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.

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.

Свеча зажигания — это важнейший элемент системы зажигания двигателя, который непосредственно осуществляет воспламенение топливовоздушной смеси в камере сгорания. В современных автомобилях используются свечи различных конструкций и эксплуатационных параметров, но все они имеют сходный принцип работы.

Устройство и роль в автомобиле

Конструкция свечи зажигания

Базовая конструкция свечи включает в себя следующие элементы:

• Корпус из металла с нанесенной на внешнюю сторону резьбой для крепления свечи в головке блока цилиндров. Он также выполняет функцию отвода излишков тепла и служит проводником от «массы» к боковому электроду.
• Изолятор. Он, как правило, имеет ребристую поверхность, что удлиняет фактический путь поверхностных токов и предотвращает пробой по поверхности.
• Центральный и боковой электроды, между которыми возникает искра, воспламеняющая топливовоздушную смесь. Боковой электрод выполняют из стали, легированной никелем и марганцем. Центральный — из благородных металлов, что обеспечивает возможность самоочищения электрода.
• Контактный вывод для крепления свечи к высоковольтным проводам системы зажигания. Соединение может быть резьбовым или с защелкивающимся контактом.

В устройстве автомобильной свечи системы зажигания также может быть предусмотрен резистор. Его основной задачей является подавление помех, создаваемых системой зажигания. Сопротивление может варьироваться от 2 кОм до 10 кОм.

Свечи, используемые в двигателях внутреннего сгорания, также называют искровыми. Они формируют искру на каждом такте сжатия (либо сжатия и выпуска при применении двухвыводных катушек зажигания), воспламеняя топливовоздушную смесь в определенный момент, на протяжении всего времени работы мотора. На каждый цилиндр двигателя, как правило, приходится одна свеча (за исключение двигателей типа Twinspark), которая ввинчивается при помощи резьбы в специальные отверстия в корпусе головки блока цилиндров. Рабочая часть при этом находится в камере сгорания двигателя, а ее контактный вывод снаружи.

Неправильно выполненная затяжка свечей может привести к неустойчивой работе мотора. Недостаточная затяжка способствует понижению компрессии в камере сгорания. При слишком сильной затяжке могут произойти механические деформации.

Принцип работы и характеристики

Образование искры на электродах

Основной задачей свечи является формирование искры и ее поддержание в течение необходимого количества времени. Для этого низкое напряжение от аккумулятора автомобиля преобразуется в высокое (до 40 000 В) в катушке зажигания, а затем поступает на электроды свечи, между которыми выполнен зазор. «Плюс» от катушки приходит на центральный электрод, «минус» — на боковом от двигателя.

В момент формирования напряжения на электродах («плюс» от катушки на центральном и «минус» на боковом от двигателя), достаточного для преодоления (пробоя) сопротивления среды в зазоре, между ними возникает искра.

Значение искрового зазора

Искровой зазор — главный параметр свечей зажигания. Он определяет минимальное расстояние между электродами, обеспечивающее формирование искры достаточного размера и возможность пробоя соответствующего слоя среды (топливовоздушной смеси, находящейся под давлением).

Искровой зазор

Величина зазора должна находиться в пределах, заданных производителем. Если зазор будет слишком большим — энергии искрового разряда может не хватить для поддержания необходимого времени горения свечи и смесь может не воспламениться. С другой стороны, слишком малый зазор приведет к прогоранию электродов и повышенному износу свечей.

Величина искрового зазора отличается в зависимости от режима работы двигателя и его типа и производителя. Нижний порог искрового зазора может быть около 0,4 мм, а верхний доходить до 2 мм.

Для проверки величины искрового зазора используется специальный инструмент — щуп, который может быть округлым или плоским. Второй тип более прост в использовании, но дает погрешность, поскольку не учитывает износ поверхности электродов. Подгонку зазора под необходимый размер выполняют вручную подгибанием бокового электрода.

Что такое калильное число

Расположение свечи зажигания в двигателе

Не менее важным параметром является калильное число. Оно определяет тепловые свойства конструкции и демонстрирует, при каком давлении в камере сгорания может произойти неконтролируемое самовоспламенение топливовоздушной смеси (калильное зажигание). Простыми словами, чем больше будет калильное число, тем меньше свеча будет разогреваться в процессе работы двигателя.

