Доброго часу доби! Вітаю Вас на сторінках цього блоґу. Далеко не останнє місце, у цьому найскладнішому механізмі, як автомобіль, займають свічки запалювання. Навіть більше, це один із найважливіших елементів двигуна. І від того, наскільки чітко вони працюють, як добре їх доглядають, залежатиме якість роботи двигуна.

Все про свічки запалювання: принцип роботи, особливості експлуатації та догляду.

Отже. Свічка запалювання – це пристрій, який підпалює суміш із палива та повітря, у бензинового типу. Виробляється підпал електричним зарядом, що виникає між електродами, і напругою кілька тисяч вольт.

Сьогодні, до свічок висувають особливі вимоги. Адже на них діють різні навантаження. Зокрема зміни режиму роботи, від руху трасами на повному газу, до тихих поїздок із частими зупинками у міському режимі. А в процесі всього цього позначаються теплові, механічні та хімічні навантаження.

Вибір запалювання свічок.

Вимоги, які висуваються до сучасних пристроїв:

1. Хороші ізоляційні властивості. Сучасні свічки повинні працювати за температури 1000 градусів.

2. Надійна робота при високій (до 40 000 Вольт) напрузі.

3. Опір тепловим ударам та хімічним процесам, що відбуваються в камері згоряння.

4. Відмінною теплопровідністю повинні мати електроди та ізолятор.

Свічки повинні забезпечувати стабільну роботу двигуна на кожному з режимів: як у холостому, так і за максимальної продуктивності. Головні характеристики свічок запалювання , це калільне число, робоча температура, теплова характеристика, самоочищення, величина іскрового проміжку та число бічних електродів.

Напальне число.

Ця характеристика показує, за якого тиску виникає калільне запалювання в циліндрі, тобто при контакті з нагрітими ділянками свічки, а не від іскри. Цей параметр повинен чітко відповідати тому, який рекомендований для вашого двигуна. Можна використовувати свічки з дещо більшим гартальним числом, і то лише якийсь час, але в жодному разі не можна встановлювати свічки з меншим значенням.

Робоча температура свічки.

Це говорить про температуру робочої частини свічки у режимі двигуна. За всіх його режимів роботи температура повинна бути в межах 500-900 градусів. При будь-якому розкладі, чи то холостий хід, чи режим роботи на повну потужність, температура повинна залишатися в заданих межах.

Теплова характеристика

Тут йдеться про залежність теплового конуса ізоляції від режиму роботи двигуна. Щоб збільшити робочу температуру тепловий конус збільшують. Однак не можна його нагрівати вище 900 градусів, оскільки виникне гартальне запалення.

Виходячи з теплової характеристики, свічки можна розділити на два види: холодні та гарячі.

Холодні свічки запалюваннявикористовуються, якщо нагрівання буде менше температури калільного запалювання при максимальних потужностях двигуна. Такі свічки прослужать менше, якщо вони для даного двигуна «холодні», оскільки не нагріватимуться до температури самоочищення від нагару.

Гарячі свічки запалюванняпризначаються тим двигунів, яким потрібно досягати температури очищення від нагару при невеликих теплових навантаженнях. Якщо свічки будуть «гарячі», ніж потрібно, то вони викликатимуть гартове запалювання.

Самоочищення свічок.

Кількісної оцінки ця характеристика не піддається. Майже всі виробники говорять про те, що їхня продукція має найвищий ступінь до самоочищення. Однак, за ідеєю, свічки взагалі не повинні покриватися нагаром. Тільки от у реальних умовах цього майже не досягти.

Число бічних електродів.

Зазвичай електродів на свічках два: один електрод центральний, і один бічний. Але зараз виробники стали штампувати і чотириелектродні свічки. Однак це не означає, що буде чотири іскри. Їхнє призначення в тому, щоб зробити стабільне іскроутворення. Це дозволить збільшити термін служби свічок і покращить роботу двигуна на малих оборотах.

Іскровий проміжок.

Іскровим проміжком називають відстань між бічним і центральним електродами. Кожен тип свічок має певний зазор, який неможливо відрегулювати. І якщо вам вдалося «змінити» цей зазор, то єдиний спосіб повернути все на місце, придбати нові свічки.

Експлуатація та догляд за свічками запалювання.

Догляд за свічками запалювання цілком і повністю пов'язаний з особливістю експлуатації автомобіля. Давайте розберемо основні моменти:

Коли встановлюватимете свічки, затягувати їх слід тільки з рекомендованим моментом. Найкраще взяти динамометричний ключ, ним можна обмежити момент натяжки.

Перевіряйте, чи справна система запалювання автомобіля. Пізніше, або навпаки раннє запалювання, погані контакти проводів свічок, проблеми в ланцюгу високої напруги - все це може негативно позначитися не тільки на свічках, але і в цілому на роботі двигуна.

Велику роль відіграє якість палива. Заправляйте тільки на перевірених АЗС, і лише якісним паливом. Так як якщо в бензині будуть домішки заліза, це викличе червоний нагар на свічках запалювання.

Середній ресурс свічки запалювання становить від 25000 до 35000 кілометрів. І щоб вони прослужили весь цей час, а також для забезпечення якісної роботи двигуна, час від часу слід їх знімати та проводити огляд.

При огляді приділіть увагу конусу запалення, там може бути утворений нагар, який дуже багато може сказати про стан двигуна. Наприклад: якщо нагар чорний і маслянистий, значить у картері надлишок олії. Чорний і сухий означає занадто тривалу роботу на холостих обертах або недостатнє навантаження. Білий нагар говорить про перегрівання, або надто раннє випередження запалювання.

Далі доведеться цю свічку від нагару очищати. Способів очищення існує кілька: фізичний та хімічний. При фізичному очищенні нагар видаляється за допомогою наждакової шкірки або металевої щітки. При цьому не можна використовувати будь-які гострі предмети, оскільки вони можуть пошкодити керамічний ізолятор свічки, через що збільшиться утворення нагару і свічка вийде з ладу раніше часу.

