Свечи зажигания в автомобиле

Свеча зажигания – неотъемлемый элемент бензинового двигателя внутреннего сгорания. И этой детали мотора на сегодня нет альтернативы. О том, когда была изобретена свеча зажигания, из чего она состоит и как работает, а также о практических аспектах выбора и обслуживания этого элемента – читайте ниже.

История появления

Начать стоит с первого в мире рабочего экземпляра двигателя внутреннего сгорания. Именно в нем впервые был применен принцип, по которому впоследствии стали работать все системы зажигания бензиновых двигателей.

Попытки построить мотор, использующий в своей работе теплоту сгорающего топлива внутри агрегата, начались еще в 1801 году. Громоздкие паровые двигатели слабо подходили для развивающейся промышленности Европы начала XIX века. В этом же году французский инженер Филипп Лебон запатентовал принципиальную схему мотора, который должен был по плану работать на свечном топливе. А в качестве запальника использовалась трубка, по которой в камеру под давлением впрыскивалась струя уже подожженного газа. Однако в 1804 году инженер погиб, и его работа не была продолжена.

Более 50 лет продолжались тщетные попытки создать рабочий экземпляр ДВС, пока в 1859 году свою конструкцию не запатентовал француз Этьен Ленуар. Версия изначально запатентованного мотора работала, однако вскоре после пуска заклинивал в цилиндре или разрушался поршень. Без охлаждения и смазки он не работал дольше нескольких минут.

После решения проблем со смазкой и охлаждением, мотор конструкции Ленуара в 1860 году заработал. За короткий срок несколько заводов во Франции построили более 300 экземпляров. И в этом моторе впервые была использована электрическая искра для зажигания топливно-воздушной смеси.

С тех пор примитивная система поджигания топлива от электрической искры использовалась в последующих версиях двигателей. Электрод в толстой изоляции при пропускании через него высоковольтного тока генерировал искру на ближайшую точку внутри цилиндра. Свечу зажигания привычного вида в 1902 разработал Роберт Бош, немецкий инженер, основатель известной компании.

С тех пор принципиальная конструкция свечей зажигания не менялась. Все изменения с 1902 года до наших дней касались только применяемых материалов, типоразмеров и технологии производства.

Конструкция

Современная свеча зажигания состоит из нескольких элементов.

Центральный электрод

Центральный электрод – это проводник, по которому проходит электрический импульс. Изготавливается из сплава с малым сопротивлением. Часто в качестве материала центрального контакта используется легированная медь.

Электрод исполняется в виде цельнометаллического стержня или стержня с разрывом, в который вставляется резистор. Резистор служит для «разбития» электромагнитного поля, генерируемого при прохождении высоковольтного тока. Магнитное поле от цельного однородного проводника сильнее, чем от нескольких проводников меньшего размера, соединенных через резистор. При этом для высоковольтного напряжения сопротивление резистора не оказывает решающее воздействие на формирование искры. Дополнительное сопротивление несколько увеличивает нагрузку на катушку зажигания, но при этом исключает радиопомехи.

Наконечник центрального электрода, на котором и формируется искра, выполнен из легированной никелем и марганцем стали или покрывается благородным металлом, таким как платина или иридий. Для увеличения проводимости производители иногда используют иттрий в материале сплава.

Контактный вывод электрода соединяет свечу с высоковольтным проводом или непосредственно катушкой зажигания.

Боковой электрод

Боковой электрод представляет собой легированный никелем и марганцем стальной стержень. Приваривается он к корпусу свечи зажигания контактной сваркой. Боковой электрод непосредственно участвует в формировании искры: между ним и центральным контактом и образуется плазменный высокотемпературный разряд при прохождении тока с высоким напряжением.

К корпусу крепится от 1 до 4 боковых электродов. Реже встречаются так называемые плазменно-форкамерные свечи, в которых боковой электрод выполнен в виде кольцевой юбки, опоясывающей центральный электрод. В этом случае при прохождении тока между контактами образуется кольцевой плазменный разряд, который по задумке разработчиков должен эффективнее поджигать топливо.

На практике и экспериментально доказано, что эффективность новых свечей с обычными электродами и плазменно-форкамерных примерно одинакова.

