Принцип работы свечей зажигания

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.

Разновидности и маркировка

Классификация свечей для авто по строению:

  1. Классические. Имеются центральный и 1 боковой контакты.
  2. Многоэлектродные. Бывают трех- и четырехконтактными. Разряд в плазме возникает между центральным и тем из боковых электродов, на котором меньше нагара.

По назначению свечи делятся:

  • на традиционные;
  • факельные (форкамерные).

Вторые работают в двигателях особой конструкции, у которых в цилиндрах имеется небольшой отсек для поджига подаваемой туда отдельным образом обогащенной топливной смеси. Технология не получила широкого распространения.

Параметры свечи закодированы в буквенно-цифровом обозначении (маркировке). Расшифровка зависит от производителя. У отечественных моделей первая литера соответствует диаметру резьбы. Например, А означает 14 мм.

Далее указывается калильное число. Последующие буквы содержат информацию о материале электродов, величине искрового промежутка и т.д.

Зарубежные производители применяют разные принципы маркировки. Расшифровать код можно по каталожному номеру изделия.

Как еще классифицируют свечи зажигания?

  1. Πo длинe peзьбы. Свечи зажигания бывают короткими Πo типy peзьбы. На рынке востребованы свечи с маркировкой М10×1 (для механизмов с одноцилиндровыми двухтактными ДВС), М12×1,25 (мoтoциĸлы), М14×1,25 (aвтoмoбили cтapыx oбpaзцoв), М18×1,5 (тракторные, для авто “советского производства” и для гaзoпopшнeвыx мoтopoв).
  2. Πo длинe peзьбы. Свечи зажигания бывают короткими (12 мм, для мотоциклов и советских авто), длинными (19 мм, для современных отечественных авто и иномарок) и удлиненными (25 мм, для современных и форсированных ДВС люксовых и спортивных автомобилей).
  3. Πo paзмepy гoлoвĸи пoд cвeчнoй ĸлюч. Эти свечи зажигания отличаются по своему внешнему виду и конструкции, их размеры варьируются от 16 (современные ДВС с 3-4 клапанами) и 19 (для мотоциклов) до 20 (ДВС с двумя клапанами), 22 (для моторов советских авто) и 24 мм. 
  4. Πo cпocoбy yплoтнeния пoд peзьбoвoй чacтью. У свечей может быть либо плоское сжимаемое кольцо, либо конусное уплотнение без кольца. Зачем нужно уплотнение? Чтобы не терялось давление, отводилось тепло и компенсировались параметры расширения головки цилиндра и корпуса свечи. 
  5. Cпeциaльныe cвeчи. Отдельные категории деталей, которые используются редко, преимущественно в двигателях особых конструкций. Яркий пример – факельные свечи, с конусными резонаторами, плазменно-форкамерные с боковым электродом в форме сопла Лaвaля.

Чем отличаются все эти свечи зажигания? Сроками эксплуатации. Стандартная никелевая деталь при стабильной работе мотора служит по 30-40 тыс. км. Иридиевые и платиновые свечи служат в 3 раза дольше, до 80-100 тыс. км. 

На что обратить внимание при выборе свечей зажигания?

Основная характеристика этих деталей – калильное число. Обозначается оно буквами и цифрами, например, Denso IK20TT или Bosch WR M 7 DPX. Эта величина определяет, в каком тепловом диапазоне может работать свеча зажигания. Оптимальные значения находятся в границах от 400 до 900 градусов. 

Единой шкалы измерения калильного числа нет, у каждого производителя свои стандарты. Но чаще всего в качестве индикатора выступает российский ГОСТ, по нему свечи имеют калильные числа 8, 11, 14, 17, 20, 23 и 26. Как узнать калильное число свечей зажигания? Для этого нужно разобраться в их классификации:

  • Горячие свечи. У них калильное число в диапазоне 11-14. Такие свечи отводят меньше тепла. Применяются в ДВС с низкой степенью сжатия и при использовании низкооктановых видов топлива. В таких моторах температура в камерах сгорания невысокая.
  • Средние свечи. Калильное число варьируется в пределах 17-19. Занимают промежуточное положение между холодными и горячими. Считаются самыми распространенными и востребованными для современных моторов. 
  • Холодные свечи. Отличаются калильным числом от 20 и выше и отводят больше тепла. Используются в ДВС с высокими степенями сжатия и высокой компрессией, а также при использовании высокооктановых видов топлива. 