При хімічному очищенні свічки витримують у бензині, висушують, потім півгодини тримають у розчині 20% оцтовокислого ацетату. Після цього їх очищають щіткою, промивають водою та висушують. Оцтову кислоту слід нагріти, але не більше ніж 90 градусів. Робіть все це в приміщенні, що добре провітрюється, і подалі від відкритого вогню, так як і бензин, і пари оцтової кислоти дуже небезпечні.

Після того, як свічки будуть очищені, перевірте проміжок між електродами. Рекомендований проміжок для вашого автомобіля ви можете дізнатися з його посібника з експлуатації. Перевірити величину зазору можна за допомогою круглого щупа. Ну а регулювання можна зробити шляхом підгину бокового електрода. Але робити це слід обережно, тому що якщо зазор буде недостатнім, можливе замикання між електродами, а якщо надлишковим, можлива відсутність іскри або велика втрата її потужності.

Пам'ятайте, свічка запалювання – це один із найважливіших елементів двигуна. І її несправність сильно позначиться з його продуктивності. І щоб не допустити цього, слід дотримуватися всіх вищевказаних заходів. Удачі вам!

У процесі роботи двигуна на свічки впливають електричні, теплові, механічні та хімічні навантаження. Розберемося, як працюють свічки запалювання автомобіля.

Які навантаження зазнають свічки?

Теплові навантаженняСвічку встановлюють у головці блоку циліндрів так, що її робоча частина знаходиться в камері згоряння, а контактна - у підкапотному просторі. Температура газів у камері згоряння змінюється від кількох десятків градусів на впуску до двох-трьох тисяч при згорянні. Температура під капотом автомобіля може сягати 150 °С. Через нерівномірність нагрівання температура в різних перерізах свічки може відрізнятися на сотні градусів, що призводить до теплових напруг та деформацій. Це посилюється тим, що ізолятор та металеві деталі відрізняються за величиною коефіцієнта термічного розширення.

Механічні навантаженняТиск у циліндрі двигуна змінюється від тиску нижче атмосферного на впуску до 50 кгс/см2 і вище при згорянні. При цьому свічки додатково піддаються вібраційним навантаженням.

Хімічні навантаження.При згорянні утворюється цілий "букет" хімічно активних речовин, здатних викликати окислення навіть дуже стійких матеріалів, тим більше робоча частина ізолятора і електродів може мати робочу температуру до 900 °С.

Електричне навантаження.При іскроутворенні, тривалість якого може становити до 3 мс, ізолятор свічки виявляється під впливом імпульсу високої напруги. У деяких випадках напруга може досягати 20-25 кВ. Деякі типи систем запалювання можуть створювати напругу значно вище, але її обмежує пробивне напруження іскрового зазору.

Відхилення від нормального процесу згоряння

За деяких умов нормальний процес згоряння може порушуватися, що відбивається на надійності та термін служби свічки. До таких порушень відносять такі:

Пропуски займання.Можуть виникнути через збіднену горючу суміш, пропуски іскроутворення або недостатню енергію іскри. При цьому посилюється процес утворення нагару на ізоляторі та електродах.

Напальне запалювання.Розрізняють передчасне, що супроводжує появою іскри та запізнювальне- Викликане перегрітими ділянками поверхонь випускного клапана, поршня або свічки. При передчасному напальному запаленні мимоволі збільшується кут випередження запалення. Це призводить до зростання температури, деталі двигуна перегріваються і кут випередження запалення ще більше зростає. Процес набуває прискорення характеру до моменту, коли кут випередження запалення стане таким, що потужність двигуна почне падати.

При напальному запаленні можливі пошкодження випускного клапана, поршня, поршневих кілець та прокладки головки блоку циліндрів. У свічки можуть згоріти електроди або оплавити ізолятор.

Детонація- виникає при недостатній детонаційній стійкості палива в найбільш віддаленому від свічки місці, в результаті стиснення горючої суміші, що ще не згоріла. Детонація поширюється зі швидкістю 1500-2500 м/с, що перевищує швидкість звуку та викликає локальний перегрів циліндра, поршня, клапанів та свічки. На ізоляторі свічки можуть утворитися сколи та тріщини, електроди можуть оплавитися і повністю вигоріти.

Характерними ознаками детонації є металеві стуки, вібрація та втрата потужності двигуна, збільшення витрати палива та поява чорного диму.

Особливістю детонації є затримка часу від моменту настання необхідних умов до її виникнення. У зв'язку з цим детонація найбільш ймовірна при відносно невеликих оборотах двигуна і повному навантаженні, наприклад, при русі автомобіля на підйомі при повністю натиснутій педалі газу. Якщо при цьому потужність двигуна виявляється недостатньою, швидкість автомобіля та частота обертання двигуна зменшуються. При недостатньому октановому числі палива виникає детонація, що супроводжується дзвінким металевим стукотом.

Дизелінг.У деяких випадках виникає некерована робота бензинового двигуна з вимкненим запаленням при дуже малій частоті обертання двигуна. Це явище виникає через самозаймання горючої суміші при стисканні, подібно до того, як це відбувається в дизелях.

На двигунах, де не виключена можливість подачі палива в циліндр при вимкненому запалюванні, дизелінг виникає при спробі зупинити двигун. При вимиканні запалення двигун продовжує працювати з дуже малими обертами та вкрай нерівномірно. Це може тривати кілька секунд, потім двигун мимоволі зупиняється.

Причина дизелінгу - в особливостях конструкції камери згоряння та як паливо. Свічки не можуть бути причиною цього явища, тому що їх температура при малих оборотах явно недостатня для займання горючої суміші.

Нагар на свічці- це тверда вуглецева маса, що утворюється при температурі поверхні 200°З вище. Властивості, зовнішній вигляд та колір нагару залежать від умов його утворення, складу палива та моторної олії. Якщо свічку очистити від нагару, її працездатність відновлюється. Тому одна з вимог до свічки – здатність самоочищатися від нагару.

