Правильно подобранные свечи зажигания довольно долго работают без перебоев и неполадок. Водитель может долго не заглядывать под капот будучи уверенным, что все в порядке, но все же лучше лишний раз сделать это и посмотреть в каком состоянии находятся свечи зажигания. Это позволит заранее узнать о возможных неисправностях в топливной системе транспортного средства.
Когда двигатель и топливная система работают исправно, подача топлива и масла настроены оптимально, свеча автомобиля может слегка потемнеть. Центральный электрод не имеет никаких отложений, а его изоляция белая или чуть-чуть посеревшая.
Если в автомобиле высокий расход топлива, то электроды, изоляторы и свечные головки темнеют значительно. Рекомендуется отрегулировать карбюратор и проверить соотношение бензин-воздух в топливной смеси, вероятно, воздуха излишек.
Если головка свечи зажигания белая, но нет никаких отложений, то, скорее всего, проблема противоположная при смешивании бензина с воздухом, в топливной системе образуется излишек бензина. В этом случае двигатель может заклинить из-за перегрева системы.
Красные оттенки электрода и кирпичные изолятора свечей зажигания появляются в результате воздействия на них присадок в бензине. При появлении покраснений на деталях свечей не рекомендуется дожидаться ярких оттенков красного, проще заправлять автомобиль на другой АЗС или сменить марку бензина.
Повышенный расход моторного масла проявляется на свечах зажигания в виде пленки на резьбе свечи. Если не отрегулировать расход масла или не заменить сальники клапанов, то свечи покроются белым налётом, напоминающим золу слоем, а при повышенных оборотах двигателя его работа будет сопровождаться черным дымом.
Крошки твердого вещества на затвердевшем вокруг изолятора масле могут выявить признаки разрушения цилиндра, например, трещину в поршне или клапан, который лопнул.
Обломки и раскрошенные части самой свечи предупреждают о необходимости ее замены и, возможно, на другую более подходящую марку. При несвоевременной замене такая свеча может застопорить работу двигателя, не давая поршню плавно двигаться внутри цилиндра.
В инструкциях по уходу за автомобилем оговорена периодичность проверки работы двигателя, однако реальная эксплуатация автомобиля на дорогах вносит коррективы, своевременно обратиться к специалистам помогает внимательное отношение к деталям, в частности свечи зажигания – хороший индикатор состояния двигателя и топливной системы, позволяющий своевременно обратиться к услугам автоцентра.
Свеча зажигания служит для переноса в цилиндр двигателя подающегося высокого напряжения, с целью создания искры зажигания и воспламенения рабочей смеси. Кроме того, свеча должна изолировать от блока цилиндров подающееся на нее высокое напряжение (более 30 кВ), снижать пробои и прорывы, а также герметично закрывать камеру сгорания. Кроме того, она должна обеспечивать соответствующий диапазон температур во избежание загрязнения электродов и возникновения калильного зажигания. Устройство типичной свечи зажигания показано на рисунке.
Рис. Свеча зажигания производства фирмы «Bosch»
Стержень клеммы и центральный электрод
Стержень клеммы изготовлен из стали и выступает из корпуса свечи зажигания. Он служит для присоединения провода высокого напряжения или напрямую установленной стержневой катушки зажигания. Электрическое соединение между стержнем клеммы и центральным электродом выполнено с помощью расположенного между ними расплава стекла. К расплаву стекла домешивается наполнитель для улучшения степени обгорания и свойств сопротивления помехам. Так как центральный электрод находится непосредственно в камере сгорания, он подвержен воздействию очень высоких температур и сильной коррозии вследствие контакта с отработавшими газами, а также с остаточными продуктами сгорания масла, топлива и примесей. Высокие температуры искрообразования приводят к частичному расплавлению и выпариванию материала электродов, поэтому центральные электроды изготавливаются из никелевого сплава с добавками хрома, марганца и кремния. Наряду с никелевыми сплавами используются также сплавы серебра и платины, так как они незначительно обгорают и хорошо отводят тепло. Центральный электрод и стержень клеммы герметично закреплены в изоляторе.
Изолятор
Изолятор предназначен для отделения стержня клеммы и центрального электрода свечи зажигания от ее корпуса, чтобы не происходило пробоя высокого напряжения на «массу» автомобиля. Для этого изолятор должен обладать высоким электрическим сопротивления, поэтому он изготовлен из оксида алюминия, содержащего стекловидные добавки. Для снижения токов утечки горлышко изолятора имеет оребрение.
Наряду с механическими и электрическими нагрузками изолятор подвергается также высоким термическим нагрузкам. При работе двигателя на максимальных оборотах у опоры изолятора температура достигает 850 °С, а у головки изолятора — около 200 °С. Данные температуры возникают вследствие цикличных процессов сгорания рабочей смеси в цилиндре двигателя. Для того, чтобы температуры в области опоры не становились высокими, материал изолятора должен обладать хорошей теплопроводностью.
Общее устройство свечи зажигания
Свеча зажигания имеет металлический корпус, который вкручивается в соответствующее отверстие в головке блока цилиндров. В корпус свечи зажигания встроен изолятор, для герметизации которого используются специальные внутренние уплотнения. Изолятор содержит внутри центральный электрод и стержень клеммы. После сборки свечи зажигания выполняется окончательная фиксация всех деталей путем термической обработки. Боковой электрод, изготовленный из того же материала что и центральный, приваривается к корпусу свечи. Форма и расположение бокового электрода зависят от типа и конструкции двигателя. Зазор между центральным и боковым электродами регулируется в зависимости от типа двигателя и системы зажигания.
Существует много возможностей расположения бокового электрода, что влияет на величину промежутка искрового разряда. Чистая искра образуется между центральным электродом и боковым, г-образной формы. При этом рабочая смесь легко попадает в промежуток между электродами, что способствует ее оптимальному воспламенению. Если кольцеобразный боковой электрод устанавливается на одном уровне с центральным, то искра может скользить над изолятором. В этом случае ее называют скользящим искровым разрядом, который позволяет сжигать наслоения и остаточный нагар на изоляторе. Улучшить эффективность воспламенения рабочей смеси можно либо увеличением длительности искрообразования, либо увеличением энергии искрообразования. Рациональной является комбинация скользящего и обычного искровых разрядов.
Рис. Типы свечей зажигания с воздушным скользящим искровым разрядом
Для снижения потребности в напряжении на свече зажигания со скользящим искровым зарядом может быть дополнительно установлен управляющий электрод. При увеличении температуры изолятора искрообразование способно происходить при меньшем напряжении. При длительном промежутке искрового разряда воспламенение улучшается как для бедной, так и для богатой смеси топлива с воздухом.
Для двигателей с впрыском топлива во впускной коллектор предпочтение отдается свече зажигания с траекторией искрового разряда, «растянутой» в камере сгорания, в то время как для двигателей с непосредственным впрыском топлива в камеру сгорания и послойным смесеобразованием свеча зажигания с поверхностным разрядом имеет преимущества благодаря лучшей возможности самоочищения.
При выборе подходящей для двигателя свечи зажигания важную роль играет ее калильное число, с помощью которого можно судить о тепловой нагрузке на опору изолятора. Данная температура должна быть примерно на 500 °С выше, чем температура, необходимая для самоочищения свечи от наслоений. С другой стороны, нельзя превышать максимальную температуру около 920 °С, иначе возможно возникновение калильного зажигания.
Если не достичь температуры, необходимой для самоочищения свечи, частицы топлива и масла, скапливающиеся у опоры изолятора, не будут сжигаться, и между электродами на изоляторе могут образоваться токопроводящие полосы, которые способны привести к пропускам искрообразования.
Если опора изолятора нагревается выше 920 °С, это приведет к неконтролируемому сгоранию рабочей смеси вследствие накаленной опоры изолятора во время сжатия. Мощность двигателя снижается, а свеча зажигания вследствие тепловой перегрузки может быть повреждена.
Свеча зажигания для двигателя выбирается согласно ее калильному числу. Свеча с маленьким калильным числом имеет незначительную поверхность поглощения тепла и подходит для двигателей с высокими нагрузками. Если двигатель нагружен слабо, устанавливается свеча зажигания с высоким калильным числом, имеющая большую поверхность поглощения тепла. Конструктивно калильное число свечи зажигания регулируется при ее изготовлении, например, с помощью изменения длины опоры изолятора.
Рис. Определение калильного числа свечи зажигания
При использовании комбинированного электрода, включающего электрод на никелевой основе с медным ядром, улучшается теплопроводность и вследствие этого отвод тепла от электрода.
