Доброго времени суток! Приветствую Вас на страницах этого блога. Далеко не последнее место, в этом сложнейшем механизме, как автомобиль, занимают свечи зажигания. Даже больше, это один из самых важных элементов двигателя. И от того, насколько четко они работают, как хорошо за ними ухаживают, будет зависеть качество работы двигателя.

Все о свечах зажигания: принцип работы, особенности эксплуатации и ухода.

Итак. Свеча зажигания – это устройство, которое поджигает смесь из топлива и воздуха, в бензинового типа. Производится поджиг электрическим зарядом, возникающим между электродами, и напряжением в несколько тысяч вольт.

Сегодня, к свечам предъявляют особые требования. Ведь на них действуют самые различные нагрузки. В частности изменения режима работы, от движения по трассам на полном газу, до тихих поездок с частыми остановками в городском режиме. А в процессе всего этого, сказываются тепловые, механические и химические нагрузки.

Выбор свечей зажигания.

Требования, которые предъявляются к современным устройствам:

1. Хорошие изоляционные свойства. Современные свечи должны работать при температуре 1000 градусов .

2. Надежная работа при высоком (до 40 000 Вольт) напряжении.

3. Сопротивляемость тепловым ударам и химическим процессам, которые происходят в камере сгорания.

4. Отличной теплопроводностью должны обладать электроды и изолятор.

Свечи должны обеспечивать стабильную работу двигателя на каждом из режимов: как в холостом, так и при максимальной производительности. Главные характеристики свечей зажигания , это калильное число, рабочая температура, тепловая характеристика, самоочищение, величина искрового промежутка и число боковых электродов.

Калильное число.

Эта характеристика показывает, при каком давлении возникает калильное зажигание в цилиндре, то есть при контакте с нагретыми участками свечи, а не от искры. Данный параметр должен четко соответствовать тому, какой рекомендован для вашего двигателя. Можно использовать свечи с несколько большим калильным числом, и то всего лишь какое-то время, но ни в коем случае нельзя устанавливать свечи с меньшим значением.

Рабочая температура свечи.

Это говорит о температуре рабочей части свечи в данном режиме двигателя. При всех его режимах работы, температура должна быть в пределах 500-900 градусов. При любом раскладе, будь то холостой ход, или режим работы в полную мощность, температура должна оставаться в заданных пределах.

Тепловая характеристика.

Здесь говорится о зависимости теплового конуса изоляции от режима работы двигателя. Чтобы увеличить рабочую температуру, тепловой конус увеличивают. Однако нельзя его нагревать выше 900 градусов, так как возникнет калильное зажигание.

Исходя из тепловой характеристики, свечи можно разделить на два вида: холодные и горячие.

Холодные свечи зажигания используются, если нагрев будет меньше температуры калильного зажигания при максимальных мощностях двигателя. Такие свечи прослужат меньше, если они для данного двигателя «холодные», Так как не будут нагреваться до температуры самоочищения от нагара.

Горячие свечи зажигания предназначаются для тех двигателей, которым нужно достигать температуры очищения от нагара при небольших тепловых нагрузках. Если свечи будут «горячее» чем нужно, то они будут вызывать калильное зажигание.

Самоочищение свечей.

Количественной оценке данная характеристика не поддается. Почти все производители говорят о том, что их продукция обладает самой высокой степенью к самоочищению. Однако, по идее, свечи вообще не должны покрываться нагаром. Только вот в реальных условиях этого почти не добиться.

Число боковых электродов.

Обычно, электродов на свечах два: один электрод центральный, и один боковой. Но сейчас производители стали штамповать и четырехэлектродные свечи. Однако это не значит, что будет четыре искры. Их предназначение в том, чтобы сделать стабильное искрообразование. Это позволит увеличить срок службы свечей, и улучшит работу двигателя на малых оборотах.

Искровой промежуток.

Искровым промежутком называют расстояние, между боковым и центральным электродами. У каждого типа свечей свой определенный зазор, который невозможно отрегулировать. И если у вас получилось «изменить» этот зазор, то единственный способ вернуть все на место, приобрести новые свечи.

Эксплуатация и уход за свечами зажигания.

Уход за свечами зажигания, целиком и полностью, связан с особенностью эксплуатации автомобиля. Давайте разберем основные моменты:

Когда будете устанавливать свечи, затягивать их следует только с рекомендуемым моментом. Лучше всего взять динамометрический ключ, им можно ограничить момент натяжки.

