Рожденные зажигать | Автокомпоненты. Бизнес. Технологии. Сервис

Свечи – самый известный в народе компонент двигателя. При любых поломках автолюбители по старой привычке стремятся начать диагностику или ремонт именно с них. О том, как развивались технологии производства свечей и на какие новации обратить внимание, – в нашем обзоре.

Эксперименты великих

Сегодня немногие помнят о том, что сам Карл Бенц первым попытался применить в двигателе внутреннего сгорания искровой разрядник для воспламенения топлива. Но потерпев крах в своих экспериментах, оставил это занятие. Неудаче способствовало то, что изобретатель не смог подобрать оптимальные материалы для изолятора и электродов.

Дальше за дело взялся Роберт Бош, который создал керамический изолятор, а для изготовления электродов применил жаростойкий сплав. Нестандартный подход принес победу, и конструкция Боша была отражена в патенте на систему зажигания 1902 года.

Но интереснее другое: его конструкция оказалась настолько удачной, что дожила до наших дней без принципиальных изменений. Если посмотреть на первые свечи Боша, то вы вряд ли найдете много визуальных отличий с теми свечами, что сегодня стоят в сверхтехнологичных моторах болидов «Формулы-1».

Была ли эволюция?

Возникает логичный вопрос: раз они похожи, значит, 117 лет прогресса не затронули свечи зажигания? Если все свечи похожи, то, может, и работают они одинаково, а разговоры про дополнительную мощность, экономию и удивительно легкий холодный запуск двигателя – это лишь маркетинговые уловки производителей? И зачем столько фирм, марок и моделей?

Рассказываем. Масса тестов (как отечественных, так и иностранных) однозначно говорят о том, что главные характеристики ДВС существенно меняются, если в него последовательно устанавливать различные комплекты свечей зажигания.

Исправные и предназначенные именно для конкретного двигателя свечи дают столь значительный разброс его показателей, что игнорировать это невозможно.

Мотору не все равно

Классическая теория двигателя внутреннего сгорания говорит, что все главнейшие характеристики бензинового двигателя (и мощность, и экономичность, и токсичность газов…) определяют всего несколько факторов: качество наполнения цилиндров, состав топливовоздушной смеси, механические потери и качество сгорания топлива. От свечей зависит только последний фактор, под которым подразумевают полноту и скорость сгорания топлива (скорость распространения фронта пламени).

Главные показатели

Физики утверждают, что скорость сгорания тем выше, чем больше размеры начального очага воспламенения и выше температура этого очага. Как можно догадаться, речь идет об искре и зазоре.

Температура

Температура искры – один из основополагающих факторов процесса горения, поскольку скорость горения пропорциональна квадрату этой температуры. Искра должна быть яркого бело-синего цвета. Обеспечить высокую температуру искры при любых эксплуатационных условиях – самая большая трудность для конструкторов свечей зажигания.

Большой зазор

Второй важнейший параметр – размер начального очага воспламенения, чаще всего он равен зазору между электродами, но при некоторых ухищрениях может быть больше него. Большая длина в сочетании с высокой температурой искры (такую искру принято называть «мощной») позволяет рассчитывать на высокую скорость сгорания топлива.

Производители успешно используют особые способы «удлинения» искры, применяя «скользящую» искру – которая не только добирается до центрального электрода по промежутку, заполненному топливовоздушной смесью, а продолжает далее скользить по поверхности изолятора, создавая поверхностный разряд. Бывают свечи, использующие воздушную и поверхностную технологии одновременно. Для «удлинения» искры в один цилиндр иногда ставят сразу две свечи.

Расположение искрового промежутка также влияет на скорость сгорания. В многоэлектродных свечах он «открыт», и поэтому сгорание смеси начинается интенсивнее. В одноэлектродных свечах с Г-образным боковым электродом фронт пламени теряет время на выход из межэлектродного пространства. Производители используют электроды самой различной формы (узкие, тонкие, раздвоенные, зазубренные…), облегчающие этот «выход».

Фронт пламени

На распространение фронта пламени (на скорость горения) также влияют форма, размеры и другие конструктивные особенности камеры сгорания. Физика процесса воспламенения горючей смеси от искрового разряда до сих пор хранит немало тайн даже для серьезных исследователей и, само собой, привлекает внимание изобретателей и инженеров-самоучек. Поэтому на прилавках иногда появляются совершенно экзотичные конструкции свечей от любителей поэкспериментировать.

