Строение свечи зажигания: параметры, виды и принцип работы

ᐉ Свечи зажигания. Назначение и устройство

Свеча зажигания служит для переноса в цилиндр двигателя подающегося высокого напряжения, с целью создания искры зажигания и воспламенения рабочей смеси. Кроме того, свеча должна изолировать от блока цилиндров подающееся на нее высокое напряжение (более 30 кВ), снижать пробои и прорывы, а также герметично закрывать камеру сгорания. Кроме того, она должна обеспечивать соответствующий диапазон температур во избежание загрязнения электродов и возникновения калильного зажигания. Устройство типичной свечи зажигания показано на рисунке.

Рис. Свеча зажигания производства фирмы «Bosch»

Стержень клеммы и центральный электрод

Стержень клеммы изготовлен из стали и выступает из корпуса свечи зажигания. Он служит для присоединения провода высокого напряжения или напрямую установленной стержневой катушки зажигания. Электрическое соединение между стержнем клеммы и центральным электродом выполнено с помощью расположенного между ними расплава стекла. К расплаву стекла домешивается наполнитель для улучшения степени обгорания и свойств сопротивления помехам. Так как центральный электрод находится непосредственно в камере сгорания, он подвержен воздействию очень высоких температур и сильной коррозии вследствие контакта с отработавшими газами, а также с остаточными продуктами сгорания масла, топлива и примесей. Высокие температуры искрообразования приводят к частичному расплавлению и выпариванию материала электродов, поэтому центральные электроды изготавливаются из никелевого сплава с добавками хрома, марганца и кремния. Наряду с никелевыми сплавами используются также сплавы серебра и платины, так как они незначительно обгорают и хорошо отводят тепло. Центральный электрод и стержень клеммы герметично закреплены в изоляторе.

Изолятор

Изолятор предназначен для отделения стержня клеммы и центрального электрода свечи зажигания от ее корпуса, чтобы не происходило пробоя высокого напряжения на «массу» автомобиля. Для этого изолятор должен обладать высоким электрическим сопротивления, поэтому он изготовлен из оксида алюминия, содержащего стекловидные добавки. Для снижения токов утечки горлышко изолятора имеет оребрение.

Наряду с механическими и электрическими нагрузками изолятор подвергается также высоким термическим нагрузкам. При работе двигателя на максимальных оборотах у опоры изолятора температура достигает 850 °С, а у головки изолятора — около 200 °С. Данные температуры возникают вследствие цикличных процессов сгорания рабочей смеси в цилиндре двигателя. Для того, чтобы температуры в области опоры не становились высокими, материал изолятора должен обладать хорошей теплопроводностью.

Общее устройство свечи зажигания

Свеча зажигания имеет металлический корпус, который вкручивается в соответствующее отверстие в головке блока цилиндров. В корпус свечи зажигания встроен изолятор, для герметизации которого используются специальные внутренние уплотнения. Изолятор содержит внутри центральный электрод и стержень клеммы. После сборки свечи зажигания выполняется окончательная фиксация всех деталей путем термической обработки. Боковой электрод, изготовленный из того же материала что и центральный, приваривается к корпусу свечи. Форма и расположение бокового электрода зависят от типа и конструкции двигателя. Зазор между центральным и боковым электродами регулируется в зависимости от типа двигателя и системы зажигания.

Существует много возможностей расположения бокового электрода, что влияет на величину промежутка искрового разряда. Чистая искра образуется между центральным электродом и боковым, г-образной формы. При этом рабочая смесь легко попадает в промежуток между электродами, что способствует ее оптимальному воспламенению. Если кольцеобразный боковой электрод устанавливается на одном уровне с центральным, то искра может скользить над изолятором. В этом случае ее называют скользящим искровым разрядом, который позволяет сжигать наслоения и остаточный нагар на изоляторе. Улучшить эффективность воспламенения рабочей смеси можно либо увеличением длительности искрообразования, либо увеличением энергии искрообразования. Рациональной является комбинация скользящего и обычного искровых разрядов.

Рис. Типы свечей зажигания с воздушным скользящим искровым разрядом

Для снижения потребности в напряжении на свече зажигания со скользящим искровым зарядом может быть дополнительно установлен управляющий электрод. При увеличении температуры изолятора искрообразование способно происходить при меньшем напряжении. При длительном промежутке искрового разряда воспламенение улучшается как для бедной, так и для богатой смеси топлива с воздухом.

Для двигателей с впрыском топлива во впускной коллектор предпочтение отдается свече зажигания с траекторией искрового разряда, «растянутой» в камере сгорания, в то время как для двигателей с непосредственным впрыском топлива в камеру сгорания и послойным смесеобразованием свеча зажигания с поверхностным разрядом имеет преимущества благодаря лучшей возможности самоочищения.

При выборе подходящей для двигателя свечи зажигания важную роль играет ее калильное число, с помощью которого можно судить о тепловой нагрузке на опору изолятора. Данная температура должна быть примерно на 500 °С выше, чем температура, необходимая для самоочищения свечи от наслоений. С другой стороны, нельзя превышать максимальную температуру около 920 °С, иначе возможно возникновение калильного зажигания.

Если не достичь температуры, необходимой для самоочищения свечи, частицы топлива и масла, скапливающиеся у опоры изолятора, не будут сжигаться, и между электродами на изоляторе могут образоваться токопроводящие полосы, которые способны привести к пропускам искрообразования.

Если опора изолятора нагревается выше 920 °С, это приведет к неконтролируемому сгоранию рабочей смеси вследствие накаленной опоры изолятора во время сжатия. Мощность двигателя снижается, а свеча зажигания вследствие тепловой перегрузки может быть повреждена.

