Свеча зажигания

Свеча зажигания — устройство для поджога топливо-воздушной смеси в самых разнообразных двигателях внутреннего сгорания ( ДВС ).

Свечи зажигания бывают:

• искровые
• дуговые
• калильные
• каталитические

В бензиновых двигателях внутреннего сгорания используются искровые свечи. Поджог горючей смеси производится электрическим разрядом напряжением в несколько тысяч или десятков тысяч вольт, возникающим между электродами свечи. Свеча срабатывает на каждом цикле, в определённый момент работы двигателя.

Устройство свечи зажигания
Свеча зажигания состоит из металлической оправы, изолятора и центрального проводника.

Детали свечи зажигания

Контактный вывод
Контактный вывод расположенный в верхней части свечи предназначен для подключения свечи к высоковольтным проводам системы зажигания. Могут встречаться несколько слегка различных вариантов конструкции. Наиболее часто провод к свече зажигания имеет защёлкивающийся контакт, который надевается на вывод свечи. В других типах конструкции провод может крепиться к свече гайкой. Часто вывод свечи делают универсальным: в виде оси с резьбой и навинчивающегося защёлкивающегося контакта.

Рёбра изолятора
Рёбра изолятора предотвращают электрический пробой по его поверхности.

Изолятор
Изолятор, как правило, делается из алюминиево-оксидной керамики, которая должна выдерживать температуры от 450 до 1000 °C и напряжение до 60 000 В. Точный состав изолятора и его длина частично определяют тепловую маркировку свечи.
Часть изолятора, непосредственно прилегающая к центральному электроду, наиболее сильно влияет на качество работы свечи зажигания. Применение керамического изолятора в свече предложено Г. Хонольдом вследствие перехода к высоковольтному зажиганию.

Уплотнители
Служат для предотвращения проникновения горячих газов из камеры сгорания.

Цоколь (корпус)
Служит для заворачивания свечи и удержания её в резьбе головки блока цилиндров, для отвода тепла от изолятора и электродов, а также служит проводником электричества от «массы» автомобиля к боковому электроду.

Боковой электрод
Как правило, изготавливается из легированой никелем и марганцем стали. Приваривается контактной сваркой к корпусу. Боковой электрод, зачастую, очень сильно нагревается во время работы, что может привести к калильному зажиганию. Некоторые конструкции свеч используют несколько боковых электродов. Для увеличения долговечности электроды дорогих свеч снабжают напайками из платины и других благородных металлов.

С 1999 года на рынке появились свечи нового поколения — так называемые плазменно-форкамерные свечи, где роль бокового электрода играет сам корпус свечи. При этом образуется кольцевой (коаксиальный) искровой зазор, где искровой заряд перемещается по кругу. Такая конструкция обеспечивает большой ресурс и самоочистку электродов. Форма бокового электрода в зоне пробоя напоминает сопло Лаваля, за счёт чего создаётся поток раскалённых газов истекающих из внутренней полости свечи. Этот поток эффективно поджигает рабочую смесь в КС (камера сгорания), полнота сгорания и мощность увеличивается, токсичность ДВС уменьшается. Эффективность «форкамерных» свеч поставлена под сомнение проведенным экпериментом.

Центральный электрод
Центральный электрод как правило соединяется с контактным выводом свечи через керамический резистор, это позволяет уменьшить радиопомехи от системы зажигания. Наконечник центрального электрода изготавливают из железо-никелевых сплавов с добавлением меди, хрома и благородных и редкоземельных металлов. Обычно центральный электрод — наиболее горячая деталь свечи. Кроме того, центральный электрод должен обладать хорошей способностью к эмиссии электронов, для облегчения искрообразования (предполагается, что искра проскакивает в той фазе импульса напряжения, когда центральный электрод служит катодом). Поскольку напряжённость электрического поля максимальна вблизи краёв электрода, искра проскакивает между острым краем центрального электрода и краем бокового электрода. В результате этого края электродов подвергаются наибольшей электрической эрозии. Раньше свечи периодически вынимали и удаляли следы эрозии наждаком. Сейчас, благодаря применению сплавов с редкоземельными и благородными металлами (иттрий, иридий, платина, вольфрам, палладий), нужда в зачистке электродов практически отпала. Срок службы при этом существенно вырос.

Зазор
Зазор — минимальное расстояние между центральным и боковым электродом. Величина зазора — это компромисс между «мощностью» искры, то есть размерами плазмы, возникающей при пробое воздушного зазора и между возможностью пробить этот зазор в условиях сжатой воздушно-бензиновой смеси.