Обеспечение стабильности

В работающем двигателе все процессы быстротечны. Несколько тысяч оборотов в минуту – обычный режим для ДВС. Причем и обороты, и нагрузка, снимаемая с двигателя, никогда не бывают постоянными.

Поэтому с практической точки зрения важно обеспечить необходимую мощность искры при любых (в том числе и переходных) режимах работы двигателя, таких как холостой ход, полная мощность, имитация движения по шоссе и городского цикла. Не менее важно достаточно долго сохранить заявленные параметры, обеспечив приемлемый ресурс свечи.

От чего зависит ресурс

Главное условие нормальной длительной работы свечи в камере сгорания – стабильность ее температуры при разных режимах работы двигателя. На холостых оборотах ее температура не должна опускаться ниже 380–400 градусов.

Если температура будет ниже, перестает происходить самоочистка и отложения быстро выводят свечу из строя.

В режиме максимальной мощности температура поверхности свечи не должна превышать 850–900 градусов. Нагрев выше 1000 градусов грозит калильным зажиганием, при котором смесь в цилиндре поджигается раньше времени от горячих точек камеры сгорания и перегретых электродов свечей. Последствия калильного зажигания могут быть катастрофическими не только для самой свечи, но и для мотора – поломки и прогары поршней.

Значит, свеча после запуска двигателя должна быстро нагреваться до 500 градусов и эффективно отдавать лишнее тепло блоку цилиндров, чтобы избежать перегревов. Для удовлетворения этих параметров за последние десятилетия придумана масса конструктивно-технологических решений.

Борьба за зазор

Кроме того, искровой разряд вызывает эрозию электродов, поэтому величина и форма зазора со временем неминуемо меняются, ограничивая время надежной работы свечи. Для увеличения стойкости свечи разработаны жаростойкие, а также стойкие к эрозии сплавы и покрытия, в которые сегодня входят самые экзотические и дорогостоящие компоненты: платина, иридий, иттрий… У каждой компании-разработчика это свое ноу-хау, делиться которым никто не будет.

Высокие технологии в простой форме

Стоит ли говорить о том, что двигатели за 117 лет, прошедшие с момента изобретения свечи зажигания, кардинально менялись? Они стали мощнее, меньше и эффективнее, получили наддув, приучились работать на обедненной смеси. Поэтому и свечи, несмотря на внешнюю схожесть со своими прародителями, стали другими.

Многоэлектродные представители

Первое, что бросается в глаза, это обилие электродов. Замечено, что при увеличении давления в камере сгорания надежность искрообразования падает – при давлении свыше 8 атм одноэлектродные свечи нередко дают пропуски. Решить эту проблему как раз и помогают дополнительные электроды – простое и элегантное решение.

Есть и дополнительный профит – ресурс таких свечей значительно выше, ведь искра «грызет» электроды по очереди.

Но и это еще не все. Искровой промежуток становится открытым, что способствует увеличению скорости горения рабочей топливовоздушной смеси, а значит, улучшает мощностные, экономические и экологические показатели одновременно.

С другой стороны, растет цена, поэтому автопроизводители, прекрасно понимая достоинства многоэлектродных свечей, применяют их только там, где не идет речь об эконом- или массовом сегментах. Например, их ставят на некоторых премиальных моторах BMW.

А теперь снизим уровень эйфории: многоэлектродные свечи работают шикарно, но только на новых моторах – уровень самоочищения у них несколько хуже, чем у традиционных. Поэтому с увеличением пробега их советуют менять на обычные. Соответственно, ставить их на автораритеты не стоит.

Обилие предложений

У конструкторов было более ста лет, чтобы убедиться – универсальную свечу под любой двигатель изобрести не получится, именно поэтому для каждого мотора разрабатывается своя. И чем выше требования и эффективность мотора, тем более совершенной должна быть свеча.

В итоге каждый производитель имеет в своем арсенале огромное количество моделей, например, компания имени первопроходца индустрии предлагает рынку не менее 1300 артикулов свечей, от «коротышек» для скутеров и газонокосилок до «карандашей» для двигателей, работающих на газе.