Видалення нагару, якщо в продуктах згоряння немає вогнетривких речовин, відбувається при температурі 300-350 ° С - це нижня межа працездатності свічки. Ефективність самоочищення від нагару залежить від того, як швидко ізолятор нагріється до температури після пуску двигуна.

Свічка запалювання - це, по суті, електрод, що подає електроенергію із системи запалення в камеру згоряння. Система запалення повинна згенерувати величину напруги, якої буде достатньо формування іскри.

Що таке свічка запалювання?

Свічка запалювання - спеціальний пристрій для запалення горючої суміші в циліндрі двигуна. Процес роботи одного циліндра можна розділити на 4 пункти:

• Заповнення циліндра горючою речовиною.
• Стиснення палива поршнем і запалення речовини свічкою.
• Процес розширення обсягу циліндра за рахунок руху поршня у зворотному напрямку (При запаленні тиск істотно збільшується, через що відбувається зворотний рух поршня і за рахунок цієї сили автомобіль може їздити).
• Виштовхування продуктів згоряння через вихлопну трубу машини.

Процес роботи двигуна - круговий, у двигуні будь-якої машини далеко не один циліндр, кількість свічок завжди дорівнює кількості циліндрів. Через це можуть виникати величезні проблеми із двигуном. Адже якщо у вас зламається свічка в одному циліндрі, або станеться поломка в самому циліндрі, ви не зможете відрізнити ці нюанси. При будь-яких проблемах із двигуном більшість насамперед змінює свічки, почасти це правильний хід. Адже ремонт двигуна і навіть його розбір коштує дорожче ніж нові свічки.

Відхилення від нормального процесу згоряння

Відхилення в роботі свічки від нормального процесу згоряння бувають різними, при несправній свічці можуть пропускатися займання, що може призвести до відмови в роботі однієї камери циліндра. Одним з частих відхилень є гарне запалювання, воно супроводжується раннім виходом іскри або запізненням, внаслідок чого двигун не буде працювати на повну потужність. Дуже поширеною проблемою є також детонація. Вона виникає в найбільш віддаленому від свічки місці в циліндрі і відбувається через сильне стиснення палива.

Ознаки та причини несправності

Тепер поговоримо про несправність свічок, якщо ж ви не хочете купувати нові свічки або просто хочете розібратися в проблемі, то насамперед потрібно вийняти кожну зі свічок і оглянути її на наявність будь-якого нальоту чи вологих відкладень. Якщо опір між земельним та заземлюючим електродом падає до нуля, то кінець свічки може бути забруднений сажею. Чому це відбувається? Найчастіше це забруднення повітряного типу фільтра та слабка іскра. Сажні відкладення призводять до того, що свічка іноді пропускатиме займання.

Через різке зростання температур у камері циліндра при посиленій роботі циліндра свічка може частково плавитися, на свічці з'являється свинцевий наліт. На підвищення температур дуже впливає саме паливо, яке використовує машина. Це виникає через калільні запалювання свічки. Тут проблема може бути у випускному клапані, поршні, поршневих кільцях, внаслідок чого може оплавитись ізолятор свічки.

За наявності металевих стуків під час їзди, вібрації, збільшення витрати палива, можлива детонація палива в поршні. Найчастіше детонація відбувається на відносно невеликих швидкостях підйому. Причин виникнення детонацій багато:

1. це надто швидка робота поршня (поршень стискає суміш дуже швидко і тиск збільшується до максимально допустимого);
2. дуже велика затримка у роботі свічки (свічка спрацьовує з великим запізненням, цей час поршень підвищує тиск до максимально допустимого);
3. несправність всього циліндра чи двигуна.

При виборі свічок на свій автомобіль потрібно враховувати два основні параметри:

• габарити свічки;
• калільні числа.

Габарити свічки дуже важливі, адже свічка з іншими габаритами може просто не підійти до автомобіля і в магазині вам можуть відмовити у поверненні товару. Напальне число теж грає величезну роль:

1. Свічки з низьким гартальним числом найчастіше використовуються на легкових автомобілях, які не призначені для швидкісної їзди.
2. Свічки із середнім гартальним числом розраховані на повільну та спокійну їзду, а також невисоке навантаження.
3. Свічки з високим гартальним числом використовують для спортивних автомобілів, такі свічки мають великий запас міцності та більш стійкі до роботи в умовах підвищеної температури.

Також потрібно враховувати ваше місцезнаходження, ближче на південь, де температура значно перевищує інші області, навантаження на свічки суттєво збільшується.

Перед покупкою потрібно обов'язково враховувати всі нюанси, з'їздити в кілька магазинів і запитати у продавців, але головне, кінцевий вибір маєте зробити ви, від цього залежить продуктивність вашого двигуна та його довговічність.

Призначення свічки запалювання

Одним з найважливіших елементів систем запалення двигунів внутрішнього згоряння є свічки. Призначені вони для займання горючої суміші в циліндрах за допомогою іскрового розряду.

Іскровий розряд, створюваний системою запалювання, повинен мати енергію, необхідну для займання горючої суміші на будь-якому режимі роботи двигуна за всіх умов експлуатації.

Розрізняються свічки за конструкцією, розмірами та тепловими характеристиками (калільними числами). Вони можуть бути неекранованими, якщо їхня контактна частина виступає з металевого корпусу, і екранованими, у яких контактна частина розташована всередині металевого екрану.

Іскровий розряд у більшості свічок утворюється безпосередньо в іскровому зазорі між електродами.

При високих значеннях тиску і температури, що виникають у процесі роботи двигуна, свічки повинні надійно протистояти впливу хімічно агресивних продуктів згоряння. При цьому ізолятор повинен витримувати високу електричну напругу.

У процесі роботи через неповноту згоряння в пристінковій зоні на робочих деталях свічки утворюється нагар. Щоб позбутися його свічки повинні самоочищатися, автоматично підтримуючи необхідну робочу температуру в температурах, що забезпечують видалення нагару і виключають можливість калільного запалювання.

Свічки повинні забезпечувати свою працездатність в умовах з підвищеними електричними. механічними та хімічними навантаженнями. Безперервне зростання потужностей двигунів при посиленні норм токсичності відпрацьованих газів пред'являє до свічок все більш жорсткі вимоги щодо надійності та довговічності.