К важным задачам при разработке свечи зажигания относится увеличение интервалов технического обслуживания. Вследствие коррозии, связанной с искровым разрядом, во время работы зазор между электродами увеличивается, а вместе с тем увеличивается и потребность в напряжении во вторичной цепи системы зажигания. При сильном износе электродов свечу зажигания следует заменить. На сегодняшний сроки службы свечей зажигания, в зависимости от их конструкции и материалов, составляют от 60000 км до 90000 км. Это достигается улучшением материала электродов и использованием большего количества боковых электродов (2, 3 или 4 боковых электрода).
Используется как устройство, обеспечивающее прохождение искрового разряда с образованием дугового разряда внутри цилиндра в топливо-воздушном промежутке между электродами продолжительностью 1-3 мс.
На рисунке приведено изображение свечи зажигания в разрезе, а также её тепловой баланс.
Высокое напряжение на электродах свечи ионизирует пространство и вызывает проскакивание искры, которая нагревает топливовоздушную смесь и вызывает ее воспламенение. Обычно для воспламенения смеси требуется напряжение от 10 кВ, но для надежности применяют системы с «пробивным» напряжением до 25 кВ. На работающем двигателе нижняя часть свечи контактирует с продуктами горения при температуре около 2000 гр. и высоком давлении. Верхняя часть в подкапотном пространстве при температурах от -50 до +70 гр. Температура конуса изолятора не должна опускаться ниже 300 — 400 гр. для гарантированного самоочищения. В то же время на режимах высоких нагрузок температура изолятора и электродов не должна превышать 800 — 900 гр., т.к. возможно преждевременное воспламенение рабочей смеси не искровым разрядом, а от перегретых частей свечи. Такое самовоспламенение называют калильным зажиганием.
Для оценки тепловой характеристики свечи зажигания используют термин «калильное число» — это отражение кривой теплового диапазона свечи показано на диаграмме рисунке.
Рис. Тепловая диаграмма свечей зажигания на двигателе: 1 — «горячая» свеча, 2 — «холодная» свеча, 3 — «нормальная» свеча, 4 — «нормальная» свеча с возможностью использования в широком диапазоне температур.
«Горячие» свечи зажигания работают при более высокой температуре конуса изолятора, хорошо работают в зимнее время и в условиях городского движения при коротких поездках.
«Холодные» свечи имеют более низкую температуру конуса и обеспечивают защиту от калильного зажигания при высоких нагрузках на двигатель.
Расположение
Свеча расположена в головке блока цилиндров. Верхняя часть в атмосфере, а нижняя часть — в рабочей области цилиндра.
Неисправности
Неисправности свечи зажигания могут возникать от естественного износа или в результате неправильной эксплуатации двигателя (или применения).
Естественный износ происходит or постоянной работы при высоком давлении, высокой температуре и с продолжительным дуговым разрядом. Электроды постепенно выгорают, изолятор разрушается. Неправильная эксплуатация может быть по вине лица, эксплуатирующего транспортное средство или из-за использования некачественных масел и топлива. Некачественные масла проникают в камеру сгорания, оседают на изоляторе и электродах свечи зажигания, ухудшая ее параметры. Некачественное топливо содержит в большом количестве присадки и антидетонаторы, содержащие железо, серу и прочие продукты, оседающие на изоляторе свечи и превращающие изолятор в проводник, по которому часть заряда стекает на массу. Уменьшается «пробивное» напряжение, возникают пропуски воспламенения в цилиндрах.
На практике иногда приходится заменять свечи одной фирмы — на свечи другой. Такая замена возможна, если основные параметры свечей совпадают: тепловая характеристика, размер, шаг и длина резьбы на корпусе. Длина резьбы на корпусе свечи должна соответствовать длине резьбы в головке блока цилиндров.
Если резьбовая часть свечи слишком длинная, то она выступает в камеру сгорания. При этом выступающие в камеру сгорания витки могут повредить поршни и клапаны, витки перегреваются и закоксовываются. Иногда такие свечи невозможно выкрутить.
Если длина резьбы свечи короткая, то сё искровой промежуток находится внутри свечного отверстия головки блока, поэтому ухудшаются условия воспламенения топливовоздушной смеси; свеча не очищается; свободные витки головки блока закоксовываются.
Для правильного применения, необходимо знать особенности маркировки свечей зажигания. Разные производители применяют свои системы маркировки. Далее приведём расшифровку буквенно-цифровых обозначений основных производителей свечей зажигания.
При подборе свечей зажигания другой модификации обратите внимание на величину искрового промежутка, вид опорной поверхности, наличии или отсутствии теплового конуса изолятора.
Ряды калильных чисел произвольны и различными фирмами используются по-разному. Россия, США, Франция, Япония используют возрастающий ряд чисел от «горячей» до «холодной» свечи, Германия, Англия — убывающий. Калильное зажигание не должно возникать при выключении зажигания после длительной эксплуатации автомобиля.
Методика проверки
Если двигатель эксплуатируется в технически исправном состоянии, то необходимо периодически проверять искровой промежуток между электродами.
Ремонт
Ремонт невозможен. Рекомендуем использовать свечи предписанные данному автомобилю.
Маркировка
Таблица взаимозаменяемости свечей зажигания отечественного и зарубежного производства.
Таблица маркировки свечей зажигания отечественного производства.
Таблица маркировки свечей зажигания фирмы «BOSCH» (Германия).
Таблица маркировки свечей зажигания фирмы «AC DELCO» (США).
Таблица маркировки свечей зажигания фирмы «BERU» (Германия).
Таблица маркировки свечей зажигания фирмы «CHAMPION» (Англия).
Таблица маркировки свечей зажигания фирмы «NGK» (Япония).
Таблица маркировки свечей зажигания фирмы «EYQUEM» (Франция).
1902 — 7 января 1902 г. Бошу предоставляют патент для нового типа свечи зажигания, объединенной с высоковольтным магнето. Первые системы поставляются Daimler-Motorengesellschaft в Бад-Каннштат 24 сентября 1902 г..
1902 (и следующие) — За первые несколько лет общее количество выпускаемых изделий насчитывает несколько сотен единиц ежегодно.
1914 — В Штутгарте основан первый завод свечей зажигания.
1927— Bosch вводит термин «диапазон высокой температуры», который до сего дня остался стандартной мерой тепловой емкости свечи (важный для идеальной адаптации свечи зажигания на конкретном двигателе).
1939 — Основан завод по производству свечей зажигания в Бамберге.
1953 — Свеча зажигания со сложным центральным электродом, гарантирующим надежный холодный запуск и более долгий срок службы, используется на Mercedes Benz 300 SL.
1968 — Завод в Бамберге производит миллиардную свечу зажигания.
1976 — Начато массовое производство термоэластичиых свечей с составным центральным электродом.
1980-е — Свечи зажигания адаптированы к изменениям в типе топлива и конструкции двигателя, что делает двигатели более чистыми, экономичными и эффективными (не содержащий свинца бензин, каталитические конвертеры, четыре клапана на цилиндр, обедненные смеси и т.д.).
1933 — Платиновые центральные электроды и композитные материалы со сплавами из благородных металлов повышают срок службы свечей зажигания до 60 000 км пробега и более.
1991 — Свеча зажигания с вентилируемым зазором предотвращает осаждение сажи, дрейф момента зажигания и осечки в зажигании даже при эксплуатации автомобиля в режиме частых коротких поездок.
1995 — Никель-иттриевый электрод продлевает срок службы свечей зажигания.
2000 — Поставка сделанных на заказ свечей зажигания для первого двигателя с прямым стратифицированным впрыском бензина (с системой зажигания и системой впрыска, также поставляемой компанией Bosch).
2002 (7 января) — сотая годовщина первой свечи зажигания Bosch.
Интересно отметить, что стандартная свеча зажигания дает до 100 искр в секунду и больше 20 миллионов искр за срок службы при пробеге 20 000 км. В рабочих условиях к свече зажигания подводится напряжение до 30 000 В. температура достигает 10 000 «С и давление 160 бар, на свечу также воздействуют чрезвычайно агрессивные смеси горячего бензинового пара, продуктов горения и остатков топлива.
Прошло более ста лет с тех пор, как Роберт Бош представил первую свечу зажигания, объединенную с высоковольтной системой зажигания типа магнето. Патент на это инновационное изобретение был предоставлен компании 7 января 1902 г. Надежная система зажигания компании Bosch решила то, в чем Карл Бенц видел главную проблему раннего автомобилестроения. Вместе с другими усовершенствованиями в технологии производства автомобилей в целом, свеча зажигания стала частью фундамента, на который в последующие десятилетия опирался быстрый рост автомобилестроения. В результате наступило время, когда каждый мог стать обладателей автомобиля.
