Устройство свечи зажигания: основные компоненты, обеспечивающие бесперебойное зажигание
В 1936 году компания NGK SPARK PLUG выпустила на рынок свою первую свечу зажигания и на настоящий момент является ведущим мировым производителей систем зажигания и датчиков. Сегодня компания активно работает в отраслях автомобильных компонентов и технической керамики и производит изделия, которые пользуются огромной популярностью у клиентов. В ассортимент компании входит множество высококачественных и высокотехнологичных продуктов, однако его главной составляющей остаются свечи зажигания. Давайте более подробно изучим устройство этого небольшого, но очень важного элемента системы зажигания, от которого зависит стабильная работа бензиновых двигателей.
Неизменный принцип конструкции
До изобретения свечи зажигания для воспламенения топлива использовались системы с открытым пламенем или трубками накаливания. Такие системы были ненадежны и сильно усложняли дальнейшее развитие двигателей. Свечи зажигания стали идеальным решением этой проблемы. Таким идеальным, что основной принцип, используемый в конструкции свечей зажигания NGK SPARK PLUG, практически не изменился с 1930-х годов.
Свечи зажигания являются неотъемлемой частью любого бензинового двигателя внутреннего сгорания. Они используются для воспламенения топливовоздушной смеси, при сгорании которой поршни двигателя перемещаются вниз, обеспечивая мощность для движения автомобиля. Как и свечи зажигания 1930х годов, современная свеча зажигания имеет ввинчиваемую конструкцию, основными компонентами которой являются металлический корпус, центральный и боковой электроды, керамический изолятор. При этом сами автомобили за прошедшие десятилетия неузнаваемо изменились в плане внешнего вида, мощности и безопасности. Тем не менее технологии изготовления свечей зажигания тоже не стояли на месте, и современные свечи способны выдерживать более высокое напряжение, давление и температуры, а также обеспечивают оптимальные теплоотводящие свойства.
Основные компоненты свечи зажигания:
— Контактный терминал. Контактные терминалы бывают трёх типов: тип SAE, резьбовой с диаметром 4 мм, а также укороченный терминал со чашеобразным углублением. На терминал устанавливается высоковольтный провод зажигания или индивидуальная катушка зажигания. Данное соединение обеспечивает передачу высокого напряжения на электроды свечи зажигания.
— Керамический изолятор. Большинство современных свечей зажигания имеют цельный керамический изолятор, изготовленный из оксида алюминия. В прошлом использовались другие керамические материалы, например, фарфор. У современных материалов есть множество преимуществ, например, высокая теплопроводность и отличные изоляционные свойства. К другим характеристикам этих материалов относятся стойкость к перегреву, тепловым и механическим ударам.
— Резистор. Чтобы обеспечить электромагнитную совместимость (ЭМС) и исключить неполадки бортовой электроники, внутри свечи зажигания устанавливается керамический резистор, который подавляет электромагнитные помехи. Он изготавливается из стекловолокна, пропитанного графитом, и представляет собой сплошной компонент внутри свечи зажигания. Он также предотвращает воздействие помех на электронные устройства, расположенные за пределами автомобиля, например, телевизоры и радиоприемники.
Большинство автомобилей оснащены резисторными свечами зажигания, так как воздействие электрического шума может влиять на правильную работу других электрических компонентов автомобиля.
— Центральный электрод. Центральный электрод изготавливается из никелевого сплава, в высокотехнологичных свечах также используются сплавы драгоценных металлов, таких как иридий и платина. Он соединен с контактным терминалом через помехоподавляющий резистор. При подаче напряжения на терминал между центральным и боковым электродами проскакивает искра, воспламеняющая топливно-воздушную смесь. Существуют центральные электроды разных размеров и форм. Например, стандартные никелевые свечи зажигания имеют центральный электрод диаметром 2,5 мм. Свечи зажигания, такие как Laser Iridium и Iridium IX, оснащаются центральным электродом с напайкой из иридиевого сплава, диаметр которого составляет всего 0,6 мм. Благодаря тонкому электроду требуется меньшее напряжение для пробоя зазора между электродами, что снижает риск пропусков зажигания, кроме этого, при использовании свечей с тонкими электродами топливо воспламеняется более эффективно.
