Свечи зажигания. Назначение и устройство.

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.

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. 

Конструкция свечей зажигания

 1. Контактная гайка. 2. Ребра изолятора. 3. Контак

1. Контактная гайка. 2. Ребра изолятора. 3. Контактный стержень. 4. Изолятор. 5. Корпус. 6. Токопроводящий стеклогерметик (резистор). 7. Уплотнительное кольцо. 8. Теплоотводящая шайба. 9. Центральный электрод. 10. Тепловой конус изолятора. 11. Рабочая камера. 12. Боковой электрод. h – искровой зазор.

1. К контактной гайке подключаются высоковольтные провода, идущие от катушки зажигания или (в старых автомобилей) распределителя. Контактная гайка чаще всего выполняется с утолщениями под защелку (SAE, евростандарт) либо с резьбой (стандарт РФ).

2. Ребристая часть изолятора предохраняет от пробоев с контактного стержня на поверхность, образуя барьеры тока.

3. Контактный стержень вытачивается из стали, с нарезкой всех необходимых конструктивных элементов.

4. Изолятор выполняется чаще всего из керамики с добавлением оксида алюминия. Материал изолятора должен выдерживать колебания температур от 70° до 2500°С (в момент сгорания топлива), сохраняя при этом прочность и диэлектрические свойства. На данный момент каждый производитель использует собственные рецептуры для изготовления изоляторов, при этом основа остается неизменной.

 5. Корпус – металлическая часть свечи зажигания, с шестигранником под ключ и резьбой для фиксации в корпусе двигателя (свечном колодце). Материалом для корпуса служит легированная сталь, имеющая достаточную прочность (твердость 125-250 по Биннелю). Поверхность покрывается оксидированным или хромированным покрытием, препятствующем окислению.

6. Современные модели СЗ снабжаются резисторами, гасящими возникающие при работе радиопомехи. Для уплотнения стержня и электрода в пазу изолятора используется токопроводящий стеклогерметик, служащий подавителем помех.

7. Для герметизации свечи в корпусе двигателя используется уплотнитель: кольцевой или конусный. Для кольцевых используется дополнительная изолирующая прокладка, а конусная шайба сама по себе хорошо уплотняет свечу при вкручивании в корпус.

8. Теплоотводящая шайба предназначена для лучшего охлаждения свечи и расширения ее теплового диапазона. Чем лучше происходит процесс охлаждения, тем меньше оседает нагара на электродах и изоляторе, повышается надежность и долговечность свечи.

9. Центральный электрод – одна из основных деталей в свече зажигания. Изначально материалом изготовления служила сталь, в настоящее время он может иметь биметаллический состав, с проводящим сердечником и теплоотводящим непрогорающим покрытием. Состав и толщина центрального электрода – один из основных параметров, влияющих на продолжительность эксплуатации свечи.

10. Тепловой конус изолятора – выступающая в камеру сгорания часть изолятора, служащая для отвода тепла. От высоты конуса зависит калильное число свечи – будет она «теплой» или «холодной».

11. Рабочая камера – пустое пространство, благодаря которому легче происходит поджиг воздушно-топливной смеси. Существуют свечи со специальным расширением рабочей камеры (факельные), используемые в некоторых типах двигателей.

12. Боковой электрод, на который идет разряд с центрального. Его часто называют «массой» (по аналогии с дуговым разрядом на массу). Производители предлагают свечи с разным количеством, формой и составом сплава боковых электродов, улучшая эксплуатационные характеристики и срок службы.

В магазинах можно найти десятки разновидностей свечей зажигания, и, чтобы не ошибиться с выбором, необходимо знать, какие характеристики подходят под каждый конкретный двигатель: размеры, калильное число, искровой зазор, материал и количество электродов и т.д.

Взаимозаменяемость и методика выбора свечей

Автовладельцев часто интересует вопрос: можно ли с

Автовладельцев часто интересует вопрос: можно ли ставить на автомобиль свечи разных производителей, и как определить, подходит ли та или иная свеча для данного двигателя?

Габаритно-присоединительные размеры – это то, что должно учитываться в первую очередь. Здесь отклонения недопустимы, и ориентироваться нужно в первую очередь на них. Свечи с неподходящим шагом резьбы или диаметром шестигранника не получится установить на место.

Второй критерий – калильное число свечи, которое должно соответствовать типу двигателя, режиму использования автомобиля и качеству топлива. Как правило, в процессе эксплуатации владелец автомобиля сам определяет, какие свечи лучше всего работают в его машине (либо получает консультацию специалиста).