В наставшее время свеча зажигания Боша, которая за десятилетия непрерывно развивалась и улучшалась, является главным компонентом системы, играющей ключевую роль в экономии топлива, чистом и эффективном сгорании и надежной работе двигателей и каталитических конвертеров. Несмотря на грандиозное увеличение качества свечи зажигания, ее ресурс сегодня составляет от 20 000 до 30 000 км, приблизительно в 20-30 раз больше показатели 90-летней давности. Некоторые специальные свечи зажигания имеют срок службы даже 100 000 км.
Рис. Материал сердечника свечи зажигания важен для ее качества (Источник: Bosch Press)
Компания Bosch непрерывно адаптируется к новым разработкам в технологии двигателей, таким как головки цилиндра с четырьмя клапанами или двигатели для обедненных смесей. Последний пример — Volkswagen Lupo FSI (2003-2004 гг.), первый серийно выпускаемый автомобиль с бензиновым двигателем очень малого потребления, в котором осуществлена комбинация свойств прямого впрыска и стратифицированного распыления топлива. Компания Bosch полностью поставляет для этого автомобиля систему впрыска, систему зажигания, а также специально разработанные свечи зажигания. Зайдите на сайт www.bosch.com, чтобы найти свечи, подходящие для любого варианта применения.
Варианты конструкции и специальные материалы тина платины или иттрия обеспечивают свечам зажигания Bosch широкое применение. Меняя тип, число и форму электродов, можно создать различные типы свечей зажигания. Текущий каталог свечей зажигания компании Bosch насчитывает 26 различных вариантов электрода. Возможность выбрать оптимальные свечи помогает двигателям удовлетворять более строгим, чем когда-либо раньше, требованиям по ограничению выбросов и в то же самое время обеспечивать большую эффективности и высокую выходную мощность.
Рис. Свеча зажигания с четырьмя электродами (Источник: Bosch Press)
В 1902 г. компания Bosch произвела приблизительно 300 свечей зажигания. Теперь только один завод компании в Бамберге (Bamberg) производит около миллиона свечей зажигания каждый рабочий день, а производство по всему миру составляет приблизительно 350 миллионов свечей зажигания ежегодно.
Компания Bosch также производит свечи зажигания с качеством стандарта Bosch по всему миру на заводах в Индии, Бразилии, Китае и России для местных рынков и изготовителей автомобилей. Всего компания произвела более семи миллиардов свечей зажигания. Положенные вплотную одна за другой, они протянулись бы более чем на 350 000 км — это расстояние до Луны!
Большинство разработок в конструкции свечи зажигания представляют собой отдельные улучшения.
Последние тенденции — использование платиновых свечей и разработка такой свечи, которая бы сохраняла свои характеристики в пределах приемлемых отклонений параметров в течение очень долгого периода, то есть более 50 000 миль (80 000 км) пробега автомобиля.
Многоэлектродные свечи зажигания увеличивают продолжительность срока эксплуатации и надежность данного изделия. Эти свечи при очередном искрообразовании производят каждый раз только одну искру на одном из электродов. Искра проскакивает по пути наименьшего сопротивления. и естественно, что такая искра произведет лучшее воспламенение смеси. Равным образом, износ распределяется на два или более электродов. Свеча с двойным внешним электродом показана на рисунке, на рисунке ниже показана платиновая свеча зажигания.
Чтобы выбрать свечу зажигания для данного конкретного транспортного средства, обычно используются два метода. Для начала оценивается температурный диапазон.
Первый метод оценки температуры режима работы свечи — это свеча с термопарой типа показанной на рисунке. Она позволяет провести весьма точное измерение температуры, но не позволяет выполнять испытание всех типов свечей.
Рис. Свеча зажигания со встроенной термопарой
Второй метод — это метод измерения ионного тока. В момент начала горения смеси проводимость и структура разряда тока через промежуток свечи являются отличным индикатором тепловой нагрузки на свечу. Этот процесс позволяет обеспечить выбор свечи зажигания в точном соответствии с диапазоном ее работы для любого двигателя, равно как и получить данные относительно температуры сгорания смеси на контрольном двигателе. Эта техника начинает использоваться для обратной связи в системе управления двигателем, чтобы способствовать более точному управлению зажиганием.
Выбор правильной свечи на этапе послепродажного обслуживания — по сути, вопрос использования каталогов запчастей от изготовителей.
Свеча с V-образной канавкой на центральном электроде — разработка компании NGK. Свеча сконструирована таким образом, чтобы уменьшить подавление пламени электродом и позволить фронту пламени от искры легче распространяться. Это достигнуто формированием на конце центрального электрода V-образной канавки, как показано на рисунке.
Рис. Свеча с V-образной канавкой на электроде
Усовершенствование позволяет искре сформироваться с той стороны электрода, которая обеспечивает лучшее распространение фронта пламени и меньшую степень его подавления за счет соприкосновения с центральным и земляным электродами. На рисунке показано, как свеча с V-образной канавкой на электроде формирует искру. Приведены также показатели потенциального улучшения показателей по сравнению с обычной свечой.
Рис. Искрообразование свечи зажигания с V-образной канавкой и графики потенциального улучшения показателей по сравнению с обычной свечой
Промежуток (зазор) между электродами свечи зажигания, вообще говоря, на современных автомобилях увеличился, поскольку увеличилась мощность систем зажигания, дающих искру. Простая зависимость между зазором свечи и требуемым напряжением заключается в том, что по мере увеличения зазора должно расти и напряжение (даже не принимая во внимание режимы эксплуатации двигателя). Более того, при постоянной энергии искры больший зазор потребует увеличенного напряжения, что сократит продолжительность искры. Меньший зазор позволит получить искру большей длительности. Продолжительность искры критична для холодного запуска двигателя и для воспламенения бедных смесей. С другой стороны, зазор свечи должен быть как можно больше, чтобы гарантировать надежное воспламенение смеси.
Следовательно, величина зазора — это компромисс, достигаемый в процессе разработки и испытания конкретного изделия. В настоящее время используется зазор 0,6-1,2 мм.
Материал, выбранный для электрода свечи зажигания, должен иметь следующие свойства:
высокую теплопроводность
высокое сопротивление коррозии
высокую стойкость к выгоранию
Для обычных применений в качестве материалов электродов используются сплавы никеля. В состав сплавов входит также хром, марганец, кремний и магний. Эти сплавы показывают превосходные свойства в отношении коррозии и сопротивляемости выгоранию. Чтобы изменить в лучшую сторону теплопроводность, используются составные электроды. Они позволяют увеличить конструктивную длину носика свечи при сохранении температурного диапазона. Распространенный пример свечи этого типа — свеча зажигания с медным сердечником.
Поскольку серебро имеет очень хорошие тепловые к электрические свойства, в особых случаях используются серебряные электроды. Опять же, длину носика этих свечей можно увеличить в пределах того же самого температурного диапазона. В списке для сравнения дана теплопроводность некоторых материалов электрода:
серебро — 407 Вт/(мК);
медь — 384 Вт/(мК);
платина — 70 Вт/(мК);
никель — 59 Вт/(мК).
Составные электроды имеют среднюю теплопроводность приблизительно 200 Вт/(мК). Для некоторых конструкций используются платиновые покрытия электродов по причине очень высокой стойкости этого материала к выгоранию. По этой причине можно использовать электроды намного меньшего диаметра, увеличивая таким образом доступ смеси к свече. Платина к тому же обладает каталитическим эффектом, еще более ускоряя процесс сгорания.
На рисунке показана свеча с разделенным надвое внешним электродом, что предохраняет ее от обрастания нагаром.
Рис. Свеча зажигания с двойным внешним электродом имеет хорошие свойства, предохраняющие ее от обрастания нагаром
Вследствие многих особенностей, связанных с конструкцией двигателя, диапазон температур, в котором функционирует свеча зажигания, может значительно изменяться.
При этом критической является рабочая температура центрального электрода свечи зажигания. Если температура становится слишком высокой, тогда может произойти преждевременное зажигание, поскольку воздушно-топливная смесь может воспламениться из-за чрезмерного нагрева электродов свечи. С другой стороны, если температура электрода слишком низкая, тогда свеча загрязняется сажей и остатками масла, поскольку отложении не сгорают до конца. Загрязнение искрового промежутка может вызвать его шунтирование и срыв искрообразования. Эксперименты и опыт эксплуатации показывают, что идеальная рабочая температура электрода свечи находится между 400 и 900 «С. На рисунке показано, как температура электрода меняется в зависимости от выходной мощности двигателя.