Конструкции с разным калильным числом применяются соответственно типу мотора, режиму и условиям его работы. Так, в летнее время и при повышенных нагрузках оптимально использовать конструкции с большим калильным числом, а зимой или при спокойной езде в городской черте — с меньшим.

Свечи с низким калильным числом устанавливаются в моторах с малым уровнем давления, работающих на топливе с небольшим октановым числом. Конструкции с высоким калильным числом наоборот используются в двигателях с повышенной компрессией и высокой температурной нагруженностью камеры сгорания.

Виды и маркировка

Маркировка свечей зажигания

Чтобы не ошибиться при выборе модели, следует обратить внимание на маркировку приобретаемых свечей зажигания. У каждого производителя она своя.

Первый параметр — это, как правило, диаметр резьбы и форма опорной поверхности, демонстрирующие возможность фактической установки свечи на конкретный двигатель.

Символ R (Р) зачастую свидетельствует о присутствии в конструкции резистора. Далее, указывается калильное число, величина искрового зазора и материал, из которого выполнены электроды.

По количеству электродов свечи зажигания разделяют на два вида:

• Одноэлектродные.
• Многоэлектродные — они имеют несколько боковых электродов. Искра возникает с тем из них, у которого наименьшее сопротивление.

В зависимости от величины калильного числа свечи разделяют на:

• горячие с калильным числом от 11 до 14;
• средние — от 17 до 19;
• холодные — от 20 и выше;
• унифицированные — от 11 до 20.

Свечи зажигания с различным числом электродов

По типу материала центрального электрода свечи зажигания различают:

• иридиевые;
• иттриевые;
• вольфрамовые;
• платиновые;
• палладиевые.

Самыми долговечными и износостойкими считаются иридиевые автомобильные свечи зажигания. Они применяются в двигателях высокой мощности, но при установке на обычные моторы серьезных улучшений не создают.

Срок службы и распространенные неисправности

Определить на практике, когда менять свечи зажигания можно, принимая во внимание несколько аспектов:

• Заявленный производителем срок службы конкретной марки свечей зажигания. Например, периодичность замены для типовых моделей составляет до 50 тысяч километров пробега, для платиновых этот показатель составляет 90 тысяч километров, а наиболее дорогостоящие иридиевые свечи зажигания служат до 160 тысяч километров.
• Условия эксплуатации. При использовании низкокачественного топлива реальный срок работы будет меньше заявленного изготовителем на 20%. При этом особенно чувствительными среди свечей зажигания являются иридиевые.
• Состояние электродов. Они могут выгорать в ходе долгой эксплуатации или в результате нарушения режимов работы двигателя. Очистка электродов может производиться механическим способом или самопроизвольно (при достижении высоких температур). Стоит отметить, что иридиевые и платиновые свечи зажигания очищать механически нельзя.
• Состояние изолятора. Он может быть загрязнен или разрушен.

От работоспособности этого, на первый взгляд, простого элемента зависит корректный запуск и мощность мотора, расход топлива и содержание СО в выхлопных газах, а потому ответ на вопрос зачем своевременно менять свечи зажигания вполне очевиден.

При всем разнообразии конструкций, любая искровая свеча зажигания (рис.9) включает 8 себя керамический изолятор, металлический корпус, электроды и контактную головку для соединения с высоковольтным проводом.

Центральный электрод установлен в канале изолятора, имеющем переменный диаметр. Головка электрода опирается на коническую поверхность канала изолятора в месте перехода от большего диаметра к меньшему. Рабочая часть центрального электрода выступает на величину от 1.0 до 5.0 мм из изолятора. Закрепление электрода в канале изолятора и герметизацию этого соединения осуществляют с использованием стеклогерметика. Он представляет собой смесь специального технического стекла и порошка металла. Стекло должно иметь коэффициент термического расширения одинаковый с этим коэффициентом у керамики. В этом случае герметизирующая пробка не разрушится при изменениях температуры в процессе эксплуатации. Порошок могалла (медь или свинец) добавляют в стекло для придания ему электрической проводимости.