Свеча зажигания для двигателя выбирается согласно ее калильному числу. Свеча с маленьким калильным числом имеет незначительную поверхность поглощения тепла и подходит для двигателей с высокими нагрузками. Если двигатель нагружен слабо, устанавливается свеча зажигания с высоким калильным числом, имеющая большую поверхность поглощения тепла. Конструктивно калильное число свечи зажигания регулируется при ее изготовлении, например, с помощью изменения длины опоры изолятора.

Рис. Определение калильного числа свечи зажигания

При использовании комбинированного электрода, включающего электрод на никелевой основе с медным ядром, улучшается теплопроводность и вследствие этого отвод тепла от электрода.

К важным задачам при разработке свечи зажигания относится увеличение интервалов технического обслуживания. Вследствие коррозии, связанной с искровым разрядом, во время работы зазор между электродами увеличивается, а вместе с тем увеличивается и потребность в напряжении во вторичной цепи системы зажигания. При сильном износе электродов свечу зажигания следует заменить. На сегодняшний сроки службы свечей зажигания, в зависимости от их конструкции и материалов, составляют от 60000 км до 90000 км. Это достигается улучшением материала электродов и использованием большего количества боковых электродов (2, 3 или 4 боковых электрода).

Видео: Какие свечи зажигания лучше?

Вопросы по теме

[dwqa-list-questions tag=»svechi»]

Как работают свечи зажигания их строение и разновидности

Без свечи зажигания современный бензиновый двигатель не смог бы работать. К тому же относительно незаметная часть должна выдерживать значительную температуру и давление. Как работают свечи зажигания и каковы их наиболее важные характеристики?

Первое практическое применение свечи зажигания в двигателе внутреннего сгорания связано с именем бельгийца Джозефа Ленуара. Произошло это в 1860 году. Он использовал такое устройство для воспламенения в своём двигателе. Но патентование свечи зажигания было впервые осуществлено примерно тридцать восемь лет спустя. И сразу три изобретателя имели к этому отношение: Никола Тесла, Фредерик Ричард Симс и Роберт Бош. Позже со свечами зажигания стали связывать и другие известные имена. Например, Альберт Чемпион — основатель известной компании по их производству.

Содержание

1. Условия работы, которым не позавидуешь.
2. О принципе разряда
3. Строение свечи зажигания
4. Разновидности свечей зажигания
5. Особенности свечей зажигания.
6. Что такое калильное число
7. Как понять, подходят ли свечи зажигания.

Условия работы, которым не позавидуешь.

Свеча зажигания с виду является мелкой деталью, но условия, в которых она должна работать, заслуживают как минимум признания. Так как удельная мощность двигателей увеличивается и в то же время прилагаются усилия, чтобы продлить срок службы изделий, к ним предъявляются всё более высокие требования. Впрочем, судите сами.
Так как свеча зажигания входит в камеру сгорания двигателя, она должна быть способна выдерживать быстрые изменения температуры в диапазоне приблизительно от 2000 до 2500 градусов, а давление до 6 бар. В то же время при впуске давление в цилиндре падает ниже атмосферного и одновременно снижается температура приблизительно до 80 градусов. Но и это ещё не всё.

Интересно — что для шестицилиндрового двигателя при 5000 оборотов в минуту каждую минуту требуется 15 000 искровых разрядов! За одну минуту каждая свеча воспламеняет смесь 2500 раз, а это более чем 40 раз в секунду! Ещё изделие подвергается неблагоприятным химическим воздействиям, так как окружающая среда внутри камеры сгорания довольно агрессивная, не говоря уже о различных условиях работы двигателя. А ещё скачки напряжения в диапазоне от 25 до 30 кВ.

О принципе разряда

Воспламенение смеси свечой зажигания осуществляется за счёт возникновения искры между электродами. Речь идёт о так называемом разряде между электродами. Фактически искра возникает в момент, когда имеет место превышение пробойного напряжения между центральным и боковым электродом (их может быть и больше). То есть происходит преобразование энергии из катушки зажигания в электрическую искру. Оценивается так называемое напряжение дугового перекрытия. Его значение зависит от расстояния между электродами, геометрии электродов, давления в камере сгорания и от соотношения воздуха и топлива в момент воспламенения — то есть от насыщенности смеси. Во время работы двигателя происходит постепенный износ устройства, который проявляется увеличением расстояния между электродами, что приводит к постепенному увеличению пробойного напряжения.
Насколько важна хорошая изоляция?

Строение свечи зажигания

Итак, из чего свеча зажигания состоит? Корпус изделия формирует изолятор. Ранее использовалась слюда, сегодня керамика, совсем недавно начали применять так называемый корунд или оксид алюминия. В самом верху устройства имеется контактный вывод для присоединения кабеля системы зажигания или, возможно, размещения катушки зажигания (для прямого зажигания FPS с отдельной катушкой для каждой свечи). Далее, следует металлический корпус, частью которого является резьбовое соединение, с его помощью изделие завинчивается в головку блока цилиндров. С ним и, следовательно, металлическим корпусом соединяется внешний (иногда его также называют боковым) электрод. По центру свечи расположен центральный положительный электрод, соединённый с контактным выводом для присоединения высоковольтного кабеля системы зажигания и герметично упакованный в стекло или кремний. Внешний электрод электрически соединён с кузовом транспортного средства, то есть отрицательным полюсом электрической системы.

 

Разновидности свечей зажигания

Существует много разновидностей свечей. С первого взгляда можно увидеть отличия в диаметре резьбы: M18, M14, M12 и M10. Вместе с этим имеется и различный шаг резьбы: от максимального 1,5 до 1,25 и даже 1,0 мм. Далее, различают форму опорной (уплотнительной) поверхности свечи в головке блока цилиндров. Она может быть конический или плоской. Есть свечи с короткой и длинной резьбой.