Рис. Температура электрода свечи зажигания в зависимости от выходной мощности двигателя
Тепловой рабочий диапазон свечи зажигания определяется ее способностью отводить тепло от нейтрального электрода. Двигатель, работающий при больших температурах, будет требовать свечей с большей допустимой тепловой нагрузкой, чем более холодный двигатель (имеется в виду температура сгорания топлива, а не эффективность системы охлаждения).
Следующие факторы определяют тепловую емкость свечи зажигания:
длина носика изолятора;
материал электрода;
длина электрода;
конструкция электрода.
Вес эти факторы зависят друг от друга. Свое влияние оказывает даже положение свечи в двигателе.
Обнаружилось, что удлиненная конструкция электрода помогает уменьшить проблему загрязнения при работе с неполной мощностью, старт-стопном режиме вождения, а также в высотных условиях. Чтобы использовать большую протяженность электрода, необходима и лучшая тепловая проводимость свечи для обеспечения соответствующей теплопередачи на режимах с большей выходной мощностью. На рисунке показаны теплоотводящие части свечи зажигания вместе с изменениями в конструкции для различных тепловых диапазонов. Там же показан номер теплового диапазона для свечей NGK.
На рисунке показана стандартная и резисторная свечи зажигания. Центральный электрод связан с главным выводом стержня. Электрод сделай из сплава на основе никеля. В некоторых случаях используются даже серебро и платина. Если в электроде использован медный сердечник, это улучшает отвод тепла.
Изоляционный материал — керамика очень высокой чистоты, обычно окись алюминия Аl2O1, (чистота 95%). Изолятор заключен в металлический корпус и по внешней поверхности покрыт материалом со следующими свойствами:
Вышеупомянутый список дан только для справки, поскольку реальные значения при относительно небольших производственных изменениях могут широко меняться. Электропроводный стержень из стеклокерамики между центральным электродом и выводом используется в качестве резистора. Этот резистор имеет две функции:
предотвратить выгорание центрального электрода
снизить радиопомехи
В обоих случаях достигается желательный эффект, потому что резистор ограничивает ток искры в момент зажигания.
Пробой, или разряд, по внешней стороне изолятора свечи предотвращается ребрами, которые эффективно увеличивают поверхностное расстояние от вывода свечи до металлической крепежной гайки, которая, конечно, электрически связана с корпусом двигателя, то есть землей.
Суть требований к свече зажигания заключается в том, что она должна сформировать искру в пределах камеры сгорания, которая инициирует горение топлива. Чтобы сделать это, свеча должна противостоять суровым условиям. Рассмотрим, например, четырехтактный четырехцилиндровый двигатель со степенью сжатия 9:1, работающий на скоростях до 5000 об/мин. При этой скорости четырехтактный цикл повторяется каждые 24 мс. Нижеследующие условия типичны:
конец такта впуска: давление 0.9 Бар при температуре 65 «С;
начальный момент зажигания: 9 Бар при 350 «С;
наивысшее значение давления в течение рабочего такта: 45 Бар при температуре 3000 «С;
рабочий такт закончен: давление 4 Бар при температуре 1100 «С.
Помимо вышеупомянутых условий, свеча зажигания должна противостоять серьезной вибрации и химически агрессивной окружающей среде. Наконец, что самое важное, изоляция должка выдерживать напряжение до 40 кВ.
Свечи зажигания типа А7, 5УС, служащие для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя, ввернуты в специальные гнезда головки блока цилиндров двигателя.
Свеча зажигания состоит из керамического изолятора 5, внутри которого находится центральный электрод 2, выполненный из жаростойкого сплава, и металлического корпуса 4 с приваренным к нему боковым электродом 1.
Для обеспечения требуемого герметичного соединения свечи с резьбовым отверстием в головке блока цилиндров под опорной частью корпуса свечи размещается уплотнительная металлическая прокладка 3 фигурного сечения. Величина зазора между электродами свечи должна быть равна 0,6—0,75 мм.
Исправность свечи проверяется под давлением на специальном приборе. В исправных свечах при давлении 8—9 кГ/см2 должно обеспечиваться бесперебойное искрообразование между электродами. При давлении 10 кГ/см2 новая свеча должна быть полностью герметичной и воздух не должен проходить в местах соединения центрального электрода с изолятором и корпуса с изолятором.
Подогрев впускного воздуха улучшает условия пуска дизелей с неразделенной камерой сгорания. Примером устройства, обеспечивающего повышение температуры конца сжатия за счет подогрева впускного воздуха, служит свеча подогрева СН-150. Свеча мощностью 400 Вт устанавливается на впускном трубопроводе тракторных дизелей с рабочей объемом до 4-5 л. Учитывая ее малую мощность, для роста температуры всасываемого воздуха устанавливаются две и более свечи. Но при использовании более одной свечи повышается расход электроэнергии и увеличивается аэродинамическое сопротивление впускного трубопровода.
Спираль свечи изготовляется из проволоки высокого омического сопротивления с диаметром 2 мм. Свеча устанавливается в специальном гнезде на впускном трубопроводе и закрепляется накидной гайкой. Место установки свечи выбирается экспериментально, исходя из максимально возможного приближения ее к впускным окнам, с учетом количества и схемы расположения цилиндров двигателя. Номинальное напряжение свечи 8,5 В, номинальная сила тока 45-47 А, время нагрева до рабочей температуры (900-1000 С) составляет 40-60 с. Последовательно со свечой включены в электроцепь дополнительный резистор, который закорачивается во время пуска, контрольный элемент, спираль, заключенная в кожух или контрольная лампочка. Время, необходимое для нагрева спирали свечи, контролируется по степени нагрева спирали контрольного элемента или по накалу лампочки.
При использовании свечей подогрева впускного воздуха в сочетании с маловязкими маслами и увеличенной цикловой подачей топлива предельная температура надежного пуска холодного дизеля снижается примерно на 5 С.
Для повышения эффективности и снижения температуры пуска применяются фланцевые свечи. У фланцевых свечей за счет удлинения спирали увеличивается поверхность теплоотдачи, ее мощность при этом не меняется. Кроме того, уменьшаются потери теплоты в результате их установки непосредственно около впускных окон. Однако такие свечи не получили широкого распространения из-за невозможности унификации их конструкций для применения на различных типах дизелей.
Эффективность применения свечей подогрева снижается с понижением температуры. Поэтому их применяют для облегчения пуска дизелей с неразделенной камерой сгорания до температур не ниже -15 С», а при температурах ниже -15 С» подогрев всасываемого воздуха осуществляют электрофакельными подогревателями.
Одним из достоинств электрофакельных подогревателей является возможность их работы как на дизельном топливе, так и на бензине. Это позволяет их использовать для облегчения пуска, кроме дизелей, и на многотопливных двигателях. По сравнению со свечами электрофакельные подогреватели потребляют меньшее количество электроэнергии. Кроме того, наряду с эффективным подогревом воздуха они газифицируют часть несгоревшего топлива, что улучшает внешнее смесеобразование. Несгоревшие частицы топлива в виде паров или газов попадают в цилиндры двигателя и, являясь там очагами воспламенения, способствуют более быстрому сгоранию топлива. Данное свойство используется для облегчения пуска бензинового двигателя. Для этого снижается температура поверхности нагревательного элемента электрофакела, что позволяет получить во впускном трубопроводе пары бензина, которые, попав в цилиндры, способствуют надежному пуску и прогреву бензинового двигателя. Работа подогревателя после пуека дизеля в режиме сопровождения ускоряет прогрев двигателя, уменьшает дымность и снижает токсичность отработавших газов.
На продолжительность пуска двигателя влияют расположение электрофакела во впускном трубопроводе по отношению к впускным окнам, а также величина выступания его нагревательного элемента в коллекторе. При проектировании двигателей, на которых планируется установка подогревателей, необходимо предусматривать во впускном трубопроводе специальные выступы, снижающие скорость всасываемого воздуха и способствующие устойчивому горению факела при самостоятельной работе двигателя. При наличии у двигателя двух впускных трубопроводов подогреватели располагают в каждом из них.
