Искровые свечи зажигания - устройство, параметры, кроссы, причины отказа)

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.

candle_1

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).

Маркировка свечей зажигания

На свече зажигания российского производства должны быть указаны:
- дата изготовления (месяц или квартал и (или) две последние цифры года изготовления);
- товарный знак и (или) наименование предприятия-изготовителя;
- условное обозначение типа свечи (расшифровка приведена далее);

candle_2

Из-за отсутствия за рубежом единой системы маркировки определить соответствие све-чей зажигания раз-личных производителей можно только при помощи каталогов или таблиц взаимозаменяемости (табл. 1).

Тенденции развития

В настоящее время все больше свечей зажигания выпускается с биметаллическим электро-дом. Это позво-ляет, помимо улучшения термо-эластичности, повысить их надежность и долговечность.

Растет объем производства свечей зажигания с выступанием теплового конуса изолятора из металлическо-го корпуса, что обеспечивает улучшенное самоочищение от нагара.

С целью увеличения срока эксплуатации, не требующего регулировки искрового зазора, выпускают свечи зажигания с несколькими электродами "массы".

Для улучшения процесса искрообразования (воспламеняющей способности искры) разра-батывают свечи с увеличенным искровым за-зором, изменяют форму и профиль электродов, а на их поверхности наносят платину.

Растет производство свечей зажигания с использованием поверхностного разряда (в ко-торых нет электрода "массы", а искра идет от центрального электрода к корпусу по поверх-ности изолятора).

Для снижение уровня помех радиоприему все больше свечей зажигания снабжаются встроен-ным помехо-подавительным резистором.

Таблица 1. Взаимозаменяемость основных типов свечей (прочерк - аналог отсутствует)
РОССИЯ AUTOLITE BERU BOSCH BRISK CHAMPION EYQUEM MAGNETI MARELLI NGK NIPPON DENSO
А11,А11-1,А11-3 425 14-9A W9A N19 L86 406 FL4N B4H W14F
А11Р 414 14R-9A WR9A NR19 RL86 - FL4NR BR4H W14FR
А14В, А14В-2 275 14-8B W8B N17Y L92Y 550S FL5NR BP5H W16FP
А14ВМ 275 14-8BU W8BC N17YC L92YC C32S F5NC BP5HS W16FP-U
А14ВР - 14R-7B WR8B NR17Y - - FL5NPR BPR5H W14FPR
А14Д 405 14-8C W8C L17 N5 - FL5L B5EB W17E
А14ДВ 55 14-8D W8D L17Y N11Y 600LS FL5LP BP5E W16EX
А14ДВР 4265 14R-8D WR8D LR17Y NR11Y - FL5LPR BPR5E W16EXR
А14ДВРМ 65 14R-8DU WR8DC LR17YC RN11YC RC52LS F5LCR BPR5ES W16EXR-U
А17В 273 14-7B W7B N15Y L87Y 600S FL6NP BP6H W20FP
А17Д 404 14-7C W7C L15 N4 - FL6L B6EM W20EA
А17ДВ, А17ДВ-1, А17ДВ-10 64 14-7D W7D L15Y N9Y 707LS FL7LP BP6E W20EP
А17ДВМ 64 14-7DU W7DC L15YC N9YC C52LS F7LC BP6ES W20EP-U
А17ДВР 64 14R-7D WR7D LR15Y RN9Y - FL7LPR BPR6E W20EXR
А17ДВРМ 64 14R-7DU WR7DC LR15YC RN9YC RC52LS F7LPR BPR6ES W20EPR-U
АУ17ДВРМ 3924 14FR-7DU FR7DCU DR15YC RC9YC RFC52LS 7LPR BCPR6ES Q20PR-U
А20Д, А20Д-1 4054 14-6C W6C L14 N3 - FL7L B7E W22ES
А23-2 4092 14-5A W5A N12 L82 - FL8N B8H W24FS
А23В 273 14-5B W5B N12Y L82Y 755 FL8NP BP8H W24FP
А23ДМ 403 14-5CU W5CC L82C N3C 75LB CW8L B8ES W24ES-U
А23ДВМ 52 14-5DU W5DC L12YC N6YC C82LS F8LC BP8ES W24EP-U

Гарантийный срок эксплуатации

По требованиям ОСТ 37.003.081 "Свечи зажигания искровые" изготовитель должен гаран-тировать беспе-ребойную работу свечей зажи-гания в течение 18 месяцев при условии, что пробег автомобиля с классической системой зажигания не превысил 30 тыс. км, а с элек-тронной системой - 20 тыс. км. Это справедливо только при условии соответствия свечей зажигания модели двигателя и соблюдении правил эксплуатации автомобиля, их монтажа, транспортирования и хранения. По мнению специалистов на двигателях в хорошем техническом состоянии фактический срок службы свечей может быть больше в 2 раза.

Снятие и установка

Демонтаж свечи зажигания с двигателя производят в следующей последовательности:
- снимают наконечник провода высокого напряжения (недопустимо тянуть за провод);
- отворачивают свечу на один оборот специальным ключом, затем поверхность в углублении головки цилиндра вокруг нее очищают сжа-тым воздухом или кисточкой, чтобы частицы грязи не попали в резьбу или камеру сгорания;
- выворачивают свечу;
- проверяют наличие уплотнительного кольца (для свечей с плоской опорной поверхностью);
- тщательно осматривают свечу на наличие механических повреждений изолятора, корпуса и электродов.

