на главную

Chevrolet Lanos
ZAZ Chance/Sens

каталог з/ч    

Устройство  |  Эксплуатация  |  Двигатель  |  Трансмиссия  |  Ходовая  |  Рулевое  |  Тормоза  |  Электрика  |  Кузов |  Электросхемы

Свечи зажигания. Из искры возгорится пламя

           


Из "Искры возгорелась «Правда», из искры Божьей возгорается яркий талант, а из искры, проскакивающей между электродами свечи зажигания двигателя внутреннего сгорания с принудительным воспламенением горючей смеси, возгорается вспышка сжатых в цилиндре паров топлива, смешанных с атмосферным воздухом. Бензиновый двигатель давно отпраздновал столетие со дня рождения, а принцип искрового зажигания, запатентованный французским инженером Жаном Лену аром еще в 1860 году, по сей день остается неизменным. И, несмотря на угрозы со стороны турбодизелей и электромоторов, бензиновый двигатель жив, а значит, жива и свеча зажигания. Судя по всему, начало третьего тысячелетия не принесет нам ничего кардинально нового. Но это вовсе не значит, что свеча зажигания пребывает неизменной.

Свечи зажигания Champion с композитными электродами
свеча с медным сердечником

Copper — свеча с медным сердечником центрального электрода


Double Copper — свеча с медными сердечниками обоих электродов

Platinum — свеча типа Double Copper, но с платиновым покрытием центрального электрода или обоих электродов (Double Platinum) эволюция

ПО ДАРВИНУ

Поставьте кроманьонца рядом с банковским клерком, и вы еще раз убедитесь, что Дарвин был прав. Усовершенствование свечи зажигания тоже шло и идет эволюционным путем, и движущих эту эволюцию сил несколько. Первый и самый очевидный мотив — необходимость продлить срок службы свечи. Второй — желание оптимизировать процесс сгорания горючей смеси, увеличив мощность, снизив расход топлива и уменьшив токсичные выбросы в атмосферу. И при этом желательно, чтобы свеча оставалась технологичной и недорогой в производстве...

Базовая конструкция свечи зажигания не изменилась с прошлого века. Высоковольтное напряжение (для современных систем зажигания это 10—30 киловольт), поступающее с катушки зажигания, через входной терминал подается на центральный электрод. От «массы» его отделяет изолятор из огнеупорного диэлектрика, задача которого — не допустить утечки и «донести» разряд высокого напряжения до искрового промежутка. Изолятор вставляется в металлический корпус свечи, вворачиваемый в резьбовое отверстие головки блока, а к корпусу приварен боковой электрод, в который и ударяет мини-молния с центрального электрода.

Первые электроды были железными, а изоляторы делали из фарфора или огнеупорной глины, причем разрушались они гораздо быстрее остальных элементов свечи. Поэтому теперь сырьем для изготовления изоляторов служит глинозем, то есть окись алюминия, который смешивают с различными добавками, прессуют в формах под давлением в 300 атмосфер и затем несколько часов спекают при температуре в 1500°, а после остывания покрывают, словно изразцы, глазурью, чтобы уменьшить вероятность поверхностного разряда. Этой же цели служат и ребра на поверхности изолятора, ставшие неотъемлемым признаком современной свечи. Кстати, впервые изолятор с пятью ребрами представила фирма Champion в 1939 году.

Корпуса свечей прессуют теперь из низкоуглеродистой стали, обтачивают, нарезают резьбу и покрывают цинком, цинкование позволяет повысить коррозионную стойкость корпуса — впервые оно было использовано для судовых свечей, а потом стало стандартом для любых свечей зажигания.




Электроды (и центральный, и боковой) раньше делали из той же низкоуглеродистой стали, что и корпус. Но вот беда — каждый искровой разряд «выгрызает» поверхность электродов электрохимической эрозией, а ведь разрядов — миллионы, миллиарды. И получается, что зазор между центральным и боковым электродами постоянно увеличивается. Происходит это тем быстрее, чем меньше эрозионная стойкость металла. А ведь зазор должен быть строго определенным в зависимости от компрессии в двигателе и величины высоковольтного напряжения. Зазор становится больше, и искрообразование ухудшается, особенно при запуске холодного мотора.

Именно стойкость к эрозии выдвинула на первый план хромоникелевые сплавы, из которых делают современные электроды. Конечно, и хромоникелевые электроды изнашиваются, и увеличение зазора в первую очередь является ограничением срока службы обычной свечи — в среднем 20000 км пробега.

«Постойте, а почему нельзя подогнуть боковой электрод и ездить еще столько же?» — спросит догадливый читатель. Конечно, величину зазора восстановить можно, но как быть с утончением бокового электрода?

ХОЛОДНО — ГОРЯЧО

Дело в том, что свеча при своей нелегкой работе в пекле камеры сгорания должна соблюдать температурный режим — на холостых оборотах не остывать ниже чем до 400°, а под нагрузкой на больших оборотах не нагреваться выше 850—900°. Если свеча будет холоднее, на поверхности изолятора и электродов начнут образовываться отложения, которые рано или поздно замкнут искровой зазор, и свеча перестанет работать. Если перегреется — от нагретых докрасна электродов возникнет самопроизвольное воспламенение горючей смеси, именуемое калильным зажиганием, чему, в частности, будет способствовать утончение бокового электрода.

Есть еще один аспект, касающийся теплового режима свечи и подвигнувший разработчиков на усовершенствование конструкции электродов. Свеча должна быть максимально более термоэластичной, то есть быстро нагреваться до рабочей температуры после пуска мотора и в то же время не перегреваться в нагрузочных режимах и эффективно отводить тепло из камеры сгорания. Поиски компромиссов ни к чему не привели, и в результате родилась композитная конструкция электродов — медных внутри и хромоникелевых снаружи. Практически все крупные производители свечей зажигания — Champion, AC Delco, Bosch, Bern, AlliedSignal Autolite, NGK — выпускают свечи с медным внутри центральным электродом, a Champion в 1988 года представил свечу Double Copper, у которой и центральный электрод, и боковой имеют медный сердечник. По сообщению компании, отвод тепла через композитный боковой электрод улучшается в 2,5 раза. Но, конечно же, свечи Double Copper дороже обычных...

НАПРЯЖЕНИЕ ИЛИ ЖИЗНЬ?

В этом мире правят бал единство и борьба противоположностей, и жизнь свечи тоже подчиняется диалектическим законам. Перед разработчиками систем зажигания стоят две задачи, выполнить которые одновременно, казалось бы, невозможно.

Первая из них — необходимость обеспечить более полное сгорание топлива, поджигая горючую смесь мощной искрой. При этом уменьшатся токсичные выбросы в атмосферу, снизится расход топлива, возрастет мощность двигателя. Простейший путь к этому заключается в увеличении напряжения в системе зажигания и, соответственно, росте энергии искры. Но наращивать напряжение безгранично невозможно, так как диэлектрики изолятора свечи, высоковольтных приводов и катушки зажигания имеют вполне определенное напряжение пробоя — для изолятора оно составляет обычно 30 киловольт. А потом рост энергии искры увеличивает интенсивность эрозии электродов и сокращает срок службы свечей, и это вступает в противоречие с другой важнейшей задачей: продлить им жизнь.

Последнее десятилетие ознаменовалось рождением и началом претворения в жизнь концепции необслуживаемого автомобиля. Каждая часть, каждый узел и агрегат должны иметь по возможности больший и одинаковый ресурс и не нуждаться в регулировке, смазке и профилактике в течение всего срока службы. Необслуживаемые аккумуляторы и узлы шасси уже стали нормой, на очереди системы смазки двигателя и агрегатов трансмиссии. Так почему бы не быть необслуживаемыми и системам зажигания?

Есть еще один резон для создания свечей-долгожителей. На современных моторах они часто прячутся за причудливо изогнутыми «настроенными» впускными коллекторами, и достать их оттуда без демонтажа последних невозможно. А на некоторых двигателях — например, оппозитных, — для замены свечей приходится вынимать из моторного отсека весь силовой агрегат!

Что же делать? Увеличивая напряжение и, соответственно, эффективность сгорания топлива, уменьшаешь срок службы свечей, а используя невысокое напряжение и продлевая жизнь свечам, проигрываешь в кпд. Заколдованный круг, да и только...

Но одно компромиссное решение известно и применяется уже давно. Встречали вы когда-нибудь многоэлектродные свечи? Если вы думали, что два, три или даже четыре боковых электрода дают многоискровой разряд и увеличивают отдачу двигателя, то дело обстоит как раз наоборот. Искра в многоэлектродной свече все равно одна, и проскакивает она между центральным и тем из боковых электродов, расстояние до которого меньше. То есть такая свеча служит дольше обычной прямо пропорционально количеству боковых электродов: износился один — искра перескакивает и начинает «грызть» следующий, потом обратно и т. д. А вот из-за маскировки многочисленными

Многоэлектродные свечи служат дольше, но ухудшают эффективность сгорания

«железками» очага воспламенения в камере сгорания получается, что кпд мотора с такими свечами ниже. Вдобавок боковые электроды интенсивно поглощают тепло, делая свечу «холоднее». Это ведет к росту выбросов окислов азота NOx в выхлопных газах. Так что в Соединенных Штатах, где нормы контроля токсичности жестче, чем в Европе, многоэлектродные свечи непопулярны.

Итак, можно использовать несколько боковых электродов и высокое напряжение искрообразования, продлив срок службы свечей до 40000—60000 км пробега, но проиграв при этом в эффективности сгорания. А возможен ли бескомпромиссный вариант?

На помощь пришла благородная платина, обладающая, помимо массы других достоинств, высочайшей стойкостью к термической и электрохимической эрозии. Некоторые производители добавляют платину в состав сплава материала электродов, но чаще поступают по-другому. Например, инженеры фирмы Champion, получив от мотористов из Вольфсбурга заказ на свечу для шестнадцатиклапанного двухлитрового двигателя Volkswagen Golf GTI третьего поколения, приварили к рабочей поверхности композитного центрального электрода свечи Double Copper платиновую пластинку, убив при этом трех зайцев. Конструкция свечи с одним боковым электродом и медными сердечниками обеспечивала отличные рабочие показатели, а уникальная эрозионная стойкость платины позволила при высоком напряжении искрообразования увеличить ресурс до 60000 км пробега. Свеча Champion Platinum появилась на рынке в 1993 году, а сейчас фирма представила конструкцию Double

Platinum, где платиновые нашлепки приварены к обоим электродам. Такая свеча служит около 150000 км!

Много свечей с платиновыми электродами выпускается сейчас в США, где концепция необслуживаемого автомобиля очень популярна — за океаном всегда старались упростить и удешевить сервис. Вдобавок свечи с «благородными» электродами обладают более стабильными показателями токсичности и заметно снижают риск пропусков зажигания на протяжении всего срока службы, что на руку помешанным на экологии американцам. Ведь пропуск зажигания означает для каталитического нейтрализатора порцию несгоревшего топлива, способную отравить часть активного покрытия и сократить срок его службы.

А это — гоночная свеча с четырьмя развитыми боковыми электродами,
сделанная инженерами Delphi для двигателей болидов NASCAR

гоночная свеча

Так выглядит гоночная свеча Champion.
Боковым электродом здесь служит кольцевой выступ корпуса

Первым американским двигателем, использующим свечи с гарантированным 100000мильным пробегом, стал Cadillac Northstar, сейчас его примеру следуют многие, а, по прогнозам, к 2000 году 100000-мильные свечи будут иметь большинство американских моторов. Технология изготовления та же. Например, конструкторы фирмы Delphi Energy & Engine Management Systems, разрабатывающие свечи AC, предпочитают приваривать к рабочей поверхности электродов маленькие платиновые проволочки. Так как Delphi является отделением концерна General Motors, то около половины двигателей GM оснащается свечами-долгожителями.

В лабораториях Delphi родилась и новая свеча с несколько иной концепцией, которую создатели назвали AC Rapidfire. Она использует низкое напряжение и за счет этого живет дольше, а оптимизацию процесса сгорания обеспечивает иная форма электродов. Центральный выдвинут вглубь камеры сгорания на 1 мм дальше, чем обычно, а его рабочая часть заострена и имеет 12 кромокребер. Единственный же композитный боковой электрод с никелевым покрытием и серебряной сердцевиной тоже имеет сточенную с боков форму. Причина этих изменений проста и логична — искра легче сходит с заостренных поверхностей, и, следовательно, зажигание происходит при меньшем напряжении. Это обеспечивает лег-

кий и быстрый пуск, ровную работу на режимах холостого хода, некоторую экономию топлива. Например, инженеры Delphi утверждают, что двигатель со свечами АС Rapidfire имеет на 5% меньшие пусковые обороты и на 2% лучшую экономичность, чем с обычными свечами зажигания.

ТРИ ИЛИ ни одного?

Так сколько же боковых электродов должно быть у современной свечи? Многоэлектродная конструкция вряд ли имеет шансы выжить в экологически чистом третьем тысячелетии из-за маскировки зоны воспламенения, сильного поглощения тепла и соответствующего ухудшения показателей экономичности и токсичности.

Свечи с одним боковым электродом наиболее распространены и, как показывает пример свечей Platinum и Rapidfire, имеют потенциал для совершенствования и развития.

О том, что инженеры фирмы SAAB предложили использовать вместо бокового электрода заостренную и вытянутую вверх часть поршня, мы уже писали. Оставшись в одиночестве, центральный электрод может обзавестись утолщенным изолятором, что позволит повысить напряжение разряда, а поршень как второй электрод дает возможность доступа горючей смеси к зоне воспламенения со всех сторон и изменяемый искровой промежуток. Результаты, по заявлениям фирмы, таковы: экономии горючего на 3—8%, возможность устойчивой работы на обедненных смесях, сокращение выхлопа несгоревших углеводородов (НС) на 10— 25%, а окислов азота NOx — на 20—40%. Свеча при этом получается действительно необслуживаемой.

БУДУЩЕЕ

Старик Дарвин был прав. Эволюция продолжается. Надеемся, что этот рассказ отбил у вас любые сомнения по этому поводу — во всяком случае, по части свечей зажигания.

Но, возможно, грядут еще большие изменения. Во-первых, свечу зажигания теснят (в прямом смысле) другие обитатели камеры сгорания — клапаны, которых на серийных двигателях Audi и Ferrari уже по пять штук на цилиндр, форсунки непосредственного впрыска бензина, как на опытных моторах Mitsubishi и Subaru. А, во-вторых, скорее всего, в недалеком будущем свече зажигания придется взять на себя еще и функции контроля за процессом сгорания, став частью систем бортовой диагностики второго поколения OBD-II. И, помимо своей обычной работы, свеча будет воспринимать информацию о составе горючей смеси, о возникновении детонации и калильного зажигания, о пропусках зажигания... Эволюция бензинового двигателя продолжается, а с ним рука об руку идет старая добрая свеча.

Поршень как боковой электрод — пока экспериментальная новинка фирмы SAAB.
Хорошо виден утолщенный изолятор вокруг центрального электрода

А может быть, вовсе убрать боковой электрод? Идея эта не столь нова и абсурдна, как может показаться на первый взгляд. Давно выпускаются спортивные свечи, в которых роль бокового электрода играет выступающая кольцевая часть корпуса свечи, но такие свечи получаются очень «холодными» и не обеспечивают нормальные пусковые качества. Впрочем, для спорта это и не нужно — там обороты холостого хода всегда выше 2000 об/мин, а с запуском уж как-нибудь справятся.

Центральный серебряно-никелевый электрод свечи AC Rapidfire имеет
конический срез и 12 острых кромок, с которых призвана соскакивать искра

«Горячие» и «холодные» свечи

Температурный режим свечи маркируется калильным числом. Как правило, чем оно меньше, тем свеча «холоднее», то есть тем интенсивнее она поглощает тепло из камеры сгорания и рассеивает его в воздухе и головке блока. Чем больше — тем свеча «горячее». «Холодные» свечи применяют для высокофорсированных двигателей, а «горячие» — для относительно малонагруженных моторов.

Кривые температурного режима «горячих» (1), «умеренных» (2) и «холодных»(3) свечей зажигания

Конструктивные отличия свечей с различным калильным числом заключаются, в основном, в длине теплового конуса изолятора, омываемого раскаленными газами. «Горячая» свеча (1) интенсивно нагревается, но медленно рассеивает тепло, «холодная» — наоборот (3). «Умеренная» свеча —посередине (2)


             









Меры безопасности
Советы и регламент ТО
Безопасное вождение
Возите с собой всегда !
Дальние поездки
Как обкатывать
О Гарантии
Перед поездкой
Ремонт прокола колеса и маркировка шин
Заправка топливом
Замена топливного фильтра
Доливка моторного масла
Замена моторного масла
Доливка масла в КП
Замена ремня генератора
Замена ремня кондиционера
Выбор тормозных колодок
Виды свечей зажигания
Как использовать домкрат
Гидравлический домкрат
Буксир
Как ездить на буксире
Настройки для топлива
С шипами или без ?
О зимних шинах
Балансировка колёс
Дефекты шины "грыжа"
Покупка запчастей и сервис
Ланос на биотопливе
О газификации автомобиля
Зимняя эксплуатация
Замена аккумулятора
Замок-блокиратор
Как отвернуть ржавые болты
Статья о двигателях
Неустойчивый ход машины
Вопросы по эксплуатации
Ланос с АКП
Ланос с 16 кл. двигателем
Донинвест Ассоль и Орион
Вред от перегрузки машины