Эффективность пуска дизеля с электрокафельным подогревателем повышается при правильно выбранном начальном угле опережения впрыскивания Уоп топлива. Величина Уоп для каждого типа дизеля опредедяется экспериментально. На рисунке в качестве примера отечественной конструкции предлагается электрофакельный подогреватель ЭФП-8101500, устанавливаемый на тракторные дизели Минского моторного завода и Харьковского завода тракторных двигателей. Нагревательным элементом такого подогревателя является спираль из нихромовой проволоки. Для поддержания пламени при самостоятельной работе дизеля спираль имеет двойную навивку, с тем чтобы ее внешняя часть предохраняла от переохлаждения внутреннюю. Спираль заключена в колпачок с отверстиями, который создает оптимальные условия для воспламенения топливовоздушной смеси и предотвращает от попадания в цилиндры двигателя частиц сгоревшей спирали в случае ее перегорания. Спираль соединяется параллельно обмотке электромагнитного клапана, обеспечивающего подачу топлива на спираль подогревателя.
Срабатывание электромагнитного клапана осуществляется после предварительного нагрева спирали одновременно с включением стартера. Нагрев спирали до рабочей температуры (900 С») обеспечивается за 15-20 с. Спираль к источнику тока подключается через добавочный резистор СЭБ-50В (закорачиваемый при пуске), контрольный элемент ПД-50В и выключатель типа ВК-316Б. При включенном электромагнитном клапане топливо попадает на раскаленную спираль электрофакельного подогревателя, на которой оно, воспламеняясь, образует факел пламени, с помощью которого поступающий в цилиндры воздух нагревается. Электрофакельный подогреватель выключают из электросети после выхода дизеля на устойчивый режим работы.
Более совершенной конструкцией электрофакельного подогревателя является конструкция, устанавливаемая на дизели автомобилей КамАЗ, ЗИЛ, ГАЗ. и некоторые другие типы дизелей ЯМЗ. В его комплект входит одна (две) факельная одноштифтовая свеча, электромагнитный топливный клапан, добавочный резистор с электротермическим реле, а также кнопочный выключатель, реле блокировки и отключения обмотки возбуждения генератора, контрольная лампа готовности к пуску и топливопроводы. У подогревателя имеются топливная и электрическая схемы, подключаемые к соответствующим системам автомобиля. Основным устройством, обеспечивающим получение факела для нагрева поступающего в цилиндры воздуха, является факельная штифтовая свеча. Их количество и место расположения зависят от конструкции впускного трубопровода и рабочего объема двигателя. В связи с тем, что отечественной промышленностью не выпускаются двухштифтовые свечи для дизеля ЯМЗ-240 с рабочим объемом 22 л, требуется установка четырех одноштифтовых свечей. Свечи на впускном трубопроводе размещают таким образом, чтобы обеспечить равномерное распределение нагретого воздуха по цилиндрам. Конструкция свечи допускает их установку в вертикальном, горизонтальном и промежуточном положениях.
Рис. Комплект электрофакельного устройства подогрева впускного воздуха автомобиля КамАЗ: 1 — факельная штифтовая свеча; 2 — реле блокировки н отключения обмотки возбуждения генератора; 3 — добавочный резистор с электротермическим реле; 4 — электромагнитный топливный клапан
Факельная штифтовая свеча имеет корпус, внутри которого расположен нагревательный элемент, выполненный в виде однопроводной свечи закрытого типа, рассчитанной на напряжение 19 или 8,5 В при силе тока соответственно 11 и 22 А. Спираль свечи помещена в тонкий металлический кожух, заполненный периклазом, и поверхность ее нагревается до 1000-1100 С. На корпусе расположен штуцер для подсоединения свечи к топливопроводу, а в нижней части имеется резьба для крепления ее на впускном трубопроводе. В нужном положении свеча фиксируется контргайкой. В топливном штуцере располагается фильтр, изготовленный из высокопористой бронзы, и жиклер, обеспечивающий дозирование топлива. Поступающее под низким давлением топливо попадает во внутреннее пространство свечи, смачивает испарительную сетку, расположенную между кольцевой вставкой и штифтом нагревательного элемента. Наличие испарительной сетки способствует более равномерному распределению топлива вокруг штиф, та и препятствует быстрому его вытеканию.
Факел пламени образуется в результате смешивания испарившейся части топлива с поступающим во впускной трубопровод воздухом в нижней части свечи. От переохлаждения нагревательный элемент защищен кожухом с отверстиями. Это обеспечивает поддержание устойчивого горения при работе двигателя на режиме самостоятельной работы после его пуска (режим сопровождения), что необходимо для быстрого прогревания цилиндров.
Топливо из системы питания двигателя поступает к свече через электромагнитный клапан. Его нормальная работа обеспечивается при условии, что магистраль низкого давления от фильтра тонкой очистки до топливного насоса высокого давления (ТНВД) будет заполнена топливом и топливоподкачивающий насос будет обеспечивать давление 20-40 кПа. На автомобиле КамАЗ этой цели служат перепускной клапан ТНВД и клапан-жиклер, установленные в крышке фильтра тонкой очистки.
Давление клапана-жиклера находится в пределах 25-45 кПа, а перепускного 60-80 кПа. Отклонение от данных величин приводит или к задержке появления факела, или к его затуханию. Электромагнитный клапан открывается после предварительного нагрева свечи. Управление клапаном и нагревом свечи осуществляется с помощью электротермического реле, размещенного в одном корпусе с добавочным резистором. Добавочный резистор служит для исключения падения напряжения в момент предварительного нагрева факельной штифтовой свечи и закорачивается в момент включения стартера.
Продолжительность предварительного нагрева факельной штифтовой свечи зависит главным образом от температуры окружающей среды (при вертикальном положении электротермического реле составляет 70-110 с). Оно определяется временем нагрева биметаллической пластины, по которой протекает ток свечей. Вследствие нагрева биметаллической пластины контакты реле замыкаются, в результате чего одновременно включаются топливный электромагнитный клапан и контрольная лампочка, сигнализирующая о необходимости включения стартера.
В электрической схеме электрофакельного подогревателя предусматривается реле блокировки, отключающее электроцепь факельной штифтовой свечи от обмотки возбуждения генератора при работающем двигателе. Это предотвращает перегорание свечей из-за высокого напряжения электрической цепи автомобиля после пуска, когда добавочный резистор устройства закорочен. Кроме того, в электроцепи должен быть амперметр, по показанию которого судят от работоспособности электрофакельного подогревателя.
Рис. Термостат CAV-367 фирмы Лукас: 1 — корпус клапана; 2 — корпус термостата; 3 — защитный кожух; 4 — спираль; 5 — стержень; 6 — запорный шарик; 7 — штекер
Другой разновидностью конструктивного решения электрофакельного подогревателя является термостат CAV-357 английской фирмы Лукас. Термостат имеет корпус с размещенным в нем топливным клапаном, внутри которого существует канал определенного диаметра, перекрываемый шариком под воздействием стержня, находящегося в холодном состоянии. Один конец спирали соединен с массой через защитный кожух, завальцованный ь корпус, другой в виде шггекера выведен наружу термостата и изолирован от массы. Форма навивки спирали и расположение отверстий на защитном кожухе выбраны таким образом, чтобы обеспечить устойчивое горение факела при работающем двигателе. Крепить термостат рекомендуется горизонтально или под углом 30″. Однако, как показали эксперименты, его можно устанавливать и вертикально. Питание туитивом обеспечивается от отдельного бачка вместимостью 25 см3, что гарантирует бесперебойную подачу топлива при малой частоте вращения коленчатого вала и способствует его широкому использованию на дизелях с различными схемами топливоподачи. Бачок располагают на высоте не менее 100 мм над уровнем топливного клапана. Это в некоторых случаях вызывает затруднения при компоновке термостата на автомобиле.
Термостат включают за 15-20 с перед пуском двигателя. Нагреваясь, спираль тянет стержень, в результате чего шарик перестает прижиматься к седлу клапана, и топливо самотеком по стержню попадает внутрь спирали. Нагреваясь, топливо испаряется и, смешиваясь в нижней части термостата с поступающим воздухом, воспламеняется.
Зависимость проходного сечения клапана от температуры приводит к затуханию пламени при температурах пуска ниже -15 С» и не обеспечивает горение в процессе самостоятельной работы двигателя при низких температурах окружающей среды. Имеющаяся модификация термостата с отдельным топливным клапаном позволяет повысить эффективность его использования при температурах ниже -15 С».
Необходимо отметить, что основным недостатком электрофакельных подогревателей является отсутствие у водителя информации о наличии факела в процессе пуска двигателя. Для устранения этого в настоящее время ведутся исследования. В частности, предусматривается установка фотодиодного датчика.