Факторы, определяемые зазором:
Чем больше зазор — тем больше размеры искры, => больше вероятность воспламенения смеси и больше зона воспламенения. Всё это положительно влияет на потребление топлива, равномерность работы, понижает требования к качеству топлива, повышает мощность. Слишком увеличивать зазор тоже нельзя, иначе высокое напряжение будет искать более лёгкие пути — пробивать высоковольтные провода на корпус, пробивать изолятор свечи и т. д.
Чем больше зазор — тем сложнее пробить его искрой. Пробоем изоляции называют потерю изоляцией изоляционных свойств при превышении напряжением некоторого критического значения, называемого пробивным напряжением Uпр. Соответствующая напряженность электрического поля Eпр = Uпр/h, где h — расстояние между электродами, называется электрической прочностью промежутка. То есть чем больше зазор — тем бо́льшее напряжение пробоя Uпр необходимо. Там есть ещё зависимость от ионизации молекул, равномерности структуры вещества, полярности искры, скорости нарастания импульса, но это не важно в данном случае. Понятное дело, что высокое напряжение U пр мы не можем поменять — оно определяется катушкой зажигания. А вот зазор h мы поменять можем.
Напряжённость поля в зазоре определяется формой электродов. Чем они острее — тем больше напряжённость поля в зазоре и легче пробой (как у иридиевых и платиновых свечей с тонким Ц. Э.).
Пробиваемость зазора зависит от плотности газа в зазоре. В нашем случае — от плотности воздушно-бензиновой смеси.

Величина искрового зазора свечи находится в пределах от 0,5 до 2 мм. Для каждого конкретного автомобиля этот параметр указывается в инструкции по эксплуатации. В зависимости от конструкции электродов зазор бывает регулируемым (за счет подгибания бокового электрода) и нерегулируемым (в свечах с несколькими «объединенными» боковыми электродами или не имеющих боковых электродов).

Внешний вид свечи зажигания является хорошим индикатором состояния двигателя.

Нормально работающая свеча исправного двигателя имеет чистые электроды с тонким слоем светло-серого или светло-коричневого налета. Появление черного жирного нагара говорит о том, что либо из-за износа поршневых колец в камеру сгорания попадает масло, либо рабочая смесь слишком переобогащена.

Похожий на известняк нагар не что иное, как несгорающие присадки к маслу. Такие же отложения скапливаются на клапанах, и на днищах поршней. Проблема заключается в том, что такой нагар не выжигается - его можно удалить только механически.

Бархатистый нагар черного цвета говорит о переобогащении смеси. Этот нагар находится в динамическом равновесии, т.е. после регулировки системы зажигания и питания он исчезает самостоятельно.

Если нагар на свече светлый, а возле центрального электрода видны мельчайшие капельки металла - свеча перегревается при работе (горячая свеча). Или эта свеча не подходит к двигателю, или зажигание слишком позднее, или у двигателя проблемы с охлаждением.

Режимы работы свечей

Искровые свечи бензиновых двигателей по режиму работы условно подразделяют на горячие, холодные, средние.

Суть данной классификации — в степени нагрева изолятора и электродов. При работе изолятор и электроды любой свечи должны нагреваться до температур, способствующих «самоочищению» их поверхности от продуктов сгорания топливной смеси — нагара, сажи и т. п. Поэтому изоляторы свечей, работающих в оптимальном режиме всегда цвета «кофе с молоком».

Очистка поверхности изоляторов необходима для предотвращения поверхностных утечек высокого напряжения через слой нагара, что уменьшает мощность искрового пробоя зазора, или вообще делает его невозможным. Однако, если элементы свечи нагреваются слишком сильно, то может возникать неконтролируемое калильное зажигание. Процесс часто проявляется на больших оборотах. Это может приводить к детонации и разрушению элементов двигателя.

Степень нагрева элементов свечей зависит от следующих основных факторов:

• Внутренние
• конструкция электродов и изолятора (длинный электрод нагревается быстрее)
• материал электродов и изолятора
• толщина материалов
• степень теплового контакта элементов свечи с корпусом
• наличие медного сердечника ЦЭ
• Внешние
• степень сжатия и компрессии
• тип топлива (более высокооктановое обладает большей температурой сгорания)
• стиль езды (на больших оборотах и нагрузках двигателя нагрев свечей больше)

Разбор маркировок свечей

Диагностика работы двигателя по состоянию свечей зажигания

Свеча зажигания может обеспечить бесперебойную работу только при соблюдении нижеперечисленных условий:

• используются свечи, рекомендованные изготовителем двигателя;
• используется марка бензина, указанная в руководстве по эксплуатации автомобиля;
• исправны системы зажигания и питания;
• не превышено усилие при вворачивании свечи в головку блока двигателя.

