Свечи устройство – Cвечи зажигания описание,устройство,принцип работы,неисправности,фото,видео. | НЕМЕЦКИЕ АВТОМАШИНЫ

Содержание

Устройство современных свечей зажигания

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 устройство ДВС.

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.

Устройство свечи зажигания

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.

Рис. 9 — Устройство искровой свечи зажигания: 1 — контактная гайка: 2 — оребрение изолятора (барьеры для тока уточки): 3 — контактный стержень: 4 — керамический изолятор: 5 — металлический корпус, б — пробка стеклогерметика. 7 — уплотнительное колыю: 8 — теплоотводящая шайба: 9 — центральный электрод. 10 — тепловой конус изолятора: 11 — рабочая камора: 12 боковой электрод -массы-: h — искровой зазор

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

Рис. 11. Свеча А26ДВ-1 с двумя боковыми электродами «массы-

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. 


Свечи зажигания. Назначение и устройство

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.

Свеча зажигания производства фирмы «Bosch»

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.

Типы свечей зажигания с воздушным скользящим искровым разрядом

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.

Определение калильного числа свечи зажигания

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).

Видео: Какие свечи зажигания лучше?

Свечи Зажигания: Какие Лучше Выбрать

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).

Свечи зажигания бензиновых моторов

Принцип работы свечей зажигания

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.

Принцип работы свечей зажигания

Принцип работы свечей зажигания

Схема свечи зажигания

Схема свечи зажигания

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.

Маслянистый нагар

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.

Черный нагар

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.

Красный нагар

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.

Глянцевый нагар

Слабовыраженный белый нагар

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

Белый нагар

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.

Неисправности свечей

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.

Виды свечей зажигания

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

Свечи зажигания, устройство | Twokarburators.ru

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 искры воспламеняется топливная смесь, находящаяся в камере сгорания двигателя в конце такта сжатия.


Виды свечей зажигания

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.

Подробнее: «Расшифровка маркировки свечей зажигания отечественного производства».

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

устройство свечи зажигания

 

Контактный наконечник. Служит для крепления высоковольтного провода на свече.

Изолятор. Выполнен из высокопрочной алюминиево-оксидной керамики, выдерживающей температуру до 1000и 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 (нагар) 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 600-8000. В этом случае свеча самоочищается, масло, попавшее на нее, выгорает, нагар не образуется. Если температура ниже 600(например, при постоянном движении в городе), то свеча очень быстро покрывается нагаром, если выше 800(при движении на мощностных режимах) возникает калильное зажигание. Поэтому стоит подбирать свечи для своего двигателя согласно рекомендациям его завода-производителя.
[driwenetwork]

Проверка свечей зажигания

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

дефекты свечей зажигания

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»

Еще пять статей по электрике автомобилей ВАЗ

— Применяемость свечей зажигания на автомобилях ВАЗ

— Неисправности свечей зажигания

— Неисправности бесконтактной системы зажигания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099

— Порядок присоединения высоковольтных проводов к крышке трамблера на автомобилях ВАЗ 2108, 2109, 21099

— Проверка высоковольтных проводов на автомобилях ВАЗ 2108, 2109, 21099

В помощь будущему автомеханику — свечи зажигания

Устройство, назначение принцип работы свечи зажигания

 

Назначение свечи зажигания

Принцип действия свечи зажигания

Основные характеристики и определения свечи зажигания

Условия работы свечи зажигания

Основные параметры свечей зажигания

Устройство свечи зажигания

Маркировка свечей зажигания

 

 

 

Назначение свечи зажигания

 

Одним из важнейших элементов систем зажигания двигателей внутрен­него сгорания являются свечи. Предназначены они для воспламенения горючей смеси в цилинд­рах при помощи искрового разряда.

Искровой разряд, создаваемый системой зажигания, должен обладать энергией, необходимой для воспламенения горючей смеси на любом режиме работы двигателя при всех условиях эксплуатации.

