше свечи периодически вынимали и удаляли следы эрозии наждаком. Сейчас, благодаря применению сплавов с редкоземельными и благородными металлами (иттрий , иридий , платина , вольфрам , палладий), нужда в зачистке электродов практически отпала. Срок службы при этом существенно вырос.

Зазор

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

Факторы, определяемые зазором:

1. Чем больше зазор - тем больше размеры искры, => больше вероятность воспламенения смеси и больше зона воспламенения. Всё это положительно влияет на потребление топлива, равномерность работы, понижает требования к качеству топлива, повышает мощность. Слишком увеличивать зазор тоже нельзя, иначе высокое напряжение будет искать более лёгкие пути - пробивать высоковольтные провода на корпус, пробивать изолятор свечи и т. д.
2. Чем больше зазор - тем сложнее пробить его искрой. Пробоем изоляции называют потерю изоляцией изоляционных свойств при превышении напряжением некоторого критического значения, называемого пробивным напряжением U пр . Соответствующая напряженность электрического поля E пр = U пр /h , где h - расстояние между электродами, называется электрической прочностью промежутка. То есть чем больше зазор - тем бо́льшее напряжение пробоя U пр необходимо. Там есть ещё зависимость от ионизации молекул, равномерности структуры вещества, полярности искры, скорости нарастания импульса, но это не важно в данном случае. Понятное дело, что высокое напряжение U пр мы не можем поменять - оно определяется катушкой зажигания. А вот зазор h мы поменять можем.
3. Напряжённость поля в зазоре определяется формой электродов. Чем они острее - тем больше напряжённость поля в зазоре и легче пробой (как у иридиевых и платиновых свечей с тонким Ц. Э.).
4. Пробиваемость зазора зависит от плотности газа в зазоре. В нашем случае - от плотности воздушно-бензиновой смеси.

Чем она больше - тем сложнее пробить. Пробивное напряжение газового промежутка с однородным (ОП) и слабо неоднородным (СНП) электрическим полем зависит как от расстояния между электродами, так и от давления и температуры газа. Эта зависимость определяется законом Пашена, согласно которому пробивное напряжение газового промежутка с ОП и СНП определяется произведением относительной плотности газа δ на расстояние между электродами S,U прf(δS). Относительной плотностью газа называют отношение плотности газа в данных условиях к плотности газа при нормальных условиях (20о С, 760 мм рт. ст.). Зазор свечей не является константой один раз заданной. Он может и должен подстраиваться под конкретную ситуацию эксплуатации двигателя.

Режимы работы свечей

Искровые свечи бензиновых двигателей по режиму работы условно подразделяют на горячие, холодные, средние. Суть данной классификации - в степени нагрева изолятора и электродов. При работе изолятор и электроды любой свечи должны нагреваться до температур, способствующих «самоочищению» их поверхности от продуктов сгорания топливной смеси - нагара, сажи и т. п. Поэтому изоляторы свечей, работающих в оптимальном режиме всегда цвета «кофе с молоком».

Очистка поверхности изоляторов необходима для предотвращения поверхностных утечек высокого напряжения через слой нагара, что уменьшает мощность искрового пробоя зазора, или вообще делает его невозможным. Однако, если элементы свечи нагреваются слишком сильно, то может возникать неконтролируемое калильное зажигание. Процесс часто проявляется на больших оборотах. Это может приводить к детонации и разрушению элементов двигателя.

Степень нагрева элементов свечей зависит от следующих основных факторов:

• Внутренние
  • конструкция электродов и изолятора (длинный электрод нагревается быстрее)
  • материал электродов и изолятора
  • толщина материалов
  • степень теплового контакта элементов свечи с корпусом
  • наличие медного сердечника ЦЭ
• Внешние
  • степень сжатия и компрессии
  • тип топлива (более высокооктановое обладает большей температурой сгорания)
  • стиль езды (на больших оборотах и нагрузках двигателя нагрев свечей больше)

Горячие свечи - конструкция свечей специально разработана таким образом, что снижается теплопередача от центрального электрода и изолятора. Применяются в двигателях с низкой степенью сжатия и при использовании низкооктанового топлива. Так как в этих случаях меньше температура в камере сгорания.

