Конструкция на запалителните свещи, тяхната класификация

Конструкция на запалителните свещи, тяхната класификация

Запалителните свещи със сигурност работят при най-екстремните условия, които могат да се срещнат в един автомобил. Те последователно се намират "в епицентъра на експлозията" на нагорещени газове с температура до няколко хиляди градуса, след което поемат част от работната смес, която току-що се образува от атмосферен въздух (при температура на околната среда) и бензинови пари. Всичко това се повтаря десетки пъти всяка секунда в продължение на много часове.

Конструкция на запалителните свещи, тяхната класификация

Основната задача на цялата конструкция на запалителната свещ е да създаде междина, през която периодично преминава мощен електрически заряд с напрежение 20-30 хил. волта, създавайки дъга, която запалва работната смес. най-малките отклонения в параметрите водят до нестабилна работа, особено забележима при обороти на празен ход, а понякога и до пълно спиране или невъзможност за стартиране на двигателя. Основната причина за тези отклонения е натрупването на продукти от изгарянето на бензина, които запушват искровото гнездо.




Решението на това противоречие е намерено отдавна – самата свещ трябва да се освободи от отработените газове. Те се изгарят по горещите си повърхности и се отмиват от вихъра на горящите газове в моторното масло и накрая в масления филтър или като отлагания на дъното на картера. Запалителната свещ обаче не трябва да се нагрява твърде много, в противен случай започва т.нар. запалване с нажежаване и детонация, когато сместа се запалва не от разряда на тока в даден момент, а от нагорещените до червено електроди в момента, в който парите попаднат в камерата. Последствията са много неприятни – от загуба на мощност и увеличаване на емисиите на всички замърсители до възможно разрушаване на двигателя.

Начинът на управление на автомобила определя огромния диапазон от натоварвания, които могат да бъдат причинени на двигателя. Топлинното поведение на компонентите му при шофиране, например в град, е много различно от напрегнатото поведение на планински серпентини. През цялото време запалителните свещи трябва да поддържат точния баланс между акумулирането на топлина за самопочистване и разсейването ѝ за предотвратяване на запалването. Експериментално е доказано, че този баланс се постига по най-добрия възможен начин, когато работните повърхности на запалителните свещи са в диапазона 400-900 градуса.

Моделът на разсейване на топлината на типична запалителна свещ е добре известен. Около 20 % от 100-те горивни газове се връщат обратно в горивната камера, когато в нея постъпва новата смес (тя постъпва почти при температурата на околната среда). 60 % от тях преминават през контактните повърхности между изолатора и обвивката на запалителната свещ и по-нататък към корпуса на цилиндровата глава, където вече ги очаква охлаждащата обвивка. Външната страна на обвивката и изолаторът получават 10 % от атмосферата.

Комбинацията от конструктивни особености на изолатора и корпуса на запалителната свещ определя разделянето им на горещи, студени и междинни. Първите имат голяма повърхност на изолатора, която излиза навътре в камерата и е "на разположение" за нагряване от горящите газове, и малка преходна зона от изолатора към обвивката. Последните имат много по-широка зона на топлоотдаване и поради това повърхностите им се нагряват значително по-малко. Способността му да акумулира топлина се нарича номинална стойност на нажежаемата свещ. Почти всеки производител използва различна система за кодиране, така че единственият начин да се избере правилната запалителна свещ е да се използва патентован каталог или таблици за взаимозаменяемост.




Керамичният изолатор определя способността на свещта да съхранява топлина, докато металната сърцевина запазва топлината. Без ефективно решаване на втория компонент на това уравнение е невъзможно да се постигне правилен баланс. Ето защо почти всички съвременни свещи имат така наречената биметална конструкция. Централният електрод е изработен от устойчива на ерозия обвивка (обикновено от хром-никелова стомана) и медна сърцевина, което многократно увеличава способността за отвеждане на топлината. Биметални електроди се правят много рядко, а още по-рядко вместо мед се използват други материали, например сребро.

Централният биметален електрод дава на запалителната свещ най-важното й свойство, наречено термоеластичност. Конструкцията му има както "горещи", така и "студени" свойства. при стартиране на двигателя се нагрява долната част на електрода, която е изработена от сплав от хром и никел с по-ниска топлопроводимост. По този начин се поддържа по-висока температура и се осигурява бързо и надеждно стартиране. След това, тъй като цялата маса на свещта се нагрява, медната сърцевина се разкрива и генерира повече топлина, свещта се "охлажда". При по-ниски обороти, напр. на празен ход, хромоникеловата част работи повече и запалителната свещ възвръща "горещите" си свойства.

