Свеча зажигания должна отвечать многим требованиям. От этого зависит запуск двигателя и его плавная работа во всех диапазонах оборотов. Свечи зажигания также влияют на производительность автомобиля и расход топлива.
Воспламенение сжатой смеси внутри камеры сгорания инициируется искрой, проскакивающей на электродах свечи зажигания. Система зажигания преобразует ток низкого напряжения от аккумулятора (или генератора) в ток высокого напряжения, чтобы инициировать воспламенение в камере сгорания посредством искры на свече зажигания. Между центральным электродом и боковым электродом (или электродами) создается искра.
Первый, также называемый центральным электродом, питается высоким напряжением и помещается внутри керамического изолятора. Напряжение зажигания достигает до 40 000 В. Боковой электрод соединен с массой через резьбовой корпус свечи зажигания. Он также используется для установки свечи зажигания в резьбовое отверстие в головке двигателя.
Как видите, условия эксплуатации свечи зажигания весьма специфичны. Вот наиболее важные правила, которым он должен соответствовать:
- должен сохранять высокие изоляционные свойства даже при температуре 1000 градусов Цельсия
- он должен иметь достаточную стойкость, чтобы выдерживать колебания давления в камере сгорания до 100 бар.
- для обеспечения безотказной установки он должен быть изготовлен из достаточно прочных материалов, устойчивых к механическим повреждениям и химическим процессам, происходящим при сгорании топливно-воздушной смеси.
- он должен быть устойчив к огромным температурным колебаниям – в камеру сгорания поступает холодная топливно-воздушная смесь, а покидают ее горячие выхлопные газы
- он также должен эффективно отводить лишнее тепло наружу, чтобы не слишком сильно нагреваться и его температура не превышала предел самовоспламенения
- за одну минуту работы среднестатистического четырехцилиндрового двигателя внутреннего сгорания свеча зажигания генерирует искру от 200 до 1500 раз в зависимости от частоты вращения коленчатого вала. Ведущие производители гарантируют надежность свечей примерно на протяжении 20 миллионов циклов. Это дает примерно 20-30 тысяч. км.
Свечи зажигания развиваются вместе с двигателями. Чтобы соответствовать все более высоким стандартам выбросов выхлопных газов, двигатели часто работают на пределе, и важным элементом всей головоломки является сгорание смеси, за которое отвечает свеча зажигания. Поэтому свечи зажигания должны быть все более устойчивыми к тяжелым условиям эксплуатации, высоким температурам и давлениям и в то же время всегда эффективными. Всегда, не только на высоких оборотах и высоких температурах, но и с минимальной нагрузкой на двигатель в холодное время. Они должны надежно обеспечивать запуск двигателя при каждом срабатывании системы старт-стоп. Нормы выбросов выхлопных газов и чрезвычайно чувствительные системы доочистки требуют высокой надежности системы зажигания. Вопреки внешнему виду, свеча зажигания остается очень простым устройством, строение и принцип действия которого практически не отличаются от изделий, выпущенных несколько десятков лет назад.
Конструкция свечи зажигания
- Контактная гайка облегчает подсоединение высоковольтного кабеля и передачу электроэнергии на контактный штырь.
- Керамический изолятор обеспечивает высокую электрическую прочность, устойчивость к перепадам температур и высокую механическую прочность. Его форма с несколькими фланцами на поверхности является препятствием для ползающих токов.
- Контактный штифт передает высокое напряжение на герметичную зону стекла.
- Корпус свечи зажигания позволяет устанавливать ее в гнездо головки, обеспечивая хороший отвод тепла.
- Стеклянный герметик обеспечивает высокую герметичность соединения между контактным штифтом центрального электрода и изолятором, а также очень хороший отвод тепла при сохранении хорошей электропроводности.
- Внешнее уплотнение доступно в свечах зажигания с плоским внешним уплотнением и позволяет затянуть соединение между свечой зажигания и головкой двигателя.
- Внутреннее уплотнение в виде металлического кольца обеспечивает герметичность между изолятором и корпусом и отводит тепло.
- Центральный электрод с медным сердечником обеспечивает быстрый отвод тепла, предотвращая самовозгорание.