Від досконалості конструкції, якості виготовлення та правильності підбору свічки до двигуна сильно залежать його пускові властивості, надійність, потужність, паливна економічність, а також токсичність відпрацьованих газів.

У свою чергу, працездатність свічки залежить від її відповідності двигуну по конструкції, основним розмірам, величині іскрового зазору і тепловій характеристиці. Вирішальний вплив на надійність та довговічність свічки надає технічний стан двигуна, характер та умови експлуатації, якість палива та моторного масла.

Принцип дії свічки запалювання

Гази та їх суміші є ідеальними ізоляторами. Але при додатку до електродів свічки досить високої напруги відбувається пробій газу, і в іскровому зазорі утворюється іонізований канал, що проводить електричний струм.

Явище пробою газу високою напругою обумовлено тим, що випадкові електрони, поява яких викликана проникаючим іонізуючим випромінюванням, під впливом електромагнітного поля отримують прискорення у бік позитивного електрода.

При зіткненні з молекулами газу відбувається ланцюгова реакція іонізації, газ стає провідником, і утворюється провідний канал.

Це явище називається пробоєм, першою фазою існування іскри.

Після пробою електричний опір каналу прагне нуля, сила струму збільшується до сотень ампер, а напруга зменшується.

Спочатку процес протікає в дуже вузькій зоні, але внаслідок швидкого наростання температури канал розширюється з надзвуковою швидкістю. При цьому утворюється ударна хвиля, яка сприймається на слух як характерний тріск, створюваний іскрою.

Протікання сильного струму призводить до появи електричної дуги, і температура в каналі розряду за певних умов може досягти величини до 6000 До.

Швидкість розширення провідного каналу стабілізується. а потім зменшується до нормальної швидкості поширення полум'я.

При силі струму нижче 100 мА виникає розряд, що тліє, і температура зменшується до 3000 До.

У міру зменшення енергії, запасеної у вторинному ланцюгу системи запалювання, іскровий розряд згасає.

Тліючий розряд більш тривалий, ніж дуговий, і плазма розряду може переміщатися щодо електродів свічки з потоком суміші газів у циліндрі, що виникає внаслідок руху поршня.Ефективна довжина іскри зростає, а напруга розряду зростає.

Якщо напруга виявляється недостатньою підтримки іскри, з'являється ймовірність її згасання і повторного виникнення. Через залишкову іонізацію в іскровому зазорі повторна іскра виникає при значно меншій напрузі, вона з низки причин менш ефективна для займання.

У горючій суміші неможливо розділити процеси утворення іскрового розряду та займання. Вже на етапі пробою можна знайти продукти хімічних реакцій горіння. Ефективність первинного вогнища займання визначається енергією іскрового розряду та додатковою енергією хімічних реакцій горіння.

Якщо швидкість розширення плазми розряду перевищує швидкість поширення полум'я, більше значення має енергія іскри. Коли швидкість розширення каналу зменшується, більшого значення набуває енергія хімічних реакцій.

Основні характеристики та визначення свічки запалювання

Верхня температурна межа теплової характеристики - Величина, рівна робочій температурі свічки, при якій виникає калільне запалювання.

"Гаряча" або "холодна" свічки - за інших рівних умов мають відповідно більшу або меншу робочу температуру.

Детонація - аномальний процес згоряння, що має вибуховий характер з різким місцевим підвищенням температури та утворенням ударної хвилі. Супроводжується дзвінким металевим стукотом, спричиненим вібрацією деталей двигуна.

Іскроутворення - Поява іскрового розряду в іскровому зазорі свічки в період від пробою до згасання.

Іскрова свічка запалювання (свічка запалювання, свічка) - Електричний введення в комбінації з іскровим розрядником, призначений для займання горючої суміші в циліндрі двигуна за допомогою іскрового розряду в зазорі між електродами.

Іскровий зазор - проміжок між ізольованим центральним електродом і бічним електродом -маси».

Іскровий розряд (електрична іскра, іскра) - Нестаціонарний електричний розряд у газі, що виникає в електричному полі.

Калільне запалювання - Займання паливної суміші, викликане окремими перегрітими ділянками поверхонь випускного клапана, поршня, циліндра або свічки.

Напальне число свічки - умовна величина, чисельно рівна середньому індикаторному тиску в циліндрі двигуна випробувальної установки, при якому з'являється калільне запалення.

Контактна частина свічки - Елементи з боку високовольтного проводу: головка ізолятора, контактна головка і контактна гайка.

Нагар - продукти неповного згоряння, що утворилися на поверхні робочої частини свічки.

Нижня температурна межа теплової характеристики - Величина, рівна температурі робочої частини свічки, при якій нагар вигорає.

Працездатність свічки - Забезпечення безперебійного новоутворення і герметичності в умовах, передбачених нормативно-технічної документацією та стандартами.

Робоча камера свічки - Порожнина, утворена внутрішньою поверхнею корпусу і зовнішньою поверхнею теплового конуса ізолятора, що сполучається з камерою згоряння двигуна.

Робоча температура свічки - температура робочої частини свічки на даному режимі роботи двигуна.

Робоча частина свічки - Елементи, розташовані безпосередньо в камері згоряння: тепловий конус ізолятора, торець центрального електрода і бічний електрод.

Тепловий конус ізолятора (спідниця ізолятора) - частина ізолятора, розташована в робочій камері свічки, що сприймає своєю поверхнею потік тепла від полум'я та розпечених згорілих газів.

Теплова характеристика свічки - Залежність робочої температури свічки від режимів роботи двигуна.

Цоколь свічки - частина корпусу з різьбою, призначена для встановлення свічки в двигуні і для зв'язку електричного ланцюга високої напруги системи запалення з «масою».

Шунтування системи запалювання - коротке замикання високовольтного ланцюга системи запалення на «масу» при витоку струму по нагару на поверхні теплового конуса ізолятора і (або) по струмопровідному містку в іскровому зазорі.