Производителите на запалителни свещи водят постоянна битка между две противоположни концепции. Според първия, колкото повече ток протича през разстоянието между електродите, толкова по-пълно и ефективно изгаря горивото. резултатът е по-нисък разход на гориво, подобрена чистота на двигателя и по-дълъг живот на скъпите компоненти на системата, като например каталитичния конвертор. При този процес обаче се наблюдава интензивно електрохимично разрушаване на повърхностите на електродите, особено на страничния електрод. Противниците на този подход предлагат решения, които намаляват абсорбцията на ток, като същевременно увеличават експлоатационния живот на запалителните свещи.

Не само по-високият ток на зареждане, но и идеята за автомобил, който не се нуждае от поддръжка, кара конструкторите да търсят начини за удължаване на експлоатационния живот на запалителната свещ. Много нови автомобили в САЩ днес предлагат 100 000 мили (160 000 км) преди първата подмяна на консумативи (филтри, навлажняващи свещи). Тези модели най-често са оборудвани с дисковидни платинени вложки на единия или на двата странични електрода. Платината е много по-устойчива на корозия и електрохимична деградация от конвенционалните никел-хромови сплави. Конструкциите с електроди, изработени изцяло от платинена сплав, се правят по-рядко.

Дълготрайните свещи обикновено са оборудвани с три или четири странични електрода, въпреки че често се използват и платинени вложки. По погрешка шофьорите често смятат, че четирите електрода подобряват "запалването" на сместа, като образуват четири плазмени моста. Всъщност е точно обратното. "запалимостта" и ефективността на горенето са дори леко намалени, но животът на запалителната свещ е значително удължен. При четирите странични електрода искрата се образува между централния електрод и страничния електрод, който е по-близо до обвивката. Повърхността му постепенно се изтрива и се появява следващият – този с най-късо разстояние до него. По този начин работят няколко странични електрода, което удължава живота на запалителната свещ.




Изгарянето на сместа в свещи с няколко странични електрода се влошава, тъй като е затруднен достъпът до най-критичната част на камерата – искрата. Освен това, колкото повече са електродите, толкова повече топлина се отделя от запалителната свещ. Такива конструкции са по-склонни да предизвикват замърсяване и имат по-лоши показатели за емисиите на CO и NO. Поради това конструкторите активно проучват другия път – свещи за запалване с един страничен електрод с минимален размер или … без страничен електрод изобщо.

Последният дизайн в реалния живот се среща само при спортните автомобили. При тях ролята на страничен електрод се изпълнява от целия страничен ръб и искрата наистина се образува под формата на снопчета от три или четири моста. При състезателните автомобили е необходимо да се произвеждат запалителни свещи без странични електроди, тъй като зарядът е с висока мощност. Такъв заряд, първо, разяжда електродите, направени от какъвто и да е материал, твърде бързо и, второ, има способността да "прескача" от страничния пръстен към центъра.

Друг начин за "избягване" на прилагането на страничния електрод се предлагаше навремето от SAAB. В този проект ролята му е била … буталото. Идеята беше проста и гениална. Запалването на сместа във всеки бензинов двигател се извършва при движението на буталото нагоре, когато то сгъстява работната смес, която вече е била предварително сгъстена в камерата. Върху повърхността на буталото е направена иглообразна издатина, от която искрата излиза и достига до централния електрод на запалителната свещ, която е разположена на обичайното място. Предимствата на този дизайн са очевидни. Животът на "страничния електрод" не само е увеличен (той почти никога не изгаря), но централният електрод и изолаторът могат да бъдат направени по-дълготрайни. Проблеми с подаването и разпределението на електрическия заряд не позволиха въвеждането на такава система за запалване.

Следващата стъпка беше да се подобри геометрията на страничните и централните електроди. Ако вземете за пример каталозите на някоя от големите компании, ще намерите 10 до 20 различни начина за подобряване на образуването на искра. Формата на централния електрод се променя и най-радикалният пример за това е Rapidfire на Delphi. По повърхността на централната му сърцевина има 12 ребра с остри ръбове. Ръбовете на щепсела са много по-лесни за обработка от традиционно гладката, цилиндрична повърхност на централния електрод.

Това позволява, от една страна, по-ниско прагово напрежение на запалване, а от друга, го прави по-надежден и стабилен при работа на празен ход или при стартиране. Продавачите на автомобили посочват, че тези режими са най-важни за възприемането на целия автомобил от потенциалните купувачи. Производителите на Rapidfire изчисляват, че конструкцията му в сравнение с "фабричните" запалителни свещи на автомобила позволява 18% увеличение на реакцията на педала на газта, 27% увеличение на стабилността на празен ход и 2% увеличение на икономията на гориво, но това е за някои (те имат) Ford или Chevrolet. Никой не е измервал подобрението в работата на двигателя на средностатистическия руски автомобил. Всичко е въпрос на допустими отклонения, напасвания и хлабини. Въпрос на дискусия е дали прецизните инструменти позволяват да се спестят 2 % от разходите за двигател, който има плюс или минус 5-10 % отклонение в основните си характеристики.

