Свечи зажигания и их ремонт

На долю свечей зажигания выпало много трудностей, так как работать им приходиться при максимально экстремальных условиях, равных которым сложно отыскать в недрах автомобиля. То они по очереди располагаются "в центре взрыва" в окружении раскаленных газов, температура которых может достигать несколько тысяч градусов, то берут на себя порцию только что сформированной рабочей смеси из атмосферы и бензиновых паров. Все это постоянно повторяется несколько раз в течение одной секунды при работе двигателя.

Основная задача всей системы свечей – это создание зазора, посредством которого с определенным интервалом проходит электрический заряд мощностью 20-30тыс. вольт, образующий дугу, поджигающую рабочую смесь. Даже, казалось бы, незначительные отклонения в параметрах ведут к перебоям в работе, что заметнее всего на холостых оборотах, что порой приводит к остановке либо невозможности завести двигатель. Главной причиной таковых отклонений обычно являются скопления продуктов сгорания бензина, которые забивают искрообразующий зазор.

Выход из этого положения уже давно найден - свеча сама может избавиться от накопившихся продуктов сгорания. Они сгорают на ее раскаленной поверхности, а затем удаляются потоком горящих газов, далее попадая в моторное масло, в конечном итоге оказываясь в масляном фильтре либо в качестве отложений на дне картера. Вместе с тем свеча зажигания не должна греться очень сильно, в результате возникает перекаливание и взрыв, если рабочая смесь возгорается от раскаленных электродов при одновременном попадании в камеру паров, а не от электрического разряда в определенный момент времени. Причем, последствия всего этого плачевные: от увеличения выбросов вредных веществ и потери мощности и до вероятного разрушения двигателя.

Манера эксплуатации транспортного средства определяет широкий спектр вероятных нагрузок на двигатель. Тепловой режим его элементов при работе в режиме города значительно отличается от весьма напряженного режима движения по горному серпантину. В это время свечи зажигания должны поддерживать правильный баланс между накоплением тепла для самоочистки и его отводом для предупреждения перекаливания. Экспериментальным путем установлено, что подобный баланс поддерживается правильно, только когда поверхности свечи находятся в пределах 400-900 градусов.

Каким же образом происходит отвод тепла стандартной свечой зажигания? Около 20 % образующихся после сгорания газов из 100 переходит к снова поступившей в камеру порции рабочей смеси (на практике она поступает с температурой окружающей среды). 60%, проходя через поверхность соприкосновения оболочки свечи с изолятором, попадает на корпус головки, где и происходит охлаждение. Еще по 10 % переходит в воздух от внешних элементов оболочки свечи и изолятора.

Именно сочетание конструктивных особенностей оболочки и изолятора свечей зажигания и определили их деление на: жаркие, промежуточные и прохладные. Жаркие отличаются незначительной поверхностью изолятора, доступной для обогрева сгорающими газами, и маленькую область перехода от оболочки к изолятору. Прохладные имеют большую зону отвода тепла, следовательно, рабочие поверхности их нагреваются значительно меньше. Способность накапливать тепло принято называть калильным числом свечи. Каждая фирма-изготовитель пользуется собственной системой кодировки, потому, единственный метод точно подобрать свечу зажигания – это использовать фирменный каталог либо таблицы взаимозаменяемости.

Изолятор из керамики дает возможность свечи накапливать тепло, а для отвода тепла служит цельнометаллический сердечник. Но без эффективного выбора еще одного компонента этого равенства необходимый баланс невозможен, в связи с этим практически все современные свечи зажигания имеют биметаллическую конструкцию. Как правило, центральный электрод бывает композитным, то есть состоит из стойкой к коррозии оболочки (хромоникелевого сплава и медного сердечника, многократно увеличивающего возможность отводить тепло). Реже биметаллическими могут быть боковые электроды, очень редко вместо меди применяют иные материалы, к примеру, серебро.

Благодаря биметаллическому центральному электроду, свеча обретает важнейшее свойство, именуемое термоэластичностью. Она обладает одновременно и «холодными», и «горячими» параметрами. В момент пуска двигателя происходит нагрев нижней части электрода с малой теплопроводностью, выполненной из хромоникелевого сплава. Это позволяет повысить температуру а, значит, получить правильный мгновенный пуск. Затем, когда постепенно прогревается масса всей свечи, в дело идет медный сердечник, интенсивно отводящий тепло, и свечка охлаждается. В процессе снижения оборотов, например, на холостом ходу, преобладает работа хромоникелевого участка, и свечка вновь становится «жаркой».