Холодные свечи - конструкция свечей специально разработана таким образом, что максимально повышается теплопередача от центрального электрода и изолятора. Применяются в двигателях с высокой степенью сжатия, с высокой компрессией и при использовании высокооктанового топлива. Так как в этих случаях больше температура в камере сгорания.

Средние свечи - занимают промежуточное положение между горячими и холодными (самые распространенные)

Оптимальные свечи - конструкция свечей разработана таким образом, что теплопередача от центрального электрода и изолятора оптимальна для данного конкретного двигателя.

Унифицированные свечи - калильное число захватывает диапазон холодных и горячих свечей. Именно благодаря «полуоткрытости» свечи ей не страшны проблемы вентиляции и засорения продуктами неполного сгорания.

Свечи нормально самоочищаются во всех режимах работы двигателя и в то же время не приводят к калильному зажиганию.

Типовые размеры свечей зажигания

Размеры свечей зажигания классифицируются по типу резьбы на них. Применяются следующие типы резьбы:

• M10×1 (мотоциклы, например, свечи типа «Т» - ТУ 23; бензопилы, газонокосилки);
• M12×1,25 (мотоциклы);
• M14×1,25 (автомобили, все свечи типа «А»);
• M18×1,5 (свечи марки «М8», устанавливались на «старые» автомобильные двигатели ГАЗ-51 , ГАЗ-69 ; «тракторные» свечи; свечи для газопоршневых ДВС и др.)

Вторым классификационным признаком служит длина резьбы:

• короткая - 12 мм. (ЗИЛ, ГАЗ, ПАЗ, УАЗ, Волга, Запорожец, мотоциклы);
• длинная - 19 мм. (ВАЗ, АЗЛК, ИЖ, Москвич, Газель, практически все иномарки);
• удлинённая - 25 мм. (современные форсированные ДВС);
• на малогабаритные двигатели могут устанавливаться свечи с более короткой резьбой (меньше 12 мм)

Размер головки под ключ (шестигранник):

• 24 мм (свечи марки «М8» с резьбой M18×1,5)
• 22 мм (свечи марки «А10», двигатели автомобилей ЗИС-150 , ЗИЛ-164)
• нормальная - 21 мм (традиционная, для ДВС с двумя клапанами на цилиндр);
• средняя - 18 мм (для ДВС некоторых мотоциклов)
• уменьшенная - 16 мм или 14 мм (современная, для ДВС с тремя или четырьмя клапанами на цилиндр);

Калильное число (тепловая характеристика):

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

Способ уплотнения по резьбе:

• С плоской прокладкой (с кольцом)
• С конусным уплотнением (без кольца)

Количество и вид боковых электродов:

• Одноэлектродные - традиционные;
• Многоэлектродные - несколько боковых электродов;
• Специальные, более стойкие электроды для работы на газе или для большего пробега;
• Факельные - унифицированные свечи зажигания, присутствует конусный резонатор, для симметричного поджига топливной смеси.
• Плазменно-форкамерные - боковой электрод выполнен в виде сопла Лаваля . Совместно с корпусом свечи образует внутреннюю форкамеру. Зажигание происходит форкамерно-факельным способом.

См. также

Ссылки

	Свеча зажигания на Викискладе

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).

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

Воспламенение

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

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

Рисунок 1. Изменение напряжения разряда

1. увеличение напряжение
2. искрообразование
3. ёмкостная искра
4. индукционная искра
5. одна миллисекунда
6. график напряжения, T - график времени

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

Режимы работы

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рисунок 2. Распределение тепла свечи зажигания при сгорании топлива

• охлаждающая жидкость
• охлаждение при подаче топливовоздушной смеси через впускной клапан

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

Рисунок 3. Степень нагрева свечи

• "Холодные" свечи
• "Горячие" свечи
• Газовый карман

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

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

Рисунок 4. Влияние скорости передвижения на степень нагрева свечи

• Низкая степень нагрева свечи
• Нормальная работа свечи
• Высокая степень нагрева свечи

S — Скорость транспортного средства
T — Температура свечи

Температура самоочищения свечи

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

Температура образования калильного зажигания

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

Степень нагрева

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

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

Степень нагрева свечи зависит от сезона использования

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

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

Подведём итог

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

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

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

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

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

Полезная информация

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

Свеча зажигания — это, по сути, электрод, который подает электроэнергию из системы зажигания в камеру сгорания. Система зажигания должна сгенерировать величину напряжения, которой будет достаточно для формирования искры.