Основният конкурент на съвременните запалителни свещи в модерните двигатели е … Свещта за запалване може да бъде проектирана само в горната си част, където вече са разположени клапаните, а често и различните сензори. Увеличаването на броя на клапаните от два на четири и след това на пет на цилиндър оставя много малко място. Диаметърът на свещта трябва да се "смали", за да се спести безценното пространство в горивната камера. Така че, докато в близкото минало нишките M18 бяха често срещани, сега се срещат нишки M14, M12 и дори M10. За такава тънка свещ е много по-трудно да се решат проблемите с топлинната издръжливост и разсейването на топлината и тук на преден план излизат въпросите за качеството на материалите, стабилността на производството и спазването на технологията.




Всички производители имат свои собствени уникални системи за маркиране. Например, почти една и съща щепселна кутия от различни производители може да се нарича WR7D, RN9YC, CR43CXLS, CW7LPR или 17R-7DU. Единствената буква, която се среща в този случай във всяка комбинация, е R и това не е случайно. Той се отнася за резистор, който е неразделна част от централния електрод. Подобно на много други технически решения, то идва от авиационната индустрия във време, когато двигателите с вътрешно горене са били изстисквани от последните си запаси от ефективност. Резисторът трябва да се използва при превозни средства, които са оборудвани с електронни системи, разположени в двигателния отсек. Друга често срещана буква – C, означаваща мед (Cupper), или по-точно – централния меден електрод, а двете букви CC в Champion означават медното ядро на централния и страничния електрод.

Най-важните данни за запалителните свещи са коефициентът на нажежаване, диаметърът на резбата и дължината на резбата.

Излишно е да споменаваме, че запалителната свещ трябва да отговаря точно на тези три параметъра на двигателя на вашия автомобил. Дори обикновена грешка в дължината на нишката може да доведе до скъпи и катастрофални последици. Ако тя е по-къса от стандартната – продуктите на горенето много бързо ще се натрупат върху "допълнителните" резби в главата и тогава ще трябва да пробиете пътя със специален кран за нормална запалителна свещ. Последиците от завинтването на прекалено дълга запалителна свещ са още по-тежки. В този случай продуктите от горенето вече са се утаили върху повърхността му и той е застопорен с нещо като ключалка. Минималният резултат от такова невнимание е разглобяването на двигателя.

Също така не си струва да се опитвате да запомните системите за кодиране на калибрите и нишките на различните производители. Всеки търговец, който уважава себе си и клиентите си, има таблица за взаимозаменяемост.

Запалителните свещи, или по-скоро техният външен вид, са отличен индикатор за състоянието на двигателя.

Не само самата свещ е готова да ви "каже" за възможни грешки при избора си, но тя може да ви каже и за основните процеси, които се развиват в двигателя, много преди те да започнат да се проявяват под формата на черен дим, детонация или нередовна работа.

запалителна свещ на нормално работещ двигател има чисти електроди и цвят на керамичната изолационна обвивка от светлосиво до кафяво.

Появата на черни сажди показва, че или свещта е студена за този двигател, или поради буталните пръстени започват да се проявяват износване в камерата, снабдена с прекомерно количество масло, или карбураторът не е правилно регулиран и работната смес е прекалено обогатена. Прегрятата запалителна свещ има бял керамичен цвят. Ако след завъртане на свещта сте открили разтопени или изхвърлени от разтопен алуминий електроди – това е сигнал, че вече са започнали сериозни проблеми (запалване на жаравата, детонация).

И накрая, възможно удължаване на живота на свещите чрез регулиране на разстоянието. Всъщност, тъй като електрическото и топлинното износване на електродите се увеличава, и с помощта на специални сонди можете да измерите и зададете правилната междина, като просто приберете страничния електрод. Това е единственото правилно нещо, което можете да направите, ако сте сами с нестартиращ двигател в провинцията или финансовата криза е изяла всички резерви на семейството ви и не са предвидени пари за следващия комплект. В обикновена ситуация мислете за изтънени електроди, които се нагряват по-бързо и създават опасност от детонация. Ремонтът на двигателя е много по-скъп от десетина запалителни свещи. И последното нещо – сменяйте ги всички в един комплект (4, 6, 8 броя, в зависимост от двигателя) – не пестете от мачове.

Подобен...