Дальнейшее деление происходит по компоновке (структуре) искры или количеству внешних электродов, их может быть до четырёх. Кроме того, свечи могут отличаться материалом, используемым для изготовления электродов, формой корпуса и уровнем помех.

Для обеспечения имеющихся и постоянно растущих требований к свече зажигания важное значение имеет выбор правильного материала для электрода. Средние изделия обычно изготавливаются таким образом, чтобы соблюдался компромисс между прочностью и расходом материалов. Используются сплавы вольфрама, платины и иридия. Как альтернатива может быть сплав хрома и железа. А ещё лучше серебро, которое обладает превосходными свойствами с точки зрения тепловой нагрузки, отличается износоустойчивостью и продлевает срок службы свечи до 70 000 км. Недостатком является, конечно же, цена. Кроме того, используется платина. Она стоит дороже, но хорошо противостоит выгоранию и коррозии. Очень часто центральный электрод состоит из двух различных материалов.

Особенности свечей зажигания.

При рассмотрении свечей зажигания оцениваются, помимо всего прочего, три важных свойства, от которых зависят другие их характеристики.

• Первым является уже упомянутое расстояние между электродами, в народе его называют зазор. Это минимальное расстояние между центральным и боковым электродами. Чем меньше расстояние, тем меньше напряжение электрической дуги (пробойное) требуется, чтобы произвести искру.Но на небольшом расстоянии между электродами искра короткая. Вследствие этого выделяется мало энергии, что снижает обеспечение сжигания смеси. Происходит пропуск зажигания, работа двигателя более шумная, к тому же ухудшаются показатели выбросов отработанных газов. И наоборот, большее расстояние требует высокого напряжения зажигания и может привести к пропуску зажигания при высоких оборотах двигателя.
• Второй особенностью является положение искрового промежутка. Это расстояние конца центрального электрода от фронтальной поверхности резьбового соединения свечи зажигания. Оно, как правило, находится в интервале от 3 до 5 мм. Но у гоночных двигателей это значение может быть даже отрицательным. Центральный электрод, таким образом, погружён в резьбовую часть.
• Третьей особенностью является значение теплопередачи свечи зажигания. Речь идёт о мере тепловой нагрузочной способности изделия, которая, таким образом, должна быть адаптирована к характеристикам двигателя. Свеча зажигания во время работы не должна превышать определённую температурную зону. И на практике некоторые устройства могут в одном двигателе чрезмерно нагреваться, а в другом рабочая температура будет слишком низкая.

Что такое калильное число

Различают горячие свечи с высокой температурой, которую они смогут выдерживать, и холодные, их температура эксплуатации, наоборот, ниже. Значение теплопередачи свечи зажигания в основном определяет размер поверхности нижней части изолятора. Если передний край изолятора длинный, устройство будет иметь высокую способность выдерживать температуру. С другой стороны, короткий передний край изолятора имеет холодная свеча (с низкими температурными свойствами).

 

Как понять, подходят ли свечи зажигания.

Описанные выше качества и в результате различия между отдельными видами свечей в плане их использования интересны, но на практике, точнее, для того, чтобы понять, какие свечи нужны двигателю вашего автомобиля, эти знания совершенно не требуются. При покупке изделий важна только корректная маркировка, которая гарантирует, что они предназначены именно для конкретного двигателя.

К сожалению, разные производители используют различные методологии маркировки свечей. К счастью, есть переводная таблица, которая должна быть доступна у каждого продавца автозапчастей. Любопытно отметить, например, что изделие Bosch W7D у компании Champion указывается как N9Y, а у NGK его называют BPM7. Причём в плане свойств и характеристик это одна и та же свеча. Дальше будет…

Конструкция свечи зажигания

В верхней части свечи зажигания находится клемма для подключения к системе зажигания.

Точная конструкция клеммы зависит от использования свечи зажигания. Большинство проводов свечей зажигания легковых автомобилей защелкиваются на контакте свечи, но некоторые провода имеют лепестковые разъемы, которые крепятся к свече под гайкой.
Вилки, которые используются для этих приложений, часто имеют конец клеммы, выполняющий двойную функцию в качестве гайки на тонком резьбовом валу, поэтому их можно использовать для любого типа соединения.

Это необходимая часть свечи зажигания.

Диаметр делителя

Диаметр свечи зажигания берется поперек резьбы. Шаг свечи зажигания для каждого диаметра указан ниже. Эта информация полезна при поиске отверстия в головке блока цилиндров для свечи зажигания

M8 x 1,0 мм
М10 х 1,0 мм
М12 х 1,25 мм
М14 х 1,25 мм
М18 х 1,5 мм
M22 x 1,5 мм

Ребра

За счет удлинения поверхности между клеммой высокого напряжения и заземленным металлическим корпусом свечи зажигания физическая форма ребер улучшает электрическую изоляцию и предотвращает утечку электроэнергии вдоль поверхности изолятора от клеммы к металлическому корпусу. Нарушенный и более длинный путь приводит к тому, что электричество встречает большее сопротивление вдоль поверхности свечи зажигания даже в присутствии грязи и влаги.

Изолятор

Основная часть изолятора изготовлена ​​из фарфора. Его основная функция заключается в обеспечении механической поддержки центрального электрода при изоляции высокого напряжения.

Он играет второстепенную роль, особенно в современных двигателях с глубоко недоступными заглушками, в удлинении клеммы над головкой блока цилиндров, чтобы сделать ее более доступной.