Применение электрофакельных подогревателей обеспечивает пуск различных типов дизелей на малорязких маслах при температурах -20, -25 С» при n равной 70-80 мин.
Назначение свечи зажигания заключается в подаче в цилиндр двигателя высокого напряжения с целью воспламенения рабочей смеси. Кроме того, свеча должна изолировать от блока цилиндров подающееся на нее высокое напряжение (более 30 кВ), снижать пробои и прорывы, а также герметично закрывать камеру сгорания. Кроме того, она должна обеспечивать соответствующий диапазон температур во избежание загрязнения электродов и возникновения калильного зажигания. Схема типичной свечи зажигания показана на рисунке.
Рис. Схема свечи зажигания: 1 — Контактная гайка; 2 — Оребрение изолятора; 3 — Контактная головка; 4 — Изолятор; 5 — Корпус свечи зажигания; 6 — Токопроводящий стеклогерметик; 7 — Уплотнительное кольцо; 8 — Теплоотводящая шайба; 9 — Центральный электрод; 10 — Тепловой конус изолятора; 11 — Рабочая камера свечи; 12 — Электрод массы (боковой); h — Искровой зазор; L — Длина ввертываемой части; l — Длина резьбовой части (цоколь); d — Наружный диаметр резьбы; S — Размер под ключ.
У дизелей с разделенными камерами сгорания температура в конце такта сжатия при реально возможной частоте прокручивания коленчатого вала двигателя электростартерной системой оказывается недостаточной (до 300-350 «С) для обеспечения воспламенения впрыскиваемого в цилиндры топлива. Наиболее эффективным средством, с учетом особенностей рабочего процесса, для дизелей с разделенными камерами сгорания является установка в вихревую или в предкамеру свечей накаливания, которые обеспечивают каллоризаторное воспламенение впрыскиваемого топлива.
Свечи накаливания бывают:
открытого типа
закрытого типа (с открытой спиралью и со спиралью, расположенной внутри защитного кожуха)
Промышленностью выпускаются двухполюсные свечи накаливания СНД-100 БЗ открытого типа. Их устанавливают в предкамеры дизелей Д-48, Д-50, СМД-15К и др. Материалом спирали служит нихромовая проволока диаметром 1,6-2 мм. Конструкция отличается достаточной коррозийной и вибрационной стойкостями. Двухполюсные свечи накаливания, установленные на двигателе, включаются последовательно с контрольным элементом типа ГЩ-50Б, дополнительным резистором СЭБ-50 и источником тока. Время нагрева спирали до рабочей температуры 850-1000 С составляет 30-60 с при силе тока 45-50 А и напряжении 12 В. Готовность к пуску двигателя определяется по степени накала спирали контрольного элемента. Дополнительный резистор служит для компенсации падения напряжения в момент включения стартера, в результате чего сила тока в цепи остается постоянной и степень накала свечи не меняется. Во избежание сокращения срока службы свечи накаливания с открытым нагревательным элементом устанавливают в камеру сгорания таким образом, чтобы струи распыливаемого топлива не касались раскаленной спирали.
В отличие от свечи открытого типа спираль накаливания штифтовой свечи (закрытого типа) находится внутри кожуха, заполненного порошкообразным наполнителем. В качестве наполнителя используют оксид магния (периклаз), представляющий собой электроизоляционный материал с высокой теплопроводностью. Материалом кожуха служит сплав инконель (железо-никель-хром). Свечи данного типа изготавливаются однопроводными. В связи с большой тепловой инерцией необходимость дополнительного резистора, закорачиваемого при пуске, отсутствует. Время нагрева штифтовых свечей до рабочей температуры (1000 С) зависит от конструкции их нагревательного элемента и составляет от 7 до 60 с. Свечи с наименьшим временем нагрева предназначены для установки на вихре камерные дизели с небольшим рабочим объемом и высокой степенью сжатия (22-23). Время их нагрева изменяется в зависимости от температуры двигателя и окружающей среды. Для этого используются автоматы с электронными блоками управления, которые предохраняют нагревательный элемент также от высоких напряжений и силы тока. Преимуществом таких свечей являются большая механическая прочность и продолжительный срок службы вследствие отсутствия окисления кислородом воздуха нагревательного элемента.
Рис. Установка свечей накаливания в камере сгорания: а — открытого типа (дизель Д-50); б — закрытого типа (дизель Д-37Е); в — закрытого типа (дизель Фольсваген) первый вариант; г — закрытого типа (дизель Фольсваген) второй вариант; 1 — топливная форсунка; 2 — свеча накаливания; 3 — головка цилиндров
Свечи устанавливают в камеру сгорания так, чтобы конус струй распиливаемого топлива касался лишь раскаленного конца ее кожуха. Как показали исследования, наилучшим расположением свечи в вихревой камере с точки зрения пуска является нижнее. Однако такое расположение не обеспечивает при наименьшем расходе топлива выполнения требований по дымности. Минимальная пусковая частота вращения коленчатого вала при использовании свечей накаливания для дизелей с разделенными камерами при -20 С на маловязком масле составляет 100-150 мин . Большая эффективность достигается и при установке штифтовых свечей в камеру сгорания дизеля с непосредственным впрыскиванием топлива. Применение свечей с временем нагрева спирали 60 с обеспечивает пуск дизеля Д-37Е на маловязком масле при -25 С с частотой электростартерного прокручивания 70-80 мин-1. Несмотря на определенные трудности с размещением и нарушением рабочего процесса и в связи с более низким сроком службы, установка штифтовых свечей на дизеле с непосредственным впрыскиванием топлива является наиболее перспективным направлением. В настоящее время этот способ улучшения пуска получает все большее распространение в нашей стране.
Если заворачивая свечу зажигания, вы обломили ее так, что резьбовая часть осталась в головке цилиндров, то, заточив четырехгранный напильник наподобие шабера, вставьте его в отверстие обломанной свечи. Слегка ударьте сверху по торцу напильника, а затем, одновременно нажимая на него и поворачивая разводным ключом, выверните остатки свечи.
Перед установкой новой свечи натрите порошком графита ее резьбовую часть, тогда отвернуть ее в следующий раз будет легче.
Справка. Чтобы избежать неприятностей при отворачивании, следует иметь 6 виду, что ГОСТ 2043-74 «Свечи зажигания искровые» не рекомендует вворачивать свечи с резьбой на корпусе М14*1,25 крутящим моментом более 3,9 кгс*м, а с резьбой М18*1,5 — более 5,0 кгс*м.
Рис. Нажимая сверху на напильник и поворачивая его, можно вывернуть обломок свечи: 1 — заточенный напильник; 2 — обломок свечи; 3 — головка цилиндра.
замасливание и покрытие нагаром электродов и юбочки изолятора
изменение зазора между электродами вследствие их износа
образование трещин в изоляторе
загрязнение изолятора копотью
нарушение герметичности изолятора
Признаками неисправности свечей зажигания служат трудный пуск и перебои в работе двигателя, а иногда его остановка.
Нормальная рабочая свеча
Перед вами фотография, на которой вы можете видеть рабочую (нормальную) свечу зажигания, которая имеет минимальное выгорание электрода. В итоге двигатель на такой свече будет работать эффективно и правильно.
Отложения сажи
Заземляющий элемент, электрод и сама свеча покрыты сажистыми отложениями. Свеча неисправна.
Что стало причиной: Как правило, сажистые отложения на свечке образуются из-за неправильной воздушно-топливной смеси в камере сгорания. Например, смесь может быть по каким-то причинам с переизбытком кислорода.
В том числе подобное отложение может быть из-за сильно загрязненного воздушного фильтра, из-за неисправности системы впрыска, выхода из строя датчика температуры и неисправности датчика кислорода (лямбда зонда).
Кроме того, отложение сажи могут образовываться из-за неправильного теплового диапазона свечи зажигания.
Масло на свече зажигания
Заземляющий элемент, электрод и корпус свечи покрыт масленым налетом.
Что стало причиной: Избыточное количества масла двигателя в камере сгорания, которое может быть из-за перелива масла (выше отметки максимум на масленом щупе). Также масло на свечке зажигания может говорить об износе поршневых колец, об износе поршней, блока цилиндров двигателя и направляющих клапанов.
Если машина оснащены турбодвигателем, то масло на свечах зажигания может указывать на неисправность турбокомпрессора.
Лаковые отложения на свечах
На свече заметны лаковые отложения, имеющие коричнево-желтый цвет или зеленый оттенок.