— Боковой электрод. Когда между центральным и боковым электродом создаётся разность потенциалов, образуется искра, которая воспламеняет топливо в камере сгорания. Боковые электроды делают разных форм и размеров. Некоторые свечи зажигания могут иметь два, три или четыре боковых электрода (многоэлектронные свечи зажигания). Однако это не означает, что в таких свечах образуется больше искр, чем в свечах с одним боковым электродом. Независимо от количества боковых электродов свеча зажигания всегда создает только одну искру. Стандартные свечи зажигания обычно имеют никелевый боковой электрод, тогда как на платиновых или иридиевых свечах зажигания боковые электроды зачастую также имеют напайку из сплава на основе драгоценных металлов. Эти металлы имеют более высокую тугоплавкость, а значит, обладают большим сроком службы по сравнению со стандартными свечами.
— Уплотнительное кольцо. Уплотнительное кольцо предотвращает утечки отработавших газов через свечу зажигания, которые могут возникать по причине очень высокого давления в камере сгорания. В случае такой утечки компрессия в цилиндре двигателя снижается. Еще одна важная функция уплотнительного кольца — это компенсация разного теплового расширения между материалами головки блока цилиндров и корпуса свечи зажигания.
— Шестигранная часть корпуса. Это стальная оболочка, на которую устанавливается торцовый ключ при снятии и установке свечи зажигания. Шестигранная часть свечи зажигания может иметь разный размер, обычно это 14мм, 16мм и 21мм. Также есть варианты под 12гранный ключ с размером 14 мм.
— Ребра изолятора. Ребра, расположенные поверх контактного стержня, снижают вероятность поверхностного электрического пробоя изолятора.
Как можно видеть, свеча зажигания, несмотря на свои скромные размеры, имеет очень сложную и высокотехнологичную конструкцию из множества различных компонентов. Слаженная работа этих компонентов гарантирует идеальное искровое зажигание для бензиновых двигателей. Чтобы узнать больше о принципах работы этих замечательных компонентов системы зажигания, перейдите на портал электронных обучающих курсов NGK SPARK PLUG по ссылке www.tekniwiki.com.
Наша страница на DRIVE2:
Как работает свеча зажигания?
Это устройство является важным элементом работы двигателя внутреннего сгорания. Без него трудно представить тепловой двигатель, в том числе функционирование бензинового мотора. Знакомьтесь, это свеча зажигания. Несмотря на то, что данный элемент имеет небольшие габариты, его структура достаточно сложная.
Как работают автомобильные свечи зажигания?
После того, как поршень двигателя сжимает воздух, в камере сжигания образуется высокое давление. Между электродами свечи зажигания (боковым и центральным) образуется электрическая искра. Она воспламеняет топливо. В результате двигатель продолжает работать. Для того чтобы воспламенение было сильным, искра должна быть мощной. В случае если она длиной меньше 1 мм, тогда воспламенение не происходит и двигатель не сможет функционировать. Напряжение между двумя электродами должно быть не меньше 20 000 В. Где взять такое напряжение, ведь аккумулятор вырабатывает всего лишь 12 В? На помощь данному устройству приходит вся система зажигания.
Система зажигания – основа эффективной работы свечи зажигания и двигателя в целом
Классическая форма. Она состоит из катушки зажигания или модуля зажигания, электронного блока управления («Мозги»), прерывателя, конденсатора, аккумулятора. Исправная работа всей системы помогает свече зажигания преобразовывать ток низкого напряжения (12 В) в ток высокого напряжения (25 000 – 30 000 В). «Мозги», подсоединённые к аккумулятору, подают высокое напряжение в катушку зажигания. Она в свою очередь отдаёт энергию в свечу зажигания. Также за работу данного элемента отвечает датчик положения коленчатого вала (ДПКВ). Он установлен на конце коленчатого вала. Когда стержень вращается и его метка совмещается с ДПКВ, то подается сигнал в «Мозги». И опять по кругу. «Мозги» выдают напряжение катушке зажигания, а она свече зажигания. Образуется искра. Следует отметить, что катушка зажигания имеет под каждый цилиндр двигателя свой модуль, от которого отходят высоковольтные провода к свече зажигания. Провода соединяются с помощью наконечника зажигания. Таким образом, в четырёхцилиндровом моторе будет 4 свечи зажигания, соединённые соответственным количеством высоковольтных проводов.