Сборку сердечника (изолятора в сборе с центральным электродом и контактным стержнем) осуществляют в следующем порядке. Электрод устанавливают в канале изолятора и сверху засыпают порошкообразный стеклогерметик или укладывают ого в виде таблетки. Затем в канал изолятора устанавливают контактную головку. До запрессовки стеклогерметик занимает больший объем, чем после этой операции, и контактный стержень не может полностью войти в канал изолятора Он примерно на треть длины выступает над изолятором. Заготовку нагревают до температуры 700-900 "С и с усилием в несколько десятков килограммов контактный стержень вводят о размягченный под воздействием температуры стеклогерметик. При этом он затекает в зазоры между каналом изолятора, головкой центрального электрода и контактной головкой. После остывания стеклогерметик затвердевает и надежно закрепляет обе детали в канале изолятора Между торцами электрода и контактной головки образуется герметизирующая пробка высотой от 1.5 до 7,0 мм, полностью перекрывающая канал изолятора от прорыва газов

В случае необходимости встроить в цепь центрального электрода электрическое сопротивление для подавления электромагнитных помех применяют резистивный стеклогерметик. После остывания герметизирующая пробка приобретает электрическое сопротивление необходимой величины.

Сердечник устанавливают в корпусе свечи так, что он соприкасается своей конической поверхностью с соответствующей поверхностью внутри корпуса. Между этими поверхностями устанавливают герметизирующую -теплоотводящую» шайбу (медную или стальную).

Закрепление сердечника осуществляют завальцовкой буртика корпуса на поясок изолятора. Герметизацию по соединению изолятор - корпус осуществляют методом осадки корпуса в нагретом состоянии (термоосадкой).

Боковой электрод -массы» прямоугольного сечения приваривают к торцу корпуса и изгибают в сторону центрального. На цоколь корпуса с упором в плоскую опорную поверхность устанавливают уплотнительное кольцо, предназначенное для герметизации соединения свеча - двигатель.

На резьбовую часть контактного стержня устанавливают контактную гайку, если это требуется конструкцией наконечника высоковольтного провода. В некоторых свечах контактный стержень не имеет резьбовой головки, она сразу же штампуется в форме контактной гайки.

ИЗОЛЯТОР

Для обеспечения бесперебойности искрообразования изолятор должен обладать необходимой электрической прочностью даже при высокой рабочей температуре. Напряжение, прикладываемое к изолятору в процессе работы двигателя, равно напряжению пробоя искрового зазора. Это напряжение возрастает с увеличением давления и величины зазора и уменьшается по мере возрастания температуры. На двигателях с классической системой зажигания используются свечи с искровым зазором 0.5-0,7 мм. Максимальная величина напряжения пробоя в этих условиях не превышает 12-15 кВ (амплитудное значение). На двигателях с электронными системами зажигания установочный искровой зазор составляет 0,8-1,0 мм. В процессе эксплуатации он может увеличиться до 1,3-1,5 мм (у обеих систем). При этом напряжение пробоя может достигать 20-25 кВ.

Конструкция изолятора относительно проста - это цилиндр с осевым отверстием для установки центрального электрода.

в средней части изолятора имеется утолщение, так называемый -поясок- для соединения с корпусом. Ниже пояска расположена более тонкая цилиндрическая часть - -дульце-, переходящая в тепловой конус. В месте перехода от дульца к тепловому конусу расположена коническая поверхность, предназначенная для установки между изолятором и корпусом герметизирующей теплоотводящей шайбы. Выше пояска расположена -головка", а в месте перехода от пояска к головке расположено плечико под завальцовку буртика корпуса при сборке свечи.