Ребра

За счет удлинения поверхности между клеммой высокого напряжения и заземленным металлическим корпусом свечи зажигания физическая форма ребер улучшает электрическую изоляцию и предотвращает утечку электроэнергии вдоль поверхности изолятора от клеммы к металлическому корпусу. Нарушенный и более длинный путь приводит к тому, что электричество встречает большее сопротивление вдоль поверхности свечи зажигания даже в присутствии грязи и влаги.

Наконечник изолятора

Наконечник изолятора, часть от металлического корпуса свечи до центрального электрода, выступающего в камеру сгорания, должен выдерживать высокие температуры, сохраняя при этом электрическую изоляцию. Чтобы избежать перегрева электрода, он также должен обладать хорошей теплопроводностью. Фарфор основного изолятора не соответствует требованиям, поэтому используется спеченная керамика из оксида алюминия, рассчитанная на то, чтобы выдерживать 650 ° C и 60 000 В. Точный состав и длина изолятора определяют диапазон нагрева вилки. Короткие изоляторы — это «более холодные» вилки. «Горячие» вилки изготавливаются с удлиненным ходом к металлическому корпусу, путем изоляции изолятора на большей части его длины кольцевой канавкой. В старых свечах зажигания, особенно в самолетах, использовался изолятор, сделанный из сложенных друг на друга слоев слюды, сжатых под действием напряжения в центральном электроде. С развитием этилированного бензина в 19 в.

30-х годов отложения свинца на слюде стали проблемой и сократили интервал между чисткой свечи зажигания. Спеченный оксид алюминия был разработан Siemens в Германии, чтобы противодействовать этому.

Уплотнения

Поскольку свеча зажигания при установке также герметизирует камеру сгорания двигателя, уплотнения обеспечивают отсутствие утечек из камеры сгорания. Уплотнение обычно изготавливается с использованием многослойного припоя, поскольку не существует припоев, которые смачивают как керамический, так и металлический корпус, и поэтому требуются промежуточные сплавы.

Металлический кейс

Металлический корпус (или «кожух», как его многие называют) свечи зажигания воспринимает момент затяжки свечи, служит для отвода тепла от изолятора и передачи его на головку блока цилиндров, служит основанием для искры, проходящие через центральный электрод к боковому электроду. Поскольку он действует как земля, он может быть вредным, если прикоснуться к нему во время воспламенения.

Центральный электрод

Центральный электрод подключается к клемме через внутренний провод и, как правило, последовательное керамическое сопротивление для уменьшения излучения радиопомех от искрения. Наконечник может быть изготовлен из комбинации меди, никеля и железа, хрома или драгоценных металлов. В конце семидесятых развитие двигателей достигло стадии, когда «тепловой диапазон» обычных свечей зажигания с центральными электродами из цельного никелевого сплава не мог удовлетворить их требования. Свеча, которая была достаточно «холодной», чтобы справиться с требованиями высокоскоростной езды, не смогла бы сжечь углеродистые отложения, вызванные городскими условиями с частыми остановками, и загрязнилась бы в этих условиях, вызывая пропуски зажигания двигателя.

Точно так же свеча зажигания, которая была достаточно «горячей» для бесперебойной работы в городе, могла фактически расплавиться при длительном движении на высокой скорости по автомагистралям, вызывая серьезные повреждения двигателя. Ответом на эту проблему, придуманным производителями свечей зажигания, стал центральный электрод, который отводил теплоту сгорания от наконечника более эффективно, чем это было возможно с твердым никелевым сплавом.

Медь была выбрана в качестве материала для этой задачи, и компания Floform разработала метод изготовления центрального электрода с медным сердечником.

Центральный электрод обычно предназначен для выброса электронов (катод), потому что это самая горячая (обычно) часть свечи; с горячей поверхности легче испускать электроны из-за тех же физических законов, которые увеличивают испускание пара с горячих поверхностей (см. термоэлектронную эмиссию). Кроме того, электроны испускаются там, где напряженность электрического поля наибольшая; это от любого места, где радиус кривизны поверхности наименьший, то есть от острой точки или края, а не от плоской поверхности (см. коронный разряд). Было бы проще всего вытащить электроны из заостренного электрода, но заостренный электрод разрушится уже через несколько секунд. Вместо этого электроны испускаются с острых краев конца электрода; по мере того как эти края стираются, искра становится слабее и менее надежной.

Когда-то было принято снимать свечи зажигания, счищать отложения с концов либо вручную, либо с помощью специального пескоструйного оборудования и подпиливать конец электрода, чтобы восстановить острые края, но эта практика стала реже, поскольку свечи зажигания теперь просто заменены, с гораздо более длительными интервалами. Разработка высокотемпературных электродов из драгоценных металлов (с использованием таких металлов, как иттрий, иридий, платина, вольфрам или палладий, а также относительно обычных серебра или золота) позволяет использовать центральную проволоку меньшего размера, которая имеет более острые края, но не расплавиться или разъесться. Меньший электрод также поглощает меньше тепла от искры и начальной энергии пламени. В какой-то момент Firestone продавала свечи с полонием на наконечнике, исходя из сомнительной теории о том, что радиоактивность ионизирует воздух в зазоре, облегчая искрообразование.

Боковой электрод или заземляющий электрод:rn Боковой электрод изготовлен из стали с высоким содержанием никеля и приварен к боковой части металлического корпуса. Боковой электрод также сильно нагревается, особенно на выступающих носовых заглушках.

В некоторых конструкциях этот электрод снабжен медным сердечником для повышения теплопроводности.

Можно также использовать несколько боковых электродов, чтобы они не перекрывали центральный электрод.

