ИСКРОВЫЕ СВЕЧИ ЗАЖИГАНИЯ
© ЗАО "Полезные страницы"; ОАО "За рулем"; 2001 выпуск № 8.
Редакция благодарит за помощь в подготовке материала Б. А. Басса, зав. отделом свечей зажигания НИИАЭ.
Прислал в электронном виде Станислав Бирюлин
Искровые свечи зажигания не претерпели принципиальных изменений с момента их применения в начале XX века. Развитие этого элемента бензинового двигателя идет по пути усовершенствования элементов конструкции, материалов и технологии производства.
Детали свечи, находящиеся в камере сгорания, подвергаются высоким термическим, механическим, элек-трическим нагрузкам, а также химическому воздействию продуктов неполного сгорания топлива. Температура в ней изменяется от 70 до 2500°С, давление газов достигает 50 - 60 бар, а напряжение на электродах доходит до 20 кВ и выше. Такие жесткие условия работы определяют особенности конструкции свечей и применяемых мате-риалов, так как от бесперебойности искрообразования зависят мощность, топливная экономичность, пусковые свойства двигателей, а также токсичность отработавших газов.
Устройство свечи зажигания
Основными элементами любой свечи зажигания являются металлический корпус, керамический изолятор, электроды и контактный стержень. Корпус имеет резьбу, которая ввинчивается в головку блока цилиндров, шестигранник "под ключ" и специальное покрытие для защиты от коррозии. Опорная поверхность (ею свеча "упирается" в головку) может быть плоской или конической. В первом случае для надежной герметизации свечного отверстия используется уплотнительное кольцо. Коническая поверхность сама хорошо герметизирует соединение свечи с головкой блока. Материалом изолятора служит высокопрочная техническая керамика. Для предотвращения утечки электричества на его поверхности (в "верхней" части изолятора) делают кольцевые канавки (барьеры тока) и наносят специальную глазурь, а часть изолятора со стороны камеры сгорания выполняют в форме конуса (назы-ваемого тепловым). Внутри керамической части свечи закреплены центральный электрод и контактный стержень, между которыми может быть расположен резистор, подавляющий радиопомехи. Герметизация соединения этих деталей осуществляется токопроводящей стекломассой (стеклогерметиком). Боковой электрод ("массы") приварен к кор-пусу. Электроды изготавливают из жаростойкого металла или сплава. Для улучшения отвода тепла от теплового конуса центральный электрод могут делать из двух металлов (биметаллический электрод) - центральную часть из меди заключают в жаростойкую оболочку. Биметаллический боковой электрод обладает повышенным ресурсом благодаря тому, что хорошая теплопроводность меди препятствует чрезмерному его нагреву.
Рис. 1. Устройство свечи зажигания с плоской опорной поверхностью: 1 - контактная (штекерная) гайка; 2 - изолятор; 3 - ореб-рение изо-лятора (барьеры тока); 4 - контактный стержень; 5 - корпус свечи; 6 - токопроводящий стеклогерметик; 7 - уплотни-тельное кольцо; 8 - центральный электрод с медным сердечником (биметаллический); 9 - теплоотводящая шайба; 10 - тепло-вой конус изолятора; 11 - боковой электрод ("массы"); h - искровой зазор.
Основные параметры свечей
Для обеспечения всего спектра бензиновых двигателей свечами зажигания последние производят с раз-личными параметрами, которые отражаются в условном обозначении свечи (приводятся ниже).
Габаритно-присоединительные размеры - это диаметр и шаг резьбы, длина резьбовой части и размер шестигранника "под ключ". Все они строго определенны для каждого двигателя.
Калильное число является показателем тепловых свойств свечи (ее способности нагреваться при различ-ных тепловых нагрузках двигателя). Оно пропорционально среднему давлению, при котором в процессе испытаний свечи на моторной тарировочной установке в ее цилиндре начинает появляться калильное зажигание (не-управляемый процесс воспламенения рабочей смеси от раскаленных элементов свечи). Свечи с небольшим ка-лильным числом называют горя-чими. Их тепловой конус нагревается до темпе-ратуры 900°С (температура начала калильного зажигания) при относительно небольшой тепло-вой нагрузке. Такие свечи применяются на ма-лофорсированных двигателях с небольшими степенями сжатия. У холодных свечей калиль-ное зажигание возни-кает при больших тепло-вых нагрузках, и они используются на высокофорсированных двигателях.
Пока тепловой конус не нагреется до 400°С, на нем образуется нагар, приводящий к утеч-кам тока и нару-шению искрообразования. По достижении этой температуры он (нагар) начинает сгорать, происходит очищение свечи (самоочищение).
Чем длиннее тепловой конус, тем больше его площадь, поэтому он нагревается до темпера-туры самоочи-щения при меньшей тепловой на-грузке. К тому же выступание этой части изолятора из корпуса усиливает ее обдув газами, что дополнительно ускоряет прогрев и улучшает очищение от нагара. Увеличение длины тепло-вого конуса приводит к уменьшению калильного числа (свеча становится "го-рячее"). Чтобы оставить его неизменным в конструкции применяют би-металлические центральные электроды, луч-ше отводящие тепло. Такие свечи (их называют термоэластичными) быстрее прогреваются до температуры самоочищения (как горячие), но вызывают калильное зажигание при высоких тепловых нагрузках (как холодные).
Отечественная промышленность выпускает свечи зажигания с калильными числами 8, 11, 14, 17, 20, 23 и 26. За рубежом не существует единой шкалы калильных чисел.
Величина искрового зазора указывается в инструкции по эксплуатации автомобиля (но может быть ука-зана также на упаковке или в маркировке свечи) и находится в пределах от 0,5 до 2 мм.
В зависимости от конструкции электродов зазор бывает регулируемым (за счет подгибания бокового элек-трода) и нерегулируемым (в свечах с несколькими "объединенными" боковыми электродами или не имеющих боковых электродов).