	Нормально работающая свеча   У нормально арботающей свечи цвет теплового конуса изолятора варьируется от светло-серого до светло-коричневого. Это вызвано наличием небольшого количества отложений продуктов сгорания, заметных также на боковых поверхностях электродов. Эрозионный износ отсутствует или ничтожно мал. Такое состояние свечи свидетельствует о том, что ее тепловая характеристика (калильное число) соответствует норме. Двигатель и все его системы работают нормально, причин для беспокойства нет. После проверки и регулировки зазора свечу можно смело вернуть на место и на некоторое время забыть о её существовании.
	Богатая  воздушно-топливная смесиь       Изолятор и электроды свечи покрыты влажными отложениями черного цвета.  Центральный электрод покрыт бархатисто-черным нагаром. Свеча пахнет топливом. Это свидетельствует о том, что на каких-то режимах двигателя система питания готовит слишком богатую топливную смесь. Она не сгорает полностью и образует большое количество копоти. Кроме того, причиной подобного явления может стать нестабильная работа системы зажигания, приводящая к сбоям искрообразования, а также использование чрезмерно «холодной» свечи. Свечу можно восстановить. Для этого ее нужно промыть в бензине, очистить медной щеткой и просушить. Но это решит проблему лишь на время: если не выяснить и не устранить причину неисправности, то вскоре свеча вновь приобретет прежний вид. Типичный пример свечи от двигателя с повышенным расходом топлива.
	Бедная воздушно-топливная смеси   На третьем фото наоборот пример чрезмерно бедной воздушно-топливной смеси. Цвет электрода от светло-серого до белого. Здесь есть повод для беспокойства. Езда на слишком обедненной смеси и при повышенных нагрузках может стать причиной значительного перегрева, как самой свечи, так и камеры сгорания, а перегрев камеры сгорания прямой путь к прогару выпускных клапанов.
	Избыточное количество металло-содержащих присадок   Юбка центрального электрода свечи изображенной на фото №4 имеет характерный красноватый оттенок, этот цвет можно сравнить с цветом красного кирпича. Это покраснение вызвано работой двигателя на топливе содержащем избыточное количество присадок имеющих в своем составе металл. Длительно использование такого топлива приведет к тому, что отложения металла образуют на поверхности изоляции токопроводящий налет, через который току будет легче пройти, чем между электродами свечи, и свеча перестанет работать.
	Загрязнение маслом   Свеча имеет ярко выраженные следы масла особенно в резьбовой части. Двигатель с такими свечами после длительной стоянки, имеет обыкновение после запуска "троить" некоторое время, а по мере прогрева работа стабилизируется. Причина этого неудовлетворительное состояние маслоотражательных колпачков. Налицо повышенный расход масла. В первые минуты работы двигателя, в момент прогрева, характерный бело-синий выхлоп.
	Возможное разрушение цилиндра   Свеча на фото № 6 вывернута из неработающего цилиндра. Центральный электрод, его юбка покрыты плотным слоем масла смешенного с каплями несгоревшего топлива и мелкими частицами от разрушений, произошедшими в этом цилиндре. Причина этого - разрушение одного из клапанов или поломка перегородок между поршневыми кольцами с попаданием металлических частиц между клапаном и его седлом. В данном случае двигатель "троит" уже не переставая, заметна значительная потеря мощности, расход топлива возрастает в полтора, два раза. Выход один - ремонт.
	Детонация   Фото № 7 это полное разрушение центрального электрода с его керамической юбкой. Причиной данного разрушения мог стать один из перечисленных ниже факторов: длительная работа двигателя с детонацией, применение топлива с низким октановым числом, очень раннее зажигание, и просто бракованная свеча. Симптомы работы двигателя такие же, как в предыдущем случае. Детонация опасна не столько для свечи,сколько для поршня - он может разрушиться. Иногда изолятор повреждается при неаккуратной регулировке межэлектродного зазора. Этот дефект не «лечится». Свечу необходимо заменить. Будьте внимательны при заправке топливом, не перегружайте двигатель. Единственное на что можно надеяться так это на то, что частицы центрального электрода сумели проскочить в выхлопную систему, не застряв под выпускным клапаном, иначе тоже не избежать ремонта головки блока цилиндров. Но это зависит от человека, грешен он или нет (шутка). Если говорить об этой конкретной свече, то ее хозяина Бог миловал.