Свеча зажигания | Инжиниринг | Fandom

A Свеча зажигания (иногда в британском английском [1], свеча зажигания ) представляет собой электрическое устройство, которое вставляется в головку блока цилиндров некоторых двигателей внутреннего сгорания и воспламеняет сжатый аэрозольный бензин [3] с частицами твердых частиц [2] с помощью электрической искры.

Содержимое

• 1 Системное соединение
• 2 Сгорание внутри цилиндра
• 3 варианта использования
• 4 Принцип работы
• 5 Конструкция свечи зажигания
  • 5. 1 Детали вилки
    • 5.1.1 Терминал
    • 5.1.2 Ребра
    • 5.1.3 Изолятор
    • 5.1.4 Уплотнения
    • 5.1.5 Металлический кейс
    • 5.1.6 Наконечник изолятора
    • 5.1.7 Боковой электрод или заземляющий электрод
    • 5.1.8 Центральный электрод
  • 5.2 Зазор свечи зажигания
  • 5.3 Варианты базовой конструкции
  • 5.4 Уплотнение к головке блока цилиндров
  • 5,5 Выступ наконечника
• 6 Тепловая плита
• 7 Проверка свечей зажигания
• 8 Индексные свечи зажигания
• 9 См. также
• 10 Внешние ссылки

Системное соединение[]

Изолированный центральный электрод свечи зажигания соединяется сильноизолированным проводом с катушкой зажигания или цепью магнето, установленной снаружи двигателя. Корпус свечи зажигания образует заземленную клемму на основании свечи на головке цилиндра с искровым промежутком внутри цилиндра. Ранние патенты на свечи зажигания включали патенты Николы Теслы [4] (в патенте США 609,250 для системы опережения зажигания, 1898 г.), Ричард Симмс (GB 24859/1898, 1898) и Роберт Бош (GB 26907/1898). Карлу Бенцу [5] также приписывают изобретение.

Сгорание внутри цилиндра[]

Двигатели внутреннего сгорания можно разделить на двигатели с искровым зажиганием , для начала сгорания которых требуются свечи зажигания, и двигатели с воспламенением от сжатия (дизельные двигатели), которые сжимают топливно-воздушную смесь пока самопроизвольно не загорится. В двигателях с воспламенением от сжатия могут использоваться свечи накаливания для улучшения характеристик холодного запуска.

Применение[]

Свечи зажигания обязательны для двигателей с искровым зажиганием . Его также можно использовать в других областях, например, в печах, где необходимо воспламенить горючую смесь. В этом случае их иногда называют воспламенителями пламени .

Как это работает[]

Свеча зажигания подключена к тысячам вольт, генерируемым катушкой зажигания. По мере того, как электроны постепенно выталкиваются из катушки, возникает разница потенциалов между активным центральным электродом и заземленным боковым электродом или телом. Между ними не может течь ток, потому что топливно-воздушная смесь в зазоре является изолятором. При дальнейшем повышении напряжения структура газов между электродами начинает изменяться. Как только напряжение превышает диэлектрическую прочность [6] газов, газы становятся ионизированными [7]. Ионизированный газ становится проводником, а ионизированный газ может пропускать электроны.

По мере того, как поток электронов проходит через промежуток, он поднимает температуру искрового канала до 60 000 К. Сильный нагрев в искровом канале вызывает очень быстрое расширение ионизированного газа, подобное небольшому взрыву. Это «щелчок», который вы слышите, наблюдая за искрой, похожей на молнию [8] и гром [9].

Тепло и давление заставляют газы реагировать друг с другом, и в конце искрового разряда в искровом промежутке должен образоваться небольшой огненный шар, поскольку газы сгорают сами по себе. Размер этого огненного шара или ядра зависит от точного состава смеси между электродами и уровня турбулентности камеры сгорания во время искры. Небольшое ядро ​​заставит двигатель работать так, как если бы время зажигания было задержано, а большое ядро, как если бы время зажигания было увеличено для этого отдельного цикла.

Конструкция свечи зажигания[]

Свеча зажигания состоит из корпуса, изолятора и проводника. Он пробивает стенку камеры сгорания и, следовательно, должен также изолировать камеру сгорания от высоких давлений и температур, не ухудшаясь при длительном использовании.

Детали свечи[]

Клемма[]

В верхней части свечи зажигания находится клемма для подключения к системе зажигания. Точная конструкция клеммы зависит от использования свечи зажигания.

Большинство проводов свечей зажигания легковых автомобилей защелкиваются на контакте свечи, но некоторые провода имеют лепестковые разъемы, которые крепятся к свече под гайкой. Вилки, которые используются для этих приложений, часто имеют конец клеммы, выполняющий двойную функцию в качестве гайки на тонком резьбовом валу, поэтому их можно использовать для любого типа соединения.

Ребра[]

Физическая форма ребер улучшает изолятор и предотвращает утечку электроэнергии от клеммы к металлическому корпусу по боковой стороне изолятора. Нарушенный и более длинный путь заставляет электричество встречать большее сопротивление вдоль поверхности свечи зажигания.

Изолятор[]

Изолятор обычно изготавливается из оксида алюминия [10] и керамики [11], которая рассчитана на 550 °C и 60 000 В. Он проходит от металлического корпуса до камеры сгорания. Точный состав и длина изолятора частично определяют диапазон нагрева вилки.

Уплотнения[]

Поскольку свеча зажигания при установке также герметизирует камеру сгорания двигателя, уплотнения обеспечивают отсутствие утечек из камеры сгорания. Уплотнения обычно изготавливаются из меди в виде шайбы, чтобы ее можно было сжать, чтобы обеспечить хорошее уплотнение.