Допустимая, с учетом коэффициента запаса прочности, толщина стенок определяется электрической прочностью материала изолятора. По отечественным стандартам изолятор должен выдерживать испытательное напряжение от 18 до 22 кВ (действующее значение), что больше амплитудного в 1.4 раза Длина головки изолятора определяется напряжением поверхностного перекрытия и выполняется в пределах от 15 до 35 мм. У большинства автомобильных свечей эта величина около 25 мм. Дальнейшее увеличение малоэффективно и приводит к снижению механической прочности изолятора. Для исключения возможности электрического пробоя по поверхности изолятора его головку снабжают кольцевыми канавками (барьерами тока) и покрывают специальной глазурью для защиты от возможного загрязнения.

Функцию защиты от поверхностного перекрытия со стороны камеры сгорания выполняет тепловой конус. Эта важнейшая часть изолятора при относительно небольших размерах выдерживает без перекрытия по поверхности указанное выше напряжение.

Первоначально в качестве материала изолятора применяли обычный фарфор. но такой изолятор плохо сопротивлялся тепловому воздействию и имел низкую механическую прочность.

С увеличением мощности двигателей потребовались изоляторы более надежные. чем фарфоровые. Продолжительное время применяли слюдяные изоляторы. Однако при использовании топлив с присадкой свинца слюда разрушалась. Изоляторы снова стали изготавливать керамическими, но не из фарфора, а из особо прочной технической керамики.

Наиболее распространенной и экономически целесообразной для производства изоляторов является технология изостатического прессования, когда из заранее подготовленных компонентов изготавливают гранулы необходимого состава и физических свойств. Из гранул при высоком давлении прессуют заготовки изоляторов, шлифуют до необходимых размеров с учетом усадки при обжиге, а затем однократно обжигают.

Современные изоляторы изготавливают из высокоглиноземистой конструкционной керамики на основе оксида алюминия. Такая керамика, содержащая около 95% оксида алюминия, способна выдержать температуру до 1600 "С и имеет высокую электрическую и механическую прочность.

Важнейшим преимуществом керамики из оксида алюминия является то, что она обладает высокой теплопроводностью. Это существенно улучшает тепловую характеристику свечи, так как через изолятор проходит основной поток тепла, поступающий в свечу через тепловой конус и центральный электрод (рис. 10).

КОРПУС

Металлический корпус предназначен для установки свечи в двигатель и обеспечивает герметичность соединения с изолятором. К его торцу приваривается боковой электрод, а в конструкциях с кольцевым искровым зазором корпус непосредственно выполняет функцию электрода «массы».

Корпус изготавливают штамповкой или точением из конструкционных малоуглеродистых сталей.

внутри корпуса имеется кольцевой выступ с конической поверхностью. на которую опирается изолятор. На цилиндрической части корпуса выполнена кольцевая проточка, так называемая термоосадочная канавка. В процессе сборки свечи верхний буртик корпуса завальцовывают на поясок изолятора. Затем его нагревают и осаживают на прессе, при этом термоосадочная канавка подвергается пластической деформации, и корпус плотно охватывает изолятор. В результате термоосадки корпус оказывается в напряженном состоянии, что обеспечивает герметичность свечи на весь срок службы.

Рис. 10. Тепловые потоки в изоляторе свечи

ЭЛЕКТРОДЫ

Как сказано выше, для улучшения эффективности воспламенения электроды свечи должны быть как можно более тонкими и длинными, а искровой зазор должен иметь максимально допустимую величину. С другой стороны, для обеспечения долговечности электроды должны быть достаточно массивными.

Поэтому, в зависимости от требований к мощности, топливной экономичности и токсичности двигателей, с одной стороны, и требований к долговечности свечи с другой стороны, к каждому типу двигателя разрабатывалась своя конструкция электродов.

Появление биметаллических электродов позволило в определенной степени решить эту проблему, так как такой электрод имеет достаточную теплопроводность. В отличие от обычного «монометаллического» он при работе на двигателе имеет меньшую температуру и соответственно больший ресурс. В тех случаях, когда требуется увеличить ресурс, применяют два электрода "массы- (рис.11). На свечах зарубежного производства с этой целью применяют три и даже четыре электрода. Отечественная промышленность выпускает свечи с таким количеством электродов только для авиационных и промышленных газовых двигателей. Следует отметить, что с увеличением числа электродов снижается стойкость к образованию нагара и затрудняется очистка от нагара.