Проверяйте, исправна ли система зажигания автомобиля. Позднее, или наоборот раннее зажигание, плохие контакты свечных проводов, проблемы в цепи высокого напряжения – все это может негативно сказаться не только на свечах, но и в целом на работе двигателя.

Большую роль играет качество топлива. Заправляйтесь только на проверенных АЗС , и только качественным топливом. Так как если в бензине будут примеси железа, это вызовет красноватый нагар на свечах зажигания.

Средний ресурс свечи зажигания, составляет от 25000 до 35000 километров. И чтобы они прослужили все это время, а так же для обеспечения качественной работы двигателя, время от времени следует их снимать и производить осмотр.

При осмотре уделите внимание конусу зажигания, там может быть образован нагар, который очень многое может сказать о состоянии двигателя. К примеру: если нагар черный и маслянистый, значит в картере переизбыток масла . Черный и сухой, означает слишком длительную работу на холостых оборотах или недостаточную нагрузку. Белый нагар говорит о перегреве, либо слишком раннем опережении зажигания.

Далее, придется эту свечу от нагара очищать. Способов очистки существует несколько: физический и химический. При физической очистке нагар удаляется с помощью наждачной шкурки или металлической щетки. При этом нельзя использовать какие-либо острые предметы, так как они могут повредить керамический изолятор свечи, из-за чего увеличится образование нагара, и свеча выйдет из строя раньше времени.

При химической очистке свечи выдерживают в бензине, высушивают, затем полчаса держат в растворе 20% уксуснокислого ацетата. После этого их очищают щеткой, промывают водой и высушивают. Уксусную кислоту следует нагреть, но не более чем 90 градусов. Делайте все это в хорошо проветриваемом помещении и подальше от открытого огня, так как и бензин, и пары уксусной кислоты очень опасны.

После того, как свечи будут очищены, проверьте зазор между электродами. Рекомендуемый зазор для вашего автомобиля вы можете узнать из его руководства по эксплуатации. Проверить величину зазора можно при помощи круглого щупа. Ну а регулировку можно сделать путем подгиба бокового электрода. Но делать это следует осторожно, так как если зазор будет недостаточным, возможно замыкание между электродами, а если избыточным, возможно отсутствие искры или большая потеря ее мощности.

Помните, свеча зажигания – это один из важнейших элементов двигателя. И ее неисправность сильно скажется на его производительности. И чтобы не допустить этого, следует соблюдать все вышеуказанные меры. Удачи Вам!

В процессе работы двигателя на свечи воздействуют электрические, тепловые, механические и химические нагрузки. Разберемся, как работают свечи зажигания автомобиля.

Какие нагрузки испытывают свечи?

Тепловые нагрузки. Свечу устанавливают в головке блока цилиндров так, что ее рабочая часть находится в камере сгорания, а контактная - в подкапотном пространстве. Температура газов в камере сгорания изменяется от нескольких десятков градусов на впуске до двух-трех тысяч при сгорании. Температура под капотом автомобиля может достигать 150 °С. Из-за неравномерности нагрева температура в различных сечениях свечи может отличаться на сотни градусов, что приводит к тепловым напряжениям и деформациям. Это усугубляется тем, что изолятор и металлические детали отличаются по величине коэффициента термического расширения.

Механические нагрузки. Давление в цилиндре двигателя изменяется от давления ниже атмосферного на впуске до 50 кгс/см2 и выше при сгорании. При этом свечи дополнительно подвергаются вибрационным нагрузкам.

Химические нагрузки. При сгорании образуется целый "букет" химически активных веществ, способных вызвать окисление даже весьма стойких материалов, тем более что рабочая часть изолятора и электродов может иметь рабочую температуру до 900 °С.

Электрические нагрузки. При искрообразовании, длительность которого может составлять до 3 мс, изолятор свечи оказывается под воздействием импульса высокого напряжения. В некоторых случаях напряжение может достигать 20-25 кВ. Некоторые типы систем зажигания могут создавать напряжение значительно выше, но его ограничивает пробивное напряжение искрового зазора.

Отклонения от нормального процесса сгорания

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

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

Калильное зажигание. Различают преждевременное , сопровождающее появлением искры и запаздывающее - вызванное перегретыми участками поверхностей выпускного клапана, поршня или свечи. При преждевременном калильном зажигании самопроизвольно увеличивается угол опережения зажигания. Это приводит к росту температуры, детали двигателя перегреваются и угол опережения зажигания еще больше увеличивается. Процесс принимает ускоряющийся характер до момента, когда угол опережения зажигания станет таким, что мощность двигателя начнет падать.