Чем ниже калильное число, тем свеча “горячее”, и наоборот. Изучить калильное число свечей зажигания большинства производителей поможет таблица:

Производитель

Тепловая характеристика свечи

<< <холодная……………….. горячая>>>

ГОСТ

23

20

17

14

11

Bosch

5

6

7

8/9

10

Beru

6

6

7

8/9

10

Champion

х

7/8

9/10

11/12

х

NGK

7

6

5

х

DENSO

22

20

16

х

MotorCraft

х

22

32

42/82

х

Prestolite

х

22

32

42/82

х

AutoLite

3

4

5

х

Brisk

х

14

15

17

19

Iskra

95

85

65

55

х

На что влияет калильное число? Свеча с определенными параметрами должна эффективно отводить лишнее тепло, чтобы не перегреваться. Если перегрев случится и температура дойдет до критической точки, то возникнет калильное зажигание. 

Если тепловой диапазон не соблюден из-за неправильного выбора свечи, то могут произойти следующие проблемы:

  • если свеча работает при температуре ниже 400 градусов, то быстро будут накапливаться угольные отложения, а двигатель может остановиться;
  • если свеча работает при температуре выше 900 градусов в условиях высоких скоростей, то произойдет калильное зажигание и повреждение мотора. 

Условия работы и тепловая характеристики свечи

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 на свечу

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 в 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 на свечу

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 на свечу

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 на свечу

При искрообразовании, длительность которого может составлять до 3 мс, 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 3000 К, 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.

Неисправности и поломки свечей зажигания

Деталь выходит из строя по следующим причинам:

  1. Электроды обросли нагаром. В худшем случае между ними возникает токопроводящая перемычка из сажи. Наиболее распространенные причины: не отрегулирована система питания либо неправильно выставлен угол опережения зажигания.
  2. Увеличен искровой промежуток.
  3. Контакты изношены (появились скругления).

Неисправные свечи рекомендуется заменить.

Холодные и горячие свечи зажигания

Свечи зажигания различаются не только по типу, а также по своим характеристикам иподбираются индивидуально в зависимости от конструкции двигателя. Похарактеристикам они делятся на три различные группы холодные, средние и горячие. Что бы понять, что это означает и зачем они нужны, нужно разобраться что такое «калильное число» и «калильное зажигание».

  • Калильным числом называют величину, показывающею время, через котороесвеча достигает калильного зажигания. Чем выше у нее калильное число, темменьше она будет нагреваться.
  • Калильным зажиганием называют негативный эффект, когда воспламенениегорючей смеси в двигателе происходит не от свечи зажигания, а от нагревшихсяэлементов двигателя, чаще всего это бывает сама свеча зажигания. Этот эффектвозникает если в автомобиле установлена свеча с неподходящим калильнымчислом.

Условия работы свечей зажигание в летнее и зимнее время отличаются, поэтому видеале лучше иметь в комплекте свечей для разного времени года.

Например, в жаркую погоду, при езде на большой скорости свеча с низким калильнымчислом, быстро приведет к калильному заживанию. Что приводит к потере мощности. В этой ситуации свечу необходимо заменить на более «холодную» В обратной ситуации если при низкой температуре например в пробке, происходитослабление искры. В холодную погоду возникнут проблемы с запуском двигателя. Вслучае возникновения этой проблемы необходимо поставить более «горячею» свечу.

На выбор также влияет и размер двигателя, что он больше тем «холоднее» должнабыть свеча. Группы свечей по калильному числу (Российская маркировка):

  • В «горячею» группу входят свечи имущих калильное число от 11 до 14.
  • В «среднею» группу входят свечи имеющих калильное число от 17 до 19.
  • В «холодную» группу входят свечи имеющих калильное число от 20 до 26.

В дизельных двигателях очень часто используется калильное зажигание, то естьсамовоспламенение, от накаленной свечи, что облегчает запуск двигателя при низкихтемпературах.

Когда менять свечи зажигания на авто

Неисправные свечи зажигания могут привести к тяжелы последствиям, таким какповреждения топливной системы и двигателя, а это грозит куда более крупнымизатратами. От их своевременной замены зависит сохранность силового агрегатаавтомобиля.