Електропровідний (токопровідний) місток - нагар, частково або повністю заповнює іскровий зазор, що володіє провідністю і створює електричний ланцюг, що замикає ізолюваний

Умови роботи свічки запалювання

Сучасні поршневі двигуни внутрішнього згоряння працюють за чотиритактним або двотактним робочим циклом.

Автомобільні двигуни, за ред-ким винятком, працюють по чотиритактному циклу, що здійснюється за два повні обороти колінчастого валу і чотири ходи поршня. Двигуни різного призначення особливо малого робочого об'єму працюють за двотактним циклом, що здійснюється за один оборот колінчастого валу і два ходи поршня.

У процесі роботи двигуна на свічки впливають змінні електричні, теплові, механічні та хімічні навантаження з частотою, пропорційною частотою обертання колінчастого валу. Навантаження на свічку при роботі на двотактному двигуні щонайменше вдвічі більше ніж на чотиритактному, що істотно зменшує термін її служби.

Теплові навантаження

Свічку встановлюють у головці блоку циліндрів так, що її робоча частина знаходиться в камері згоряння, а контактна - у підкапотному просторі. Температура газів у камері згоряння змінюється від кількох десятків градусів Цельсія на впуску до двох-трьох тисяч під час згоряння. Температура під капотом автомобіля може досягати 150°С.

На багатьох автомобілях, і тим більше мотоциклах, не виключена можливість попадання води на свічку, особливо при миття, що може призвести до пошкодження ізолятора.

Через нерівномірність нагрівання температура 8 різних перерізах свічки може відрізнятися на сотні градусів, що призводить до теплових напруг і деформацій. Це посилюється тим, що ізолятор та металеві деталі значно відрізняються за величиною коефіцієнта термічного розширення.

Механічні навантаження

Тиск у циліндрі двигуна змінюється від тиску нижче атмосферного на впуску до 50 кгс/см2 і вище при згорянні. При цьому свічки додатково піддаються вібраційним навантаженням.

Хімічні навантаження.

При згорянні утворюється цілий «букет» хімічно активних речовин, здатних викликати окислення навіть дуже стійких матеріалів, тим більше що робоча частина ізолятора і електродів може мати робочу температуру до 900 ° С.

Електричне навантаження.

При іскроутворенні, тривалість якого може становити до 3мс, ізолятор свічки виявляється під впливом імпульсу високої напруги, максимальне значення якого залежить від тиску і температури в камері згоряння і величини іскрового зазору. У деяких випадках напруга може досягати 20-25 кВ (амплітудне значення).

Деякі типи систем запалювання можуть створювати напругу значно вище, але її обмежує пробивну напругу іскрового зазору або напруга поверхневого перекриття ізолятора.

У дуговій фазі розряду протікання сильного струму призводить до появи горячих катодних плям на електроді. Електрична дуга не може існувати без електронів, що випромінюються гарячими катодними плямами. Температура плям досягає 3000К, що вище температури плавлення будь-якого матеріалу електродів. Це призводить до неминучого мікроскопічного випаровування матеріалу електрода з кожною новою іскрою. Швидкість електричної ерозії за інших рівних умов пропорційна енергії іскрового розряду та температурі електрода.

Відхилення від нормального процесу згоряння

Нормальне згоряння робочої суміші відбувається зі швидкістю декількох десятків метрів на секунду і супроводжується відносно плавним наростанням температури та тиску в циліндрі двигуна. В результаті іскрового запалення утворюється первинне вогнище займання, потім формується фронт полум'я, який швидко поширюється по всьому об'єму камери згоряння. Неспалене паливо догоряє вже за фронтом полум'я, у пристінкових зонах, у зазорах між поршнем та циліндром.

За деяких умов нормальний процес згоряння може порушуватися, що відбивається на надійності та термін служби свічки. До таких порушень можна віднести такі.

Пропуски займання.

Можуть виникнути через перезбіднення горючої суміші, перепусток іскроутворення або недостатньої енергії іскри. При цьому посилюється процес утворення нагару на ізоляторі та електродах.

Напальне запалювання.

Розрізняють передчасне, до появи іскри, що супроводжує появу іскри і запізнюється, що виникає після запалення горючої суміші, викликане перегрітими ділянками поверхонь випускного клапана, поршня, циліндра або свічки.

Передчасне запалення може бути викликане тліючими частинками нагару.

При передчасному калільному запаленні мимоволі збільшується кут випередження запалення. Це призводить до зростання швидкості наростання тиску і температури, збільшується їх максимальне значення, деталі двигуна перегріваються і кут випередження запалення ще більше збільшується. Процес приймає характер, що прискорюється до моменту, коли кут випередження запалення стане таким, що потужність двигуна почне стрімко падати.

При напальному запаленні можливі пошкодження випускного клапана, поршня, поршневих кілець, поверхні циліндра та прокладки головки блоку циліндрів. У свічки можуть повністю або частково згоріти електроди, а в деяких випадках навіть може оплавитися ізолятор.

Детонація.

Це явище виникає при недостатній детонаційної стійкості палива в найбільш віддаленому від свічки місці біля гарячих поверхонь, в результаті стиснення горючої суміші, що ще не згоріла, основним фронтом полум'я.

Ударні хвилі при детонації поширюються зі швидкістю 1500-2500 м/с, що перевищує швидкість звуку. Вони багаторазово відбиваються від стінок і викликають вібрацію та локальний перегрів циліндра, поршня, клапанів та свічки. Можливі пошкодження, як при калільному запаленні, так як перегріті деталі стають нездатними витримувати навантаження, що зросло.На ізоляторі свічки можуть утворитися сколи та тріщини, електроди можуть оплавитися і навіть повністю вигоріти.

Характерними ознаками детонації є металеві стуки, вібрація і втрата потужності двигуна, збільшення витрати палива і іноді поява чорного диму з випускної труби.

Особливістю детонації є деяка затримка часу від моменту настання необхідних умов до її виникнення. Затримка необхідна освіти активних речовин, сприяють виникненню вибухового процесу. У зв'язку з цим детонація вірогідніша при відносно невеликих оборотах колінчастого валу і повному навантаженні.

Найбільш вірогідний вихід на цей режим під час руху автомобіля на підйомі при повністю натиснутій педалі газу. Якщо при цьому потужність двигуна виявляється недостатньою, швидкість автомобіля та частота обертання колінчастого валу зменшуються. При недостатньому в даних умовах октановому числі палива виникає детонація, що супроводжується дзвінким металевим стукотом.

Для усунення детонації достатньо перейти на знижену передачу та збільшити оберти двигуна.

Безумовним є вимога використовувати тільки паливо, що відповідає двигуну по октановому числу.

Дизелінг.

У деяких випадках виникає вкрай нерівномірна некерована робота бензинового двигуна з вимкненим запалюванням при дуже малій частоті обертання колінчастого валу. Це явище виникає через самозаймання горючої суміші при стисканні, подібно до того, як це відбувається в дизелях. У російській технічній літературі «дизелінг» є порівняно новим терміном, взятим з англійської (dieseling).

На двигунах, переважно карбюраторних, де не виключена можливість подачі палива в циліндр при вимкненому запаленні, дизе-лінг виникає при спробі зупинити двигун. При вимиканні запалення двигун продовжує працювати з дуже малими оборотами та вкрай нерівномірно. Це може тривати кілька секунд, іноді довше, потім двигун мимоволі зупиняється. Пояснювати це явище гартальним запалюванням від перегрітої свічки було б неправильно, вона тут ні до чого.

Причина дизелінгу - в особливостях конструкції камери згоряння і в якості палива (тобто дизелінг настає при низькій стійкості палива до самозаймання при стисканні). Свічки не можуть бути причиною цього явища, так як їх температура при малих оборотах явно недостатня для займання горючої суміші. Калільне запалення виникає при температурі електродів та ізолятора 850-900°С, такої величини вона може досягти тільки при роботі двигуна з максимальною потужністю. При зупинці двигуна температура цих деталей вбирається у 350°С. Свічка в цих умовах не причина, а скоріше «жертва», тому що через неповноту згоряння посилюється процес утворення нагару.

Якість палива та моторного масла

Для забезпечення нормальної роботи свічок автомобільні бензини повинні мати достатню детонаційну стійкість, мінімальний корозійний вплив і не мати схильності до відкладень.

Детонаційна стійкість палива залежить від його хімічного складу та структури вуглеводнів, отриманих при переробці нафти. Здатність опиратися появі детонації залежить від молекулярної маси - чим вона вище, тим нижче стійкість палива до детонації і навпаки. Стійкість бензину до детонації, так зване октанове число, визначається в лабораторних умовах моторним та дослідницьким методом на спеціальній моторній установці шляхом порівняння стійкості випробуваного бензину та ізооктану в суміші з гептаном. Октанове число ізооктану приймають 100. Добавка гептану, нестійкого до детонації, знижує октанове число суміші.

Промислове виробництво бензину включає первинну та вторинну переробку нафти з наступним змішуванням різних компонентів для отримання необхідних властивостей.

При первинній переробці нафти (прямий перегонці) одержують 10-25% бензину невисокої якості з октановим числом 40-50. При вторинній переробці нафти на великих нафтопереробних заводах її піддають складній технологічній обробці з метою розщеплення великих молекул на дрібні, стабілізації хімічного складу та видалення шкідливих домішок, особливо сірки. Вихід бензину збільшується до 60%. Потім, шляхом змішування продуктів первинної та вторинної переробки нафти з додаванням різних присадок отримують товарні бензини. Автомобільні бензини однієї мархи, вироблені різних підприємствах, у зв'язку з різницею в технології, мають кілька різні склади.

Для підвищення октанового числа в бензин додають антидетонатори - хімічні сполуки, що пригнічують детонацію. Для видалення з камери згоряння продуктів згоряння при застосуванні антидетонаційних присадок в паливо додають так звані виносники - хімічні речовини, що сприяють видаленню продуктів згоряння. Тим не менш, умови роботи свічки при використанні антидетонаторів істотно погіршуються.

Повністю видалити продукти згоряння не вдається, і на електродах і тепловому конусі ізолятора свічки утворюється нагар. Під впливом температури ці відкладення можуть стати електропровідними і викликати часткову або повну відмову 8 іскроутворенні.

Невеликі фірми отримують високооктанові бензини АІ-95 та АІ-98 шляхом добавки в бензини АІ-92 та АІ-95 до 12-15% метил-трет-бутилового ефіру, при цьому бензин має необхідну якість. Досить широко використовуються різні залізовмісні антидетонатори і традиційний антидетонатор на основі тетраетилсвинцю (ТЕС). У бензин додають фарбник, оскільки ТЕС отруйний.

На жаль, недобросовісні виробники виготовляють сурогатний бензин із низькооктанових бензинів, додаючи антидетонаційні присадки понад діючі норми.

Наднормативне використання (більше 37 мг Fe/л) антидетонаторів, що містять залізо, наприклад ФерРоз, ФК-4 або АПК викликає відкладення струмопровідного нагару червоного кольору на свічках. Цей нагар практично неможливо видалити, він призводить до повної та незворотної їх відмові.

Корозійний вплив бензину визначається вмістом кислот, лугів та сірчистих сполук. Сильним корозійним впливом на метали мають мінеральні кислоти та луги, їх наявність у бензинах неприпустима. Сірчисті сполуки мають високу корозійну активність і сприяють утворенню нагару, проте повністю позбутися їх непросто, особливо при переробці сірчистої нафти.

Більшість моторних масел мають нафтове походження і містять присадки: протистоять зносу, стабілізуючі, антикорозійні, мийні і т. д. При згорянні масла, що потрапило в камеру згоряння, утворюються зольні залишки, які, як і продукти неповного згоряння палива, можуть утворювати на свічках.