Производители выпускают свечи с разными характеристиками, что позволяет выбрать для своего автомобиля изделия той фирмы, которой доверяет автолюбитель. Информация о том, какие свечи соответствуют определенной модели двигателя, всегда есть у официальных представителей, и если хочется приобрести новейшие «супер-свечи», можно всегда проконсультироваться у продавца.

Устройство свечей

В конструкцию изделия входят:

  1. Керамический изолятор.
  2. Металлический стакан с резьбой (юбки).
  3. Электроды — 2 или более. Центральный пронизывает изолятор и заканчивается контактом для подсоединения провода.
  4. Помехоподавляющий резистор (некоторые модели).

Реже встречаются лазерные версии, не имеющие электродов. Топливо поджигается концентрированным световым пучком.

Изолятор свечи

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.

Допустимая, с учетом коэффициента запаса прочностиКонструкция 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. «Тепловые потоки в изоляторе свечи» ).

Как продлить срок службы свечей?

Есть несколько простых рекомендаций, которые помогут этим деталям работать стабильно в течение всего срока эксплуатации:

  1. Используйте качественный бензин, который рекомендует производитель. Эта информация указана в техпаспорте.
  2. Постоянно следите за системой зажигания. Она должна быть исправной и работать стабильно. 
  3. Свечи нужно вкручивать аккуратно, подбирать с учетом параметров авто и менять своевременно.

Большое значение имеет правильный уход за свечами зажигания. Чтобы менять их реже, следуйте этим правилам:

  • учитывайте калильное число, не устанавливайте слишком «горячие» или «холодные» свечи, чтобы это не привело к серьезным поломкам двигателя и дорогостоящему ремонту;
  • помогайте свечам самоочищаться – запускайте мотор на максимальных оборотах, чтобы повысить температуру до 500°С и прочистить детали от нагара;
  • для авто с газобаллонным оборудованием покупайте специальные свечи тонким центральным электродом и напайками особой конструкции;
  • ни в коему случае не меняйте свечи с торцевыми уплотнениями на детали с коническими уплотнениями, так как это снизит эффективность работы и степень охлаждения;
  • меняйте свечи зажигания строго по рекомендациям производителя, ориентируйтесь на пробег 15-20 тыс. км., доверяйте диагностику и ремонт только специалистам СТО.

Помните: несвоевременная замена свечи зажигания может спровоцировать пробой изолятора под давлением на на больших оборотах и повышенных температурах. Это приведет к потере мощности мотора, перерасходу топлива и другим неисправностям. 

Как подбирать и менять свечи зажигания правильно?

Чтобы выбрать деталь, подходящую для мотора, нужно учесть ряд важных параметров:

  • питaние (ĸapбюpaтop, инжeĸтop, мoнo-/мyльтитoчeчнызaжигaние (ĸoнтaĸтнoe, бecĸoнтaĸтнoe, бaтapeйнoe, элeĸтpoннoe);
  • питaние (ĸapбюpaтop, инжeĸтop, мoнo-/мyльтитoчeчный впpыcĸ);
  • cтeпeнь фopcиpoвaннocти мотора (cтeпeни cжaтия и ĸoмпpeccии);
  • виды топлива (фopcиpoвaнныe, нaддyвныe, тypбиpoвaнныe и др.).
  • условия эксплуатации двигателя и влияющие на работу факторы. 

В любом ДВС система зажигания настроена тонко, но это не замедлит естественный износ свечей зажигания. Определить степень износа этой детали легко по зазору, выставленному между электродами. Со временем он будет увеличиваться, а сами электроды начнут выгорать. 

Какой зазор должен быть между свечами зажигания, чтобы стало ясно, что пора их менять? Более 0,6-0,7 мм. Чем больше зазор, тем слабее искра и пропуск зажигания в цилиндре. Значит, нельзя ждать, пока зазор станет слишком большим. Отдельные умельцы поджимают выгоревшие электроды пассатижами, но это дает результат лишь на короткое время. 

Когда же лучше менять свечи зажигания? Понятно, что нельзя ждать, пока они развалятся, тогда выкрутить их будет проблематично. Но у каждой свечи есть самая уязвимая часть. Это изолятор. Если он керамический, то обращаться с деталью нужно аккуратно. Малейшие деформации указывают на необходимость замены. 

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.

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.

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).