Свечи будущего

Но технологии, как известно, меняют мир. Грядет эра электромобилей, и свечи, кажется, массово будут не так востребованы уже лет через 30–40. Поэтому производители свечей не спешат инвестировать в прорывные технологии. Хотя на рынке время от времени появляются необычные решения, вроде свечей с дополнительным диагностическим электродом, способных очень тонко адаптироваться под работу конкретного мотора.

К тому же не так давно мотостроителям были предложены свечи, использующие высокочастотный коронный разряд (вместо искрового), и под них пришлось заново разрабатывать моторы. Смогут ли двигатели с «коронным» воспламенением стать конкурентами искровым, покажет самое ближайшее будущее.

В итоге стоит констатировать, что материалы, применяемые при производстве свечи, количество и конструкция электродов могут коренным образом влиять на характеристики двигателя и даже, в случае установки некачественной свечи, вывести его из строя.

Тепловая характеристика свечей, калильное число свечи зажигания автомобиля

Рис. 1 Различие свечей зажигания по калильному числу: а) горячая свеча; б) свеча с умеренным калильным числом; в) холодная свеча; г) разновидности электродов.   Электроискровая свеча зажигания на автомобильном двигателе работает в крайне тяжелых условиях, так как подвергается комплексному циклическому воздействию механических, термических и электрических нагрузок, изменяющихся в широких пределах. Кроме того, детали свечи зажигания подвергаются химическим воздействиям со стороны топливовоздушной смеси, а также со стороны продуктов сгорания топлива и моторного масла. Во время работы двигателя автомобиля, свечи зажигания подвергаются воздействию колебаний температуры в камере сгорания от 60 до 3000°С. В результате тепловой конус изолятора и электроды нагреваются до некоторой температуры. При неполном сгорании топливовоздушной смеси, а также из-за попадания моторного масла в камеру сгорания на поверхности теплового конуса изолятора свечи зажигания образуется токопроводящий нагар, шунтирующий искровой промежуток свечи. Из-за шунтирующего действия нагара, сопротивление которого в зависимости от температуры работающего двигателя автомобиля может изменяться от 0,5 до 1,0 МОм (в холодном состоянии чистая свеча зажигания имеет сопротивление изолятора 500… 10000 МОм), во вторичной цепи системы зажигания появляется ток утечки. Ток утечки еще до пробоя искрового промежутка в свече вызывает падение напряжения во вторичной цепи. В результате напряжение, подводимое к электродам свечи, уменьшается и может оказаться равным или даже меньше пробивного напряжения искрового промежутка. Это приводит к пропускам искрообразования или искра между электродами вообще не возникает. Утечка тока может иметь место и по наружной поверхности изолятора, если она загрязнена или покрыта влагой. Вредное влияние нагара, влаги и загрязнений может быть уменьшено внутри свечи путем увеличения пути для протекания тока утечки, что достигается удлинением теплового конуса, а снаружи — ребрением поверхности изолятора и ее укрытием под грязезащитный колпачок. При нагреве теплового конуса изолятора до температуры 400…500°С нагар на его поверхности отслаивается. Эта температура называется температурой самоочищения свечи. Для быстрого нагрева теплового конуса до температуры самоочищения он должен быть достаточно длинным. С другой стороны, при работе двигателя под полной нагрузкой температура теплового конуса и электродов не должна превышать 850…900°С. Иначе может возникнуть самопроизвольное воспламенение топливовоздушной смеси (калильное зажигание) от сильно разогретых частей свечи зажигания (причиной калийного зажигания часто является нагар не только на свечах, но и на других частях камеры сгорания). Калильное зажигание Калильное зажигание возникает во время сжатия еще до момента появления искры в свече и характеризуется резким ростом температуры и давления газов в камере сгорания. Процесс сгорания топливовоздушной смеси становится неуправляемым, мощность двигателя падает, а его перегрев может привести к серьезным поломкам поршней, клапанов, коленчатого вала, разрушению изолятора свечей и выгоранию электродов. Таким образом, чтобы свеча не покрывалась нагаром и не вызывала калильного зажигания, температура ее теплового конуса должна быть в пределах 400…900°С. Температуру 400…900°С теплового конуса изолятора называют тепловым пределом работоспособности свечи, который для всех свечей практически одинаков. Однако двигатели существенно различаются по мощности, по типу используемого бензина, по степени сжатия, а, следовательно, и по тепловой напряженности. Чем больше форсирован двигатель, тем большее количество тепла выделяется в камере сгорания, тем лучше должно отводится тепло от свечи, чтобы она не перегревалась. Основная часть тепла (80%) отводится через центральный электрод по тепловому конусу изолятора. Далее одна часть данного теплового потока проходит по теплоотводящей шайбе и резьбовой части корпуса, а другая — через опорную поверхность