Р.S: на современных авто модуль зажигания и высоковольтные провода отсутствуют. Вместо них устанавливается индивидуальные катушки зажигания, которые подсоединяются под каждую свечу зажигания. Соединяются с каждой катушкой зажигания «Мозги» с помощью индивидуальных управляющих проводов.
Современная система зажигания
- Замок зажигания
- Аккумуляторная батарея
- Индивидуальная катушка зажигания
- Свеча зажигания
- ЭБУ двигателя («Мозги»)
- Датчик положения распределительного вала (ДПРВ)
- Датчик положения коленчатого вала (ДПВК)
Как часто менять свечи зажигания?
Специалисты утверждают, что свечи зажигания после 30 000 — 40 000 километров пробега (при оптимальных условиях езды) следует менять на новые модели. В среднем этот параметр может быть 15 000 километров езды. А что делать, если вы заметили нагар свечи зажигания? Обращайте внимание на цвет образовавшейся копоти. Свеча зажигания — зеркало работы двигателя. Именно поэтому, светло серый и светло коричневый цвет свидетельствует о качественной работе мотора. А влажный черный маслянистый свечи зажигания нагар свидетельствует о повреждении поршня, цилиндра. Также образование нагара на свече может быть причиной не правильного выбора данного элемента.
Как выбрать свечи зажигания?
- При подборе нового комплекта свечей обращайте внимание на марку автомобиля и параметры её двигателя (мощность и объем). Так свечи зажигания для иномарок не подойдут для отечественных авто. Если сравнить, то свечи зажигания для форд фокус 2 отличаются от свечей зажигания для девятки.
- Учитывайте диаметр резьбы свечи зажигания. Существует такие параметры: 8, 10, 12, 14, 18 миллиметров. Свечи зажигания с резьбой 10мм производятся таким брендами, как NGK, DENSO, Iskra.
- Длина резьбы свечи зажигания бывает до 11,(11,2), 12, (12,7), 17,5,19,25, 25 и более миллиметров. Например, свечи зажигания на хендай гетц будут с длиной резьбы 19 мм.
- Важным параметром является калильное число (время, за которое элемент зажжется) свечи зажигания. В камере сгорания двигателя (в зависимости его мощности и нагрузки) температура повышается по-разному. Чем выше калильное число указано, тем свеча меньше нагревается. Поэтому «горячие» свечи подойдут для авто с небольшой нагрузкой. Для спортивных автомобилей, которые ездят на высокой скорости, на дальние расстояния лучше купить свечи зажигания «холодные». Маркировка калильного числа у каждого производителя разная. Российские бренды придерживаются таких параметров. Горячие свечи: 11-14. Холодные свечи: 20 и более. Средние свечи: 17-19.
- Материал центрального электрода. Доступные модели могут состоять из меди, сплава меди, железа и никеля. Центральный электрод из платины, иридия, серебра имеют ряд преимуществ. Такие изделия в несколько раз служат дольше. Например, свечи зажигания иридиевые имеют тонкий электрод, который обеспечивает полное возгорание и его легко почистить. Более того, иридиевые свечи зажигания уверенней работают на переходных режимах и повышают мощность мотора и экономят топливо.
Какие свечи зажигания выбрать?
Прежде, чем выбрать свечи накаливания, обращайте внимание на ведущие бренды, которые зарекомендовали себя, как надёжные производители. Например, свечи зажигания Сhampion производителя являются одними из самых совершенных видов данной продукции. Они обладают увеличенным сроком эксплуатации. Некоторые из них обладают оцинкованным корпусом, защищая от коррозии. Свечи зажигания NGK сегодня активно применяются водителями, так как производитель использует иридий — материал для центрального электрода. Это экономит топливо, способствует оптимальной работе двигателя и продлевает срок службы свече. Многие Вosch свечи зажигания отличаются применением серебра для создания центрального электрода. Это снижает требование к напряжению, а значит, экономит топливо. Bugaets свечи зажигания помогают сжечь топливо равномерно и симметрично, поэтому снижается его расход.