Различаются свечи по конструкции, размерам и тепловым характеристикам (калильным числам). Они могут быть неэкранированными, если их контактная часть выступает из металлического корпуса, и экранированными, у которых контактная часть расположена внутри металлического экрана.

Искровой разряд у большинства свечей образуется непосредственно в искро­вом зазоре между электродами. 

При высоких значениях давления и температуры, возникающих в процессе работы двигателя, свечи должны надежно противостоять воздействию химиче­ски агрессивных продуктов сгорания. При этом изолятор должен выдерживать высокое электрическое напряжение.

В процессе работы из-за неполноты сгорания в пристеночной зоне на рабо­чих деталях свечи образуется нагар. Чтобы избавиться от него свечи должны самоочищать­ся, автоматически поддерживая необходимую рабочую температуру в темпера­турных пределах, обеспечивающих удаление нагара и исключающих возмож­ность калильного зажигания.

Свечи должны обеспечивать свою работоспособность в условиях с повышенными электри­ческими. механическими и химическими нагрузками. Непрерывный рост мощностей двигателей при ужесточении норм токсичности отработавших газов предъявляет к свечам все более жесткие требования по надежности и долговечности.

От совершенства конструкции, качества изготовления и правильности подбо­ра свечи к двигателю сильно зависят его пусковые свойства, надежность, мощность, топливная экономичность, а также токсичность отработавших газов.

В свою очередь, работоспособность свечи зависит от ее соответствия двига­телю по конструкции, основным размерам, величине искрового зазора и тепло­вой характеристике. Решающее влияние на надежность и долговечность свечи оказывает техническое состояние двигателя, характер и условия эксплуатации, качество топлива и моторного масла.

 

 

Принцип действия свечи зажигания

 

Газы и их смеси являются идеальными изоляторами. Но при приложении к электродам свечи достаточно высокого напряжения происходит пробой газа, и в искровом зазоре образуется ионизированный канал, проводящий электри­ческий ток.

Явление пробоя газа высоким напряжением обусловлено тем, что случайные электроны, появление которых вызвано проникающим ионизирующим  излучением, под воздействием электромагнитного поля получают ускорение в сторону положительного электрода.

При столкновении с молекулами газа про­исходит цепная реакция ионизации, газ становится проводником, и образуется проводящий канал.

Это явление называется пробоем, первой фазой существова­ния искры.

После пробоя электрическое сопротивление канала стремится к нулю, сила тока увеличивается до сотен ампер, а напряжение уменьшается.

Первона­чально процесс протекает в очень узкой зоне, но вследствие быстрого нарастания температуры канал расширяется со сверхзвуковой скоростью. При этом образу­ется ударная волна, воспринимаемая на слух как характерный треск, создаваемый искрой.

Протекание сильного тока приводит к появлению электрической дуги, и температура в канале разряда при определенных условиях может достиг­нуть величины до 6000 К.

Скорость расширения проводящего канала стабили­зируется. а затем уменьшается до нормальной скорости распространения пла­мени.

При силе тока ниже 100 мА возникает тлеющий разряд, и температура уменьшается до 3000 К.

По мере убывания энергии, запасенной во вторичной цепи системы зажигания, искровой разряд угасает.

Тлеющий разряд более продолжителен, чем дуговой, и плазма разряда может перемещаться относительно электродов свечи с потоком смеси газов в цилиндре, возникающим вследствие движения поршня. Эффективная длина искры возрастает, а напряжение разряда увеличивается.

Если напряжение оказывается недостаточ­ным для поддержания искры, появляется вероятность ее угасания и повторного возникновения. Из-за остаточной ионизации в искровом зазоре повторная искра возникает при значительно меньшем напряжении, она по целому ряду причин менее эффективна для воспламенения.

В горючей смеси невозможно разделить процессы образования искрового разряда и воспламенения. Уже на этапе пробоя можно обнаружить продукты химических реакций горения. Эффективность первичного очага воспламенения определяется энергией искрового разряда и дополнительной энергией химических реакций горения.