При калильном зажигании вероятны повреждения выпускного клапана, поршня, поршневых колец и прокладки головки блока цилиндров. У свечи могут сгореть электроды или оплавиться изолятор.

Детонация - возникает при недостаточной детонационной стойкости топлива в наиболее удаленном от свечи месте, в результате сжатия еще не сгоревшей горючей смеси. Детонация распространяется со скоростью 1500-2500 м/с, что превышает скорость звука и вызывает локальный перегрев цилиндра, поршня, клапанов и свечи. На изоляторе свечи могут образоваться сколы и трещины, электроды могут оплавиться и полностью выгореть.

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

Особенностью детонации является задержка по времени от момента наступления необходимых условий до ее возникновения. В связи с этим детонация наиболее вероятна при относительно небольших оборотах двигателя и полной нагрузке, например при движении автомобиля на подъеме при полностью нажатой педали газа. Если при этом мощность двигателя оказывается недостаточной, скорость автомобиля и частота вращения мотора уменьшаются. При недостаточном октановом числе топлива возникает детонация, сопровождаемая звонким металлическим стуком.

Дизелинг. В некоторых случаях возникает неуправляемая работа бензинового двигателя с выключенным зажиганием при очень малой частоте вращения мотора. Это явление возникает из-за самовоспламенения горючей смеси при сжатии, подобно тому, как это происходит в дизелях.

На двигателях, где не исключена возможность подачи топлива в цилиндр при выключенном зажигании, дизелинг возникает при попытке остановить двигатель. При выключении зажигания двигатель продолжает работать с очень малыми оборотами и крайне неравномерно. Это может продолжаться несколько секунд, затем двигатель самопроизвольно останавливается.

Причина дизелинга - в особенностях конструкции камеры сгорания и в качестве топлива. Свечи не могут являться причиной этого явления, так как их температура при малых оборотах явно недостаточна для воспламенения горючей смеси.

Нагар на свече - это твердая углеродистая масса, образующаяся при температуре поверхности 200°С и выше. Свойства, внешний вид и цвет нагара зависят от условий его образования, состава топлива и моторного масла. Если свечу очистить от нагара, то ее работоспособность восстанавливается. Поэтому одно из требований к свече - способность самоочищаться от нагара.

Удаление нагара, если в продуктах сгорания нет несгораемых веществ, происходит при температуре 300-350°С - это нижний предел работоспособности свечи. Эффективность самоочищения от нагара зависит от того, как быстро изолятор нагреется до этой температуры после пуска двигателя.

Свеча зажигания — это, по сути, электрод, который подает электроэнергию из системы зажигания в камеру сгорания. Система зажигания должна сгенерировать величину напряжения, которой будет достаточно для формирования искры.

Что такое свеча зажигания?

Свеча зажигания — специальное устройство для воспламенения горючей смеси в цилиндре двигателя. Процесс работы одного цилиндра можно разделить на 4 пункта:

• Заполнение цилиндра горючим веществом.
• Сжатие горючего вещества поршнем и воспламенение вещества свечой.
• Процесс расширения объема цилиндра за счет движения поршня в обратном направлении (При воспламенении давление существенно увеличивается, из-за чего происходит обратное движение поршня и за счет этой силы автомобиль может ездить).
• Выталкивание продуктов сгорания через выхлопную трубу машины.

Процесс работы двигателя — круговой, в двигателе любой машины далеко не один цилиндр, количество свечей всегда равняется количеству цилиндров. Из-за этого могут возникать огромные проблемы с двигателем. Ведь если у вас сломается свеча в одном цилиндре, или же случится поломка в самом цилиндре, вы не сможете отличить эти нюансы. При каких-либо проблемах с двигателем большинство первым делом меняет свечи, отчасти это правильный ход. Ведь починка двигателя и даже его разбор стоит дороже чем новые свечи.

Отклонения от нормального процесса сгорания

Отклонения в работе свечи от нормального процесса сгорания бывают разными, при неисправной свечи могут пропускаться воспламенения, что чревато отказа в работе одной камеры цилиндра. Одним из частых отклонений является калильное зажигание, оно сопровождается ранним выходом искры или же запозданием, вследствие чего двигатель не будет работать на полную мощность. Очень распространенной проблемой является также детонация . Она возникает в наиболее удаленном от свечи месте в цилиндре и происходит из-за сильного сжатия топлива.