корпуса и прокладку. Таким образом, чтобы выдержать тепловой предел работоспособности свечи, размеры её конструктивных элементов и их формы (главным образом теплового конуса изолятора) должны быть согласованы с тепловой напряженностью двигателя. Отсюда следует, что для различных двигателей требуются свечи зажигания с различной тепловой характеристикой. Калильное число свечи зажигания автомобиля Для определения «тепловая характеристика свечи зажигания» однозначного терминологического соглашения пока не существует. Чаще всего тепловая характеристика свечи зажигания выражается калильным числом. Калильное число свечи зажигания представляет собой некоторое условное число, которое характеризует способность свечи работать в условиях специального эталонного двигателя без калильного зажигания. Согласно российскому ГОСТу 2043-74 под калильным числом понимается условное число из ряда 8, 11, 14, 17, 22, 23, 26, которое пропорционально среднему индикаторному давлению, при котором во время испытания свечи зажигания на тарировочном одноцилиндровом двигателе в цилиндре двигателя начинает появляться калильное зажигание. Ряд зарубежных фирм под калильным числом принимает величину, пропорциональную времени, по истечении которого свеча, установленная на специальный испытательный двигатель, работающий при определенном режиме, начинает давать калильное зажигание. В некоторых случаях для оценки свечей различных типов используется показатель — относительное калильное число свечи зажигания. Этот показатель является произведением длины теплового конуса изолятора свечи (в мм) на ее калильное число. Реже в качестве тепловой характеристики используется тепловое число, которое представляет собой отношение литровой мощности (в лошадиных силах) двигателя к площади поверхности нижней части изолятора (см. ), воспринимающей тепло. Такая характеристика является мерой тепловой напряженности свечи зажигания. В общем случае, тепловая характеристика конкретной свечи зажигания зависит от теплопроводности ее центрального электрода и центрального изолятора; от площади и кривизны поверхности теплового конуса изолятора; от формы запальной полости, доступной для рабочей смеси и других факторов. Изменяют тепловую характеристику свечей, в основном, изменением длины теплового конуса изолятора и площадью его соприкосновения с корпусом свечи (рис. 1). Свеча, предназначенная для низкооборотистого двигателя с умеренным тепловым режимом, имеет длинный тепловой конус (рис. 1а). Изолятор такой свечи получает во время работы двигателя большое количество тепла и нагревается до температуры 600…700°С. Такая свеча называется «горячей». Свеча для быстроходного двигателя с высокой степенью сжатия и напряженным тепловым режимом имеет короткий тепловой конус (рис. 1в), утопленный в корпусе и близко к нему прилегающий. Благодаря этому доступ горючей смеси к запальной полости несколько затруднен, но путь отвода тепла при этом значительно укорочен. Как следствие, изолятор получает меньшее количество тепла и лучше охлаждается (средняя температура нагревания изолятора не превышает 500…600°С). Такую свечу называют «холодной» и она работает без калильного зажигания при напряженном тепловом режиме двигателя. Однако в холодной свече зажигания короткий тепловой конус изолятора становится более восприимчивым к шунтирующему действию нагара. Современные двигатели легковых автомобилей характеризуются высокими значениями литровой мощности, что требует расширения теплового предела диапазона работоспособности свечей зажигания. Одним из способов решения этой задачи является увеличение теплопроводности центрального электрода путем использования медного сердечника, покрытого жаропрочной оболочкой, т.е. составного электрода из двух различных металлов. Благодаря хорошему теплоотводу от составного электрода может быть увеличена длина теплового конуса изолятора для холодной свечи зажигания (рис. 1б). Это обеспечивает надежное самоочищение свечи на режимах малых нагрузок и холостого хода и делает конструкцию свечи зажигания менее чувствительной к образованию шунтирующего нагара. Хорошая теплопроводность составного электрода снижает вероятность перегрева деталей свечи и возникновения калильного зажигания. В зависимости от принятого способа определения тепловой характеристики для свечей зажигания установлены ряды калильных чисел (таблица. 1). Эти ряды составляются фирмами изготовителями и отличаются друг от друга по информационной значимости условных единиц. Калильное число обязательно указывается в маркировке любой свечи зажигания. Таблица 1 Фирма страна Калильное число Горячая свеча холодная свеча Россия 8    11    14    17    20    23    26 «Beru», «Bosch» Германия 13  12  11  10. ..3 2 1 09 08 07 06 «Champion» Англия 25   24   23 …………….. 3   2   1 «AC Delco» США 9    8    7    6    5    4   3   2   1   0 «Eyquem» Франция 30  32  42  52  58  62  72  82  96 «NGK» Япония 2    4    5    6…………12    13    14   Простые рекомендации при замене и обслуживании автомобильных свечей зажигания