Если скорость расширения плазмы разряда превышает скорость распро­странения пламени, большее значение имеет энергия искры. Когда скорость расширения канала уменьшается, большее значение приобретает энергия химических реакций.

 

 

 

Основные характеристики и определения свечи зажигания

 

Верхний температурный предел те­пловой характеристики — величи­на, равная рабочей температуре свечи, при которой возникает ка­лильное зажигание.

«Горячая» или «холодная» свечи — при прочих равных условиях имею­щие соответственно большую или меньшую рабочую температуру.

Детонация — аномальный процесс сгорания, имеющий взрывной ха­рактер с резким местным повыше­нием температуры и образованием ударной волны. Сопровождается звонким металлическим стуком, вызванным вибрацией деталей двигателя.

Искрообразование — возникновение искрового разряда в искровом за­зоре свечи в период от пробоя до угасания.

Искровая свеча зажигания (свеча зажигания, свеча) — электриче­ский ввод в комбинации с искро­вым разрядником, предназначен­ный для воспламенения горючей смеси в цилиндре двигателя при помощи искрового разряда в зазо­ре между электродами.

Искровой зазор — промежуток между изолированным центральным элек­тродом и боковым электродом -массы».

Искровой разряд (электрическая искра, искра) — нестационарный электрический разряд в газе, воз­никающий в электрическом поле.

Калильное зажигание — воспламене­ние горючей смеси, вызванное от­дельными перегретыми участками поверхностей выпускного клапана, поршня, цилиндра или свечи.

Калильное число свечи — условная величина, численно равная средне­му индикаторному давлению в ци­линдре двигателя испытательной установки, при котором появляется калильное зажигание.

Контактная часть свечи — элементы со стороны высоковольтного про­вода: головка изолятора, контакт­ная головка и контактная гайка.

Нагар — образовавшиеся на поверхно­сти рабочей части свечи продукты неполного сгорания.

Нижний температурный предел те­пловой характеристики — величи­на, равная температуре рабочей части свечи, при которой нагар вы­горает.

Работоспособность свечи — обеспече­ние бесперебойного новообразова­ния и герметичности в условиях, пре­дусмотренных нормативно-техниче­ской документацией и стандартами.

Рабочая камера свечи — полость, образуемая внутренней поверхно­стью корпуса и наружной поверхно­стью теплового конуса изолятора, сообщающаяся с камерой сгора­ния двигателя.

Рабочая температура свечи — тем­пература рабочей части свечи на данном режиме работы двигателя.

Рабочая часть свечи — элементы, расположенные непосредственно в камере сгорания: тепловой конус изолятора, торец центрального электрода и боковой электрод.

Тепловой конус изолятора (юбка изолятора) — часть изолятора, расположенная в рабочей каме­ре свечи, воспринимающая своей поверхностью поток тепла от пламени и раскаленных сгоревших газов.

Тепловая характеристика свечи — зависимость рабочей температу­ры свечи от режимов работы дви­гателя.

Цоколь свечи — часть корпуса с резь­бой, предназначенная для уста­новки свечи в двигателе и для связи электрической цепи высоко­го напряжения системы зажигания с «массой».

Шунтирование системы зажига­ния — короткое замыкание высоко­вольтной цепи системы зажигания на «массу» при утечке тока по нага­ру на поверхности теплового кону­са изолятора и (или) по токопро­водящему мостику в искровом зазоре.

Электропроводный (токопроводя­щий) мостик — нагар, частично или полностью заполняющий искровой зазор, обладающий проводи­мостью и создающий электриче­скую цепь, замыкающую изолиро­ванный

 

 

 

Условия работы свечи зажигания

 

Современные поршневые двигатели внутреннего сгорания работают по четы­рехтактному или двухтактному рабочему циклу.

Автомобильные двигатели, за ред­ким исключением, работают по четырехтактному циклу, осуществляемому за два полных оборота коленчатого вала и четыре хода поршня. Двигатели различного назначения особо малого рабочего объема работают по двухтактному циклу, осу­ществляемому за один оборот коленчатого вала и два хода поршня.