Признаки и причины неисправности

Теперь поговорим о неисправности свечей, если же вы не хотите покупать новые свечи или же просто хотите разобраться в проблеме, то первым делом нужно вынуть каждую из свечей и осмотреть её на наличие какого-либо налёта или влажных отложений . Если сопротивление между земельным и заземляющим электродом падает до нуля, то конец свечи может быть загрязнен сажей. Из-за чего это происходит? Чаще всего это загрязнение воздушного типа фильтра и слабая искра. Сажистые отложения приводят к тому, что свеча иногда будет пропускать воспламенение.

Из-за резкого роста температур в камере цилиндра при усиленной работе цилиндра свеча может частично плавиться, на свече появляется свинцовый налет. На повышение температур очень сильно влияет само топливо, которое использует машина. Это возникает из-за калильного зажигания свечи. Тут проблема может быть в выпускном клапане, поршне, поршневых кольцах, в результате чего может оплавиться изолятор свечи.

При наличии металлических стуков во время езды, вибрациях, увеличении расхода топлива, возможна детонация топлива в поршне . Чаще детонация происходит на относительно небольших скоростях при подъеме. Причин возникновения детонаций много:

1. это слишком быстрая работа поршня (поршень сжимает смесь очень быстро и давление увеличивается до максимально допустимого);
2. очень большая задержка в работе свечи (свеча срабатывает с огромным опозданием, за это время поршень увеличивает давление до максимально допустимого);
3. неисправность всего цилиндра или двигателя.

При выборе свечей на свой автомобиль нужно учитывать два основных параметра:

• габариты свечи;
• калильное число.

Габариты свечи очень важны, ведь свеча с другими габаритами может просто не подойти к вашему автомобилю и в магазине вам могут отказать в возврате товара. Калильное число тоже играет огромную роль:

1. Свечи с низким калильным числом чаще всего используются на легковых автомобилях, которые не предназначены для скоростной езды.
2. Свечи со средним калильным числом рассчитаны на медленную и спокойную езду, а также невысокую нагрузку.
3. Свечи с высоким калильным числом используют для спортивных автомобилей, такие свечи имеют большой запас прочности и более стойки к работе в условиях повышенной температуры.

Также нужно учитывать ваше местоположение, ближе к югу, где температура значительно превышает другие области, нагрузка на свечи существенно увеличивается.

Перед покупкой нужно обязательно учитывать все нюансы, съездить в несколько магазинов и спросить у продавцов, но главное, конечный выбор должны сделать вы, от этого зависит производительность вашего двигателя и его долговечность.

Назначение свечи зажигания

Одним из важнейших элементов систем зажигания двигателей внутрен-него сгорания являются свечи. Предназначены они для воспламенения горючей смеси в цилинд-рах 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 искро-вом зазоре между электродами.

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

В процессе работы из-за неполноты сгорания в пристеночной зоне на рабо-чих деталях свечи образуется нагар. Чтобы избавиться от него свечи должны самоочищать-ся, автоматически поддерживая необходимую рабочую температуру в темпера-турных пределах, обеспечивающих удаление нагара и исключающих возмож-ность калильного зажигания.

Свечи должны обеспечивать свою работоспособность в условиях с повышенными электри-ческими. 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 подбо-ра 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 двига-телю по конструкции, основным размерам, величине искрового зазора и тепло-вой 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 электри-ческий 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 про-исходит цепная реакция ионизации, газ становится проводником, и образуется проводящий канал.

Это явление называется пробоем, первой фазой существова-ния искры.

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

Первона-чально процесс протекает в очень узкой зоне, но вследствие быстрого нарастания температуры канал расширяется со сверхзвуковой скоростью. При этом образу-ется 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 достиг-нуть величины до 6000 К.

Скорость расширения проводящего канала стабили-зируется. а затем уменьшается до нормальной скорости распространения пла-мени.

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 недостаточ-ным 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 распро-странения 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 те-пловой характеристики - величи-на, равная рабочей температуре свечи, при которой возникает ка-лильное зажигание.

«Горячая» или «холодная» свечи - при прочих равных условиях имею-щие соответственно большую или меньшую рабочую температуру.

Детонация - аномальный процесс сгорания, имеющий взрывной ха-рактер с резким местным повыше-нием температуры и образованием ударной волны. Сопровождается звонким металлическим стуком, вызванным вибрацией деталей двигателя.

