Бесспорно, любой элемент транспортного средства – это его неотъемлемая часть, на которую возлагаются определенные функции. Если с большими агрегатами (мотор, генератор, аккумулятор и т.д.) все более-менее понятно, то в вопросе предназначения маленьких деталей иногда непросто разобраться. Именно такими небольшими составляющими большой конструкции автомобиля являются свечи зажигания, о которых и пойдет речь далее.

Для чего нужны свечи в автомобиле

Если проводить аналогию с обычной восковой свечой, то автомобильная свеча зажигания также способна гореть, вот только ее пламя представлено в форме кратковременной искры, которая и отвечает за воспламенение топливовоздушной смеси в различных типах тепловых моторов. Что касается бензиновых силовых агрегатов, то возгоранию топливной жидкости предшествует электрический разряд, напряжение которого соответствует нескольким тысячам или даже десяткам тысяч вольт. Такой разряд появляется между электродами свечи, срабатывающей при каждом цикле в конкретный момент работы силового агрегата.

Получается, что если убрать этот элемент из общей рабочей цепочки, то воспламенение смеси не произойдет, и мотор не сможет начать свою работу. На то, как работают свечи зажигания, мы еще обратим внимание, но немного позже.

Устройство и принцип работы свечей зажигания

К основным конструктивным элементам автомобильных свечей зажигания относятся изолятор, центральный электрод, контактный стержень и, собственно, сам корпус, в который все это помещено. Контактный стержень выступает соединительным элементом между свечой зажигания и катушкой, либо свечой и высоковольтным проводом. Центральный электрод играет роль катода, изготовленного из легированной стали. Диаметр электрода находится в пределах 0,4-2,5 мм.

Сегодня для создания этого элемента используется сразу два металла: медь (из нее изготавливается сердечник) и сталь (биметаллический электрод). Стальная оболочка хорошо нагревается, тем самым обеспечивая надежный и быстрый запуск силовой установки, а медный сердечник быстро отводит тепло.

Чтобы увеличить срок службы свечей зажигания, повысить устойчивость деталей к коррозийным влияниям и разрушениям под воздействием электрохимических процессов, сердечник изготавливают из благородного или редкоземельного сплава стали (иридия, платины, иттрия, вольфрама или палладия). Именно этот факт поспособствовал появлению дополнений к названию деталей: , платиновая и т.д.

Центральный электрод и контактный стержень соединяются с помощью токопроводящего герметика, который просто необходим для защиты электрооборудования мотора от проблем, появляющихся из-за искрообразования. Таким герметиком нередко становится проводящая ток стекломасса. Изолятор служит объединяющим звеном, которое соединяет контактный стержень с центральным электродом. Именно этот элемент обеспечивает электрическую изоляцию и установленный температурный режим свечи зажигания.

Все указанные элементы заключены в металлический корпус, выполненный из никелевого сплава. Он дополнен резьбой для вкручивания свечи в головку блока цилиндров и ее удержания там. Нижняя часть свечи представлена в виде бокового электрода, изготовленного из никелевого сплава. Между центральным и боковым электродом имеется зазор, размеры которого влияют на качество воспламенения топливно-воздушной смеси.

Применение свечи с большим зазором требует использования более высокого пробойного напряжения, что повышает вероятность пропуска момента зажигания. Как результат, мы получаем увеличение расхода топлива и вредных выхлопных газов. В то же время слишком маленький зазор создает малую искру, вследствие чего эффективность от воспламенения ТВС существенно снижается.

Принцип работы свечи зажигания достаточно прост: топливовоздушная смесь поджигается электрическим разрядом, напряжение которого достигает нескольких тысяч или даже десятков тысяч вольт. Это напряжение появляется между электродами свечи в конкретный момент каждого рабочего цикла силовой установки машины.

Виды свечей зажигания

Одним из основных критериев разделения свечей зажигания на виды является их конструкция. Так, учитывая устройство таких «зажигалок», их подразделяют на:

двухэлектродные (классический вариант, в котором имеется один центральный и один боковой электрод);

многоэлектродные (предусматривают наличие одного центрального и нескольких боковых электродов).