В процессе работы двигателя на свечи воздействуют переменные электриче­ские, тепловые, механические и химические нагрузки с частотой, пропорцио­нальной частоте вращения коленчатого вала. Нагрузка на свечу при работе на двухтактном двигателе по меньшей мере вдвое больше, чем на четырехтактном, что существенно уменьшает срок ее службы.

 

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 Цельсия на впуске до двух-трех тысяч при сгорании. Темпера­тура под капотом автомобиля может достигать 150°С.

На многих автомобилях, и тем более мотоциклах, не исключена возможность попадания воды на свечу, особенно при мойке, что может привести к поврежде­нию изолятора.

Из-за неравномерности нагрева температура 8 различных сечениях свечи мо­жет отличаться на сотни градусов, что приводит к тепловым напряжениям и дефор­мациям. Это усугубляется тем, что изолятор и металлические детали значительно 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 3мс, изолятор свечи оказывается под воздействием им­пульса высокого напряжения, максимальное значение которого зависит от дав­ления и температуры в камере сгорания и величины искрового зазора. В неко­торых случаях напряжение может достигать 20-25 кВ (амплитудное значение).

Некоторые типы систем зажигания могут создавать напряжение значительно выше, но его ограничивает пробивное напряжение искрового зазора или напря­жение поверхностного перекрытия изолятора.

В дуговой фазе разряда протекание сильного тока приводит к появлению го­рячих катодных пятен на электроде. Электрическая дуга не может существовать без электронов, излучаемых горячими катодными пятнами. Температура пятен достигает 3000К, что выше температуры плавления любого материала электро­дов. Это приводит к неизбежному микроскопическому испарению материала электрода с каждой новой искрой. Скорость электрической эрозии при прочих равных условиях пропорциональна энергии искрового разряда и температуре электрода.

 

Отклонения от нормального процесса сгорания

Нормальное сгорание рабочей смеси происходит со скоростью нескольких десятков метров в секунду и сопровождается относительно плавным нарастани­ем температуры и давления в цилиндре двигателя. В результате искрового зажи­гания образуется первичный очаг воспламенения, затем формируется фронт пламени, который быстро распространяется по всему объему камеры сгорания. Несгоревшее топливо догорает уже за фронтом пламени, в пристеночных зонах, в зазорах между поршнем и цилиндром.

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

 

Пропуски воспламенения.

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

 

Калильное зажигание.

Различают преждевременное, до появления искры, сопровождающее появление искры и запаздывающее, возникающее после воспламенения горючей смеси, вызванное перегретыми участками поверхностей выпускного клапана, поршня, цилиндра или свечи.

Преждевременное воспламе­нение может быть вызвано тлеющими частицами нагара.

При преждевременном калильном зажигании самопроизвольно увеличивается угол опережения зажига­ния. Это приводит к росту скорости нарастания давления и температуры, увели­чивается их максимальное значение, 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 стремительно падать.

При калильном зажигании вероятны повреждения выпускного клапана, поршня, поршневых колец, поверхности цилиндра и прокладки головки блока цилиндров. У свечи могут полностью или частично сгореть электроды, а в некоторых случаях может даже оплавиться изолятор.

 

Детонация.

Это явление возникает при недостаточной детонационной стойкости топлива в наиболее удаленном от свечи месте у горячих поверхно­стей, в результате сжатия еще не сгоревшей горючей смеси основным фронтом пламени.

Ударные волны при детонации распространяются со скоростью 1500-2500 м/с, что превышает скорость звука. Они многократно отражаются от стенок и вызывают вибрацию и локальный перегрев цилиндра, поршня, клапанов и свечи. Возможны повреждения, как при калильном зажигании, так как перегретые детали становятся неспособными выдерживать возросшую нагрузку. На изоляторе свечи могут образоваться сколы и трещины, электро­ды могут оплавиться и даже полностью выгореть.