Корпус

Корпус (юбка) свечи зажигания изготавливается из легированной стали и служит основой для крепления и соединения остальных элементов. Нарезанная на корпусе резьба предназначена для закрепления в головке блока цилиндров двигателя. Шестигранник позволяет завинчивать свечу с помощью торцевого ключа.

Корпус, помимо монтажной функции, отводит тепло и рассеивает его в металл головки блока. Чем больше площадь контакта корпуса с ГБЦ, тем интенсивнее происходит теплообмен и лучше охлаждение.

Корпус свечи соединяет боковой электрод с массой автомобиля.

На корпусе, у основания резьбы, установлено уплотнительное кольцо из мягкого металла. Кольцо при завинчивании деформируется и полностью изолирует камеру сгорания от внешней среды.

Изолятор

Изолятор служит для создания вокруг центрального электрода слоя с высоким сопротивлением, которое исключало бы возможность прохода искры везде, кроме как между электродами. Изготавливается преимущественно из керамики с добавлениями оксидов алюминия.

Изолятор обладает тремя свойствами:

• сопротивление порядка 6-8 кОм;
• стойкость к высокой температуре, в среднем 700-900 °C;
• прочность.

На изоляторе, в районе наконечника контактного вывода, есть ребра – волнообразная фактура поверхности. Оребрение служит для уменьшения вероятности пробоя вдоль поверхностного слоя керамики.

Дело в том, что в процессе эксплуатации на керамическом изоляторе оседают различные вещества: масло, пыль, влага и др. У некоторых из этих веществ низкие диэлектрические характеристики. И когда сопротивление пробоя на покрытой налетом поверхности свечи станет ниже, чем между электродами – искра пройдет между контактным выводом и корпусом. Ребра увеличивают длину этого импровизированного проводника на поверхности изоляции и повышают его сопротивление.

Принцип работы

Свеча зажигания служит для поджигания топливно-воздушной смеси в цилиндре бензинового (или газового) двигателя. Работает она следующим образом.

1. Поршень в такт сжатия подходит к верхней мертвой точке.
2. Распределитель зажигания (трамблер) или электронный блок управления подает электронный импульс на катушку зажигания.
3. В катушке зажигания высокоамперный ток с низким напряжением трансформируется в ток высокого вольтажа, но малой силы.
4. По высоковольтному проводу электрический импульс с высоким напряжением приходит на наконечник свечи и подается на центральный контакт.
5. Сопротивление воздушной прослойки между центральным и боковым электродами преодолевается током с высоким напряжением. Межу электродами проходит искра, которая и поджигает топливо.

Топливо сгорает, отработавшие газы выбрасываются в атмосферу, цилиндр наполняется свежей смесью. Цикл повторяется.

Характеристики

Свечи зажигания имеют ряд характеристик. Некоторые важны в эксплуатационном плане и существенно влияют на работу двигателя. Другие же носят скорее справочный характер, и реального, прикладного смысла в себе не несут. Рассмотрим наиболее важные характеристики свечей зажигания.

Присоединительные размеры

1. Размер резьбы. Размеры присоединительной резьбы начинаются от M8, заканчиваются М18. Шаг составляет 2 мм. Для гражданских авто наиболее распространены свечи с резьбой M12 и М14.
2. Размер шестигранника под ключ. Все свечи изготавливаются под ключ на 13, 16, 18, 20,8 и 23,8 мм. Варианты для промышленных бензиновых генераторов или другой техники с объемными моторами иногда выполняются под ключ на 25,4 мм (или 1 дюйм).
3. Длина юбки (резьбовой части свечи). По этому признаку различают длинные и короткие свечи. Для каждого размера резьбы есть два варианта исполнения юбки.
4. Форма контактного вывода. Современные свечи изготавливаются с толстым (защелкивающимся) и тонким контактными выводами. Есть универсальные варианты: на тонком концевом контакте нарезается резьба, и на эту резьбу наворачивается бобышка, которая позволяет одевать на свечу колпачок силового провода под толстый вывод.