- Боковой электрод с видимой U-образной канавкой изготовлен из специального сплава Ni-Cr, устойчивого к термическим нагрузкам и электроэрозионному износу.
Принцип работы свечи зажигания
Устройство свечи зажигания: 1 контактный стержень; 2 изолятор; 3 уплотнение; 4 токопроводящий герметик; 5 уплотнительная шайба; 6 резьба; 7 центральный электрод; 8 корпус; 9 боковой электрод.
В корпус свечи зажигания (4) встроен белый фарфоровый изолирующий корпус (2), внутри которого находится сердечник свечи зажигания. Цилиндрический корпус имеет нижнюю часть с резьбой, ввернутой в головку двигателя. Корпус - это так называемый массы и является неотъемлемой частью заземлителя, а заделанный в корпус сердечник размещен в полости корпуса, что создает тепловую камеру. Сердечник получает ток на наконечнике (1), на котором размещен кабель зажигания, и передает его дальше на центральный электрод. Электрический разряд, так называемый между центральным и заземляющим электродами (9) возникает искра. Если же это происходит иначе, свеча неисправна. Заземлитель может быть выполнен в виде нескольких электродов, что повышает надежность разряда.Температуры и теплотворная способность
Важными параметрами свечей зажигания являются температура самоочистки и температура накала. Температура самоочистки — это минимальная температура, при которой свеча способна очиститься от загрязнений, образующихся в процессе горения (например, сажи, масла). Самоочистка предотвращает замыкание электродов. После достижения температуры самоочистки загрязнения, оседающие на поверхности свечи, сгорают. Температура свечения – это верхний рабочий предел свечи. Ограничено оно еще и потому, что самопроизвольное свечение центрального электрода вызывает возгорания смеси, непредсказуемые в ходе рабочего цикла. Свеча зажигания работает наиболее эффективно в пределах этих температур, т.е. примерно от 450 до примерно 850 градусов Цельсия.
Небольшие изменения
Как я уже упоминал, с развитием двигателей к свечам зажигания предъявлялись все более высокие требования. В их конструкции мало что можно было изменить, но можно было изменить материалы. Появились серебро, иридий и платина. Платиново-иридиевые свечи имеют сердечник и электроды из драгоценного металла, центральный электрод значительно тоньше, а массовый электрод заострен. Свечи зажигания с двойной платиной, в свою очередь, имеют платиновые элементы, приваренные лазером (средний электрод) или заделанные (массовый электрод). К их преимуществам относятся быстрое достижение температуры самоочистки и высокая надежность при холодной работе (например, при запуске). Заводское расстояние между электродами подобрано очень точно. Этот тип свечей рекомендуется, среди прочего: для двигателей, работающих на газовом топливе.
Иридиевые свечи зажигания
Немного изменилась конструкция свечей зажигания. Помимо формы и размера, адаптированных к камерам сгорания и расслоению топливно-воздушной смеси, особенно в двигателях с непосредственным впрыском, используются три или четыре заземляющих электрода . Работа таких свечей зажигания основана на принципе воздушно-скользящей искры, которая всегда выбирает самый короткий, а точнее самый простой путь между электродами. В некоторых ситуациях он прыгает между электродами традиционным способом, в других скользит по ножке изолятора и достигает заземлителя. Такая свеча в основном имеет одни преимущества. Он прекрасно работает в широком диапазоне температур, обладает хорошими способностями к самоочистке и обеспечивает надежное зажигание. Прекрасно работает в камерах сгорания, где наблюдается сильная турбулентность смеси. В результате искра может «задуть», но с четырьмя заземлителями эта проблема полностью исключается.
Свечи зажигания с многофазным заземлением
Еще одним новшеством в конструкции свечи зажигания является полное исключение классического бокового электрода, который, по замыслу инженеров Brisk, создает тень для воспламенения смеси. После изменения формы корпуса свечи были созданы специальные кольцевые электроды. Разница в том, что центральный электрод является элементом свечи зажигания, наиболее удаленным от камеры сгорания, а четыре длинные скользящие искры движутся по поверхности кончика ножки изолятора, что призвано обеспечить еще лучшую искру, чем у традиционных свечей зажигания. Идей разряда между электродами существует еще много и различные производители свечей разрабатывают оригинальные решения.