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

Особенностью детонации является некоторая задержка по времени от момента наступления необходимых условий до ее возникновения. Задержка необходима для образования активных веществ, способствующих возникновению взрывного процесса. В связи с этим детонация более вероятна при относительно небольших оборотах коленчатого вала и полной нагрузке.

Наиболее вероятен выход на этот режим при движении автомобиля на подьеме при полностью нажатой педали газа. Если при этом мощность двигателя оказывается недостаточной, скорость автомобиля и частота вращения коленчатого вала уменьшаются. При недостаточ­ном в данных условиях октановом числе топлива возникает детонация, сопровож­даемая звонким металлическим стуком.

Для устранения детонации достаточно перейти на пониженную передачу и увеличить обороты двигателя.

Безусловным является требование использовать только топливо, соответст­вующее двигателю по октановому числу.

 

Дизелинг.

В некоторых случаях возникает крайне неравномерная неуправляе­мая работа бензинового двигателя с выключенным зажиганием при очень малой частоте вращения коленчатого вала. Это явление возникает из-за самовоспла­менения горючей смеси при сжатии, подобно тому, как это происходит в дизелях. В русской технической литературе «дизелинг» является сравнительно новым тер­мином, взятым из английского языка (dieseling).

На двигателях, преимущественно карбюраторных, 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, иногда дольше, затем двига­тель самопроизвольно останавливается. Объяснять это явление калильным за­жиганием от перегретой свечи было бы неправильно, она тут ни при чем.

Причина дизелинга — в особенностях конструкции камеры сгорания и в каче­стве топлива (то есть дизелинг наступает при низкой стойкости топлива к само­воспламенению при сжатии). Свечи не могут являться причиной этого явления, так как их температура при малых оборотах явно недостаточна для воспламене­ния горючей смеси. Калильное зажигание возникает при температуре электро­дов и изолятора 850-900°С, такой величины она может достигнуть только при работе двигателя с максимальной мощностью. При остановке двигателя темпе­ратура этих деталей не превышает 350°С. Свеча в этих условиях не причина, а скорее «жертва», так как из-за неполноты сгорания усиливается процесс обра­зования нагара.

 

Качество топлива и моторного масла

Для обеспечения нормальной работы свечей автомобильные бензины долж­ны иметь достаточную детонационную стойкость, минимальное коррозионное воздействие и не иметь склонности к отложениям.

Детонационная стойкость топлива зависит от его химического состава и структу­ры углеводородов, полученных при переработке нефти. Способность сопротив­ляться появлению детонации зависит от молекулярной массы — чем она выше, тем ниже стойкость топлива к детонации и наоборот. Стойкость бензина к детонации, так называемое октановое число, определяется в лабораторных условиях моторным и исследовательским методом на специальной моторной установке, путем сравнения стойкости испытуемого бензина и изооктана в смеси с гептаном. Октановое число изооктана принимают равным 100. Добавка гептана, нестойкого к детонации, снижает октановое число смеси.

Промышленное производство бензина включает первичную и вторичную перера­ботку нефти с последующим смешением различных компонентов для получения необходимых свойств.

При первичной переработке нефти (прямой перегонке) получают 10-25% бензина невысокого качества с октановым числом 40-50. При вторичной переработке неф­ти на крупных нефтеперерабатывающих заводах ее подвергают сложной технологи­ческой обработке с целью расщепления крупных молекул на мелкие, стабилизации химического состава и удаления вредных примесей, особенно серы. Выход бензи­на увеличивается до 60 %. Затем, путем смешения продуктов первичной и вторич­ной переработки нефти с добавлением различных присадок получают товарные бензины. Автомобильные бензины одной мархи, производимые на разных предпри­ятиях, в связи с разницей в технологии, имеют несколько различные составы.

Для повышения октанового числа в бензин добавляют антидетонаторы — хи­мические соединения, подавляющие детонацию. Для удаления из камеры сгора­ния продуктов сгорания при применении антидетонационных присадок в топливо добавляют так называемые выносители — химические вещества, способствую­щие удалению продуктов сгорания. Тем не менее, условия работы свечи при ис­пользовании антидетонаторов существенно ухудшаются.