Когда же всётаки менять свечи зажиганияПостараемся разобраться в этомвопросе. Такие признаки как: Признаки  износа  самой  свечи , они  заметны  не

  • Признаки износа самой свечи, они заметны невооруженным глазом. Этооплавления, сколы и коррозия.
  • Подтраивание при езде;
  • Проблемы с запуском;
  • Падение мощности и тяги двигателя;
  • Увеличившие расхода топлива;
  • Регулярное образования нагара на свечах  (каждые 2030 километров).

Могут свидетельствовать о необходимости замены свечей. В среднем свечи следует менять каждые 2530 тысяч пробега автомобиля.

Количество, форма и расположение электродов. Два или больше?

Какой бы качественной ни была свеча зажигания, а д

Какой бы качественной ни была свеча зажигания, а дополнительная надежность никогда не повредит. Сейчас в продаже есть множество вариантов свечей с двумя, тремя или четырьмя электродами массы, часто имеющими не гладкую, а ребристую внутреннюю поверхность. Для чего это делается и какие преимущества они дают? 

Несколько электродов являются своеобразной страховкой от не-возгорания: во время работы свечи разряд будет проходить между наиболее близкой парой электродов. И, конечно, при этом они будут постепенно деградировать (окисляться, выгорать). При наличии одного электрода массы свечу приходится периодически калибровать, устанавливая нормальный искровой зазор. А вот несколько электродов становятся более надежной гарантией зажигания: когда один выходит из строя, следующий продолжает функционировать.

Вопреки распространенному мнению, четыре электрода не дадут четыре искры вместо одной, но в четыре раза повысят надежность свечи, даже при выработанном ресурсе.

С этой же целью на электродах делаются V-образные или U-образные распилы: разряд на одну сторону электрода повышает срок его службы.

U-образный распил основного электрода

U-образный распил основного электрода

В большинстве случаев один боковой электрод располагается над центральным, то есть разряд идет по центральной оси. Несколько электродов так разместить невозможно, и они окружают центральный с боков, благодаря чему искра проходит перпендикулярно оси свечи. В чем тонкость?

Боковое расположение электродов выгодней тем, что пространство под свечой (камера сгорания) остается полностью открытым: ничто не мешает равномерному распределению пламени от искры. А чем равномерней происходит сгорание, тем лучше распределяется нагрузка на поршень, обеспечивая оптимальную балансировку и снижая вибрацию при работе.

Свечи зажигания с V-образным распилом центрального

Свечи зажигания с V-образным распилом центрального электрода (слева)  и с тремя электродами массы (справа)

Таким образом, несколько боковых электродов увеличивают ресурс и стабильность работы как самой свечи, так и двигателя в целом.

Распространение пламени при вертикальном (а)
 и

Распространение пламени при вертикальном (а) и боковом (б) расположении электродов массы

Обобщая информацию о применении материалов и инноваций в изготовлении свечей зажигания, можно сделать вывод: использование драгоценных металлов и передовых технологий обеспечивает более высокую надежность, лучшую защиту от перегрева и эрозии, более продолжительный ресурс использования. Но и цена будет соответственно выше.

Какие свечи зажигания поставить

Нужно ставить только те свечи, которые подходят к конкретному мотору по всем параметрам, о которых мы говорили выше. Именно поэтому подбор свечи лучше доверить профессионалу — например, консультанту специализированного магазина. Он посмотрит по каталогу и предложит подходящий вариант. Но есть и другой путь: можно воспользоваться официальным сайтом производителя свечей.

Поищем свечи для Фольксвагена Гольфа 2010 года с атмосферным двигателем 1,6. Воспользуемся каталогом Denso.

Ресурс свечей зажигания

Современные свечи зажигания при эксплуатации на полностью исправных и отрегулированных двигателях должны в соответствии с ОСТ 37. 003 081 бесперебойно работать в течение 30 тыс.км пробега для классической и 20 тыс.км для электронной системы зажигания. Фактический ресурс может быть выше примерно вдвое, но труднодостижим на практике, как любой сферический конь в вакууме. При условии исправности всех систем двигателя и нормальном качестве топлива ресурс современных свечей составляет в среднем 50 тыс.км.