Основы свечей зажигания

— Свечи зажигания NGK

Свечи зажигания существуют столько же, сколько и двигатели внутреннего сгорания, и часто их неправильно понимают. Это базовое руководство предназначено для помощи техническим специалистам, любителям или специалистам по гонкам в понимании, использовании и устранении неисправностей свечей зажигания.

Свечи зажигания являются «окном» в двигатель и могут быть ценным диагностическим инструментом. Свеча зажигания отображает состояние внутри камер сгорания двигателя. Опытный тюнер может использовать свечи зажигания, чтобы найти основную причину проблем, определить соотношение воздух-топливо и повысить производительность автомобиля.

Основные сведения о свечах зажигания

Основной функцией свечи зажигания является воспламенение воздушно-топливной смеси в камере сгорания при любых условиях эксплуатации.

Свечи зажигания должны обеспечивать путь и место для электрической энергии от катушки зажигания для создания искры, используемой для воспламенения воздушно-топливной смеси. Система зажигания должна подать достаточное количество напряжения, чтобы искра прошла через зазор свечи зажигания. Это называется «электрическими характеристиками».

Температура в конце зажигания свечи зажигания должна поддерживаться достаточно низкой, чтобы предотвратить преждевременное зажигание, и достаточно высокой, чтобы предотвратить загрязнение. Это называется «тепловыми характеристиками» и определяется выбранным тепловым диапазоном.

Тепловой диапазон свечи зажигания NGK

Тепловой диапазон свечи зажигания не имеет отношения к электрической энергии, передаваемой через свечу зажигания. Тепловой диапазон свечи зажигания — это диапазон, в котором свеча работает хорошо термически. Тепловой класс каждой свечи зажигания NGK обозначается числом; более низкие числа указывают на более горячий тип, более высокие числа указывают на более холодный тип.

Тепловой диапазон и путь теплового потока свечей зажигания NGK

Некоторые основные конструктивные факторы, влияющие на диапазон нагрева свечи зажигания:

Основным конструктивным отличием, влияющим на теплостойкость, является длина носовой части изолятора. Свеча зажигания горячего типа имеет более длинный изолятор. Носик изолятора более горячей свечи зажигания имеет большее расстояние между запальной головкой изолятора и точкой, где изолятор соприкасается с металлической оболочкой. Следовательно, путь отвода тепла от носика изолятора к головке блока цилиндров длиннее, а пусковой конец остается более горячим. Носик изолятора более горячей свечи зажигания также имеет большую площадь поверхности, которая подвергается воздействию большего количества воспламеняющихся газов и легко нагревается до более высоких температур. Более холодная свеча зажигания действует противоположным образом.

Диапазон нагрева должен быть тщательно выбран для обеспечения надлежащих тепловых характеристик свечи зажигания. Если диапазон нагрева не оптимален, результатом могут быть серьезные проблемы. Оптимальная температура конца обжига составляет приблизительно от 500°C (932°F) до 800°C (1472°F). Двумя наиболее распространенными причинами проблем со свечами зажигания являются нагар (< 450°C) и перегрев (> 800°C).

Причины углеродного обрастания:

• Непрерывное вождение на низкой скорости и/или короткие поездки
• Диапазон нагрева свечи зажигания слишком холодный
• Топливно-воздушная смесь слишком богатая
• Снижение компрессии и расхода масла из-за изношенных поршневых колец/стенок цилиндра
• Чрезмерная задержка зажигания
• Износ системы зажигания

Загрязнение перед поставкой:

Углеродное загрязнение происходит, когда температура свечи зажигания не достигает температуры самоочищения приблизительно 450°C (842°F). Нагар начнет сгорать с торца изолятора при достижении температуры самоочищения. Когда диапазон нагрева слишком холодный для скорости двигателя, температура в конце воспламенения будет оставаться ниже 450 ° C, а на носике изолятора будет накапливаться углеродистый налет. Это называется углеродным обрастанием. Когда накапливается достаточное количество углерода, искра будет проходить по пути наименьшего сопротивления через носовую часть изолятора к металлической оболочке, а не прыгать через зазор. Обычно это приводит к пропуску зажигания и дальнейшему загрязнению.

Если выбран слишком холодный диапазон нагрева свечи зажигания, свеча зажигания может начать загрязняться при низких оборотах двигателя или при работе в холодных условиях с обогащенной топливно-воздушной смесью. В некоторых случаях переднюю часть изолятора обычно можно очистить, запустив двигатель на более высоких оборотах, чтобы достичь температуры самоочистки. Если свеча зажигания полностью загрязнена и двигатель не работает должным образом, может потребоваться замена свечи зажигания и определение причины загрязнения.

Причины перегрева:

• Слишком высокая температура свечи зажигания
• Недостаточный момент затяжки и/или отсутствие прокладки
• Слишком опережающее зажигание
• Слишком низкое октановое число топлива (присутствует детонация)
• Слишком бедная топливно-воздушная смесь
• Чрезмерные отложения в камере сгорания
• Непрерывная езда под чрезмерно большой нагрузкой
• Недостаточное охлаждение или смазка двигателя

Наиболее серьезным результатом выбора слишком высокой температуры является перегрев. Перегрев приведет к быстрому износу электродов и может привести к преждевременному возгоранию. Преждевременное зажигание происходит, когда воздушно-топливная смесь воспламеняется от горячего предмета/участка в камере сгорания до того, как произойдет синхронизированное искровое событие. Когда температура воспламеняющего конца (наконечника) свечи зажигания превышает 800°C, может произойти преждевременное зажигание из-за перегрева керамического изолятора. Преждевременное зажигание резко повысит температуру и давление в цилиндре, что может привести к серьезному и дорогостоящему повреждению двигателя. При осмотре свечи зажигания, подвергшейся перегреву или преждевременному зажиганию, иногда можно обнаружить вздутие на керамическом изоляторе и/или расплавленные электроды.

Как правило, среди идентичных типов свечей зажигания разница в температуре наконечника от одного диапазона нагрева к другому составляет приблизительно от 70°C до 100°C.

Температура наконечника и внешний вид

Существует множество внешних воздействий, которые могут повлиять на рабочую температуру свечи зажигания. Ниже приводится краткий список, который следует учитывать, чтобы избежать снижения производительности и/или дорогостоящего повреждения двигателя.

Частота вращения двигателя и нагрузка

• Если двигатель должен работать на высоких оборотах, под большой нагрузкой или при высоких температурах в течение длительного времени, может потребоваться более холодный температурный диапазон.
• И наоборот, если двигатель должен работать на низких скоростях или при низких температурах в течение длительного времени, может потребоваться более высокая температура для предотвращения загрязнения.

Топливно-воздушная смесь

• Чрезмерно обогащенная топливно-воздушная смесь может привести к снижению температуры наконечника свечи зажигания и накоплению нагара, что может привести к загрязнению и пропускам зажигания.
• Чрезмерно обедненная топливно-воздушная смесь может вызвать повышение температуры цилиндра и свечи зажигания, что может привести к детонации и/или преждевременному зажиганию. Это может привести к повреждению свечи зажигания и/или серьезному повреждению двигателя.
• Если измеритель соотношения воздух-топливо или газоанализатор недоступен, необходимо будет часто визуально осматривать свечи зажигания в процессе настройки, чтобы определить правильную топливно-воздушную смесь.

Тип/качество топлива

• Топливо низкого качества и/или с низким октановым числом может вызвать детонацию, что приведет к повышению температуры цилиндров. Повышенная температура цилиндра вызовет повышение температуры компонентов камеры сгорания (свечи зажигания, клапанов, поршня и т. д.) и приведет к преждевременному зажиганию, если детонация не будет контролироваться.
• При использовании смеси этанола с высоким содержанием этанола в высокопроизводительных установках может потребоваться более холодный температурный диапазон. Момент зажигания может быть увеличен, поскольку топливо на основе смеси этанола имеет более высокую стойкость к детонации (более высокое октановое число). Из-за уменьшения детонации будет меньше звуковых «предупреждений» о детонации перед тем, как свеча зажигания перегреется и воспламенится.
• Некоторые типы топливных присадок в низкокачественном топливе могут вызывать отложения на свечах зажигания, что может привести к пропускам зажигания, преждевременному зажиганию и т. д.

Момент зажигания

• Увеличение опережения зажигания на 10° приведет к повышению температуры кончика свечи зажигания примерно на 70° до 100°C.
• Свеча зажигания с более холодным диапазоном температур может потребоваться, если угол опережения зажигания приблизился к уровню детонации. Более высокие температуры цилиндров, близкие к уровню детонации, приближают температуру конца зажигания свечи зажигания к диапазону перед зажиганием.

Степень сжатия

• Значительное увеличение статической/динамической степени сжатия повысит давление в цилиндрах и октановое число двигателя. Стук может происходить легче. Если двигатель работает на уровне, близком к детонации, может потребоваться свеча зажигания с более низким диапазоном температур из-за повышенных температур цилиндров.

Принудительная индукция (турбонаддув, наддув)

• Свеча зажигания с более низким диапазоном нагрева может потребоваться из-за повышения температуры цилиндра из-за повышения давления наддува (давления в коллекторе) и последующего повышения давления и температуры в цилиндре.

Температура/влажность окружающего воздуха

• По мере снижения температуры или влажности воздуха плотность воздуха увеличивается, что требует более богатой воздушно-топливной смеси. Если воздушно-топливная смесь не обогащена должным образом и смесь слишком бедная, это может привести к более высокому давлению/температуре в цилиндре, детонации и последующему повышению температуры наконечника свечи зажигания.
• По мере повышения температуры или влажности воздуха плотность воздуха уменьшается, что требует более бедной воздушно-топливной смеси. Если топливно-воздушная смесь слишком богата, это может привести к снижению производительности и/или углеродному загрязнению.

Барометрическое давление/высота

• Давление воздуха (атмосферное) и давление в баллоне уменьшаются по мере увеличения высоты. В результате температура наконечника свечи зажигания также снизится.
• Загрязнение может произойти легче, если топливно-воздушная смесь не отрегулирована для компенсации высоты. Большая высота = меньше воздуха = меньше топлива.

Типы ненормального сгорания

Преждевременное зажигание

• Преждевременное зажигание происходит, когда воздушно-топливная смесь воспламеняется от горячего предмета/участка в камере сгорания до того, как произойдет синхронизированное искровое событие.
• Когда температура воспламеняющего конца (наконечника) свечи зажигания превышает 800°C, может произойти преждевременное зажигание из-за перегрева керамического изолятора.
• Чаще всего это вызвано неправильным (слишком горячим) тепловым диапазоном свечи зажигания и/или чрезмерно опережающим опережением зажигания. Неправильно установленная (недостаточный крутящий момент) свеча зажигания также может привести к преждевременному зажиганию из-за недостаточной теплопередачи.
• Предварительное зажигание резко повысит температуру и давление в цилиндре, что может привести к расплавлению поршней и образованию отверстий, прогоранию клапанов и т. д.

Детонация

• Возникает, когда часть воздушно-топливной смеси в камере сгорания, вдали от свечи зажигания, самовоспламеняется под давлением фронта пламени, исходящего от свечи зажигания. Два сталкивающихся фронта пламени вносят свой вклад в «стучащий» звук.
• Стук возникает чаще при использовании низкооктанового топлива. Низкооктановое топливо имеет низкую стойкость к детонации (низкое сопротивление воспламенению).
• Стук связан с опережением зажигания. (Детонацию иногда называют «детонацией искры».) Замедление опережения зажигания уменьшит детонацию.
• Сильный стук часто приводит к преждевременному зажиганию.
• Сильный стук может вызвать поломку и/или эрозию компонентов камеры сгорания.
• Стук иногда называют «звонком» или «детонацией».

Пропуски зажигания

• Пропуски зажигания возникают, когда искра проходит по пути наименьшего сопротивления, а не перескакивает через зазор. Пропуски зажигания могут быть вызваны следующими причинами:
  • Углеродное загрязнение
  • Изношенные или изношенные компоненты системы зажигания
  • Слишком большой размер зазора
  • Момент зажигания чрезмерно опережает или запаздывает
  • Поврежденные свечи зажигания (треснувший изолятор, оплавленные электроды и т. д.)
  • Несоответствие компонентов системы зажигания (сопротивление штекера/провода, катушки зажигания/модули воспламенителя и т. д.)
  • Недостаточное первичное и/или вторичное напряжение катушки — напряжение, необходимое для скачка зазора свечи зажигания выше, чем выход катушки

Диапазон нагрева | Базовые знания | СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ | Автозапчасти и аксессуары

Heat Range | Базовые знания | СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ | Автозапчасти и аксессуары | Глобальный веб-сайт DENSO

Теплоотвод свечи зажигания

Тепло, которое электродная часть свечи зажигания получает за счет сгорания, рассеивается по пути, показанному на рисунке.
Степень, в которой свеча зажигания рассеивает получаемое ею тепло, называется ее «тепловым диапазоном». Свечи зажигания с высокой степенью рассеивания тепла называются высокотемпературными (холодного типа), а свечи с низкой степенью рассеивания тепла называются низкотемпературными (горячего типа).
Во многом это определяется температурой газа внутри камеры сгорания и конструкцией свечи зажигания.

Диапазон низких и высоких температур

Свечи с низким диапазоном теплоты имеют длинные секции изолятора, а площадь поверхности, на которую воздействует пламя, и емкость газового кармана велики.
Кроме того, поскольку путь тепловыделения от ножки изолятора к корпусу длинный, рассеяние тепла низкое, и температура центрального электрода легко повышается.
С другой стороны, высокотемпературные свечи имеют короткие ножки изолятора, а площадь поверхности, на которую воздействует пламя, и объем газового кармана малы.
Кроме того, поскольку путь тепловыделения от ножки изолятора к корпусу короткий, рассеивание тепла велико, и температура центрального электрода не повышается легко.

Температура свечи зажигания и скорость автомобиля (1)

Зависимость между температурой свечи зажигания, скоростью автомобиля и запасом хода выражается графиком, подобным показанному на рисунке. Существуют ограничения на температуру, при которой можно использовать свечи зажигания: нижним пределом является температура самоочищения, а верхним пределом — температура перед воспламенением. Свеча зажигания полностью функционирует только тогда, когда температура ее центрального электрода находится между этими температурами около 500°C и 950°С.

Температура свечи зажигания и скорость автомобиля (2) — температура самоочистки

Когда температура центрального электрода составляет 500°C или ниже, свободный углерод, образующийся при неполном сгорании топлива, откладывается на поверхности изолятора. Поэтому падает изоляция между изолятором и корпусом, возникают утечки электричества, искра через промежуток неполная, вызывает сбои зажигания.
Эта температура 500°C называется температурой самоочищения, потому что выше этой температуры углерод полностью сгорает естественным путем.

Температура свечи зажигания и скорость автомобиля (3) – температура до зажигания

Когда температура центрального электрода достигает 950°C или выше, происходит предварительное зажигание (раннее зажигание), что означает, что электрод служит источником тепла и зажигание происходит без искры. Следовательно, мощность падает и это может достигать уровня износа электродов и повреждения изолятора.

Температура свечи зажигания и скорость автомобиля (4)

Свечи зажигания с низким тепловым диапазоном имеют температуру центрального электрода, которая легко повышается, и даже на низкой скорости они легко достигают температуры самоочищения, поэтому углерод не легко откладывается на секции изолятора.