Освіта нагару та самоочищення

Нагар на свічці - це тверда вуглецева маса з шорсткою поверхнею, що утворюється при температурі 200°С і вище. Властивості, зовнішній вигляд і колір нагару залежать від умов його утворення, складу палива та моторного масла. У деяких випадках, особливо на двотактних двигунах, нагар може утворити в іскровому зазорі електропровідний місток і викликати коротке замикання у вторинному ланцюзі системи запалення.

І в тому, і в іншому випадку відбувається часткове або повне припинення іскроутворення.

Якщо свічку очистити від нагару, її працездатність відновлюється. Тому одна з найважливіших вимог до свічки - здатність самоочищатися від нагару. Багато в чому ступінь досконалості її конструкції визначається саме цією властивістю.

Видалення нагару, якщо в продуктах згоряння немає вогнетривких речовин, відбувається при температурі 300-350 ° С - це нижня температурна межа працездатності свічки.

Ефективність самоочищення від нагару залежить від того, як швидко тепловий конус ізолятора нагріється до цієї температури після запуску двигуна. З цього погляду довжину теплового конуса ізолятора необхідно виконувати якомога більшою, а сам тепловий конус доцільно висувати в камеру згоряння.

Те саме потрібно для запобігання витоків струму і відповідно для зниження втрат енергії запалення.

Теплова характеристика

Теплова характеристика свічки – це залежність температури теплового конуса ізолятора чи центрального електрода від режиму роботи двигуна.

Відмінність у теплових характеристиках свічок досягають переважно за рахунок зміни довжини теплового конуса ізолятора.

Подовження теплового конуса ізолятора призводить до збільшення підведення тепла у свічку та до зростання її робочої температури. Максимальне значення температури не може перевищувати

1,

Уявімо, що відбувається при справній свічці запалювання. Іскроутворення відбувається завдяки високій імпульсній напрузі, що передається від котушки (модуля) запалення по броні дроту на центральний електрод свічки (сердечник). Ця іскра спалахує стиснуту в камері згоряння паливоповітряну суміш. Розряд, що створюється, надзвичайно короткої тривалості (1/1000 секунди). Діапазон напруги, що подається варіюється від 4 тис. до 28 тис. вольт. Великий зазор, робота мотора «натяг», стан компресії впливають на величину напруги іскроутворення між електродами.
Основна роль свічки запалення полягає у формуванні сильної іскри в точно заданий момент часу.

Запалення

Процес займання походить від частинок палива наявних між електродами при створенні іскри. В результаті хімічної реакції (окислення) та формування іскри утворюється теплова реакція, що переходить у полум'я. Це тепло активізує навколишню паливно-повітряну суміш, поширюючи горіння по всій камері згоряння. У разі утворення слабкої іскри відбувається недостатнє формування полум'я та вироблення тепла, полум'я гасне та припиняє горіння. При збільшеному зазорі для формування іскрового розряду потрібно подання більшої кількості напруги, що може досягти меж продуктивності котушки запалювання, знизивши продуктивність свічки (запальника).

Для визначення моменту виникнення іскрового розряду поршень виставляють у верхню точку такту стиснення паливоповітряної суміші і встановлюють запалення з невеликим випередженням. Якщо спалахнути суміш раніше певного часу, тиск зросте до проходження поршнем циклу стиснення, втратиться потужність мотора, при тривалій роботі відбудеться пошкодження двигуна, детонація - момент, коли іскра проскакує до досягнення поршнем верхньої точки, де пік тиску робочої суміші в такті стиснення не створений, що призводить до нестабільної роботи двигуна. Час утворення іскрового розряду на свічках визначається комп'ютером чи котушкою запалювання.

Рисунок 1. Зміна напруги розряду

1. збільшення напруги
2. іскроутворення
3. ємнісна іскра
4. індукційна іскра
5. одна мілісекунда
6. графік напруги, T - графік часу

Перехід первинної напруги у точці «а» до зростання вторинного (1).
У точці «b» відбувається часткове підвищення напруги, достатнє для формування розряду та виникнення іскри (2).
У проміжку "b" і "c" встановлюється ємність іскри. На початку моменту розряду іскра генерується електричною енергією, накопиченою у вторинному контурі. Струм великий, тривалість коротка (3).
Між «с» та «d» відбувається індукційна іскра (4). Іскра породжується електромагнітною енергією котушки. Струм малий, але більша тривалість. Проміжок часу з точки «с» триває приблизно 1 мілісекунди (5), у точці «d» розряд закінчується.

Режими роботи

На вибір типу та моделі свічки впливають різні обставини, такі як технічний стан двигуна, умови пересування, манера водіння. Наприклад, при монотонному русі протягом тривалого часу зі звичайними свічками відбуватиметься перегрів корпусу свічки та електродів. Тому важливо вибирати свічки відповідно до режиму експлуатації.

Зазор свічки запалювання. Напруга розряду підвищується пропорційно до зазору свічки. У процесі роботи зазор свічки збільшується, сердечник зношується, тому потрібна висока напруга, що неминуче призводить до перепусток запалювання.

Форма електрода. Іскровий розряд легше проскакує на кутових, гострих частинах електрода. Старі свічки із закругленими електродами гірше схильні до іскроутворення і більш ймовірні осічки.

Ступінь стиснення. Напруга розряду піднімається пропорційно до ступеня стиснення. Стиснення вище при низькій швидкості та підвищеному навантаженні на двигун.

Температура паливоповітряної суміші. Напруга розряду знижується при підвищенні температури паливоповітряної суміші. Чим нижче температура двигуна, тим більше має бути напруга, тому пропуски запалювання частіше виявляються за холодних погодних умов.

Температура електрода. Напруга розряду знижується у разі підвищення температури електрода. Температура зростає пропорційно до частоти обертання двигуна. Пропуски запалювання найчастіше виявляються при низькій швидкості пересування.

Вологість. При підвищенні вологості температура електрода зменшується, тому потрібна більша напруга розряду.

Співвідношення палива та повітря. Напруга розряду залежить від обсягу паливоповітряної суміші, чим менше об'єм, тим більше потрібна напруга. Якщо обсяг паливоповітряної суміші зменшиться внаслідок несправності паливної системи, можлива поява пропусків запалювання.

