Автомобильные искровые свечи зажигания

Свеча является важным элементом автомобильной системы зажигания. От совершенства ее конструкции, правильного ее подбора к двигателю в значительной мере зависит надежность работы системы зажигания и двигателя.

Свеча на двигателе работает в тяжелых условиях. Она подвергается высоким механическим и тепловым нагрузкам, а также электрическим и химическим воздействиям.

Температура в камере сгорания колеблется от 70 до 2700 °С, а окружающий изолятор свечи воздух в подкапотном пространстве двигателя может иметь температуру от -60 до +100 °С. Из-за неравномерного нагрева отдельных участков свечи в ней возникают тепловые деформации, опасные тем, что в конструкции свечи использованы материалы с различными коэффициентами линейного расширения (металл, керамика). На поверхность свечи, ввернутой в камеру сгорания, действует давление до 10 МПа. Свеча подвергается, кроме того, действию импульсов высокого электрического напряжения (до 26 кВ) и химическим воздействиям продуктов сгорания.

При работе двигателя вследствие неполного сгорания топлива на поверхности теплового конуса, электродах и стенках камеры свечи образуется нагар, шунтирующий искровой зазор. Утечка тока, а иногда" разряд могут происходить по наружной поверхности изолятора, если она загрязнена или покрыта влагой. В процессе работы двигателя зазор в свече увеличивается в среднем на 0,015 мм на 1 тыс. км. пробега автомобиля.

Свеча (рис. 1, а) состоит из изолятора 7, корпуса 4, центрального 7 и бокового 8 электродов. Для герметизации свечи по центральному электроду применяют термоцемент, а в последнее время — токопроводящий стеклогерметик 3. Герметичность между изолятором и корпусом свечи обеспечивается прокладкой 5, а также завальцовкой корпуса на плечико изолятора.

В свечах некоторых типов тепловой конус изолятора выступает за торец нижней части корпуса свечи, в результате чего улучшается охлаждение теплового конуса во время всасывания холодной смеси, расширяется тепловой диапазон работы свечи.

Для форсированных двигателей в настоящее время используют свечи, центральный электрод которых выполнен из меди и покрыт никельхромовой оболочкой. Такой электрод обеспечивает лучший теплоотвод при больших нагрузках двигателя.

На рис.1 показана экранированная герметизированная свеча. Защита от попадания влаги внутрь свечи обеспечивается резиновым уплотнением 11, закрепляемым гайкой, навернутой на экран 13.

Изолятор свечи должен обладать высокими механической и электрической прочностью, коррозионной стойкостью, быть стойким к смачиванию, не поглощать влаги и иметь высокую удельную теплопроводность.

Материал центрального электрода должен обладать высокими коррозионной и эрозионной стойкостью, жаростойкостью и хорошей теплопроводностью. Центральные электроды изготовляют из хромотитановой стали 13Х25Т (а в свечах некоторых типов — из нихрома Х20Н80); боковые электроды — из никельмарганцевого сплава (например, НМ_Ц5). Корпус свечи и контактную головку выполняют из конструкционных сталей.

Тепловая характеристика и маркировка свечей

Свеча нормально работает при температуре теплового конуса изолятора в пределах от 400 - 500 до 850 - 900 °С. Нагар на тепловом конусе изолятора исчезает при нагреве его до температуры 400 - 500 °С. Эта температура называется температурой самоочищения свечи. Если температура деталей свечи превысит 850 - 900 °С, может возникнуть преждевременное воспламенение смеси (калильное зажигание) во время процесса сжатия еще до момента появления искры.

Теплота, подведенная к свече, отводится от нее через различные элементы конструкции (корпус, изолятор, центральный электрод) и через поступающую в камеру сгорания горячую смесь. Так, через корпус свечи отводится 10 % теплоты, изолятор 10 %, центральный электрод 30 %. Рабочей смесью отводится около 20 %. Так как диапазон изменения температуры для всех свечей практически одинаков, а тепловые условия работы ее на различных двигателях существенно отличаются, то свечи изготовляют с разной тепловой характеристикой (калильным числом). Критерием для оценки калильного числа свечи зажигания служит величина, пропорциональная среднему индикаторному давлению, при котором во время испытания свечи зажигания на моторной установке в цилиндре двигателя начинает появляться калильное зажигание.

Калильное число выбирается из следующего ряда чисел: 8, 11, 14, 17, 20, 23, 26.

В маркировке свечей зажигания по ГОСТ 2043-74 цифры и буквы обозначают следующее:

• первая буква — диаметр резьбы на корпусе А - М14х1,25, М - М18х1,5;
• вторые, одна или две цифры — калильное число;
• далее буквы Н и Д - длину резьбовой части корпуса, Н - 11 мм, Д - 19 мм;
• буква В - выступания теплового конуса изолятора за торец корпуса;
• буква Т - герметизацию по соединению изолятор — центральный электрод термоцементом.

Длину резьбовой части корпуса, равную 12 мм, отсутствие выступания теплового конуса за торец корпуса и герметизацию по соединению изолятор - центральный электрод иным герметиком, кроме термоцемента, не обозначают. Пример условного обозначения свечи зажигания с резьбой на корпусе М14х1,25, калильным числом 20, длиной резьбовой части корпуса 19 мм, имеющей выступающий тепловой конус изолятора за торец корпуса, - А20ДВ.

Подбор свечей зажигания

Подбор свечей зажигания к двигателю осуществляется с учетом обеспечения надежной работы свечи и двигателя при верхнем и нижнем пределах тепловой характеристики свечи.

Выбор автомобильной свечи зажигания по верхнему пределу тепловой характеристики проводится на режиме максимальной мощности двигателя при номинальной частоте вращения коленчатого вала двигателя и углах опережения зажигания более ранних, чем оптимальные на 5°. На этом режиме работы двигателя не должно происходить калильного зажигания. Калильное зажигание на режимах номинальной мощности, как правило, наступает, если угол опережения зажигания больше оптимального. В этом случае увеличивается теплоотдача в стенки цилиндра, что приводит к повышению температуры поршня и перегреву свечи.

Выбор свечи зажигания по нижнему пределу тепловой характеристики производится на режимах холостого хода, принудительного холостого хода и на режимах малых нагрузок двигателя. При работе двигателя на этих, режимах свеча не должна иметь сопротивления утечки, образуемого нагаром, параллельно искровому промежутку.

При условии соответствия типа свечи зажигания и ее тепловой характеристики данному типу двигателя и режиму его работы согласно ГОСТ 2043-74 наработка свечей зажигания при эксплуатации двигателя на топливах без антидетонационных присадок не должна быть менее 35 тыс.км. пробега автомобиля, а на топливах с применением антидетонационных присадок - менее 25 тыс.км.

Рекомендованные автомобильными заводами типы свечей зажигания должны обеспечивать надежную работу двигателя во всех возможных условиях эксплуатации. Однако если степень форсирования режима работы двигателя большая и наблюдается калильное зажигание, то необходимо поставить более "холодные" свечи зажигания (с большим калильным числом). В том случае, если двигатель значительное время работает на режимах холостого хода и малых нагрузок и наблюдаются перебои в образовании искры (при осмотре свечи ее внутренняя поверхность покрыта маслом или рыхлым маслянистым нагаром), нужно установить на двигатель более "горячие" свечи (с меньшим калильным числом).

Технические характеристики свечей зажигания