Что такое свеча зажигания?

Свеча зажигания — специальное устройство для воспламенения горючей смеси в цилиндре двигателя. Процесс работы одного цилиндра можно разделить на 4 пункта:

• Заполнение цилиндра горючим веществом.
• Сжатие горючего вещества поршнем и воспламенение вещества свечой.
• Процесс расширения объема цилиндра за счет движения поршня в обратном направлении (При воспламенении давление существенно увеличивается, из-за чего происходит обратное движение поршня и за счет этой силы автомобиль может ездить).
• Выталкивание продуктов сгорания через выхлопную трубу машины.

Процесс работы двигателя — круговой, в двигателе любой машины далеко не один цилиндр, количество свечей всегда равняется количеству цилиндров. Из-за этого могут возникать огромные проблемы с двигателем. Ведь если у вас сломается свеча в одном цилиндре, или же случится поломка в самом цилиндре, вы не сможете отличить эти нюансы. При каких-либо проблемах с двигателем большинство первым делом меняет свечи, отчасти это правильный ход. Ведь починка двигателя и даже его разбор стоит дороже чем новые свечи.

Отклонения от нормального процесса сгорания

Отклонения в работе свечи от нормального процесса сгорания бывают разными, при неисправной свечи могут пропускаться воспламенения, что чревато отказа в работе одной камеры цилиндра. Одним из частых отклонений является калильное зажигание, оно сопровождается ранним выходом искры или же запозданием, вследствие чего двигатель не будет работать на полную мощность. Очень распространенной проблемой является также детонация . Она возникает в наиболее удаленном от свечи месте в цилиндре и происходит из-за сильного сжатия топлива.

Признаки и причины неисправности

Теперь поговорим о неисправности свечей, если же вы не хотите покупать новые свечи или же просто хотите разобраться в проблеме, то первым делом нужно вынуть каждую из свечей и осмотреть её на наличие какого-либо налёта или влажных отложений . Если сопротивление между земельным и заземляющим электродом падает до нуля, то конец свечи может быть загрязнен сажей. Из-за чего это происходит? Чаще всего это загрязнение воздушного типа фильтра и слабая искра. Сажистые отложения приводят к тому, что свеча иногда будет пропускать воспламенение.

Из-за резкого роста температур в камере цилиндра при усиленной работе цилиндра свеча может частично плавиться, на свече появляется свинцовый налет. На повышение температур очень сильно влияет само топливо, которое использует машина. Это возникает из-за калильного зажигания свечи. Тут проблема может быть в выпускном клапане, поршне, поршневых кольцах, в результате чего может оплавиться изолятор свечи.

При наличии металлических стуков во время езды, вибрациях, увеличении расхода топлива, возможна детонация топлива в поршне . Чаще детонация происходит на относительно небольших скоростях при подъеме. Причин возникновения детонаций много:

1. это слишком быстрая работа поршня (поршень сжимает смесь очень быстро и давление увеличивается до максимально допустимого);
2. очень большая задержка в работе свечи (свеча срабатывает с огромным опозданием, за это время поршень увеличивает давление до максимально допустимого);
3. неисправность всего цилиндра или двигателя.

При выборе свечей на свой автомобиль нужно учитывать два основных параметра:

• габариты свечи;
• калильное число.

Габариты свечи очень важны, ведь свеча с другими габаритами может просто не подойти к вашему автомобилю и в магазине вам могут отказать в возврате товара. Калильное число тоже играет огромную роль:

1. Свечи с низким калильным числом чаще всего используются на легковых автомобилях, которые не предназначены для скоростной езды.
2. Свечи со средним калильным числом рассчитаны на медленную и спокойную езду, а также невысокую нагрузку.
3. Свечи с высоким калильным числом используют для спортивных автомобилей, такие свечи имеют большой запас прочности и более стойки к работе в условиях повышенной температуры.

Также нужно учитывать ваше местоположение, ближе к югу, где температура значительно превышает другие области, нагрузка на свечи существенно увеличивается.

Перед покупкой нужно обязательно учитывать все нюансы, съездить в несколько магазинов и спросить у продавцов, но главное, конечный выбор должны сделать вы, от этого зависит производительность вашего двигателя и его долговечность.