	Сгорание масла Фото № 8 последнее в этом обзоре. Электрод свечи оброс зольными отложениями, цвет не играет решающей роли, он лишь свидетельствует о работе топливной системы. Причина этого нароста сгорание масла вследствие выработки или залегания маслосъемных поршневых колец. У двигателя повышенный расход масла, при перегазовках из выхлопной трубы сильное, синие дымление, запах выхлопа похож на мотоциклетный.
	Загрязнение маслом   Электроды и изолятор свечи покрыты шлаком, имеющим маслянистый блеск. При длительной эксплуатации можно получить результа столь же неприглядный, как и на фото. Здесь процесс зашел так далеко, что изолятор и электрод оказались полностью закоксованы продуктами сгорания масла. К этому приводит попадание масла в камеру сгорания. Оно может быть вызвано износом: -маслосьемных колпачков -направляющих втулок клапанов -маслосьемных поршневых колец Иные, не так часто встречающиеся, но все же возможные причины - подтекание тормозной жидкости через поврежденную диафрагму вакуумного усилителя и просачивание во впускной коллектор трансмиссионной жидкости через мембрану вакуум-корректора (для машин с автоматической КПП).Чтобы уточнить причину, необходимы дополнительные диагностические методы. Незначительно загрязненную свечу можно очистить медной щеткой в бензине и просушить. Если же отложения сильные, ее придется заменить
	Калильное зажигание ...    Изолятор свечи чисто белого цвета. Электроды оплавлены. Калильное зажигание - печальный итог процесса, начинающегося с перегрева электродов и изолятора. Перегрев может быть вызван следующими причинами: -неверно определена тепловая характеристика, свеча слишком «горяча» для данного двигателя, или же не в меру горяч водитель автомобиля. -обедненная топливная смесь, неправильно отрегулирована топливная система, подсос воздуха во впускной коллектор или зажаты клапаны. Кроме того, перегрев может быть спровоцирован преждевременным зажиганием. Свечу безусловно следует заменить, уточнив рекомендуемую тепловую характеристику и устранив все неисправности.
	Отложение свинца   Изолятор и электроды свечи покрыты пористыми отложениями с неприятным запахом сероводорода (тухлого яйца). Подобная картина проявляется после долгого использования сильноэтилированного бензина. Цвет накапливающихся на элементах свечи отложений зависит от вида антидетонационных присадок, применяемых при производстве этилированного бензина, и варьируется от грязно-белого до коричневого. Не стоит путать эти загрязнения со ржавчиной, образующейся на свече из-за попадания влаги в цилиндр двигателя. Если электроды не изношены, то свечу можно очистить пескоструйной обработкой или прокаливанием и использовать повторно.
	Остекленение   Поверхность изолятора свечи глянцевая, желтоватого цвета. Больше всего шансов увидеть подобную свечу на двигателе собственного автомобиля имеют любители резко давить на газ. Образование глазури происходит из-за быстрого повышения температуры в камере сгорания в момент резкого нажатия на педаль газа. При разогреве находящиеся на поверхности изолятора отложения плавятся, образуя электропроводное стекловидное покрытие. В результате возникают сбои искрообразования,особенно на высоких оборотах двигателя. Восстановлению свеча не подлежит, ее следует заменить.

 Если вы хотите, чтобы с работой вашего двигателя было меньше проблем, не вспоминайте о свечах только тогда, когда мотор отказывается работать. Производитель гарантирует безотказную работу свечи на исправном двигателе 30 тыс. километров пробега. Но и вы в свою очередь не забывайте с каждой заменой масла или в среднем каждые 10 тыс. километров пробега проверять состояние свечей. Прежде всего, это регулировка зазора до требуемой величины, удаление нагара. Нагар удалять лучше металлической щеткой, от пескоструйной обработки разрушается керамика центрального электрода, и вы рискуете получить копию с фото № 7. Так же рекомендуется менять свечи местами, это связано с разными температурными режимами работы цилиндров. Средние цилиндры работают с более высокими температурами, чем крайние.