Рабочие характеристики

1. Рабочая температура свечи – это диапазон, в котором свеча будет эффективно исполнять свои функции: создавать достаточную для воспламенения искру, самоочищаться от нагара и не разрушаться. Для гражданских авто рабочая температура находится в интервале от 800 до 1000 °C.
2. Верхний температурный предел – максимальная температура, после превышения которой в двигателе возможно образование калильного зажигания. Этот процесс характеризуется воспламенением смеси не от искры, а от раскаленных электродов.
3. Нижний температурный предел – минимальная температура, при которой рабочая поверхность электродов будет самоочищаться.
4. Калильное число. Численное обозначение, которое сочетает в себе комплекс характеристик и указывает на стойкость свечи к образованию калильного зажигания. Встречаются свечи с калильным числом от 2 до 26. Чем это число меньше, тем менее интенсивно отводится от свечи тепло, тем она становится горячее и тем лучше подходит для двигателей с небольшой степенью сжатия. Повышение калильного числа увеличивает интенсивность отвода тепла и повышает стойкость к самовоспламенению топлива от перегретых электродов.
5. Материал изготовления центрального электрода. Простые и недорогие электроды изготавливаются из сплава с тали с никелем и марганцем. В более дорогих вариантах центральный контакт дополнительно покрывается иридием или платиной. Это продлевает срок службы свечи в 2-3 раза и повышает температуру искры, одновременно снижая ее физический размер.
6. Количество боковых электродов. В современных свечах зажигания к корпусу приваривается от 1 до 4 боковых электродов. При этом искра проходит всегда между центральным электродом и только одним из боковых. Смысл дополнительных электродов заключается в повышении вероятности образовании искры.
7. Зазор между электродами. Зазор между контактами выставляется в пределах от 0,7 до 1,1 мм. Чем больше зазор, чем большее потребуется напряжение для пробоя воздушной прослойки. То есть на катушку зажигания ляжет дополнительная нагрузка. При большом зазоре поверхность разогретой искрой плазмы больше, но ее температура ниже.
8. Материал и сопротивление изолятора.
9. Срок службы.

Другие характеристики менее значимы, и для конечного потребителя, автомобилиста, не представляют интереса.

Техническое обслуживание

В исправно работающем двигателе свечи зажигания в техническом обслуживании не нуждаются на протяжении всего срока службы. Однако есть процедуры, которые можно провести для контроля и своевременного устранения неисправностей.

При каждом техническом обслуживании бывалые автомобилисты проводят несколько операций со свечами зажигания.

1. Выкручивание из колодцев и визуальный осмотр изолятора, контактов и степени загрязнения.
2. Замер зазора между контактами.
3. Оценка состояния юбки и участка ее состыковки с изолятором. Если уплотнительное кольцо пропускает отработавшие газы – юбка и изолятор до границы колпачку будут в желтовато-коричневом налете.

При техническом обслуживании свечи чистят, доводят зазор между электродами до нормы и в случае необходимости меняют уплотнительное кольцо. Заворачивать свечи в колодцы следует со строго определенным производителем моментом. Перетяжка вызовет разрушение свечи. Недожатая свеча будет пропускать отработавшие газы. А иногда незакрученная должным образом свеча самопроизвольно выворачивается из колодца и выстреливает при рабочем такте в цилиндре.

Распространенные неисправности, их диагностика и следствие

Неисправностей у свечей зажигания не так и много. Все они ведут к одной и той же проблеме: пропускам зажигания. Рассмотрим 4 основные поломки автомобильных свечей зажигания.

1. Пробой изолятора. Самая распространенная проблема. Микротрещины или сколы понижают диэлектрические свойства изоляционного слоя. И если на свече появится такое повреждение, и совокупное сопротивление воздушной прослойки или других материалов, лежащих на пути высокого напряжения, станет ниже, чем между электродами – искра проложит себе путь именно по этому пути. А в цилиндре горючая смесь не воспламенится и выбросится в выпускной коллектор.
2. Выгорание электродов. Со временем поверхность контактов разрушаются. Влияет высокая температура, химическое воздействие воздуха, топлива и масла, а также постоянная эмиссия электронов, что ослабляет поверхностный слой металла. При выгорании электродов между ними увеличивается зазор. Это повышает сопротивление между контактами и повышает вероятность пробоя свечи.
3. Критическое загрязнение свечи. Даже новые свечи покрываются слоем из твердых углеводородов и смол. В момент, когда электрическое сопротивление этого слоя превышает пробивную способность искры, свеча отказывает. Источников этой проблемы две: неисправность двигателя или неправильный подбор свечи по калильному числу. В исправном моторе твердые отложения сбиваются искрой.
4. Механическое разрушение. Следствие некачественно изготовленной свечи или ее перетяжки. Опасная неисправность. Провалившийся в цилиндр косок керамики от изоляционного слоя или контакт нанесет ущерб поршневой группе двигателя.