Металлический корпус[]

Металлический корпус свечи зажигания воспринимает момент затяжки свечи, служит для отвода тепла от изолятора и передачи его на головку блока цилиндров. Он также действует как заземление для искр, проходящих через центральный электрод к боковому электроду и к телу.

Наконечник изолятора[]

Наконечник изолятора, окружающий центральный электрод, находится внутри камеры сгорания и напрямую влияет на характеристики свечи зажигания, особенно на диапазон нагрева.

Боковой электрод или заземляющий электрод[]

Боковой электрод изготовлен из стали с высоким содержанием никеля и приварен к боковой части металлического корпуса. Боковой электрод также сильно нагревается, особенно на выступающих носовых заглушках. В некоторых конструкциях свечей зажигания используется несколько боковых электродов, которые не перекрывают центральный электрод.

Центральный электрод[]

Центральный электрод подключается к клемме через внутренний провод и обычно последовательное керамическое сопротивление для уменьшения излучения радиопомех от искрения. Наконечник может быть изготовлен из комбинации меди [12], никеля [13]-железа [14], хрома [15] или драгоценных металлов [16]. Центральный электрод обычно предназначен для выброса электронов (катод), потому что это самая горячая (обычно) часть свечи; легче испускать электроны с горячей поверхности из-за тех же физических законов, которые увеличивают испускание пара с горячих поверхностей. Кроме того, электроны испускаются там, где напряженность электрического поля наибольшая; это оттуда, где радиус кривизны поверхности наименьший, т.е. с острой точки или края, а не с плоской поверхности. Было бы проще всего вытащить электроны из заостренного электрода, но заостренный электрод разрушится уже через несколько секунд. Вместо этого электроны испускаются с острых краев конца электрода; по мере того как эти края стираются, искра становится слабее и менее надежной. Когда-то было обычным делом снимать свечи зажигания, очищать отложения с концов либо вручную, либо с помощью специального пескоструйного оборудования и подпиливать конец электрода, чтобы восстановить острые края, но эта практика стала менее распространенной, поскольку свечи зажигания сейчас просто заменены, с гораздо более длительными интервалами. Разработка высокотемпературных электродов из драгоценных металлов (с использованием таких металлов, как иттрий [17], иридий [18], платина [19], вольфрам [20] или палладий [21], а также относительно прозаичное серебро [22] или золото [23]) позволяет использовать центральную проволоку меньшего размера, которая имеет более острые края, но не плавится и не подвергается коррозии. . Меньший электрод также поглощает меньше тепла от искры и начальной энергии пламени. В какой-то момент Firestone продавала свечи с полонием [24] в наконечнике, исходя из сомнительной теории о том, что радиоактивность ионизирует воздух в зазоре, облегчая искрообразование. (См. внешнюю ссылку ниже)

Зазор свечи зажигания[]

Свечи зажигания, как правило, имеют искровой зазор, который может быть отрегулирован техником, устанавливающим свечу зажигания, с помощью простого механизма легкого изгиба бокового электрода, чтобы приблизить его к центральному электроду или отдалить от него. Довольно распространенное мнение о том, что свечи зажигания поставляются с завода в коробке с правильным зазором, неверно, о чем свидетельствует тот факт, что одна и та же свеча может быть указана для нескольких разных двигателей, требуя для каждого разного зазора. А 9Измеритель зазора свечи зажигания 0138 с круглыми проволоками точного диаметра используется для измерения зазора; использование щупа с плоскими лезвиями вместо круглых проводов, которые используются на точках распределителя или зазорах клапанов, даст ошибочные результаты из-за формы электродов свечи зажигания. Простейшие калибры представляют собой набор ключей различной толщины, которые соответствуют желаемым зазорам, и зазор регулируется до плотного прилегания ключа. С современной технологией двигателей, повсеместно включающей полупроводниковое зажигание и компьютеризированный впрыск топлива, используемые зазоры намного больше, чем в эпоху карбюраторов и распределителей точек прерывания, до такой степени, что манометры свечей зажигания той эпохи слишком малы для измерения зазоров. нынешних автомобилей.

Эта регулировка может быть довольно критической, и если она не отрегулирована, двигатель может работать плохо или вообще не работать. Узкий зазор может дать слишком маленькую и слабую искру для эффективного воспламенения топливно-воздушной смеси, в то время как слишком широкий зазор может быть слишком большим для того, чтобы искра вообще воспламенилась. В любом случае, искра, которая только периодически не воспламеняет топливно-воздушную смесь, может быть незаметна непосредственно, но будет проявляться как снижение мощности двигателя и топливной экономичности. По мере старения пробки и эрозии металла наконечника зазор будет увеличиваться; поэтому опытные механики часто устанавливают зазор на наборе новых свечей на уровне минимального рекомендуемого производителем двигателя зазора, а не в центре указанного допустимого диапазона, чтобы обеспечить более длительный срок службы между заменами свечей. С другой стороны, поскольку больший зазор дает более «горячую» или «жирную» искру и более надежное воспламенение топливно-воздушной смеси, а так как новая свеча с острыми краями на центральном электроде будет искрить надежнее, чем старая, эродированная свеча, опытные механики также понимают, что максимальный зазор, указанный производителем двигателя, является самым большим, при котором будет надежно искрить даже со старыми свечами, и на самом деле он будет немного уже, чем необходимо для обеспечения искрообразования с новыми свечами; следовательно, можно установить свечи на чрезвычайно широкий зазор для более надежного зажигания в высокопроизводительных приложениях за счет необходимости замены и / или замены свечей гораздо чаще, как только наконечник начинает разрушаться.