Установка производится в следующей последовательности:
- новые свечи, покрытые консервационной смазкой, необходимо протереть и промыть в растворителе (бензине). Допустимо прокипя-тить свечи в воде и просушить;
- внимательно осматривают свечу на нали-чие механических повреждений, уплотнительного кольца, контактной гайки;
- проверяют и при необходимости регулиру-ют искровой зазор (подгибая электрод "массы") до величины, указанной в инструкции по эксплуатации автомобиля;
- свечу заворачивают рукой в свечное от-верстие и затягивают специальным ключом с усилием 2 кгм.

Выявление и устранение причин отказа

Наиболее вероятными причинами отказа свечей зажигания является загрязнение их проду-ктами неполного сгорания или увеличение ис-крового зазора из-за износа электродов. Причем решающее влияние на работоспособность свечей оказывает техническое состояние двигателя.

Если свечи зажигания систематически покрываются нагаром, следует найти и устранить причину загрязнения (табл. 2).

Очистить свечи зажигания можно с помощью растворителей и щетки (не металлической). На станциях технического обслуживания свечи очищают на специальных пескоструйных аппаратах.

Таблица 2. Определение состояния двигателя по виду свечей зажигания

Вид загрязнений свечи Возможная причина Сопутствующий признак Способ устранения
Тонкий слой светло-серого или светло-коричневого налета (рис. 3) Двигатель находится в исправном состоянии. Свеча соответствует двигателю по калильному числу. Расход топлива, моторного масла и токсичность ОГ соответствуют норме. Очистить свечи от налета и при необходимости отрегулировать искровой зазор.
Матовая черная копоть (рис. 4) Неправильная регулировка карбюратора или угла опережения зажигания. Повышенный расход топлива, снижение мощности двигателя, неустойчивая работа на холостом ходу, затруднен пуск. Отрегулировать карбюратор или зажигание.
Низкая компрессия из-за негерметичности клапанов или износа цилиндро-поршневой группы. Отремонтировать двигатель.
Загрязнение воздушного фильтра. Заменить фильтр.
Неправильная установка искрового зазора. Отрегулировать искровой зазор.
Трещина в изоляторе. Заменить свечу.
Калильное число свечи больше необходимого для данного двигателя. Заменить свечу.
Блестящий черный маслянистый нагар (рис. 5) Попадание масла в камеру сгорания. Повышенный расход масла, неустойчивая работа двигателя на холостом ходу, затруднен пуск. Заменить маслосъемные колпачки клапанов или кольца поршней.
Толстый слой рыхлых отложений (рис. 6) Низкое качество бензина или масла. Перебои в работе двигателя, затруднен пуск. Заменить топливо или моторное масло. Промыть систему смазки.
Отложения красного цвета (рис. 7) Превышение допустимых норм концентрации металлосодержащих присадок в бензине. Перебои в работе двигателя, затруднен пуск. Заменить топливо.
Оплавление, выгорание электродов (рис. 8), трещины на тепловом конусе изолятора или его разрушение (рис. 9) Калильное число свечи меньше необходимого для данного двигателя. Перебои в работе двигателя, затруднен пуск. Заменить свечу.
Неисправность системы охлаждения. Перегрев двигателя. Найти и устранить неисправность системы охлаждения.
Слишком большой угол опережения зажигания. Детонация в цилиндрах (характерный металлический стук). Отрегулировать угол опережения зажигания.
Применение низкооктанового топлива. Заменить топливо.
candle_3

Рис. 3. Вид загрязнений свечи при нормальном состоянии двигателя.
candle_4

Рис. 4. Матовая черная копоть на свече.
candle_5
Рис. 5. Черный маслянистый нагар на свече.
candle_6
Рис. 6. Толстый слой рыхлых отложений на свече.
candle_7
Рис. 7. Отложения красного цвета.
candle_8
Рис. 8. Оплавление центрального электрода.
candle_9  Рис. 9. Разрушение теплового конуса изолятора.

Проверка работоспособности свечей

Осуществляют ее с помощью специального оборудования для проверки бесперебойности искрообразования и герметичности соединения деталей свечи.

В первом случае свечу устанавливают в барокамеру (при атмосферном давлении свеча ведет себя иначе, чем в камере сгорания), которая обеспечивает давление газа до 10 кг/см? и позволяет наблюдать искрообразование между электродами. Оно должно быть бесперебойным после подведения к свече напряжения не менее 22 кВ.

Свеча считается неисправной при перебоях в искрообразовании, не устраняемых очисткой от нагара, под давлением, указанным в табл. 3.

Для проверки герметичности соединения деталей свечи ее устанавливают в барокамеру, создающую давление до 20 кг/см2, и измеряют утечку газа не менее 30 с. Ее величина не должна пре-вышать 5 см3/мин. При этом не учитывают утечку через соединения свечи с барокамерой.

Допускается проводить контроль герметичности на свечах зажигания, не укомплектованных уплотнительными кольцами.

При техническом обслуживании автомобиля разрешается проверять утечку газа через соединения деталей свечей зажигания под давлением 10 кг/см2.

Таблица 3. Минимально допустимое давление бесперебойного искрообразования (критерии предельного состояния свечи)

Искровой зазор, мм, не более 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
Давление бесперебойности искрообразования, кг/см2, не менее
7,0 6,0 5,0 4,5 4,0 3,5
Примечания.
1. Проверку свечей зажигания следует проводить при величине искрового зазора, указанного в инструкции по эксплуатации автомобиля.
2. Если после очистки свеча не обеспечивает бесперебойного искрообразования при давлении большем, чем указано в таблице, она считается негодной к дальнейшей эксплуатации.
3. Испытательное напряжение для проверки свечей зажигания при техническом обслуживании автомобиля должно быть не более 18 кВ.