Последний вариант используется, когда есть желание получить надежную свечу зажигания с длительным сроком службы. Дело в том, что в двухэлектродном варианте искра возникает только между двумя электродами, вызывая их быстрое выгорание, а многоэлектродная свеча позволяет искре появляться между центральным и одним из боковых электродов. Учитывая снижение нагрузки на каждый боковой электрод, вполне логично, что свеча прослужит дольше.

Кроме того, разделить свечи зажигания на виды можно и исходя из материала их изготовления. В таком случае выделяют классические и платиновые изделия. В первом случае, чаще всего, электроды изготавливаются из меди, но существуют варианты, в которых электроды покрыты редкими металлами (например, иттрием). Такое покрытие увеличивает стойкость электродов, но на остальные характеристики практически никак не влияет.

Электроды из платины обладают высокой коррозийной и температурной устойчивостью, и ими могут быть не только центральные, но и боковые элементы. Указанный вид свечей зажигания монтируется в турбодвигатели, оборудованные турбо- или механическим нагнетателем. В сравнении с классическими вариантами, срок службы платиновых изделий сравнительно больше, но и стоят они дороже.

Относительно недавно появился еще один вид свечей зажигания – плазменно-форкамерные . В этом случае роль бокового электрода возлагается на корпус изделия, а сама конструкция образует искровой кольцевой зазор, в котором перемещение искры происходит по кругу. Принято считать, что именно этот вид свечей зажигания улучшает самоочистку деталей, тем самым увеличивая их срок службы.

Центральный электрод свечи соединен с контактным выводом посредством специального керамического резистора, который отлично уменьшает помехи от работающей системы зажигания. Зачастую наконечник центрального электрода изготавливается из железоникелевых сплавов, к которым добавляют хром, медь и другие редкоземельные металлы.

Края центрального электрода больше всего подвержены электронной эрозии – выгоранию, из-за чего приходится периодически счищать следы эрозии наждаком. Однако сегодня необходимость в подобной процедуре отпала, так как начали использоваться сплавы с «благородными» металлами: вольфрамом, платиной, иридием и т.д. Существуют варианты классических изделий, в которых электроды покрыты сплавом иттрия, что также помогает увеличить устойчивость электродов к отрицательным влияниям, и являются ключевой особенностью подобных свечей зажигания.

Еще одна классификация описанных деталей основывается на тепловых характеристиках, то есть, согласно калильному числу, свечи разделяются на: горячие (калильное число колеблется от 11 до 14), средние свечи (от 17 до 19) и холодные (больше 20). Также существуют унифицированные изделия, калильное число которых соответствует 11-20. Каждый двигатель требует установки свечей, идеально соответствующих ему по тепловым характеристикам. Тип резьбы свечей зажигания также является поводом их разделения на виды, причем как по длине, так и по размеру головки под ключ. Все эти параметры необходимо учитывать при выборе деталей.

Маркировка и срок службы

Главными параметрами свечей зажигания любого вида являются присоединительные размеры деталей (длина и диаметр резьбовой части), калильное число, присутствие встроенного резистора и положение теплового конуса.

Отечественные искровые варианты таких изделий, подходящие для моторов практически всех транспортных средств (легковых и грузовых автомобилей, автобусов, мотоциклов и др.) полностью отвечают требованиям международного стандарта ИСО МС 1919, тем самым обеспечивая возможность их замены зарубежными аналогами по характеристикам и размерам.

Разница между габаритными и присоединительными размерами свечей зажигания объясняется разнообразием выпускаемых силовых установок. Современные требования по повышению качества их рабочих параметров определяют основное направление в развитии свечей зажигания: резьбовая часть удлиняется, в то время как диаметральные размеры уменьшаются. Маркировка свечей зажигания, которые выпускаются в России, представлена ниже.

Примечания:

* - Свечи зажигания, резьбовая часть корпуса которых соответствует 9.5 мм. Существуют только варианты с резьбой М14х1.25, и размером шестигранника "под ключ" 19.0 мм.

** - Изделия с длиной резьбовой части корпуса в 12.7 мм, которые производятся только с размером резьбы М14х1.25. В этом случае размер шестигранника "под ключ" равняется 16.0 и 20.8 мм.