Что стало причиной: Самой распространенной причиной лаковых отложений на свечках являются присадки в бензине и в моторном масле.
Шлаковые отложения
На заземляющем элементе свечи и на электроде заметны большие отложения топлива и моторного масла.
Что стало причиной: Подобные шлаковые отложения (смолисто-коксовые) появляются чаще всего из-за присадок в моторном масле, которые в последние годы чаще всего используются производителями. В результате сгорания присадок образуются большие отложения на свечках, что может являться причиной неправильной работы двигателя и системы зажигания.
Расплавился центральный электрод свечи зажигания
Центральный электрод свечи выгорел. Край заземляющего элемента также оплавился.
Что стало причиной: Чаще всего подобное можно наблюдать при перегреве свечи, в результате неправильного зажигания автомобиля. Также свеча может расплавиться в результате отложений в камере сгорания, неисправности клапанов, низкого качества бензина, а также в результате неправильной затяжки свечи в головке блока
Быстрый износ электрода свечи
На конце электрода и заземляющего элемента виден сильный износ, в результате чего материал важных элементов свечи поврежден.
Что стало причиной: Некачественное топливо на АЗС с наличием вредоносных присадок. Некачественное моторное масло с агрессивными присадками. Кроме того, подобный износ свечей также наблюдается при детонации и перегреве.
Расплавленная свеча зажигания
Сильные отложения на электроде и на заземляющем элементе. Признаки не свечного отложения в результате нагрева.
Что стало причиной: Как правило, при таком виде износа свечей зажигания можно сделать вывод, что в камере сгорания присутствуют отложения, которые самовоспламеняются. Также возможно в головке блока двигателя неисправны клапана. В том числе подобный износ встречается и при использовании некачественного топлива.
Износ разъема свечи
Чаще всего свеча зажигания изнашивается, конечно, с той стороны, где генерируется искра.
Но свеча также может повреждаться с той стороны, где подключается разъем высоковольтного провода.
Что стало причиной: Старые разъемы высоковольтных проводов или перегрев свечи часто приводит к повреждению свечи в месте соединения с проводами высокого напряжения.
Проверка свечей зажигания
При техническом обслуживании свечей зажигания их проверяют на работоспособность неоновой лампой или на специальных приборах, очищают от нагара, проверяют на искрообразование и регулируют зазоры между электродами.
При проверке свечей неоновой лампой один ее контакт соединяют с «массой» двигателя, а другой — поочередно с центральными электродами проверяемых свечей на работающем и предварительно прогретом двигателе. Периодическое свечение лампы указывает на нормальную работу свечи. Чрезмерно яркое свечение свидетельствует об увеличенном зазоре между электродами, а слабое — о недостаточном напряжении. Причинами недостаточного напряжения могут быть сильное нагарообразование, загрязнение или трещины в изоляторе, а также неисправности в цепи системы зажигания. В этом случае неисправную свечу необходимо заменить. Более прогрессивной является проверка технического состояния элементов системы зажигания и, в частности, свечей с применением осциллоскопа (катодно-лучевой трубки), которым снабжаются современные стенды для контроля электрооборудования автомобилей.
Рис. Передвижной электронный стенд ХАДИ для контроля приборов электрооборудования автомобилей
Рис. Осциллограмма проверки работы зажигания в одном цилиндре двигателя
Осциллоскоп присоединяют параллельно в различных точках первичной или вторичной цепей системы зажигания. На рисунке показано типичное изображение кривой напряжения (развертка) для одного цилиндра. Здесь участок 0—1 соответствует замкнутому состоянию контактов, точка 1 — размыканию контактов, участок 1 — 2 — продолжительности искры, 2 — 3 — рассеиванию оставшейся энергии в индукционной катушке и конденсаторе, 3 — 4 — контакты еще разомкнуты, но колебательные процессы в системе уже закончились. Высота порожка характеризует напряжение аккумуляторной батареи.
Аналогичное изображение на экране трубки может быть получено одновременно для всех цилиндров двигателя. Периодически (через 6000— 10 000 км) все свечи очищают и проверяют на приборе ГАРО, а также регулируют зазор между электродами.
Рис. Схема прибора для очистки и проверки свечей зажигания
На приборе свечи очищают от нагара мелким просеянным и прокаленным песком. Для этого свечу вставляют в отверстие с уплотнительной резиновой манжетой 12. Сжатый (до 7 — 8 кГ/см2) воздух поступает через штуцер 3 в распределительную камеру 4, откуда по каналу 15 в насадок 14 конуса 13 для очистки. При этом воздух подхватывает частицы песка, которые очищают внутренние части свечи от нагара и масла. Подача воздуха из распределительной камеры в воздушную 21 к конусу 13 и выточке 17 для обдува свечи регулируется при помощи винтов 7, 8 и 9. При завинчивании винта подвижный штуцер 6 давит на резиновую диафрагму 5, которая и перекрывает отверстие канала, расположенное против винта.
Для выхода воздуха из полости конуса в отражательном 11 и наружном 10 дисках имеются окна, затянутые фильтрующей тканью.
В процессе очистки свечу следует слегка поворачивать вокруг своей оси. После очистки свечу в течение 5—10 сек обдувают чистым сжатым воздухом. Для этого завертывают винт 9, закрыв доступ воздуха в канал 15, переставляют свечу в выточку 17 и, отвинчивая винт 8, подают воздух в канал 16.
При проверке на искрообразование и герметичность свечу ввертывают в гнездо корпуса 22. В воздушную камеру 21, снабженную смотровым стеклом 20, по штуцеру 3 и каналу 18 подается сжатый воздух, давление которого контролируют по манометру 19.
Центральный электрод свечи соединяют проводом 23 высокого напряжения параллельно искровому разряднику 2 с концом вторичной обмотки пусковой катушки 1. К катушке подведено питание постоянным током напряжением 12 в. Отсутствие искры, пропуски в искрении или появление искры на поверхности изолятора указывают на неисправность свечи.
После очистки свечи, перед проверкой на искрообразование, проверяют зазор между электродами и регулируют его до нормальной величины (ЗИЛ-130 — 0,85—1,0 мм, ГA3-53A — 0,8—0,9 мм, ГАЗ-21 «Волга» — 0,8—0,95 мм, «Москвич-408» — 0,6—0,5 мм). Зазор проверяют круглым щупом, так как впадины изношенной поверхности электродов не позволяют применить плоский щуп. Зазор между электродами рекомендуется регулировать подгибанием бокового электрода специальным инструментом в виде пластины с прямоугольными вырезами. Проверка свечи может быть произведена также с помощью приборов — ППЗ модели 515-1 и НИИАТ Э-5. В приборах смонтированы эталонная катушка зажигания, контрольный прерыватель, разрядник с регулируемым зазором и неоновая лампа.
Рис. Измерение и регулировка зазора между электродами свечи: 1 — круглый щуп; 2 —плоский щуп; 3 — специальный ключ
Величину зазора между электродами свечи на приборе Э-5 проверяют на включенном параллельно свече разряднике по величине искрового промежутка, который устанавливается в разряднике в соответствии с нормальным значением для данного двигателя.
Рис. Универсальный прибор НИИАТ модели Э-5: а — панель прибора; б — электрическая схема; 1 — выключатель ступеней сопротивления; 2 — ползунковый реостат; 3 — переключатель полярности; 4 — потенциометр; 5 — переключатель вольтметра на 6 и 12 в; 6 — переключатель замеров и установки на нуль тахометра; 7 — тахометр; 8 — кнопка включения вольтметра; 9 — искровый разрядник; 10 — вольтметр; 11 —неоновая лампа; 12 — амперметр; 13 — переключатель амперметра; 14 — кнопка включения вибратора; 15 — указатель углов замкнутого состояния контактов прерывателя; 16 — гнезда для подключения шунта; 17 — переключатель замеров и установки на нуль указателя углов замкнутого состояния контактов прерывателя; 18 — потенциометр; 19 — переключатель рода проверки; 20, 21 и 22 — конденсаторы; 23—31 — монтажные сопротивления цепей прибора; 32 — вибратор; 33—датчик тахометра; 34 — батарея питания тахометра; 35 — выпрямитель; 36 — шунт; I, II, III, IV, V — гнезда для подключения проводов цепи низкого напряжения; V, М, Б, П и В И — гнезда для подключения соответственно: вольтметра прибора; провода «массы»; питания тахометра; включатель реостата
При зазоре между электродами свечи, превышающем нормы, ток высокого напряжения вследствие большего сопротивления потечет к разряднику, где и появится искра. При малом зазоре в свече, наоборот, искра возникнет в свече. При пользовании прибором Э-5 необходимо переключатель полярности установить в положение, соответствующее полярности массы ( + или —) электрооборудования проверяемого автомобиля, а переключатель вольтметра поставить в положение, соответствующее напряжению электрооборудования проверяемого автомобиля.