Как не нарваться на подделку?
При покупке оригинальных свечей обьязательно обращайте внимарние на следующие детали:
- Поверхность должна быть ровной (отсутствие шероховатости).
- Стержень не должен двигаться, а плотно прилегать.
- Требуйте сертификат соответствия у продавца.
Из чего состоит свеча зажигания
Поиск автозапчастей
Каталог автозапчастей
Детали двигателя
Детали трансмиссии
Ходовая часть
Рулевое управление
Тормозная система
Электро-
оборудование
Дизельная
топливная система
Свечи зажигания
- Оптимальный состав топливо-воздушной смеси.
Для полного сгорания бензина соотношение воздуха с топливом должно быть 15:1. Для максимальной мощности двигателя соотношение воздух топливо должно быть 12:1. Для экономии топлива соотношение должно быть 16:1. У двигателей с системой работы на сверхобедненной смеси соотношение может достигать 23:1.
Рассмотрим классификацию строение и функции системы зажигания.
По строению системы зажигания можно разделить на три основные типа:
-
Контактная (обычная) система зажигания.
В неё входят:
1. Аккумулятор
2. Ключ зажигания
3. Высоковольтная катушка
4. Контакт трамблера (прерыватель)
5. Крышка трамблера
6. Бегунок
7. Свеча зажигания.
В этой системе зажигания используется механический прерыватель питания на высоковольтную катушку для обеспечения прерывистой подачи высокого напряжения на трамблер.
Недостатки: из за того, что прерыватель является механическим устройством с движущимися деталями возможно нарушение прохождения электрического тока через его контакты из-за их загрязнения или износа, так же характеристики работы данной системы зависит от оборотов двигателя.
Транзисторная система зажигания.
Эта система зажигания состоит из:
1. Аккумулятор
2. Ключ зажигания
3. Высоковольтная катушка с транзисторным коммутатором.
4. Датчик Холла.
5. Крышка трамблера
6. Бегунок
7. Свеча зажигания.
В транзисторной системе прерывание питания высоковольтной катушки осуществляется транзистором, расположенным в коммутаторе, который срабатывает при поступлении сигнала от датчика Холла. Эта система обеспечивает стабильное искрообразование во всем диапазоне оборотов двигателя.
Недостатки: из за того, что в системе сохранились механическим движущиеся устройства (бегунок, датчик Холла) возможно нарушение прохождения электрического тока через его контакты из-за их загрязнения или износа, так же имеются ограничения в тонких настройках работы системы зажигания.
Свечи зажигания.
Длительность момента образования искры между центральным и заземляющим электродами свечи зажигания после подачи на неё высокого напряжения чрезвычайно мала и составляет одну миллисекунду, а температура искры составляет порядка 10000 градусов. Функция свечи зажигания заключается в искрообразовании, которое запускает воспламенение топливовоздушной смеси.
На процесс искрообразования между электродами свечи влияет множество факторов:
- Зазор между электродами свечи
Чем больше зазор, тем большее напряжение требуется для искрообразования. - Форма центрального электрода
чем меньше площадь торца электрода, тем легче возникает искра. - Давление в камере сгорания.
Чем выше давление, тем большее напряжение требуется для искрообразования. - Температура топливовоздушной смеси.
Чем выше температура, тем меньшее напряжение требуется для искрообразования. - Температура электродов.
Чем выше температура, тем меньшее напряжение требуется для искрообразования. - Соотношение воздух/топливо.
Чем выше это соотношение (чем беднее смесь, чем меньше в ней бензина) тем выше требуется напряжение для искрообразования. - Влажность. Чем выше влажность, тем большее напряжение требуется.