*** - Порядковый номер разработки. Указывается информация о величине искрового зазора, установленного производителем и (или) информация о других особенностях конструкции, которые не влияют на общие рабочие характеристики свечи.

о.н. - обозначение не ставится.

На что обращать внимание при покупке

Устройство свечи зажигания – не единственный параметр, на который стоит обращать внимание при выборе таких деталей. Однако к самым важным из них относят всего две характеристики: калильное число и размер самой свечи . Что касается размеров, то здесь все достаточно просто: слишком маленькая свеча просто провалится в свечной колодец, в то время как большая в него не поместится.

Калильное зажигание – это уже более серьезный параметр, который определяет температурный диапазон свечи зажигания (температуру, при которой топливно-воздушная смесь сможет загораться от искры, а не от раскаленного электрода).

Высокий показатель калильности свидетельствует о «холодности» свечи, а значит, такая деталь создана для работы на моторах, способных прогреваться до высоких температур и выносить серьезные нагрузки. Низкое калильное число указывает на «горячую» свечу зажигания, которая может самоочищаться. По этой причине не стоит сразу записывать такие изделия в ряды «неподходящих».

Наиболее подходящий способ выбора свечей зажигания, учитывая при этом длительность срока их службы и другие важные характеристики, – это обратиться к дилеру или просмотреть руководство по эксплуатации автомобиля. Правда, его использование не всегда возможно, так как руководства может не оказаться под рукой, а владельцы старых марок не всегда смогут найти свечи, которые им посоветовал производитель 15-20 лет назад.

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

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…

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.

В процессе работы двигателя на свечи воздействуют электрические, тепловые, механические и химические нагрузки. Разберемся, как работают свечи зажигания автомобиля.

Какие нагрузки испытывают свечи?

Тепловые нагрузки. Свечу устанавливают в головке блока цилиндров так, что ее рабочая часть находится в камере сгорания, а контактная - в подкапотном пространстве. Температура газов в камере сгорания изменяется от нескольких десятков градусов на впуске до двух-трех тысяч при сгорании. Температура под капотом автомобиля может достигать 150 °С. Из-за неравномерности нагрева температура в различных сечениях свечи может отличаться на сотни градусов, что приводит к тепловым напряжениям и деформациям. Это усугубляется тем, что изолятор и металлические детали отличаются по величине коэффициента термического расширения.

Механические нагрузки. Давление в цилиндре двигателя изменяется от давления ниже атмосферного на впуске до 50 кгс/см2 и выше при сгорании. 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 3 мс, изолятор свечи оказывается под воздействием импульса высокого напряжения. В некоторых случаях напряжение может достигать 20-25 кВ. Некоторые типы систем зажигания могут создавать напряжение значительно выше, но его ограничивает пробивное напряжение искрового зазора.

Отклонения от нормального процесса сгорания

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

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

Калильное зажигание. Различают преждевременное , сопровождающее появлением искры и запаздывающее - вызванное перегретыми участками поверхностей выпускного клапана, поршня или свечи. При преждевременном калильном зажигании самопроизвольно увеличивается угол опережения зажигания. Это приводит к росту температуры, детали двигателя перегреваются и угол опережения зажигания еще больше увеличивается. Процесс принимает ускоряющийся характер до момента, когда угол опережения зажигания станет таким, что мощность двигателя начнет падать.

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

Детонация - возникает при недостаточной детонационной стойкости топлива в наиболее удаленном от свечи месте, в результате сжатия еще не сгоревшей горючей смеси. Детонация распространяется со скоростью 1500-2500 м/с, что превышает скорость звука и вызывает локальный перегрев цилиндра, поршня, клапанов и свечи. На изоляторе свечи могут образоваться сколы и трещины, электроды могут оплавиться и полностью выгореть.

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

Особенностью детонации является задержка по времени от момента наступления необходимых условий до ее возникновения. В связи с этим детонация наиболее вероятна при относительно небольших оборотах двигателя и полной нагрузке, например при движении автомобиля на подъеме при полностью нажатой педали газа. Если при этом мощность двигателя оказывается недостаточной, скорость автомобиля и частота вращения мотора уменьшаются. При недостаточном октановом числе топлива возникает детонация, сопровождаемая звонким металлическим стуком.

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

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

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

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

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

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).

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