Среди производителей свечей зажигания развернулись споры за две противоположные концепции. Согласно первой, чем более сильный по мощности ток проходит через зазор между электродами, тем эффективнее происходит сгорание топлива. В результате это ведет к снижению расхода бензина, росту чистоты работы двигателя и увеличивается ресурс дорогостоящих деталей системы (в частности, каталитического нейтрализатора). Но при этом происходит стремительное электрохимическое разрушение поверхности электродов, в большей степени бокового. Противники такого подхода предлагают другое решение, связанное с понижением мощности тока, и увеличением за счет этого дополнительных ресурсов свечей зажигания.

В настоящее время конструкторы стремятся отыскать способы, чтобы продлить сроки работы свечей зажигания. Большинство автомобилей, сошедших с конвейеров в США, имеют гарантированные 100тыс. миль (160тыс. км) до первой замены таких расходных материалов, как свечи и фильтры. Обычно данные модели авто снабжены вставками из платины, выполненными в форме дисков на боковом либо на обоих электродах. Платина намного устойчивей к воздействию коррозии и электрохимических разрушений по сравнению с традиционными хромоникелевыми сплавами. Свечи с электродами, выполненными целиком из платинового сплава, встречаются довольно редко.

Свечи-долгожители для розничной торговли обычно укомплектованы боковыми электродами в количестве 3-4 штук, изредка встречаются платиновые вставки. Зачастую автомобилисты ошибочно считают, что 4 электрода улучшат «поджигаемость» смеси путем образования четырех плазменных мостиков. Но на деле происходит обратное. Ведь «поджигаемость» и даже эффективность сгорания немного снижаются, но при этом значительно увеличивается срок жизни самой свечи. В ситуации с 4-мя боковыми электродами, образование искры происходит между центральным электродом и боковым, расположенным ближе к нему. Поверхность его со временем изнашивается и в работу вступает следующий, расстояние до которого минимально. В такой очередности и происходит работа нескольких боковых электродов, продлевая тем самым время службы свечи.

У свечей с несколькими боковыми электродами ухудшается процесс сгорания рабочей смеси из-за затрудненного доступа к искре, т.е. в наиболее критическую часть камеры. К тому же, чем больше число электродов, тем интенсивнее идет процесс отведения тепла от свечи. Для подобного рода конструкций повышается вероятность появления нагара, а также ухудшаются показатели двигателя по NO и СО. В связи с этим конструкторы исследуют другой путь – это создание свечей с одним минимального размера боковым электродом либо даже совсем без бокового электрода.

Последний вариант в реальном мире встречается исключительно на спортивных болидах. В них функцию бокового электрода играет целиком боковая кромка, а искра при этом действительности возникает в виде трех-четырех пучков мостиков. В гоночных автомобилях делать свечи приходится без боковых электродов из-за использования сверхмощного заряда. Во-первых, подобный заряд довольно быстро уничтожает электроды из любого материала, во-вторых, имеется вероятность перекидывания с бокового кольца в сердцевину.

Еще один способ отказаться от использования бокового электрода в свое время предлагала компания СААБ. В предложенной им системе боковой электрод заменял поршень. Идея была проста и гениальна. Возгорание рабочей смеси любого бензинового двигателя случается во время движения поршня вверх, в момент сжатия предварительно поступившей в камеру рабочий смеси. Конструкторами компании был выполнен иглообразный выступ на поверхности поршня, где образовывалась искра, которая после этого попадала на центральный электрод, расположенный в традиционном для свечи зажигания месте. Выдающиеся свойства подобной системы очевидны. Ведь за счет этого не только увеличивался срок службы бокового электрода (на практике он совсем не выгорал), а также долговечнее становились изолятор и центральный электрод. Однако данную систему зажигания не удалось внедрить из-за возникших трудностей с распределением и подводом электрического заряда.

Дальнейшим этапом был процесс усовершенствования геометрической формы центрального и бокового электродов свечей. Если для примера взять каталог любой крупной компании, то в нем возможно найти 10-20 всевозможных способов улучшения искрообразования. Изменение формы центрального электрода происходит достаточно радикально, в качестве примера можно привести модель Rapidfire от компании Delphi. Поверхность ее центрального стержня покрыта двенадцатью ребрами с острыми краями. С кромок подобного вида искра спускается намного легче по сравнению с традиционно гладкой поверхности центрального электрода цилиндрической формы.