Ступінь нагріву свічки (калільне число). Тепло, що передається електродам запалювача в результаті згоряння палива, розподіляється шляхом, показаному на малюнку 2.

Рисунок 2. Розподіл тепла свічки запалювання при згорянні палива

• охолоджуюча рідина
• охолодження при подачі паливоповітряної суміші через впускний клапан

Ступінь, коли відбувається розсіювання тепла, одержуваного свічкою, називається ступінь нагріву (рисунок 3). Свічки з високим ступенем розсіювання тепла називають холодними, з низьким ступенем розсіювання тепла називають гарячими. Це значною мірою визначається температурою газу всередині камери згоряння і конструкцією свічки.

Рисунок 3. Ступінь нагрівання свічки

• "Холодні" свічки
• "Гарячі" свічки
• Газова кишеня

У «холодних» свічок довгий металевий цоколь і більше площа поверхні, що охолоджується, схильна до впливу полум'я і газу. Гарне розсіювання тепла. У свічок з низьким ступенем розсіювання короткий цоколь і невелика площа поверхні, що охолоджується.

Залежність між температурою запалювача та швидкістю транспортного засобу виражена графіком на малюнку 4. Існують обмеження за температурою, при досягненні якої свічки не повинні експлуатуватися: найменше значення температури самоочищення та верхнє значення капильного запалювання. Хороша робота забезпечується при нагріванні центрального електрода від 500 до 950 °С.

Малюнок 4. Вплив швидкості пересування на ступінь нагрівання свічки

• Низький ступінь нагрівання свічки
• Нормальна робота свічки
• Високий ступінь нагрівання свічки

S — Швидкість транспортного засобу
T - Температура свічки

Температура самоочищення свічки

Коли температура осердя становить 500 °С або нижче в процесі займання і згоряння паливоповітряної суміші відбувається виділення вільного вуглецю, паливо повністю не згоряє і осідає на поверхні ізолятора та металевого цоколя, створюючи «містки» з нагару між ізолятором та корпусом. Відбуваються витікання електрики, неповне іскроутворення, викликаючи збої запалювання. Температура в 500 ° С називається температурою самоочищення свічки, так як за більш високих температур вуглець згоряє повністю.

Температура утворення калільного запалювання

При нагріванні осердя вище 950 ° С відбувається напальне запалювання. Це означає, що електрод виступає як джерело тепла і займання палива відбувається без іскри. Таким чином, падає потужність двигуна, що призводить до підвищеного зносу електродів та пошкодження ізолятора.

Ступінь нагріву

Свічки з низьким ступенем розсіювання тепла обладнані сердечником, температура якого підтримується навіть за низької швидкості пересування. Тому вони легко досягають температури самоочищення, не дозволяючи вуглецю осідати на ізоляторі.

З іншого боку, центральний електрод з високим ступенем нагрівання не піддається легкому нагріванню, що не дозволяє їм досягти температури калільного запалення навіть при високій швидкості та підвищеному навантаженні. Цей тип свічки застосовується на швидкісних та потужних моторах. Вибір свічки з відповідним діапазоном нагрівання повинен ґрунтуватися на характеристиках двигуна та умовах експлуатації.

Ступінь нагрівання свічки залежить від сезону використання

Коли температура повітря влітку висока, температура повітря на вході вища, що збільшує навантаження на двигун. У такий час краще вибрати свічки з більш високим діапазоном нагріву.

Велика потужність двигуна потребує встановлення свічок із вищим діапазоном нагріву.
Якщо потужність була збільшена за рахунок тюнінгу, відбудеться підвищення температури в циліндрі, провіснику калільного запалювання. Щоб уникнути подібного, підвищуйте калільне число і рівень теплостійкості.

Підведемо підсумок

Калільне число означає відповідність свічки до умов нормальної роботи. Температура паливної суміші при згорянні перевищує 1800 - 2000°С. Якщо свічка правильно підібрана до певного типу двигуна, процес запалення паливної суміші буде оптимальним для згоряння палива і спалювання утворених відкладень:
не відбудеться перегрів свічки та передчасне займання, зване запаленням гартальним, коли мікс повітря і палива займається від займаних поверхонь камери згоряння (електроди свічки, випускний клапан, товстий нагар);
не відбудеться детонації, специфічного постукування, що виявляється при функціонуванні на низько октановому паливі зі зростанням навантаження на мотор, коли частина суміші згоряє швидше за звичайне, утворюючи ударну хвилю в камері згоряння.

При оптимальному функціонуванні всіх складових двигуна нижня частина свічки нагрівається до 600 градусів, відбувається вигоряння масла та надлишків палива, що потрапляють на електроди, виконуючи процедуру самоочищення. При невідповідності калільного числа характеристик експлуатації, відкладення на елементах циліндра відбуваються активніше, ніж вигоряють.

Однак можливі ситуації застосування відмінного від рекомендованого калільного числа. Збільшення числа спалить нагар у зношеному моторі, що працює більшу частину часу на холостому ходу, або автомобілі, що використовується для коротких відрізків. За відсутності проблем із нагаром двигуна гарячі свічки протипоказані, виникає ризик передчасного займання, детонації.

Особливі авто (перегонові, що працюють на підвищених навантаженнях, високих оборотах тривалий час) віддають перевагу «холодним» свічкам, мінімум ймовірності прояву калільного запалювання. Холостий хід та мала швидкість приведуть боліди до утворення відкладень на поршневій групі.

На сьогоднішній день багато виробників випускають свічки з розширеним інтервалом нагріву, впроваджуючи сердечник із міді або платини. Мідь - відмінний провідник тепла, що дозволяє ізолятору витримувати підвищений нагрів, спалюючи забруднюючі відкладення до стану калільного запалення. Платина також відмінно відводить тепло від осердя.

Корисна інформація

А Ви знаєте, що на свічках запалювання найбільше іридію, ніж будь-де! Іридієвий сплав наносять на центральний електрод лазерним зварюванням зниження електричної ерозії.