Вариации базовой конструкции[]

На протяжении многих лет вариации базовой конструкции свечи зажигания пытались обеспечить либо лучшее зажигание, либо более длительный срок службы, либо и то, и другое. Такие варианты включают использование двух, трех или четырех равноотстоящих заземляющих электродов, окружающих центральный электрод. Другие варианты включают использование утопленного центрального электрода, окруженного резьбой свечи зажигания, которая фактически становится заземляющим электродом. Также используется V-образный вырез на конце заземлителя.

Уплотнение к головке цилиндра[]

Большинство свечей зажигания уплотняются к головке цилиндра с помощью полой металлической шайбы, которая слегка вдавлена ​​между плоской поверхностью головки и свечи сразу над резьбой. Если крутящий момент, используемый для установки заглушек, не является чрезмерным, шайбу можно использовать повторно при снятии и повторной установке заглушки, хотя это, строго говоря, не рекомендуется, и доступны сменные шайбы.

Двигатели Ford, однако, когда-то отличались коническим отверстием и соответствующим конусом в нижней части заглушки над резьбой для герметизации заглушки. Крутящий момент для установки и снятия этих заглушек был выше, и их было легче сломать, если ключ прикладывался частично вне оси.

Совсем недавно некоторые модели Ford Fiesta и Ka также имели аналогичную систему уплотнений. Крутящий момент, необходимый для установки этих заглушек, меньше, чем для заглушек вышеуказанного типа, и крайне важно, чтобы они не были затянуты слишком сильно, поскольку чрезмерное затягивание может привести к тому, что их будет трудно или невозможно снять. Кроме того, известно, что они разъедают головку блока цилиндров, особенно если их не снимать слишком долго. В такой ситуации не исключено, что заглушка защелкнется под шестигранной гайкой, оставив только резьбовую часть (и внешний электрод) в головке блока цилиндров. Форд иногда выпускал Бюллетень технического обслуживания, напоминающий техническим специалистам об использовании правильных методов установки.

Выступ наконечника[]

Свечи зажигания трех размеров

.

Крайняя левая заглушка и центральная заглушка идентичны по резьбе и электродам и могут использоваться взаимозаменяемо; однако центральная заглушка представляет собой компактный вариант с меньшими шестигранными и фарфоровыми частями за пределами головки, который можно использовать в условиях ограниченного пространства. Крайний правый плунжер имеет более длинную резьбовую часть для использования с более толстой головкой]] Длина резьбовой части плунжера должна точно соответствовать толщине головки. Если свеча выходит слишком далеко в камеру сгорания, поршень может ударить ее, что приведет к повреждению двигателя внутри. Менее драматично, если резьба свечи заходит в камеру сгорания, острые края резьбы действуют как точечные источники тепла, которые могут вызвать преждевременное зажигание; кроме того, отложения, образующиеся между оголенными резьбами, могут затруднить снятие заглушек и даже повредить резьбу на алюминиевых головках в процессе снятия. Однако выступ наконечника в патронник также влияет на характеристики пробки; Чем центральнее расположен искровой промежуток, тем лучше будет воспламенение воздушно-топливной смеси, хотя эксперты считают, что на самом деле этот процесс намного сложнее и зависит от формы камеры сгорания. С другой стороны, если двигатель «сжигает масло», избыточное масло, просачивающееся в камеру сгорания, имеет тенденцию загрязнять кончик свечи и препятствовать искре; в таких случаях свеча с меньшим выступом, чем обычно требует двигатель, часто собирает меньше загрязнений и работает лучше в течение более длительного периода. Фактически, продаются специальные «противообрастающие» адаптеры, которые устанавливаются между заглушкой и головкой, чтобы уменьшить выступ заглушки именно по этой причине на старых двигателях с серьезными проблемами сжигания масла; это приведет к тому, что воспламенение топливно-воздушной смеси будет менее эффективным, но в таких случаях это имеет меньшее значение.

Тепловой диапазон[]

Рабочая температура свечи зажигания — это фактическая физическая температура на кончике свечи зажигания при работающем двигателе. Это определяется рядом факторов, но прежде всего фактической температурой внутри камеры сгорания. Прямой зависимости между фактической рабочей температурой свечи зажигания и напряжением искры нет. Однако уровень крутящего момента, создаваемого двигателем в настоящее время, будет сильно влиять на рабочую температуру свечи зажигания, поскольку максимальные температура и давление возникают, когда двигатель работает вблизи пикового выходного крутящего момента (крутящий момент и число оборотов в минуту напрямую определяют выходную мощность). Температура изолятора зависит от тепловых условий, которым он подвергается в камере сгорания, но не наоборот. Если кончик свечи зажигания слишком горячий, это может привести к преждевременному зажиганию, ведущему к детонации/детонации и повреждению. Если слишком холодно, на изоляторе могут образоваться электропроводящие отложения. вызывая потерю энергии искры или фактическое короткое замыкание тока искры.

Свеча зажигания называется «горячей», если она является лучшим теплоизолятором, сохраняя больше тепла на кончике свечи зажигания. Свеча зажигания называется «холодной», если она может отводить больше тепла от наконечника свечи зажигания и снижать температуру наконечника. Является ли свеча зажигания «горячей» или «холодной», известно как диапазон нагрева свечи зажигания. Тепловой диапазон свечи зажигания обычно указывается в виде числа, при этом некоторые производители используют возрастающие числа для более горячих свечей, а другие — наоборот, используя убывающие числа для более горячих свечей.

