Свеча зажигания должна надежно выполнять свою функцию в любое время года и при любом режиме работы двигателя. И это притом, что свеча подвергается чрезвычайно высокой нагрузке в камере сгорания. Если представить, что одна свеча зажигания должна воспламенять смесь от 400 до 4000 раз в минуту, притом что максимальная температура в камере сгорания кратковременно может достигать отметки в 2500 °C, а давление до 120 бар, то становится ясно, насколько важна и сложна правильная работа свечи.
Немного истории. Впервые патент на свечу зажигания был получен фирмой Bosch в 1902 году.
Подробнее о работе бензинового двигателя, в которой рассмотрено функциональное назначение свечи зажигания, можно ознакомиться в разделе теория. Здесь же коснемся вопросов конструкции и требований, которые предъявляются свече зажигания для надежного воспламенения смеси.
Конструкция свечи зажигания
1. Контактный терминал обычно выполнен в виде SAE – соединения или в виде резьбы 4 мм. К нему подключается провод высокого напряжения или индивидуальная катушка зажигания. Через это соединение передается высокое напряжение на искрообразующую часть свечи.
2. Керамический изолятор прежде всего служит для изоляции от пробоя высокого напряжения на массу двигателя. Также он отводит тепло, выделяющееся при сгорании, от электродов на головку блока цилиндров.
3. Барьеры утечки тока. На внешней стороне изолятора имеются волнообразные канавки, которые препятствуют утечке высокого напряжения на массу двигателя. Они удлиняют возможный путь утечки тока по поверхности изолятора и таким образом повышают общее электрическое сопротивление, что обеспечивает прохождение тока по пути наименьшего сопротивления – через центральный электрод.
4. Металлический корпус свечи зажигания играет важную роль в отведении тепла от свечи зажигания, через него тепло передается от изолятора в головку блока цилиндров.
5. Центральный электрод стандартной свечи зажигания в основном состоит из сплава никеля. Обычно сердечник этого электрода изготавливают из меди, что значительно улучшает теплоотводящие свойства свечи зажигания.
6. Резистор. Для обеспечения электромагнитной совместимости и исправной работы бортовой электроники, в свечу зажигания в качестве помехоподавляющего резистора помещается стекломасса.
7. Боковой электрод стандартной свечи зажигания изготовлен из сплава никеля.
8. Прокладка. Металлическое уплотнительное кольцо предотвращает утечку газов через свечу под воздействием высокого давления при воспламенении смеси в двигателе. Другая важная функция прокладки состоит в том, чтобы обеспечить хороший отвод тепла к головке блока цилиндров.
9. Внутренние уплотнения создают герметичное соединение между изолятором и металлическим корпусом. Между двумя уплотнительными кольцами из металла помещается специальный порошок, в основе которого лежит тальк. В процессе изготовления свечи, порошок плотно сжимается и заполняет мельчайшие полости. Таким образом создается оптимальная герметизация.
Оптимальное температурное окно.
Для лучшего функционирования температура свечи зажигания должна поддерживаться в определенном температурном диапазоне. Нижняя граница этого окна имеет значение около 450 °C. Это минимальная температура, начиная с которой, скапливающиеся на внутренней части изолятора проводящие углеродистые отложения начинают выгорать. Углеродистые отложения – это побочный продукт процесса сгорания. Если рабочая температура свечи зажигания долгое время сохраняется ниже 450 °C, то возможно отложение электропроводящего нагара, вследствие чего нарушается нормальное искрообразование.
При температуре свечи зажигания выше 800 °C электроды настолько сильно нагреваются, что могут стать причиной калильного зажигания до момента образования искры. Такое неконтролируемое воспламенение может привести к серьезной поломке двигателя.
Значение калильного числа.
Тепловыделение сильно варьируется у разных двигателей. Например, спортивный двигатель с турбонаддувом выделяет значительно больше тепла, чем обычный атмосферный двигатель. Поэтому для каждого двигателя подбирается такая свеча зажигания, которая обеспечит отвод точно определенного количества тепла в головку блока цилиндров для выдерживания оптимальных температурных условий.
Информацию о температурных свойствах свечи зажигания дает так называемое калильное число. У разных производителей калильное число по-разному обозначается в маркировке. Например для свечей NGK действует правило: чем выше калильное число, тем свеча холоднее, то есть может нести большую температурную нагрузку. (5 – горячая свеча, 9 – холодная).
Теплоотвод и тепловой поток.
Подавляющее количество тепловой энергии отводится от центрального электрода через резьбу и уплотнительное кольцо на головке блока цилиндров. Небольшое количество тепла отводится также через внешнюю часть изолятора и по центральному электроду.
Изолятор поглощает тепло в камере сгорания и отводит его внутрь свечи зажигания. В местах соприкосновения изолятора и металлического корпуса происходит дальнейший отвод тепла в головку блока цилиндров. Поэтому, увеличивая или уменьшая площадь соприкосновения изолятора и металлического корпуса можно менять количество отводимого тепла и соответственно будет меняться температурная характеристика и калильное число свечи зажигания.
Износ.
Каждая искра выжигает микроскопическое количество металла с электродов свечи. Со временем, вследствие этой эрозии искровой зазор увеличивается, электроды меняют форму и пробивное напряжение повышается, что приводит к перегрузке всей системы зажигания. Сильно изношенные свечи приводят к пропускам зажигания, повышенному выбросу вредных веществ в атмосферу и увеличенному расходу топлива.
Производители автомобилей устанавливают для свечей зажигания интервалы замены в диапазоне от 20.000 км (для простых одноэлектродных) до 120.000 км ( для свечей с электродами из благородных металлов таких как платина и иридий).
Установка.
Для правильного монтажа свечи зажигания требуется динамометрический ключ, поскольку вручную оценить момент затяжки достаточно сложно даже для специалиста. Большинство поломок свечей зажигания происходит из-за неправильного момента затяжки. Если он будет слишком низким, то возникнут потери компрессии и перегрев свечи. Если же наоборот крутящий момент будет слишком большим, то свеча может деформироваться и сломаться.
Применяемый момент затяжки зависит от диаметра резьбы свечи зажигания, материала головки блока цилиндров и от типа уплотняющей поверхности ( с уплотнительным кольцом или конусом).
Таблица моментов затяжки свечей зажигания.
Статья написана по материалам фирмы NGK.
Скачать каталог свечей NGK можно по ссылке.