Проверить свечу на пробой изолятора можно визуально. Процедура простая. В темноте нужно запустить мотор и осмотреть подкапотное пространство. При плохой освещенности хорошо заметны проскакивающие между изоляционным слоем и металлическими деталями мотора искры.

Косвенно на проблемы со свечами указывает снижение мощности мотора с одновременным повышением расхода топлива.

Бренды

Кратко рассмотрим несколько известных производителей свечей зажигания с хорошей репутацией среди автомобилистов России.

1. Bosch. Первый в мире производитель свечей зажигания. Штаб-квартира находится в Германии, но производство рассредоточено по всему миру. Продукция выпускается в широком спектре. Линейка Bosch Silver известна тем, что центральный контакт выполнен из серебра. В свечах Platinum Plus, Double Platinum и Iridium электроды покрыты соответствующими благородными металлами.
2. NGK. Второй по популярности производитель родом из Японии. Выпускает различную электротехническую продукцию для автомобилей, однако основная деятельность – это производство свечей. Сегодня считается лучшим поставщиком свечей зажигания для автомобилей, работающих на газу. Ассортимент выпускаемой продукции широк и покрывает все возможные виды и типоразмеры для любых двигателей.
3. Brisk. Считается лучшим производителем бюджетных свечей. Хотя в линейке продукции есть и дорогие, премиумные варианты с электродами из драгоценных металлов. Основное производство расположено в Чехии.
4. Denso. Широкопрофильная компания из Японии, которая производит товары не только электротехнического назначения. Свечи зажигания Denso стабильно занимают среднюю нишу в различных тестах. При этом цена на продукцию этой компании также находится на среднем уровне относительно других производителей из «высшей лиги».
5. Beru. Еще одни представитель немецкой промышленности. Свечи зажигания Beru хорошо себя зарекомендовали в плане соотношения стоимости и срока службы. При средней цене срок службы обычно превышает заявленный производителем. Особенно хорошие отзывы у трехэлектродных вариантов с обычными контактами из стали, легированной никелем и марганцем.

Также на рынке РФ в изобилии представление свечи от таких компаний как Champion, Finwhale, SCT, Valeo и многих других. Качество и срок службы чаще всего соответствуют заявлениям производителей и обычно укладываются в регламент завода-изготовителя автомобиля.

На что обращать внимание при покупке

Сначала определяемся с суммой, которую можем потратить на новые свечи зажигания. С бюджетом до 1000 рублей – рассматривать есть смысл только простые свечи с контактами из стали без напыления. Если бюджет от 1000 до 3000 тысяч рублей – можно подыскать вариант с несколькими контактами, в том числе с иридиевым или платиновым напылением.

Подделок среди свечей зажигания немного. Проще всего ориентироваться на цену. Если стоимость предлагаемых свечей ниже среднерыночной на 20-30 % – это, скорее всего, подделка, о качестве которой можно только догадываться.

Если цена находится на уровне средней по рынку для конкретно выбранного экземпляра, то перед покупкой желательно произвести осмотр.

При осмотре нужно обращать внимание на следующие детали:

• целостность и однородность изоляционного слоя – трещины, сколы кривая или однобокая отливка недопустимы;
• зазор между контактами – у свечей одинаковой модели все зазоры не должны различаться как минимум при визуальном осмотре;
• общее исполнение – явно некачественно изготовленные свечи, с заусенцами на юбке, криво нарезанной резьбой, размытыми надписями и гравировками на корпусе, скорее всего, не прослужат долго;
• наличие на всех свечах уплотнительных колец одинаковых размеров;
• наличие гаек-переходников на всех концевых выводах, если они идут изначально в комплекте.

Особое внимание следует обратить при осмотре брендовых свечей из дорогого сегмента, таких как NGK, Bosch, Denso и Brisk. Эти марки подделываются чаще других.