Искрообразование - возникновение искрового разряда в искровом за-зоре свечи в период от пробоя до угасания.

Искровая свеча зажигания (свеча зажигания, свеча) - электриче-ский ввод в комбинации с искро-вым разрядником, предназначен-ный для воспламенения горючей смеси в цилиндре двигателя при помощи искрового разряда в зазо-ре между электродами.

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

Искровой разряд (электрическая искра, искра) - нестационарный электрический разряд в газе, воз-никающий в электрическом поле.

Калильное зажигание - воспламене-ние горючей смеси, вызванное от-дельными перегретыми участками поверхностей выпускного клапана, поршня, цилиндра или свечи.

Калильное число свечи - условная величина, численно равная средне-му индикаторному давлению в ци-линдре двигателя испытательной установки, при котором появляется калильное зажигание.

Контактная часть свечи - элементы со стороны высоковольтного про-вода: головка изолятора, контакт-ная головка и контактная гайка.

Нагар - образовавшиеся на поверхно-сти рабочей части свечи продукты неполного сгорания.

Нижний температурный предел те-пловой характеристики - величи-на, равная температуре рабочей части свечи, при которой нагар вы-горает.

Работоспособность свечи - обеспече-ние бесперебойного новообразова-ния и герметичности в условиях, пре-дусмотренных нормативно-техниче-ской документацией и стандартами.

Рабочая камера свечи - полость, образуемая внутренней поверхно-стью корпуса и наружной поверхно-стью теплового конуса изолятора, сообщающаяся с камерой сгора-ния двигателя.

Рабочая температура свечи - тем-пература 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 каме-ре свечи, воспринимающая своей поверхностью поток тепла от пламени и раскаленных сгоревших газов.

Тепловая характеристика свечи - зависимость рабочей температу-ры свечи от режимов работы дви-гателя.

Цоколь свечи - часть корпуса с резь-бой, предназначенная для уста-новки свечи в двигателе и для связи электрической цепи высоко-го напряжения системы зажигания с «массой».

Шунтирование системы зажига-ния - короткое замыкание высоко-вольтной цепи системы зажигания на «массу» при утечке тока по нага-ру на поверхности теплового кону-са изолятора и (или) по токопро-водящему мостику в искровом зазоре.

Электропроводный (токопроводя-щий) мостик - нагар, частично или полностью заполняющий искровой зазор, обладающий проводи-мостью и создающий электриче-скую цепь, замыкающую изолиро-ванный

Условия работы свечи зажигания

Современные поршневые двигатели внутреннего сгорания работают по четы-рехтактному или двухтактному рабочему циклу.

Автомобильные двигатели, за ред-ким 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, осу-ществляемому за один оборот коленчатого вала и два хода поршня.

В процессе работы двигателя на свечи воздействуют переменные электриче-ские, тепловые, механические и химические нагрузки с частотой, пропорцио-нальной 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. Темпера-тура 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 поврежде-нию изолятора.

Из-за неравномерности нагрева температура 8 различных сечениях свечи мо-жет отличаться на сотни градусов, что приводит к тепловым напряжениям и дефор-мациям. 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 материа-лов, 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 им-пульса высокого напряжения, максимальное значение которого зависит от дав-ления и температуры в камере сгорания и величины искрового зазора. В неко-торых 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 напря-жение поверхностного перекрытия изолятора.

В дуговой фазе разряда протекание сильного тока приводит к появлению го-рячих 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 электро-дов. 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 нарастани-ем температуры и давления в цилиндре двигателя. В результате искрового зажи-гания 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 мож-но 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 воспламе-нение может быть вызвано тлеющими частицами нагара.

При преждевременном калильном зажигании самопроизвольно увеличивается угол опережения зажига-ния. Это приводит к росту скорости нарастания давления и температуры, увели-чивается их максимальное значение, детали двигателя перегреваются и угол опережения зажигания еще больше увеличивается. Процесс принимает ускоря-ющийся 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 поверхно-стей, 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, электро-ды могут оплавиться и даже полностью выгореть.

Характерными признаками детонации являются металлические стуки, вибрация и потеря мощности двига-теля, увеличение расхода топлива и иногда появление черного дыма из выпуск-ной 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 недостаточ-ном в данных условиях октановом числе топлива возникает детонация, сопровож-даемая звонким металлическим стуком.

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

Безусловным является требование использовать только топливо, соответст-вующее двигателю по октановому числу.

Дизелинг.