Полностью удалить продукты сгорания не удается, и на электродах и тепло­вом конусе изолятора свечи образуется нагар. Под воздействием температуры эти отложения могут стать электропроводящими и вызвать частичный или пол­ный отказ 8 искрообразовании.

Небольшие фирмы получают высокооктановые бензины АИ-95 и АИ-98 путем добавки в бензины АИ-92 и АИ-95 до 12-15% метил-трет-бутилового эфира, при этом бензин имеет необходимое качество. Достаточно широко используются раз­личные железосодержащие антидетонаторы и традиционный антидетонатор на ос­нове тетраэтилсвинца (ТЭС). В бензин добавляют краситель, так как ТЭС ядовит.

К сожалению, недобросовестные производители изготавливают суррогатный бензин из низкооктановых бензинов, добавляя антидетонационные присадки свыше действующих норм.

Сверхнормативное использование (более 37 мг Fe/л) содержащих железо антидетонаторов, например ФерРоз, ФК-4 или АПК вызывает отложение токо­проводящего нагара красного цвета на свечах. Этот нагар практически невоз­можно удалить, он приводит к полному и необратимому их отказу.

Коррозионное воздействие бензина определяется содержанием кислот, щело­чей и сернистых соединений. Сильным коррозионным воздействием на металлы обладают минеральные кислоты и щелочи, их наличие в бензинах недопустимо. Сернистые соединения обладают высокой коррозионной активностью и способст­вуют образованию нагара, однако полностью избавиться от них непросто, особен­но при переработке сернистой нефти.

Большинство моторных масел имеют нефтяное происхождение и содержат присадки: противостоящие износу, стабилизирующие, антикоррозионные, мою­щие и т. д. При сгорании масла, попавшего в камеру сгорания, образуются зольные остатки, которые, как и продукты неполного сгорания топлива, могут образовывать нагар на свечах.

 

Образование нагара и самоочищение

Нагар на свече — это твердая углеродистая масса с шероховатой поверхностью, образующаяся при температуре поверхности 200°С и выше. Свойства, внешний вид и цвет нагара зависят от условий его образования, состава топлива и моторно­го масла. В некоторых случаях, особенно на двухтактных двигателях, нагар может образовать в искровом зазоре электропроводный мостик и вызвать короткое замы­кание во вторичной цепи системы зажигания.

И в том, и в другом случае происхо­дит частичное или полное прекращение искрообразования.

Если свечу очистить от нагара, то ее работоспособность восстанавливается. Поэтому одно из важней­ших требований к свече — способность самоочищаться от нагара. Во многом степень совершенства ее конструкции определяется именно этим свойством.

Удаление нагара, если в продуктах сгорания нет несгораемых веществ, проис­ходит при температуре 300-350°С — это нижний температурный предел работо­способности свечи.

Эффективность самоочищения от нагара зависит от того, как быстро тепловой конус изолятора нагреется до этой температуры после пуска двигателя. С этой точки зрения длину теплового конуса изолятора необходимо выполнять как можно большей, а сам тепловой конус целесообразно выдвигать в камеру сгорания.

То же самое требуется для предотвращения утечек тока и соот­ветственно для снижения потерь энергии зажигания.

 

Тепловая характеристика

Тепловая характеристика свечи — это зависимость температуры теплового конуса изолятора или центрального электрода от режима работы двигателя.

Различие в тепловых характеристиках свечей достигают в основном за счет изменения длины теплового конуса изолятора.

Удлинение теплового конуса изолятора приводит к увеличению подвода тепла в свечу и к росту ее рабочей температуры. Максимальное значение температуры не может превышать

 

1,2,3

Современные разработки свечей зажигания | Свечи

Для повышения срока службы свечей зажигания применяются свечи с различными габаритными размерами и числом массовых электродов.