Особенностью России является широкое применение запрещенных ферроценовых присадок, повышающих октановое число «паленого» бензина. Такие присадки содержат железо, при сгорании оседающее на свече и приводящее к нарушении изоляции между электродами и к невозможности получить нормальную искру. Как показывает практика, нарваться на такой бензин можно на любой, сколь угодно «именитой» заправке, и доказать что-либо потом невозможно. Пораженные такими присадками свечи восстановлению не подлежат. Поэтому на Руси нет смысла использовать дорогие и «долгоиграющие» свечи.

В процессе эксплуатации зазор между электродами в среднем увеличивается на 0.015 мм за каждые 1000км пробега. Поэтому рекомендуется периодически (через 5 или 10 тыс.км) проводить осмотр и ТО свечей (фактически — регулировку зазора до требуемой величины). Очистить свечи зажигания можно с помощью растворителей и щетки (не металлической). На станциях технического обслуживания свечи очищают на специальных пескоструйных аппаратах. Также рекомендуется менять свечи местами, это связано с тем, что средние цилиндры работают с более высокими температурами, чем крайние. Замена, согласно рекомендациям большинства изготовителей, рекомендуется после 30000км пробега автомобиля.

ПРОИЗВОДИТЕЛИ СВЕЧЕЙ, ИХ РАЗНОВИДНОСТЬ

Хорошие свечи производятся многими компаниями по всему миру. Среди наиболее известных и признанных лидеров можно отметить фирмы Champion, NGK, Denso и Bosch. Сегодня в продаже есть единицы с биметаллическим центральным электродом. Champion пошла дальше и выпустила элементы с боковым биметаллическим электродом, что расширило термоэластичность единицы.

В середине 80-х появились изделия, центральный электрод которых был сделан из тонкой платиновой проволоки. По температурным характеристикам они превзошли все показатели биметаллических электродов. Для спортивных и гоночных автомобилей выпускают аналоги с серебряными электродами. Последней новинкой в этой области стали запатентованные компанией NGK лучшие свечи зажигания на сегодняшний день, в которых электроды сделаны из сплава иридия.

Так какие свечи зажигания лучше? Работая внутри цилиндра, они должны выдерживать очень высокие температуры (около 1000 °C), пиковые значения давления (около 100 бар), чрезвычайно высокое напряжение (около 40 000 V). Устройства также должны справляться с последствиями работы двигателя — агрессивными продуктами сгорания воздушно-топливной смеси, и всё это при сохранении конструктивных параметров. Изучая вопрос «Какие свечи хорошие?», следует помнить, что стандартные рассчитаны на срок службы около 30 тыс. км.

В продаже есть следующие комплекты: стандартной конструкции; с повышенной прочностью. многоэлектродные, с платиновым наконечником электродов, с иридиевым наконечником электродов, иттриевые.

Когда и как часто менять свечи зажигания

Срок службы свечей, указанный в сервисной книжке или инструкции по эксплуатации автомобиля, действителен для оригинальных свечей — и его нередко можно увеличить: поставить вместо никелевых свечей платиновые или иридиевые.

Примерный срок службы свечи зависит от металла на концах электродов. Они постепенно выгорают, материал изолятора деградирует, его электроизоляционные свойства становятся хуже, а значит, рано или поздно искра пойдет между боковой частью центрального электрода и корпусом свечи. Но чаще бывает, что электроды свечи изнашиваются, расстояние между ними увеличивается и катушке зажигания все сложнее образовать искру.

Свеча не всегда перестает работать полностью, хотя такое тоже бывает. Перебои возникают сначала на некоторых режимах работы мотора. Например, если резко нажать на педаль газа. Топливо в таком случае будет сгорать не полностью, а полетит в трубу, на катализатор — устройство, которое служит для очистки выхлопных газов. Расход топлива возрастет, а срок службы катализатора сократится. Вот почему важно вовремя менять свечи зажигания. При этом неисправность свечей — это не единственная причина, по которой могут возникать пропуски зажигания.

Какие свечи стоит выбрать

Подбор изделий в первую очередь осуществляют по калильному числу. Оно должно соответствовать заявленному в автомобильном руководстве.

Многоэлектродная конструкция предпочтительней традиционной из-за следующих преимуществ:

  1. Служит дольше.
  2. Не имеет преграды между искрой и топливом.
  3. Отличается высокой надежностью.

В новый двигатель при условии использования качественного топлива целесообразно установить свечи с контактами из драгметаллов. Особенно если доступ к ним затруднен.