Состояние изолятора свечей зажигания определяют по вспышке неоновой лампы при наличии высокого напряжения на клемме свечи. Если свеча загрязнена или в изоляторе имеется трещина, то вследствие большой утечки тока напряжение упадет, и неоновая лампа гореть не будет.
Для повышения срока службы свечей зажигания применяются свечи с различными габаритными размерами и числом массовых электродов.
Форма электрода существенно влияет на зажигание топливовоздушной смеси, износ электродов, отвод теплоты и напряжение, необходимое для воспламенения смеси. Преимущественное распространение нашли массовые электроды с нижним расположением, боковым расположением и круговым электродом.
Рис. Форма расположения массового электрода: 1 – перемычка из токопроводящего стекла; 2 – воздушный зазор; 3 – изолятор; 4 – центральный электрод; 5, 6 – массовые электроды; а – нижнее расположение; б – боковое расположение; в – круговое расположение
Увеличение длительности эксплуатации свечей зажигания до нескольких сотен тысяч километров современных свечей зажигания достигается применением более жаропрочных материалов в качестве наплавок на центральных электродах, например платины (температура плавления 1772° С) или иридия (температура плавления 2450° С). Искрообразующее острие центрального электрода, выдерживающее высокие температуры и не расплавляющееся у таких электродов очень мало (0,4…0,6 мм), а сами свечи тоньше и длиннее, что позволяет использовать освободившуюся площадь камеры сгорания для установки клапанов с увеличенными диаметрами головок.
Применение центрального электрода малого диаметра позволяет снизить напряжение пробоя, что повышает надежность искрообразования, а характер горения искры таков, что в кольцевом зазоре между центральным электродом постоянно происходят разряды, выжигающие отложения продуктов сгорания.
Рис. Необходимое напряжение пробоя обычной и иридиевой свечи: U – напряжение пробоя, кВ
В случае применения обычных свечей распространению фронта пламени мешают массивные электроды, вследствие рассеивания значительной части энергии в тепло, а в иридиевых свечах фронт пламени распространяется значительно быстрее, так как тепловые потери при этом минимальны.
Рис. Распространение фронта пламени в обычной и иридиевой свече
Применение свечей с тонким электродом позволяет избегать калильного зажигания, потому что электрод за время рабочего хода и выпуска успевает охладиться до безопасной температуры.
Новые разработки подачи электрической искры в цилиндры двигателя интенсивно проводят разные фирмы и в частности Saab, которая предлагает использовать одноэлектродную свечу.
В этом случае в качестве одного из электродов свечи используется головка поршня 1, а другой электрод расположен в самой свече 2.
Рис. Одноэлектродная свеча
Одноэлектродная свеча изготавливается с большой толщиной керамической изоляции, что позволяет значительно повысить напряжение пробоя. Зазор между электродами изменяется в зависимости от нагрузки. При малых нагрузках, с большим количеством отработавших газов в топливовоздушной смеси, искра подается при зазоре между электродами до 8 мм. На больших нагрузках искра подается при зазоре 1,5мм.
Перспективными считаются свечи с высокочастотным разрядом без бокового электрода. Электрический разряд в таких свечах возникает посредством СВЧ-энергии , которую генерирует магнетрон, заменяющий традиционную для автомобиля катушку зажигания, подобно тому как это происходит в микроволновой печи.
Высокочастотному разряду второй электрод не нужен – он может просто «уходить в пространство» камеры сгорания. Лабораторные испытания новой технологии, предложенной американской компанией Etatech и воплощенной в экспериментальных свечах фирмой BERU, показали энергетическая эффективность при применении такой системы воспламенения повышаются на 40%, а выбросы оксидов азота снижаются на 80%. Это поясняется тем, что смесь теперь поджигается сразу во всей камере сгорания, заполненной электрическим полем высокой напряженности. Высокочастотным разряд снимает проблему работы на обедненных смесях, характерную для двигателей с непосредственным впрыском, у которых наблюдается высокий выброс оксидов азота.
Рис. Свеча с высокочастотным разрядом без бокового электрода
В дизельных двигателях топливо воспламеняется от высокой температуры сжатого воздуха. При запуске двигателя, особенно при низкой температуре окружающего воздуха, температура в камере сгорания недостаточна для надежного самовоспламенения топлива. Для обеспечения надежного запуска дизельного двигателя в его конструкции предусмотрена система предварительного разогрева с использованием свечей накаливания. Свечи накаливания разогревают воздух в зоне впрыска топлива до температуры 850…1000°С за 3…4 с, что позволяет значительно улучшить условия запуска и после запуска в течении нескольких минут подогревать поступающий воздух при прогреве охлаждающей жидкости до 75°С.
Свечи подразделяются на штифтовые с нагреваемой спиралью и керамические.
Штифтовые свечи накаливания
В штифтовой свече штифт накаливания герметично запрессовывается в корпус 5, обеспечивая хорошее газовое уплотнение. Штифт состоит из термокоррозионностойкого стержня 4 накаливания, внутри которого в уплотненном наполнителе 9 из порошка оксида магния находится спиральная нить накаливания. Эта нить состоит из двух последовательно соединенных резисторов: размещенной на конце трубки накаливания нагревательной спирали и регулирующей спирали. Нагревательная спираль имеет практически независимое от температуры сопротивление, а регулирующая обладает положительным температурным коэффициентом. При работе свечи накаливания она нагревается до температуры 850°С и работает в течение от 4 с до 2 мин. в зависимости от типа свечи и температуры двигателя. Подаваемое топливо при этом нагревается до оптимальной температуры горения.
Продолжительность периода подогрева регулируется блоком управления свечи накаливания, который контролирует температуру двигателя через температурный датчик охлаждающей жидкости и изменяет время подогрева.
Установленная на панели контрольная лампочка сообщает водителю, что происходит подогрев. Лампочка гаснет, после окончания подогрева, что свидетельствует о возможности запуска двигателя. После запуска двигателя свеча накаливания в зависимости от температуры двигателя может работать еще некоторое время. Это помогает улучшить сгорание топлива, пока двигатель прогревается и уменьшает выбросы отработавших газов. Обычно, подогрев включается ключом зажигания, поворотом во второе положение. Однако некоторые модели автомобилей оборудованы системой предпускового подогрева, которая включается только тогда, когда открыта водительская дверь.
Основными элементами керамической свечи накаливания являются контакт, корпус свечи и нагревательный стержень, выполненный из керамики. Нагревательный стержень состоит из изолирующего защитного керамического слоя и внутреннего керамического нагревательного элемента, заменяющего собой нагревательную и регулировочную спираль обычных металлических свечей накаливания.
Керамические свечи накаливания в течение 2 сек. достигают температуры примерно 1000°C, что обеспечивает такой же быстрый пуск двигателя, как у бензинового ДВС, без присущей дизельным двигателям «раскачки».
Напряжения при разогреве имеет три фазы. Первая фаза имеет напряжение 9,8…11,5 В, при температуре 1000° в течении 2 сек. – быстрый разогрев. В последующие моменты регулировки напряжение постепенно снижается и держится ниже напряжения бортовой сети: фаза 2 …7 В, фаза 3 – 5 В. Для разгрузки бортовой сети штифты свечей накаливания управляются широтно-импульсной модуляцией со смещением фаз.
Кроме указанных фаз для регенерации сажевого фильтра может применяться промежуточное накаливание. В этом случае свечи накаливания получают с блока управления двигателя сигнал управления на промежуточное накаливание. Благодаря промежуточному накаливанию улучшаются условия сгорания в процессе регенерации. По причине незначительного старения керамики процесс промежуточного накаливания при регенерации сажевого фильтра не оказывает особого влияния на керамические свечи накаливания.
Основными преимуществами керамических свечей накаливания, относительно металлических свечей, являются лучшая работа в условиях холодного пуска за счёт высокой температуры предварительного и последующего накаливания, меньшая токсичность ОГ благодаря более высокой температуре накаливания и больший срок службы. По сравнению с металлическими свечами накаливания керамические свечи при одинаковой потребности в напряжении обеспечивают гораздо более высокие температуры накала.
В настоящее время отдельные производители в свечи накаливания вставляют датчики давления для корректировки процесса сгорания.