Форма электрода существенно влияет на зажигание топливовоздушной смеси, износ электродов, отвод теплоты и напряжение, необходимое для воспламенения смеси. Преимущественное распространение нашли массовые электроды с нижним расположением, боковым расположением и круговым электродом.

Форма расположения массового электрода

Рис. Форма расположения массового электрода:
1 – перемычка из токопроводящего стекла; 2 – воздушный зазор; 3 – изолятор; 4 – центральный электрод; 5, 6 – массовые электроды; а – нижнее расположение; б – боковое расположение; в – круговое расположение

Увеличение длительности эксплуатации свечей зажигания до нескольких сотен тысяч километров современных свечей зажигания достигается применением более жаропрочных материалов в качестве наплавок на центральных электродах, например платины (температура плавления 1772° С) или иридия (температура плавления 2450° С). Искрообразующее острие центрального электрода, выдерживающее высокие температуры и не расплавляющееся у таких электродов очень мало (0,4…0,6 мм), а сами свечи тоньше и длиннее, что позволяет использовать освободившуюся площадь камеры сгорания для установки клапанов с увеличенными диаметрами головок.

Применение центрального электрода малого диаметра позволяет снизить напряжение пробоя, что повышает надежность искрообразования, а характер горения искры таков, что в кольцевом зазоре между центральным электродом постоянно происходят разряды, выжигающие отложения продуктов сгорания.

Необходимое напряжение пробоя обычной и иридиевой свечи

Рис. Необходимое напряжение пробоя обычной и иридиевой свечи:
U – напряжение пробоя, кВ

В случае применения обычных свечей распространению фронта пламени мешают массивные электроды, вследствие рассеивания значительной части энергии в тепло, а в иридиевых свечах фронт пламени распространяется значительно быстрее, так как тепловые потери при этом минимальны.

Распространение фронта пламени в обычной и иридиевой свече

Рис. Распространение фронта пламени в обычной и иридиевой свече

Применение свечей с тонким электродом позволяет избегать калильного зажигания, потому что электрод за время рабочего хода и выпуска успевает охладиться до безопасной температуры.

Новые разработки подачи электрической искры в цилиндры двигателя интенсивно проводят разные фирмы и в частности Saab, которая предлагает использовать одноэлектродную свечу.

В этом случае в качестве одного из электродов свечи используется головка поршня 1, а другой электрод расположен в самой свече 2.

Одноэлектродная свеча

Рис. Одноэлектродная свеча

Одноэлектродная свеча изготавливается с большой толщиной керамической изоляции, что позволяет значительно повысить напряжение пробоя. Зазор между электродами изменяется в зависимости от нагрузки. При малых нагрузках, с большим количеством отработавших газов в топливовоздушной смеси, искра подается при зазоре между электродами до 8 мм. На больших нагрузках искра подается при зазоре 1,5мм.

Перспективными считаются свечи с высокочастотным разрядом без бокового электрода. Электрический разряд в таких свечах возникает посредством СВЧ-энергии , которую генерирует магнетрон, заменяющий традиционную для автомобиля катушку зажигания, подобно тому как это происходит в микроволновой печи.

Высокоча­стотному разряду второй электрод не нужен – он может просто «уходить в пространство» каме­ры сгорания. Лабораторные испытания новой тех­нологии, предложенной американской компанией Etatech и воплощенной в экспериментальных све­чах фирмой BERU, показали энергетическая эффективность при применении такой системы воспламенения повышаются на 40%, а выбросы оксидов азота снижаются на 80%. Это поясняется тем, что смесь теперь поджигается сразу во всей камере сгорания, заполненной электриче­ским полем высокой напряженности. Высокочастотным разряд снимает проблему работы на обедненных смесях, характерную для двигателей с непосредственным впрыском, у которых наблюдается высокий выброс оксидов азота.

Свеча с высокочастотным разрядом без бокового электрода

Рис. Свеча с высокочастотным разрядом без бокового электрода

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о