Тепловой диапазон свечи зажигания (т. е., с научной точки зрения, ее теплопроводность [25]) зависит от конструкции свечи зажигания: типов используемых материалов, длины изолятора и площади открытой поверхности свечи внутри камеры сгорания. Для нормального использования выбор теплового диапазона свечи зажигания представляет собой баланс между сохранением наконечника достаточно горячим на холостом ходу, чтобы предотвратить загрязнение, и достаточно холодным при максимальной мощности, чтобы предотвратить преждевременное зажигание, ведущее к детонации двигателя. Изучая «более горячие» и «более холодные» свечи зажигания одного и того же производителя рядом, можно очень четко увидеть задействованный принцип; более холодные свечи имеют более прочные керамические изоляторы, заполняющие зазор между центральным электродом и оболочкой, эффективно отводя тепло, в то время как более горячие свечи имеют меньше керамического материала, так что наконечник более изолирован от корпуса свечи и сохраняет тепло лучше.

Тепло из камеры сгорания уходит через выхлопные газы, боковые стенки цилиндра и саму свечу зажигания. Тепловой диапазон свечи зажигания оказывает незначительное влияние на температуру камеры сгорания и общую температуру двигателя. Холодная свеча не будет существенно охлаждать рабочую температуру двигателя. (Однако слишком горячая свеча может косвенно привести к неуправляемому предварительному зажиганию, что может привести к повышению температуры двигателя.) Скорее, основной эффект «горячей» или «холодной» свечи заключается в воздействии на температуру наконечник свечи зажигания.

До современной эры компьютеризированного впрыска топлива было обычным делом указывать по крайней мере пару различных температурных диапазонов для свечей автомобильного двигателя; более горячая свеча для автомобилей, которые в основном мягко ездили по городу, и более холодная свеча для длительного использования на высокоскоростных шоссе. Однако эта практика в значительной степени устарела теперь, когда топливно-воздушные смеси автомобилей и температура цилиндров поддерживаются в узком диапазоне с целью ограничения выбросов. Тем не менее, гоночные двигатели по-прежнему выигрывают от выбора правильного диапазона нагрева свечи зажигания. Очень старые гоночные двигатели иногда имеют два комплекта свечей зажигания, один только для запуска, а другой устанавливается после прогрева двигателя для фактического вождения автомобиля.

Считывание свечей зажигания[]

На запальный конец свечи зажигания влияет внутренняя среда камеры сгорания. Поскольку свечу зажигания можно снять для осмотра, можно изучить влияние сгорания на свечу. Осмотр или «чтение» характеристической маркировки на зажигающем конце свечи зажигания может указать на условия в работающем двигателе. На наконечнике свечи зажигания будут метки, свидетельствующие о том, что происходит внутри двигателя. Обычно нет другого способа узнать, что происходит внутри двигателя, работающего на пиковой мощности. Производители двигателей и свечей зажигания будут публиковать информацию о характеристических маркировках в таблицах показаний свечей зажигания (например, общая таблица показаний свечей зажигания).

Светло-коричневое окрашивание кончика блока указывает на правильную работу; другие условия могут указывать на неисправность. Например, кончик свечи зажигания с пескоструйной обработкой означает постоянную легкую детонацию, часто неслышимую. Повреждение кончика свечи зажигания также происходит внутри цилиндра. Сильная детонация может привести к полному разрушению изолятора свечи зажигания и внутренних деталей двигателя, прежде чем это проявится в виде эрозии пескоструйной обработкой, но ее легко услышать. В качестве другого примера, если свеча слишком холодная, на ее кончике появятся отложения. И наоборот, если вилка слишком горячая, фарфор будет выглядеть пористым, почти как сахар. Материал, которым центральный электрод прилегает к изолятору, выкипает. Иногда конец пробки будет казаться застекленным, так как отложения расплавились.

Двигатель, работающий на холостом ходу, по-разному влияет на свечи зажигания, чем двигатель, работающий на полном газу. Показания свечей зажигания действительны только для самых последних условий эксплуатации двигателя, и работа двигателя в других условиях может стереть или скрыть характерные метки, ранее оставленные на свечах зажигания. Таким образом, наиболее ценная информация собирается при запуске двигателя на высоких оборотах и ​​полной нагрузке, немедленном выключении зажигания и остановке без работы на холостом ходу или на малых оборотах, а также при снятии свечей зажигания для считывания.

Приборы для чтения показаний свечей зажигания, представляющие собой комбинацию фонарика и лупы, предназначены для улучшения показаний свечей зажигания.

Два смотровых окошка свечи зажигания

И снова практика считывания показаний свечей зажигания в значительной степени устарела, поскольку топливно-воздушные смеси и температура цилиндров автомобилей поддерживаются в узком диапазоне, но все еще ценны для гонок.

Индексация свечей зажигания[]

Предметом некоторых дискуссий является «индексация» свечей зажигания при установке, обычно только для высокопроизводительных или гоночных приложений; это предполагает их установку таким образом, чтобы открытая область искрового промежутка, не закрытая боковым электродом, была обращена к центру камеры сгорания, к впускному клапану, а не к стене. Многие специалисты считают, что это максимально увеличит воздействие искры на топливно-воздушную смесь и, следовательно, приведет к лучшему воспламенению; другие, однако, считают, что это полезно только для того, чтобы боковой электрод не мешал поршню в двигателях со сверхвысокой степенью сжатия, если зазор недостаточен. В любом случае это достигается путем маркировки зазора на внешней стороне вилки, ее установки и указания направления, в котором обращена метка; затем заглушка удаляется и добавляются дополнительные шайбы, чтобы изменить ориентацию затянутой заглушки. Это необходимо делать индивидуально для каждой заглушки, так как ориентация зазора по отношению к резьбе оболочка случайна [26].

См. также[]

• Система зажигания
• Считывание свечей зажигания для гонок
• Неиспользованная искра

Внешние ссылки[]

• Элементы, используемые в конструкции свечи зажигания

На этой странице используется лицензионный контент Creative Commons из Википедии (просмотр авторов). Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт