Свеча зажигания. Принцип действия, режим работы

Общие сведения

Свечи зажигания являются неотъемлемой частью любого ДВС. Их главная роль заключается в воспламенении топлива в камере сгорания при помощи искры, создаваемой электрическим разрядом. А стоит заметить, его мощность не такая уж и меленькая – порядка нескольких десятков тысяч вольт. К тому же работа двигателя, как, впрочем, и его жизненный ресурс, зависит от производительности этого элемента.

Если по сути, то автомобильная свеча представляет собой проводник высокого напряжения. К сожалению, далеко не все водители по достоинству ценят такие важные детали. А ведь их состояние во многом сказывается на изменениях в работе силового агрегата. И ко всему прочему, какой бы ни был внешний вид свечей зажигания, они имеют непосредственное отношение к изменению расхода топлива.

Принцип действия

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.

Нагрузки на автомобильные свечи

В ходе работы ДВС свечи зажигания подвергаются самым разным нагрузкам:

  • тепловым;
  • механическим;
  • химическим;
  • электрическим.

Свеча зажигания. Принцип действия, режим работы

В отношении тепловой нагрузки можно сказать следующее. Свеча зажигания установлена таким образом, что ее рабочая часть находится непосредственно в камере сгорания, тогда как контактная – в подкапотном пространстве. Температура здесь варьируется от нескольких десятков градусов на впуске до 3000 °C в ходе процесса сгорания. Под капотом этот показатель доходит до 150 °С.

В результате из-за такого неравномерного нагрева в отношении всей длины детали (разница может доходить до нескольких сотен градусов) происходят тепловые напряжения и деформации. К тому же, вне зависимости от видов автомобильных свечей зажигания, у изолятора и металлических деталей разный коэффициент термического расширения, что только усугубляет положение.

Что касается нагрузки механического характера, то стоит учитывать и разность давления. На впуске оно ниже атмосферного на 50 кгс/см2, а при сгорании топлива существенно выше. Помимо этого, во время работы двигателя на свечи воздействуют вибрации.

Химические нагрузки обусловлены разнообразием веществ, выделяемых при сгорании топлива. Причем некоторые из них могут вызвать окислительные реакции у самых стойких материалов. И это при том, что рабочая температура электродов и изолятора составляет около 900 градусов.

Не обходится и без воздействия электрической нагрузки. В ходе образования искры, на что уходит примерно 3 мс, на изолятор в это время действует импульс высокого напряжения. Иногда оно может доходить до 20-25 кВ, но некоторые системы способны выдать гораздо большее напряжение.

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

Свеча зажигания. Принцип действия, режим работы

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.

Виды свечей зажигания и их характеристика

После ознакомления с нагрузками, стоит перейти к обсуждению технических характеристик свечей зажигания. При необходимости знание этого поможет сделать правильный выбор. Собственно, сами параметры:

  • Калильное число.
  • Количество электродов.
  • Искровой промежуток.
  • Температурный диапазон.
  • Срок службы.
  • Тепловые характеристики.
Читать далее:  Как часто нужно менять масло в двигателе

Рассмотрим каждый из этих важных параметров более подробно.

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.

Далее описаны факторы, влияющие на стабильность и безотказность свечей.

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.

Автомобильные свечи зажигания

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.

Кое-что о калильном числе

При выборе свечей зажигания это самое первое, на что обращают внимание опытные автолюбители. Данный параметр указывает на то, при каком давлении возникнет калильное зажигание. Под этим понимается такое воспламенение топливовоздушной смеси, которое происходит не посредством получаемой искры, а от контакта с нагретым электродом.

Касательно любого вида свечей зажигания в автомобиле, данная характеристика очень важна, и она в обязательном порядке должна соответствовать требованиям ДВС. Иногда можно кратковременно использовать свечи с завышенным калильным числом. В то же время изделия, у которых оно ниже требований, запрещены к эксплуатации. В противном случае это приводит к нежелательным последствиям. Это прогорание поршней и клапанов, пробой прокладки ГБЦ.

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

Если двигатель находится в исправном состоянии, то, как правило, срок эксплуатации свечей составляет 30 тыс. км пробега в отношении классической системы зажигания и 20 тыс. км – для электронной. В то же время, как отмечают многие эксперты, фактическое значение раза в два выше. Только достичь этого удается лишь в лабораторных условиях.

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

  • Температура самоочищения свечи
  • Температура образования калильного зажигания
  • Низкая степень нагрева свечи
  • Нормальная работа свечи
  • Высокая степень нагрева свечи

S — Скорость транспортного средстваT — Температура свечи

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.

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.

Читать далее:  Геометрические параметры двигателя объем и степень сжатия

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.

Численность электродов

С момента изобретения первой свечи зажигания прошло уже чуть больше века. И первые изделия имели лишь один электрод. Но прогресс не стоит на месте, и такая необходимая автомобильная атрибутика все время совершенствовалась. Благодаря стараниям некоторых производителей, на мировой автомобильный рынок стали поступать изделия с двумя, тремя и даже четырьмя электродами, в зависимости от вида свечей зажигания.

Многие владельцы транспортных средств ошибочно полагают, что чем их больше, тем выше производительность двигателя. В действительности цель такого шага немного иная – обеспечить качество и стабильность искрообразования. Иными словами, при несрабатывании одного работа будет продолжена посредством другого.

Однако это далеко не единственный выход. В продаже есть изделия, у которых боковые электроды и вовсе отсутствуют. В этом случае в дело вступают вспомогательные элементы, размещенные на изоляторе. Такой вид свечей зажигания (фото можно найти ниже по тексту) отличается хорошей перспективностью. В ходе работы свечи поочередно образуются несколько электрических разрядов, а искра словно пускается в пляс. Только у такого ноу-хау высокая стоимость, исходя из этого не каждый автолюбитель может себе позволить подобную роскошь.

Кое-что о калильном числе

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.

Важность искрового промежутка

Искровой промежуток свечи зажигания – это расстояние от центрального электрода до боковых элементов. Каждый производитель устанавливает свое значение, поэтому необдуманная их регулировка грозит серьезными перебоями на фоне снижения производительности.

Если электрод был случайно отогнут, стоит попробовать вернуть ему первоначальное положение. Для этого можно ориентироваться по другому изделию. В крайнем случае можно купить новую свечу.

Температурный диапазон свечей

Температурный режим свечей зажигания тоже очень важен. Он обозначает нагрев рабочей их части. В идеале такой диапазон должен находиться в пределах 500-900 °C, исходя из режима работы силового агрегата. Причем вне зависимости от условий камеры сгорания. Будь это холостые обороты ДВС либо максимальные, температурный режим свечи должен все время находиться в пределах установленной нормы. И это также касается любых видов свечей зажигания.

Такое положение дел обусловлено тем, что из-за пониженной температуры на изоляторе образуется нагар. Это в свою очередь вызывает перебои в работе автомобильных свечей. Помимо этого, повышение или понижение температуры отрицательно сказывается на их сроке службы.

Тепловой параметр

Данная характеристика указывает на взаимосвязь рабочей температуры свечи зажигания и режимов работы ДВС. В целях повышения данного параметра увеличивается длина теплового конуса, но при этом возникает необходимость придерживаться установленных границ – 900 °C. В противном случае наблюдается калильное зажигание.

Исходя из этой характеристики, свечи разделяют на два типа (в скобках указано калильное число):

  • Горячие (11-14).
  • Холодные (двадцать и более).
  • Средние (17-19).
  • Унифицированные (11-20).

Стоит заметить, что все виды свечей зажигания в летнее и зимнее время работают по-разному. В связи с этим рациональнее будет держать под рукой два набора: летом использовать холодные свечи, а зимой, наоборот, горячие. Однако тут еще стоит учитывать особенность вождения. Если при езде зимой приходится довольно часто проводить время в пробках, то лучший вариант – свечи погорячее. В то же время, какой русский не любит быстрой езды, в особенности летом и за городом? Тогда следует использовать более холодные изделия.

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:

Свеча зажигания. Принцип действия, режим работы

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.

Не зря производители авто рекомендуют свечи для конкретных условий работы. Оболочки свечей одинаковы снаружи, диапазоны нагрева (калильное число) отличаются.

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.

Читать далее:  Ошибка пропуски зажигания в 3 цилиндре

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

Изменение напряжения разряда

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.

Обзор видов свечей зажигания

Автомобильные свечи зажигания могут разделяться на разные виды не только в зависимости от технических характеристик. Следует учитывать и их материал изготовления. Согласно этому они могут быть:

  • никелевыми;
  • платиновыми.
  • иридиевыми.

Никелевые свечи представляют собой самую простую конструкцию. Центральный и боковые электроды изготовлены из никеля, поэтому обладают низкой стоимостью, в связи с чем менять их следует довольно часто. Как заверяет производители, их ресурс составляет 15-50 тысяч километров пробега. Однако наши современные реалии таковы, что можно смело делить это значение пополам, и выходит, что периодичность замены составляет один раз за год эксплуатации.

Платиновые свечи отличаются наличием напайки из того же металла на обоих электродах (центральном и боковом). Это существенно повышает срок службы до 50-60 тыс. км пробега. Этот материал стойкий к возникновению коррозии и прекрасно держится в условиях высокой температуры.

У иридиевых свечей зажигания используется смесь двух металлов: иридиевая напайка нанесена на центральный электрод, а на боковые элементы – платиновая. В результате такого тандема срок эксплуатации свечей зажигания еще более увеличен. Как отмечают производители, он может составить до 60-100 тысяч километров пробега.

Поговорим о неприятностях

В течение всего срока эксплуатации свечей зажигания на них со временем под воздействием ряда факторов образуется нагар. При этом он может быт разного вида, что своего рода выступает в качестве хорошего средства диагностики двигателя.

Чем отличаются виды нагара на свечах зажигания друг от друга? Каждая поломка характеризуется своим оттенком:

  • Маслянистый – указывает на износ маслосъемных колпачков и колец поршня, направляющих втулок клапанов.
  • Черный (сухой) – свидетельствует о неправильной работе свечи. Возможно, по причине нехватки энергии для получения искры нужной мощности. Также это признак низкой компрессии цилиндров, плохой работы карбюратора, в отношении инжекторных двигателей это повод проверить регулятор давления топлива. Не исключено засорение воздушного фильтра.
  • Красный – это уж точно не вид рабочей свечи зажигания. Обычно так бывает при использовании разных присадок к маслу или топливу. Если возникает необходимость в частом их применении, стоит понизить концентрацию, иначе нагар постепенно станет увеличиваться. А это грозит нестабильной работой двигателя, так как проходимость искры будет заметно ухудшена. Поэтому при первом его появлении от него необходимо сразу избавляться.
  • Белый – свидетельствует об отсутствии охлаждения свечей, поршни при этом сильно нагреваются. По большему счету это признак перегрева двигателя.
  • Если же нагар имеет белый оттенок слабовыраженного характера и оседает равномерно, стоит сменить топливо.

Особенности выбора свечей зажигания

Распределение тепла свечи зажигания при сгорании топлива

Чтобы сделать правильный выбор свечей зажигания, необходимо в точности следовать рекомендациям, которые изложены в инструкции по эксплуатации транспортного средства или в его паспорте. В первую очередь при этом стоит обращать внимание на калильное число, зазор между электродами и тепловой параметр. Это позволит как можно реже любоваться видом неисправных свечей зажигания.

Эти компании уже прошли проверку временем, причем уже давно. Многие водители уже успели убедиться в профессионализме этих специалистов, что отражено в виде высокого качества их продукции.

Стоит также помнить о подделках, которыми наводнен любой рынок, включая и автомобильный. Так, у оригинальных свечей фирмы NGK центральный электрод располагается перпендикулярно к контакту и абсолютно ровный.

У изделий BOSCH чуть выше резьбы (поясок) расположено фирменное клеймо. Также отсутствует маркировка W8 АТС, которая обычно ставится на подделки.

Контактный вывод оригинальных свечей DENSO не блестит, что зачастую встречается среди поддельной продукции. Сама маркировка четкая, поверхность оправы идеальная, сами электроды отцентрированы.

В заключение

Тему видов нагара на свечах зажигания мы затронули, напоследок попробуем разобрать такой важный вопрос: какие свечи зажигания самые лучшие? Однозначно ответить на него очень сложно, поскольку тут необходимо руководствоваться не только приобретенными знаниями, но и здравой логикой. Владельцам автомобилей ВАЗ покупка свечей по двадцать или тридцать долларов за штуку была бы опрометчивым, глупым и бессмысленным решением.

Источник

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
AutoJiza
Adblock
detector