Это дает возможность, с одной стороны, снизить пороговое значение зажигания, с другой - сделать его более надежным и устойчивым в режиме холостого хода или пуска двигателя. Продавцы автомобилей замечают, что именно эти режимы наиболее опасные в целостном восприятии машины потенциальными клиентами. Разработчики Rapidfire смогли вычислить, что эта свеча по сравнению со свечами заводского производства дает возможность увеличить: на 27% - стабильность холостого хода, на 18% - ответную реакцию акселератора, на 2% - экономию топлива. Однако эти расчеты производились на примере автомобилей типа Ford и Chevrolet. И никто производил расчет улучшений работы двигателя среднего автомобиля, который произведен в России. Все дело в зазорах, посадках, допусках. Остается только рассуждать о том, смогут ли уловить высокоточные приборы 2% экономии на двигателе, имеющем разброс важнейших характеристик плюс-минус 5-10%.

Главным соперником свечей сгорания на современных двигателях можно считать соседей по камере. Как правило, свеча располагается только в ее верхней области, где уже находятся чаще всего клапаны и разнообразные датчики. А постепенный переход от двух к четырем, а затем и к пяти клапанам на цилиндре привел к тому, что осталось совсем мало свободного пространства. Поэтому свечи приходится уменьшать в диаметре с целью экономии бесценной площади в камере сгорания. Так, в недалеком прошлом еще встречались свечи зажигания с резьбой M18, то сегодня широко распространены свечи М14 и даже иногда встречаются М12 и М10. С настолько тонкой свечой усложняется решение вопроса термической устойчивости и отвода тепла, поэтому на первый план переходят вопросы, касаемые качества материала, соблюдения технологии и стабильности производства.

Каждая фирма-производитель свечей имеет собственную уникальную систему маркировки. Например, одна и та же свеча зажигания у различных производителей может значиться: RN9YC, WR7D, CW7LPR, CR43CXLS или 17R-7DU. Единственная буква, которая повторяется в каждой из представленных комбинаций, является R, что совсем не случайно. С помощью нее обозначают резистор, являющийся составным элементом центрального электрода. Как и большинство других технических решений, оно пришло из авиации. Резистор особенно важно применять на тех моделях машин, которые оборудованы системами электроники, размещенными в пространстве под капотом. Еще одна распространенная буква в маркировке свечей – С – которая обозначает медь (Cupper), а точнее сказать - центральный электрод из меди, а двойная буква CC (у фирмы Champion) обозначает, что медный сердечник имеется и у центрального, и у бокового электродов.

Основными численными характеристиками свечей являются: диаметр резьбы, калильное число и длина резьбы.

Помните о том, что свеча зажигания обязана на 100% подходить по всем этим параметрам к двигателю Вашей машины. Ведь даже ошибка с длиной резьбы свечи обычно приводит к печальным дорогостоящим последствиям. Если она, наоборот, будет короче по сравнению с Вашей штатной, то на незадействованных витках резьбы в головке очень быстро начнут накапливаться продукты сгорания, а для нормальной свечи в дальнейшем придется расчищать дорогу специальным метчиком. Более серьезные последствия использования излишне длинной свечи. Продукты сгорания тогда осядут на ее поверхности, образуя своеобразный замок. Итог подобной невнимательности – как минимум разборка двигателя.

Не пытайтесь запомнить кодировку резьб и калильного числа у разных производителей. У каждого продавца должна быть наготове таблица взаимозаменяемости.

Внешний вид свечей зажигания является своеобразным индикатором состояния двигателя автомобиля.

По состоянию свечи зажигания можно понять возможные ошибки с ее выбором, а также узнать о пока скрытых процессах, которые в дальнейшем могут проявиться в виде черного дыма, хлопков и нестабильной работы двигателя.

Правильно функционирующая свеча исправного двигателя характеризуется чистыми электродами и цветом керамической кромки изолятора, находящегося в пределах от светло-серого до коричневого.

Появление черного жирного нагара сигнализирует о том , что свечка не подходит к этому двигателю, либо в камеру поступает излишний объем масла из-за появившегося износа поршневых колец, либо плохо отрегулирован карбюратор и рабочая смесь перенасыщена. Если, вывернув свечу зажигания, Вы обнаружите оплавленные или покрытые расплавленным алюминием электроды, то это тревожный знак серьезных проблем.

Следует упомянуть, что возможно продлить жизнь свечи путем регулировки зазора. Вследствие термического и электрического износа электродов происходит его увеличение, а применение специальных щупов для замерки позволит выставить точный зазор, подогнув боковой электрод. Помните, что утонченные электроды быстрее раскаляются, а ремонт двигателя обойдется намного дороже дюжины свечей. И еще – меняйте свечи целым комплектом.