Т.2.8 Назначение и устройство свечей зажигания. Тепловая характеристика свечей зажигания и способы её улучшения. Маркировка свечей зажигания по ГОСТу

Свеча зажигания важный конструктивный элемент системы зажигания. Она предназначена для непосредственного воспламенения топливно-воздушной смеси в бензиновом двигателе внутреннего сгорания. Воспламенение смеси происходит при прохождении искры между электродами свечи, поэтому другое ее название – искровая свеча зажигания. Свеча зажигания используется во всех типах системы зажигания: контактной, бесконтактной и электронной. Ведущими производителями свечей зажигания являются фирмы Denso, NGK, Bosch, Champion.

1 - контактный стержень; 2 – изолятор; 3 – уплотнение; 4 – резистор; 5 - уплотнительная шайба; 6 – резба; 7 - центральный электрод; 8 – корпус; 9 - боковой электрод

Рисунок - Устройство свечи зажигания

Свеча зажигания имеет следующее общее устройство:

· контактный стержень;

· центральный электрод;

· изолятор;

· корпус.

Контактный стержень обеспечивает соединение свечи зажигания с элементами системы зажигания – высоковольтным проводом или индивидуальной катушкой зажигания. Соединение может быть двух типов: фланцевое типа SAE или резьбовое М4. Наибольшее распространение получило соединение типа SAE.

Центральный электрод выполняет в свече зажигания, как правило, роль катода. Он изготавливается из легированной стали. Самый распространенный материал – хром–никелевый сплав. Диаметр центрального электрода определяется материалом, из которого он изготовлен, и может находится в пределе 0,4-2,5 мм.

В настоящее время центральный электрод изготавливается из двух металлов (биметаллический электрод) – медного сердечника и стальной оболочки. Стальная оболочка центрального электрода быстро нагревается, обеспечивая при этом быстрый и надежный пуск двигателя и устойчивую работу на начальном этапе. Медный сердечник интенсивно отводит тепло во время работы.

Для увеличения срока службы свечи (повышения устойчивости к коррозии, электрохимическому разрушению) центральный электрод на современных свечах зажигания изготавливается из сплавов стали с редкоземельными и благородными металлами (платина, иридий, вольфрам, иттрий, палладий). В зависимости от наличия тех или иных металлов в центральном электроде свечи имеют названия - платиновая свеча зажигания, иридиевая свеча зажигания.

Применение прочных и тугоплавких сплавов в конструкции центрального электрода позволило значительно сократить толщину наконечника центрального электрода. Например, иридиевый наконечник имеет толщину 0,4 мм, чем достигается значительное снижение напряжения искрообразования, повышение надежности воспламенения топливно-воздушной смеси.

Центральный электрод соединяется с контактным стержнем через резистор. Применение резистора обусловлено необходимостью защиты электронное оборудование двигателя от помех, возникающих при искрообразовании. Резистор представляет собой токопроводящую стекломассу, которой заливается промежуток между электродом и стержнем.

Контактный стержень и центральный электрод расположены в изоляторе, выполняющем функции электрической изоляции и обеспечения заданного температурного режима свечи зажигания. Изолятор изготовляется из тугоплавкой керамики. Различают наружную и внутреннюю (размещенную в камере сгорания) части изолятора. Для улучшения электрической изоляции и предотвращения утечки электроэнергии наружная часть изолятора выполняется ребристой. На наружной части изолятора наносится название фирмы-производителя и (или) логотип.

Внутренняя часть изолятора (другое название - тепловой конус) определяет температурный (тепловой) режим свечи зажигания. Тепловой режим свечи зажигания характеризуется нижней и верхней границами. Нижняя граница начинается с температуры, при которой на тепловом конусе начинают сгорать скопившиеся частицы сажи, и называется температурой самоочищения. Величина температуры самоочищения составляет 450°С. Верхняя граница составляет 850°С. При данной температуре тепловой конус изолятора так сильно нагревается, что сам выступает источником воспламенения топливно-воздушной смеси. Такое неконтролируемое воспламенение смеси носит название калильное зажигание и может привести к детонации и серьезным поломкам двигателя.

Изменяя величину теплового конуса изолятора, производители свечей зажигания добиваются поддержания определенного температурного режима для разных бензиновых двигателей. Сильно выступающий тепловой конус и незначительная поверхность соприкосновения с корпусом характерны для т.н. «горячих» свечей зажигания. Такие свечи быстро нагреваются (большой конус) и медленно отводят тепло (малая поверхность соприкосновения с корпусом), поэтому их применение ограничено двигателями с низкой степенью сжатия и работающих на низкооктановом топливе.

«Холодные» свечи зажигания имеют короткий тепловой конус и значительную поверхность соприкосновения изолятора с корпусом. Они медленно нагреваются (малый конус) и быстро отводят тепло (большая поверхность соприкосновения с корпусом), поэтому применяются на двигателях с высокой степенью сжатия и работающих на высокооктановых топливах.

Металлический корпус служит для размещения всех элементов свечи зажигания, а также ввинчивание и удержания ее в головке блока цилиндров. Корпус изготавливается из никелевого сплава. Внутренней частью корпус соприкасается с изолятором. С наружи корпуса выполнена холоднокатаная метрическая резьба, с помощью которой свеча закрепляется в головке блока цилиндров. Уплотнение при завинчивании производится с помощью несъемной шайбы или конусного седла. Может применяться полая или гофрированная несъемная шайба. При завинчивании происходит раздавливание шайбы, чем достигается необходимое уплотнение.

Для завинчивания свечи зажигания в наружной части корпуса выполнен шестигранник под размер ключа. Затяжка свечи зажигания производиться с определенным усилием, рекомендованным производителем. Превышение усилия может привести к разрушению изолятора. Затяжка с недостаточным усилием приводит к нарушению герметичности камеры сгорания.

В нижней части корпуса приварен боковой электрод, который также изготавливается из никелевого сплава. В некоторых конструкциях свечей зажигания боковой электрод изготавливается из сплавов редкоземельных металлов. Для повышения срока службы свечи разработан ряд интересных конструктивных решений бокового электрода:

· использование нескольких электродов (от двух до четырех);

· V-образный вырез на конце бокового электрода;

· коническая форма бокового электрода;

· использование в качестве бокового электрода торцевой поверхности корпуса.

Применение нескольких боковых электродов значительно увеличивает срок службы свечи зажигания. В работе такой свечи используется только один боковой электрод. Когда зазор между электродами вследствие электрохимического износа увеличивается, искра автоматически переходит на другой боковой электрод и т. д.

Между центральным и боковым электродами поддерживается определенное расстояние - зазор (искровой промежуток). Величина зазора должна быть оптимальна для конкретной свечи зажигания и соответственно конкретного двигателя. На размер искрового промежутка оказывают влияние ряд факторов: размер и форма центрального электрода, конструкция бокового электрода, плотность топливно-воздушной смеси.

Чем больше зазор, тем больше искра, лучше воспламенение топливно-воздушной смеси. Вместе с тем, при большом зазоре требуется большее пробивное напряжение, и соответственно велика вероятность пропусков зажигания, снижения топливной экономичности, увеличения вредных выбросов. При малом зазоренаблюдается малая искра и соответственно низкая эффективность воспламенения топливно-воздушной смеси. При необходимости величину зазора можно изменить самостоятельно путем подгибания центрального электрода, но без соответствующей подготовки лучше этого не делать.