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

На двигателях, преимущественно карбюраторных, где не исключена воз-можность подачи топлива в цилиндр при выключенном зажигании, дизе-линг возникает при попытке остановить двигатель. При выключении зажигания двигатель продолжает работать с очень малыми оборотами и крайне неравно-мерно. Это может продолжаться несколько секунд, иногда дольше, затем двига-тель самопроизвольно останавливается. Объяснять это явление калильным за-жиганием от перегретой свечи было бы неправильно, она тут ни при чем.

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

Качество топлива и моторного масла

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

Детонационная стойкость топлива зависит от его химического состава и структу-ры углеводородов, полученных при переработке нефти. Способность сопротив-ляться 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 перера-ботку 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 неф-ти на крупных нефтеперерабатывающих заводах ее подвергают сложной технологи-ческой обработке с целью расщепления крупных молекул на мелкие, стабилизации химического состава и удаления вредных примесей, особенно серы. Выход бензи-на увеличивается до 60 %. Затем, путем смешения продуктов первичной и вторич-ной переработки нефти с добавлением различных присадок получают товарные бензины. Автомобильные бензины одной мархи, производимые на разных предпри-ятиях, в связи с разницей в технологии, имеют несколько различные составы.

Для повышения октанового числа в бензин добавляют антидетонаторы - хи-мические соединения, подавляющие детонацию. Для удаления из камеры сгора-ния продуктов сгорания при применении антидетонационных присадок в топливо добавляют так называемые выносители - химические вещества, способствую-щие удалению продуктов сгорания. Тем не менее, условия работы свечи при ис-пользовании антидетонаторов существенно ухудшаются.

Полностью удалить продукты сгорания не удается, и на электродах и тепло-вом конусе изолятора свечи образуется нагар. Под воздействием температуры эти отложения могут стать электропроводящими и вызвать частичный или пол-ный 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 раз-личные железосодержащие антидетонаторы и традиционный антидетонатор на ос-нове 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 токо-проводящего нагара красного цвета на свечах. Этот нагар практически невоз-можно удалить, он приводит к полному и необратимому их отказу.

Коррозионное воздействие бензина определяется содержанием кислот, щело-чей 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 способст-вуют образованию нагара, однако полностью избавиться от них непросто, особен-но при переработке сернистой нефти.

Большинство моторных масел имеют нефтяное происхождение и содержат присадки: противостоящие износу, стабилизирующие, антикоррозионные, мою-щие 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 моторно-го масла. В некоторых случаях, особенно на двухтактных двигателях, нагар может образовать в искровом зазоре электропроводный мостик и вызвать короткое замы-кание во вторичной цепи системы зажигания.

И в том, и в другом случае происхо-дит частичное или полное прекращение искрообразования.

Если свечу очистить от нагара, то ее работоспособность восстанавливается. Поэтому одно из важней-ших 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, проис-ходит при температуре 300-350°С - это нижний температурный предел работо-способности 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 соот-ветственно 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,

Давайте представим, что происходит при исправной свече зажигания. Искрообразование происходит благодаря высокому импульсному напряжению, передаваемому от катушки (модуля) зажигания по броне проводу на центральный электрод свечи (сердечник). Эта искра воспламеняет сжатую в камере сгорания топливовоздушную смесь. Создаваемый разряд чрезвычайно короткой длительности (1/1000 секунды). Диапазон подаваемого напряжения варьируется от 4 тыс. до 28 тыс. вольт. Большой зазор, работа мотора «в натяг», состояние компрессии оказывают влияние на величину напряжения искрообразования между электродами.
Основная роль свечи зажигания заключается в формировании сильной искры в точно заданный момент времени.

Воспламенение

Процесс воспламенения происходит от частиц топлива располагаемых между электродами при создании искры. В результате химической реакции (окисления) и формирования искры образуется тепловая реакция, переходящая в пламя. Это тепло активизирует окружающую топливовоздушную смесь, распространяя горение по всей камере сгорания. В случае образования слабой искры происходит недостаточное формирование пламени и выработки тепла, пламя гаснет и прекращает горение. При увеличенном зазоре для формирования искрового разряда требуется подача большего количества напряжения, что может достичь пределов производительности катушки зажигания, снизив производительность свечи (воспламенителя).

Для определения момента времени возникновения искрового разряда поршень выставляют в верхнюю точку такта сжатия топливовоздушной смеси и устанавливают зажигание с небольшим опережением. Если воспламенить смесь раньше определённого времени, давление вырастет до прохождения поршнем цикла сжатия, потеряется мощь мотора, при продолжительной работе произойдёт повреждение двигателя, детонация - момент, когда искра проскакивает до достижения поршнем верхней точки, где пик давления рабочей смеси в такте сжатия не создан, что приводит к нестабильной работе двигателя. Время образования искрового разряда на свечах определяется компьютером или катушкой зажигания.

Рисунок 1. Изменение напряжения разряда

1. увеличение напряжение
2. искрообразование
3. ёмкостная искра
4. индукционная искра
5. одна миллисекунда
6. график напряжения, T - график времени

Переход первичного напряжения в точке «а» в возрастание вторичного (1).
В точке «b» происходит частичное повышение напряжения, достаточное для формирования разряда и возникновения искры (2).
В промежутке «b» и «c» устанавливается ёмкость искры. В начале момента разряда искра генерируется электрической энергией, накопленной во вторичном контуре. Ток большой, длительность короткая (3).
Между «с» и «d» происходит индукционная искра (4). Искра порождается электромагнитной энергией катушки. Ток мал, но больше длительность. Промежуток времени с точки «с» продолжается в течение примерно 1 миллисекунды (5), в точке «d» разряд заканчивается.

Режимы работы

На выбор типа и модели свечи оказывают влияние различные обстоятельства, такие как техническое состояние двигателя, условия передвижения, манера вождения. Например, при монотонном движении в течение длительного времени с обычными свечами будет происходить перегрев корпуса свечи и электродов. Поэтому важно выбирать свечи соответственно режиму эксплуатации.

Зазор свечи зажигания. Напряжение разряда повышается пропорционально зазору свечи. В процессе работы зазор свечи увеличивается, сердечник изнашивается, поэтому требуется высокое напряжение, что неизбежно приводит к пропускам зажигания.

Форма электрода. Искровой разряд легче проскакивает на угловых, острых частях электрода. Старые свечи с закругленными электродами хуже подвержены искрообразованию и более вероятны осечки.

Степень сжатия. Напряжение разряда поднимается пропорционально степени сжатия. Сжатие выше при низкой скорости и повышенной нагрузке на двигатель.

Температура топливовоздушной смеси. Напряжение разряда снижается при повышении температуры топливовоздушной смеси. Чем ниже температура двигателя, тем больше должно быть напряжение, так что пропуски зажигания чаще проявляются при холодных погодных условиях.

Температура электрода. Напряжение разряда снижается при повышении температуры электрода. Температура возрастает пропорционально частоте вращения двигателя. Пропуски зажигания чаще проявляются при низкой скорости передвижения.

Влажность. При повышении влажности температура электрода уменьшается, поэтому требуется большее напряжение разряда.

Соотношение топлива и воздуха. Напряжение разряда зависит от объёма топливовоздушной смеси, чем меньше объём, тем больше требуется напряжение. Если объём топливовоздушной смеси уменьшится вследствие неисправности топливной системы возможно появление пропусков зажигания.

Степень нагрева свечи (калильное число). Тепло, передаваемое электродам воспламенителя в результате сгорания топлива, рассредотачивается по пути, показанному на рисунке 2.

Рисунок 2. Распределение тепла свечи зажигания при сгорании топлива

• охлаждающая жидкость
• охлаждение при подаче топливовоздушной смеси через впускной клапан

Степень, при которой происходит рассеивание тепла, получаемого свечой, называется степень нагрева (рисунок 3). Свечи с высокой степенью рассеивания тепла называют «холодными», с низкой степенью рассеивания тепла называют «горячими». Это, в значительной степени, определяется температурой газа внутри камеры сгорания и конструкцией свечи.

Рисунок 3. Степень нагрева свечи

• "Холодные" свечи
• "Горячие" свечи
• Газовый карман

У «холодных» свечей длинный металлический цоколь и больше площадь охлаждаемой поверхности, подверженной влиянию пламени и газа. Хорошее рассеивание тепла. У свечей с низкой степенью рассеивания короткий цоколь и невелика площадь охлаждаемой поверхности.

Зависимость между температурой воспламенителя и скоростью транспортного средства выражена графиком на рисунке 4. Существуют ограничения по температуре,при достижении которой свечи не должны эксплуатироваться: наименьшее значение температуры самоочищения и верхнее значение капильного зажигания. Хорошая работа обеспечивается при нагреве центрального электрода от 500 °С до 950 °С.

Рисунок 4. Влияние скорости передвижения на степень нагрева свечи

• Низкая степень нагрева свечи
• Нормальная работа свечи
• Высокая степень нагрева свечи

S — Скорость транспортного средства
T — Температура свечи

Температура самоочищения свечи

Когда температура сердечника составляет 500 °С или ниже в процессе воспламенения и сгорания топливовоздушной смеси происходит выделение свободного углерода, топливо полностью не сгорает и осаждается на поверхности изолятора и металлического цоколя, создавая «мостики» из нагара между изолятором и корпусом. Происходят утечки электричества, неполное искрообразование, вызывая сбои зажигания. Температура в 500 °С называется температурой самоочистки свечи, так как при более высоких температурах углерод сгорает полностью.

Температура образования калильного зажигания

При нагреве сердечника выше 950 °С происходит калильное зажигание. Это означает, что электрод выступает в качестве источника тепла и воспламенение топлива происходит без искры. Таким образом, падает мощность двигателя, что приводит к повышенному износу электродов и повреждению изолятора.

Степень нагрева

Свечи с низкой степенью рассеивания тепла оборудованы сердечником, температура которого поддерживается даже при низкой скорости передвижения. Поэтому они легко достигают температуры самоочистки не позволяя углероду осаждаться на изоляторе.

С другой стороны, центральный электрод с высокой степенью нагрева не поддается легкому нагреву, что не позволяет им достичь температуры калильного зажигания даже при высокой скорости и повышенной нагрузке. Этот тип свечи применяется на скоростных и мощных моторах. Выбор свечи с соответствующим диапазоном нагрева должен основываться на характеристиках двигателя и условиях эксплуатации.

Степень нагрева свечи зависит от сезона использования

Когда температура воздуха летом высокая, температура воздуха на входе выше, что увеличивает нагрузку на двигатель. В такое время, лучше выбрать свечи с более высоким диапазоном нагрева.

Большая мощность двигателя требует установку свечей с более высоким диапазоном нагрева.
Если мощность была увеличена за счет тюнинга произойдёт повышение температуры в цилиндре, предвестнику калильного зажигания. Во избежание подобного повышайте калильное число и уровень теплостойкости.

Подведём итог

Калильное число означает соответствие свечи условиям нормальной работы. Температура топливной смеси при сгорании превышает 1 800 - 2 000°С. Если свеча правильно подобрана к определённому типу двигателя, то процесс воспламенения топливной смеси будет оптимальным для сгорания топлива и сжигания образованных отложений:
не произойдёт перегрев свечи и преждевременное воспламенение, называемое зажиганием калильным, когда микс воздуха и топлива воспламеняется от воспламененных поверхностей камеры сгорания (электроды свечи, выпускной клапан, толстый нагар);
не произойдет детонации, специфичного постукивания, проявляющегося при функционировании на низко октановом топливе с возрастанием нагрузки на мотор, когда часть смеси сгорает быстрее обычного, образуя ударную волну в камере сгорания.

При оптимальном функционировании всех составляющих мотора нижняя часть свечи нагревается до 600 градусов, происходит выгорание масла и излишков топлива, попадающих на электроды, производя процедуру самоочищения. При несоответствии калильного числа характеристикам эксплуатации, отложения на элементах цилиндра происходят активнее, чем выгорают.

Однако возможны ситуации применения отличного от рекомендованного калильного числа. Увеличение числа сожжет нагар в изношенном моторе, работающем большую часть времени на холостом ходу, или автомобиле, используемом для коротких отрезков. При отсутствии проблем с нагаром двигателя горячие свечи противопоказаны, возникает риск преждевременного воспламенения, детонации.

Особые авто (гоночные, работающие на повышенных нагрузках, высоких оборотах длительное время) предпочитают «холодные» свечи, минимум вероятности проявления калильного зажигания. Холостой ход и малая скорость приведут болиды к образованию отложений на поршневой группе.

На сегодняшний день многие производители выпускают свечи с расширенным интервалом нагрева, внедряя сердечник из меди или платины. Медь - отличный проводник тепла, позволяет изолятору выдерживать повышенный нагрев, сжигая загрязняющие отложения до состояния калильного зажигания. Платина также отлично отводит тепло от сердечника.

Полезная информация

А Вы знаете, что на свечах зажигания больше всего иридия, чем где-либо! Иридиевый сплав наносят на центральный электрод лазерной сваркой для снижения электрической эрозии.