В бензиновом двигателе внутреннего сгорания (ДВС) для воспламенения, сжатой поршнем, топливно-воздушной смеси используется элемент получивший название – свеча зажигания. Изобрел ее Роберт Бош в далеком 1902 году после чего, одноименная компания внедрила ее в .

Каково ее устройство?

Базовое устройство свечи зажигания примерно одинаковое у любой производящей её фирмы. Это – металлический корпус, электроды, число которых может меняться в зависимости от марки, керамический изолятор и проходящий сквозь него центральный контактный стержень. Дальше начинаются различия.

Центральный контактный стержень, например, может иметь наконечник в виде плоской площадки. Но может иметь U или V-образную канавку. Может быть заострённым – в случае, если изготовлен из иридия, как у свечей компании DENSO. У них даже боковой электрод имеет профиль особой формы. Эта компания выпускает самые, пожалуй, надёжные свечи – иридиево-платиновые.

У отдельных моделей бокового электрода может не быть вообще – в частности, инженеры компании SAAB разработали мотор, в которой сам поршень имеет заострённый выступ, функция у которого такая же, как у бокового электрода. Когда поршень максимально приближается к верхней мёртвой точки, между ним и центральным электродом проскакивает искра, поджигая сжатую топливно-воздушную смесь.

Уже упомянутые два и более боковых электрода так же меняют в лучшую сторону рабочие режимы и параметры работы мотора. Одновременно с этим возрастают и требования к рабочим зазорам, которые вообще не рекомендуют менять или как-то трогать подгибанием или разгибом, а только строго сохраняя заводские параметры их изготовления.

При этом принцип работы свечи с двумя и более электродами прост, не требуется никаких технических ухищрений для ее стабильной работы: когда, по мере выработки электрода, его «съедания» искрой, начинаются сбои искры, она автоматически появляется на невыработанном электроде, и процесс работы ДВС продолжается без перебоев.

Металлический корпус в нижней части с резьбой для вкручивания в головку блока цилиндров (ГБЦ) имеет плоскую или коническую кольцеобразную площадку. У свечей с плоской площадкой в комплекте имеется обжимное кольцо-шайба из мягкого металла, препятствующее прорыву сжатой топливно-воздушной смеси или продуктов сгорания наружу. У свечей с коническим профилем после резьбы в таком кольце нужды нет, сам конический профиль надёжно закупоривает верхушку камеры сгорания.

Центральные изоляторы во всех моделях делают из термостойкой керамики. Именно на неё наносится маркировка с типом, названием компании-производителя и т.д. Внутри, между контактом для провода и стержнем с центральным контактом, размещается резистор, главная функция которого – подавление радиопомех, возникающих в момент искрового разряда. С учётом развития радио- и телекоммуникаций и их внедрение в системы автомобиля, включая электронное управление впрыском, размещение такого резистора стало обязательным в устройстве свечи зажигания.

В той части, которая вкручивается в ГБЦ, центральный изолятор имеет форму постепенно сужающегося конуса – это сделано для того, чтобы более эффективно отводить тепло, не допуская перекала.

Вид современной свечи

Разнообразие технических решений в разработке и производстве бензиновых двигателей внутреннего сгорания породило и множество моделей свечей для них. В зависимости от применяемого топлива для машины, степени сжатия в цилиндре, способа управления зажиганием (механический, с помощью трамблёра, или электронным), их можно разделить на следующие виды.

Виды свечей

Они разделяются по нескольким характеристикам:

1. Калильному числу.
2. Количеству электродов.
3. Искровому промежутку.
4. Температурному диапазону.
5. Сроку службы.
6. Характеристикам термостойкости.

Кроме того, некоторые виды свечей зажигания разных годов выпуска одной и той же фирмы могут отличаться по длине юбки с резьбой: у ранних моделей автомобилей была меньшая толщина головок цилиндров, которые делались из чугуна и, соответственно резьба необходима более короткая. С переходом к ГБЦ из алюминиевых сплавов их толщина увеличилась, а значит – и длина резьбы в ней тоже стала большей.

Опытный автомобилист в начале всегда обратит внимание на калильное число, которое показывает, с каким давлением может возникнуть калильный эффект, то есть продолжение работы двигателя после разрыва цепи зажигания, когда от контакта с нагретым до критических значений электродом мотор продолжает работать.

При этом использование свечи с калильным числом больше рекомендованных использовать ещё допустимо, с заниженным же – эксплуатация двигателя запрещена! Иначе незадачливый водитель быстро столкнётся с проблемой прогорания поршней, клапанов и с пробоем прокладки головки цилиндров.

Для качественного и стабильного искрообразования в последние два десятка лет выпускают свечи с двумя, тремя и даже четырьмя боковыми электродами.

Но стабильность работы может быть достигнута и иным способом: расположением вспомогательных элементов, играющих роль этих электродов, на самом изоляторе свечи. Возникают несколько кольцевых блуждающих вокруг центрального электрода электрических разрядов, и таким образом, существенно уменьшается вероятность перебоя работы двигателя.

Спортивная свеча Brisk с промежуточными электродами на изоляторе

Приведем еще несколько важных моментов в характеристиках свечей:

• Нарушение такого параметра, как искровой зазор, также отрицательно скажется на работе мотора;
• Не менее важна термостойкость, её температурный диапазон, означающий нагрев той части, что погружена в пространство между поршнем и головкой цилиндра. Диапазон температур внутри рабочей части в норме лежит в рамках 500-900⁰С. Выход за пределы этого диапазона означает понижение ресурса. В частности, у всех видов свечей зажигания понижение температуры ведёт к быстрому нарастанию нагара;
• В нормально отрегулированном двигателе работоспособность зависит от пробега и составляет примерно 30 000 км для свечей, работающих на классической схеме зажигания, и 20 000 – на электронной. Впрочем, у самых высоких по цене (но и у самых надёжных) свечей фирмы DENSO срок службы - до 5-6 лет. Или, иначе говоря, они обеспечат пробег без замены при условии стандартной эксплуатации на протяжении порядка 150 000 - 200 000 километров. Правда, и требования поддержания режимов согласно инструкции ужесточены. К этим требованиям относятся применение топлива с октановым числом ни в коем случае не ниже рекомендованного, и их установка строго по правилам. В частности, не допускается затяжка их в головку цилиндров с усилием выше или ниже рекомендованных, что может повлечь за собой сведение на нет всех их преимуществ;
• Тепловой параметр показывает взаимосвязь режимов двигателя и рабочей температуры свечи. Для его повышения увеличивают размеры теплового конуса, придерживаясь, однако, рекомендованной величины в 900 градусов. Выход за эти границы увеличивает риск калильного зажигания.

Драгоценные металлы в конструкции свечи

Градация видов зависит не только от заявленных параметров. Описывая рабочие характеристики свечи зажигания, нужно учитывать ещё и из какого материала изготовлены наконечники электродов.

Самые дешёвые свечи – никелевые. Простота конструкции обуславливает и небольшой срок службы, поэтому их замена делается часто, после 15-18 тысяч километров пробега. Хотя в условиях города, учитывая неровность эксплуатации (стояние с работающим двигателем в пробках, частое чередование ускорения и торможения на светофорах) этот километраж можно смело делить на два, так что время эксплуатации никелевых свечей в норме составляет не больше года.

В платиновых свечах делаются платиновые напайки, что увеличивает срок их эксплуатации до 50 000 километров. Посмотрите стоимость платины в любом обменнике – и вы поймёте, почему эти напайки делают их такими дорогими.

В иридиевых свечах уже два драгоценных металла: иридий в виде напайки на острие центрального электрода и платина – на боковых. Учитывая стоимость иридия, цена на них по сравнению с никелевыми возрастает на 50-60%. Но технические характеристики свечи зажигания с иридием таковы, что проехать с ними можно уже от 60 до 200 тысяч километров.

Такие параметры свечи, как: диаметр резьбы; номер головки ключа под нее; длина юбки с резьбой; зазор между электродами, также относятся к их техническим характеристикам.

Заключение

Прогресс не стоит на месте. Новые технологии позволили, например, довести степень очистки металлов для электродов до 99,999%. Иридий, платина и даже никель такой чистоты способны увеличить срок службы свечи зажигания ещё на 15-18%, в пример поставим компанию DENSO. Кроме того, инженерная мысль продолжила их развитие, предложив факельный и форкамерный тип выработки искры, что сделало работу моторов ещё более стабильной.

Что же касается неизбежной в таком случае увеличения цены – сама возможность в процессе эксплуатации автомобиля как можно реже заглядывать под капот уже оправдывает покупку каждой свечи зажигания даже за 10-20 долларов за штуку.

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

Какие нагрузки испытывают свечи?

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:

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 .

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.

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.

Каждый водитель знает, что состояние свечей зажигания влияет на работу двигатель автомобиля. О свечах необходимо знать все (цвет налета, зазоры, когда нужно их менять и многой другой информации).

Во время работы свечей на них воздействует несколько типов нагрузок:

• Электрические.
• Тепловые.
• Механические.
• Химические.

Тепловые нагрузки. Свечи устанавливаются таким образом, чтоб ее рабочая часть находилась в камере сгорания, а контактная – в подкапотном пространстве. Температура газов в камере сгорания может достигать 900°С, а в подкапотной части – до 150°С.

Тепловому напряжению и деформации способствует разная температура свечей из-за неравномерного нагрева в различных сечениях, которая отличается на сотни градусов.

Механические нагрузки. К тепловым нагрузкам на свечи еще добавляется вибрационная нагрузка из-за разного давления в цилиндре двигателя, которое на впуске ниже 50кгс/см², а при сгорании намного выше.

Химические нагрузки. Во время сгорания образовывается очень много химически активных веществ, которые вызывают окисление всех материалов, потому что рабочая температура электродов достигает 900°С.

Электрические нагрузки. Во время искрообразования изолятор свечи находится под воздействием импульса высокого напряжения, которое иногда достигает 20-25 кВ. в некоторых системах зажигания напряжение может создаваться намного больше, но пробивное напряжение искрового зазора его ограничивает.

Определение состояние двигателя по нагару на свечах зажигания

Диагностика двигателя по свечам зажигания должна выполнятся на разогретом двигателе. Но для того, чтоб сделать это правильно необходимо пройти несколько этапов:

1. Установить новые свечи зажигания.
2. Проехать на них 150-200 км.
3. Выкручивать свечи и обратать внимание на цвет нагара, который расскажет, что работает неправильно.

На каждую поломку двигателя на свечах зажигания образовывается налет определенного цвета, по которому есть возможность определить недостаток в работе двигателя.

Маслянистый черный нагар

Маслянистый черный нагар образовывается в резьбовом соединении, при избыточном попадании масла в камеру сгорания, также он проявляется, при выходе дыма синего цвета из трубы в начале работы двигателя. Это происходит по нескольким причинам:

• Маслосъемные колпачки на поршне уже изношены.
• Износились поршневые кольца на клапане.
• Износились направляющие втулки клапана.

Благодаря этому нагару видно, что детали цилиндро-поршневой группы уже изношены, и для качественной работы двигателя их необходимо заменить.

Сухой черный нагар в виде сажи

Этот нагар называется «бархатистым». У него нет масляных подтеков. Он появляется из-за того, что в камеру сгорания попадает топливо-воздушная смесь, которая чрезмерно обогащена бензином. Этот нагар появляется при следующих неисправностях:

• Свечи зажигания работают не правильно. Это говорит о том, что не хватает энергии для получения искры необходимой мощности.
• При появлении такого нагара необходимо проверить компрессию в цилиндрах , потому что она очень низкая.
• При неправильной работе карбюратора на свечах всегда будет такой нагар, тогда рекомендовано произвести настройку либо замену карбюратора.
• В инжекторном двигателе это обозначает, что проблемы с регулятором давления топлива, он очень сильно обогащает воздушную смесь. Это также приводит к увеличению расход топлива.
• Также рекомендовано проверить воздушный фильтр двигателя , если он засорен, его пропускная способность существенно снижается, кислорода в камере сгорания не хватает, что не дает топливу сгорать полностью и этот нагар оседает на электроде свечи зажигания.

Такой нагар оседает на электроде свечи зажигания и не доходит до резьбового соединения.

Красный нагар на свечах зажигания

Таким цвета свечи зажигания становятся после использования различных присадок для топлива или масла. Сгорают химические добавки, которые залиты в большом количестве. При их постоянном использовании необходимо уменьшить их концентрацию и постоянно очищать электрод от нагара, потому что со временем слой нагара будет расти, а прохождение искры ухудшаться — работа двигателя будет нестабильной.

Как только начинает появляться красный нагар на свечах зажигания, его необходимо удалять, и рекомендовано произвести замену горючего, куда добавлялась присадка.

Белый нагар на свечах зажигания

Белый нагар появляется в разных проявлениях. Иногда у него глянцевая поверхность, потому что в ней присутствуют крупинки металла или оседают на электроде крупными белыми отложениями.

Глянцевый белый нагар

Этот цвет нагара очень опасный для двигателя. Это означает, что свечи зажигания не охлаждаются и при этом нагреваются поршни, из-за чего образовываются трещины в клапане. Причина проста – перегрев двигателя . Могут быть другие причины появления этого нагара:

• Бедная топливная смесь, которая поступает в камеру сгорания.
• Впускным коллектором подсасывается лишний воздух.
• Плохо настроенное зажигание — очень рано дает искру или идут пропуски.
• Неправильный выбор свечей зажигания.

При появлении белого нагара с крупинками металла, машину эксплуатировать не рекомендуется. Ее необходимо отвезти в сервисный центр или решить проблему самостоятельно.

Слабовыраженный белый нагар

При появлении белого нагара, который равномерно оседает на свечи зажигания, необходимо произвести замену топлива.

Состояние свечей зажигания по внешнему виду

Каждые 30-90 тыс. км пробега должна производиться замена свечей зажигания в зависимости от интенсивности и условий эксплуатация двигателя и типа установленных свечей.

Замена свечей зажигания раньше срока

Если при работе двигателя начали появляться сбои, тогда необходимо произвести замену свечей зажигания. По регламенту они должны служить до 30-90 тыс. км пробега, но практика показала, что после 15 тыс. км свечи могут потребовать замены.

На сокращение работы свечей, влияет качество топлива, ямы на дорогах, от продолжительности работы двигателя на холостом ходу и многие другие фактороы.

Неисправности свечей зажигания и их признаки

Работа двигателя должна бы равномерной, как на холостых оборотах, так и под нагрузкой, а звук при работе должен быть «как часы». Если двигатель запускается с трудом, начинает увеличиваться расход топлива, теряются обороты при нагрузке, появляется шум или вибрация – это все симптомы неисправности свечей зажигания. Чтоб не произошла полная остановка двигателя необходимо постоянно контролировать состояние свечей зажигания.

Как проверяются свечи зажигания

Как только свечи загрязняются или выходят из строя, двигатель начинает троить, работать с перебоями и давать усиленную вибрацию. Свечи загрязняются или выходят из строя по одной, потому заменой необходимо найти загрязненную свечу. Для этого существует несколько способов:

1. Самостоятельно проверить свечи зажигания.
2. Использовать стенд для проверки свечей зажигания.

Разновидности свечей зажигания, их выбор и производители

Существует множество компаний, которые выпускают автомобильные свечи зажигания. Самые популярные и качественные свечи – это Denso, Bosh, NGK и Champion (самая молодая компания).

Типы свечей зажигания:

• Биметаллические свечи с центральным электродом.
• Боковые свечи с биметаллическим электродом.
• Платиновые свечи зажигания рекомендованы для использования при тяжелой эксплуатации автомобиля.
• Иридиевые свечи зажигания снижают напряжение зажигания, дают быстрое воспламенение и обеспечивают защиту системы.

Последние два вида свечей самые надежные и по качеству превзошли все остальные свечи.

При выборе новых свечей зажигания нужно учитывать совместимость с конкретным двигателем. Свечи зажигания отличаются по размеру, резьбе, калильному числу и количеству электродов.

Сбой процесса сгорания

Иногда нормальный процесс сгорания нарушается, что влияет на надежность и срок эксплуатации свечи, а именно:

1. Пропуски воспламенения, которые возникают из-за обедненной горючей смеси или недостаточной энергии искры. Из-за этого на электродах и изоляторе увеличивается слой нагара.
2. Калильное зажигание. Перегретые участки поршня или свечи дают преждевременные или запаздывающие появление искры. Т.е. топливная смесь загорается от температуры, а нет от искры. Во время преждевременного калильного зажигания угол опережения увеличивается самопроизвольно, что дает высокую температуру и быстрый перегрев двигателя.Калильное зажигание повреждает выпускной клапан, поршень, поршневые кольца и прокладки головки блока цилиндра.
3. Детонация появляется из-за недостаточной детонационной стойкости топлива. Детонация образовывает сколы и трещины на электродах, поршнях и цилиндрах, после чего электорды плавятся и полностью выгорают.При детонации появляются металлический стук, теряется мощность, появляется вибрация и увеличивается расход топлива, а также появляется черный дым из выхлопной трубы.
4. Дизелинг. Бывает, что при выключенном зажигании на малых оборотах двигатель еще несколько секунд работает. Это происходит из-за того, что горючая смесь при сжатии самовоспламеняется.
5. Нагар на свече появляется, когда температура поверхности достигает 200°С и более. Когда свечи от нагара очищают, их работоспособность восстанавливается.

Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

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

Принцип действия

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

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

Расшифровка маркировки свечей зажигания отечественного производства

В качестве примера возьмём широко распространённую свечу А17ДВРМ.

А – резьба М 14 1,25

17 – калильное число

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

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

Р – встроенный помехоподавительный резистор

М – биметаллический центральный электрод

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

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

Устройство свечи зажигания

Контактный наконечник. Служит для крепления высоковольтного провода на свече.

Изолятор. Выполнен из высокопрочной алюминиево-оксидной керамики, выдерживающей температуру до 1000 0 и электрический ток напряжением до 60.000 В. Необходим для электрической изоляции внутренних деталей свечи (центрального электрода и т. д.) от ее корпуса. То есть разделения «плюса» и «минуса». Имеет несколько кольцевых канавок в верхней части и покрытие из специальной глазури, служащих для предотвращения утечки тока. Часть изолятора со стороны камеры сгорания, выполненная в виде конуса называется тепловым конусом и может как выступать за пределы резьбовой части корпуса (горячая свеча), так и быть утопленным в него (холодная свеча).

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

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

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

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

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

Зазор между электродами свечи зажигания

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

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

Зазор между электродами свечи зажигания регулируют только подгибанием бокового электрода.

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

Калильное число

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

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

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

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

Правильно подобранные свечи должны иметь светло-коричневый цвет в нижней части, так как температурный режим такой свечи 600-800 0 . В этом случае свеча самоочищается, масло, попавшее на нее, выгорает, нагар не образуется. Если температура ниже 600 0 (например, при постоянном движении в городе), то свеча очень быстро покрывается нагаром, если выше 800 0 (при движении на мощностных режимах) возникает калильное зажигание. Поэтому стоит подбирать свечи для своего двигателя согласно рекомендациям его завода-производителя.

Проверка свечей зажигания

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

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