К материалу электродов предъявляются следующие требования высокая коррозионная и эрозионная стойкость: жаростойкость и окалиностойкость: высокая теплопроводность; достаточная для штамповки пластичность. Стоимость материала не должна быть высокой Наибольшее распространение в отечественной промышленности для изготовления центральных электродов свечей зажигания получили жаростойкие сплавы: железо-хромтитан, никель-хром-железо и никельхром с различными легирующими добавками

Боковой электрод «массы» должен обладать высокой жаростойкостью и стойкостью к коррозии. Он должен обладать хорошей свариваемостью с обычной конструкционной сталью, из которой изготавливают корпус, поэтому применяют сплав никель - марганец (например. НМц-5). Боковой электрод должен обладать хорошей пластичностью для обеспечения возможности регулирования искрового зазора.

С целью снижения гасящего влияния электродов при доработке свечей на электродах выполняют канавки, в электроде -массы» выполняют сквозные отверстия. Иногда боковой электрод разделяют на две части, превращая одноэлектродную свечу в двухэлектродную.

ВСТРОЕННЫЙ РЕЗИСТОР

Искровой разряд является источником электромагнитных помех, в том числе радиоприему. Для их подавления между центральным электродом и контактной головкой устанавливают резистор, имеющий при температуре 25±10 "С электрическое сопротивление от 4 до 13к0м. В процессе эксплуатации допускается изменение величины этого сопротивления в диапазоне 2-50 кОм после воздействия температуры от -40 до +300 "С и импульсов высокого напряжения.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ИЗОЛЯТОР

Даже небольшие потери энергии зажигания приводят к ослаблению искры со всеми неприятными последствиями: ухудшение пуска, неустойчивая работа на холостом ходу, потеря мощности двигателя, перерасход топлива, рост токсичности отработавших газов и т. д. Если поверхность изолятора покрыта нагаром, грязью или просто влагой, происходит утечка тока «на массу». Она обнаруживается в темноте в виде коронного разряда по поверхности изолятора. Утечка по загрязненной поверхности теплового конуса изолятора в камере сгорания двигателя может привести к отказу в искрообразовании. Наиболее радикальным способом повышения электрической прочности изоляции является установка между корпусом и контактной головкой свечи дополнительного изолятора в виде керамической втулки. Таким образом, свеча приобретает двойную защиту от утечек тока «на массу».

Данное техническое рошенио защищено патентом и реализовано у нас в стране ЗАО «Автоконинвест» (Москва).

ФОРКАМЕРНЫЕ СВЕЧИ

Рис. 12. Форкамерная свеча зажигания

Известны различные варианты устройства свечи, у которых рабочая камера выполнена в виде форкамеры. Их используют с целью улучшения сгорания рабочей смеси. Форкамерные свечи подобны свечам для спортивных форсированных двигателей, где электроды для защиты от перегрева установлены глубоко внутри рабочей камеры корпуса. Отличие заключается в том. что отверстие. соединяющее рабочую камеру (форкамеру) с цилиндром двигателя, делают специальной формы. При сжатии свежая смесь поступает в форкамеру, искровой разряд возникает в области вихревого потока, и образование первичного очага воспламенения становится интенсивнее. Благодаря этому обеспечивается быстрое распространение пламени в форкамере. Давление быстро возрастает и выбрасывает факел пламени, проникающий в камеру сгорания двигателя и интенсифицирующий воспламенение даже сильно обедненной рабочей смеси.

При перетекании горящих газов из форкамеры в цилиндр двигателя, в связи с турбулизацией горючей смеси, ускоряется и становится более эффективным процесс сгорания. Это. в свою очередь, может привести к улучшению показателей, характеризующих топливную экономичность и токсичность отработавших газов.

Недостатки форкамерных свечей заключаются в том, что велико гасящее влияние электродов, а стойкость к образованию нагара мала. Вентиляция форкамеры затруднена и горючая смесь в ней содержит повышенное количество остаточных газов. При перетекании горящих газов из форкамеры в цилиндр возникают дополнительные тепловые потери. Один из вариантов форкамерной свечи представлен на рис. 12.