Во время работы двигателя, на свечу воздействует ряд неблагоприятных факторов. Свеча зажигания должна обладать рядом свойств для того, чтобы эффективность её работы не снижалась под действием этих неблагоприятных факторов.
Рассмотрим эти свойства:
- Устойчивость к перепадам температур.
Во момент воспламенения топлива поверхность свечи контактирует с раскаленными газами, чья температура может достигать 3000 градусов, а через мгновение во время фазы впуска поверхность свечи контактирует с топливовоздушной смесью, чья температура может находится в минусовых значениях в холодное время года. - Устойчивость к перепадам давления.
Свеча должна обладать достаточной механической прочностью так как во время фазы впуска давление в цилиндрах менее 1 атмосферы, а в момент фазы сгорания топлива давление может достигать 50 атмосфер. - Устойчивость к высокому напряжению.
Свеча должна без утечек и пробоев проводить электрический ток напряжением в 10-30 тысяч вольт. - Свеча должна обеспечивать герметичность соединения с двигателем.
- Свеча должна быть износостойкой. Электроды свечи не должны быстро разрушаться в процессе эксплуатации двигателя.
- Поверхность свечи должна самоочищаться от отложений продуктов горения в процессе эксплуатации двигателя. Это обеспечивается поддержанием оптимальной для самоочищения температурой поверхности свечи (около 500 градусов).
Устройство свечи зажигания.
Из чего состоит свеча зажигания
Свеча зажигания в основном состоит из металлического корпуса, изолятора и центрального проводника.
Элементы свечи зажигания:
-Контактный сердечник
Предназначен для подключения свечи к высоковольтным проводам системы зажигания
— Ребра изолятора
Рёбра изолятора затрудняют электрический пробой по его поверхности, удлиняя путь поверхностных токов (эквивалент более длинному изолятору).
— Изолятор
Изолятор, как правило, делается из керамики, которая должна выдерживать температуры от 450 до 1 000 °C и напряжение до 60 000 В.
— Уплотнители
Предназначены для предотвращения прорыва горячих газов из камеры сгорания.
— Корпус
Служит для вкручивания свечи в резьбу головки блока цилиндров, для отвода тепла от изолятора и электродов, а также является проводником электричества
— Боковой электрод
Для увеличения долговечности электроды свечей изготавливают из платины и других благородных металлов.
В форкамерных свечах роль бокового электрода играет сам корпус свечи, снабженный специальным жаропрочной полусферической насадкой. При этом образуется кольцевой искровой зазор, где искровой заряд перемещается по кругу и форкамера, в которой происходит первичное воспламенение смеси.
— Центральный электрод
Центральный электрод соединяется с контактным сердечником свечи. Центральный электрод должен обладать хорошей способностью к эмиссии электронов, для облегчения искрообразования.
— Зазор
Минимальное расстояние между центральным и боковым электродом
Свеча зажигания в основном состоит из металлического корпуса, изолятора и центрального проводника.
Элементы свечи зажигания:
-Контактный сердечник
Предназначен для подключения свечи к высоковольтным проводам системы зажигания
— Ребра изолятора
Рёбра изолятора затрудняют электрический пробой по его поверхности, удлиняя путь поверхностных токов (эквивалент более длинному изолятору).
— Изолятор
Изолятор, как правило, делается из керамики, которая должна выдерживать температуры от 450 до 1 000 °C и напряжение до 60 000 В.
— Уплотнители
Предназначены для предотвращения прорыва горячих газов из камеры сгорания.
— Корпус
Служит для вкручивания свечи в резьбу головки блока цилиндров, для отвода тепла от изолятора и электродов, а также является проводником электричества
— Боковой электрод
Для увеличения долговечности электроды свечей изготавливают из платины и других благородных металлов.
В форкамерных свечах роль бокового электрода играет сам корпус свечи, снабженный специальным жаропрочной полусферической насадкой. При этом образуется кольцевой искровой зазор, где искровой заряд перемещается по кругу и форкамера, в которой происходит первичное воспламенение смеси.
— Центральный электрод
Центральный электрод соединяется с контактным сердечником свечи. Центральный электрод должен обладать хорошей способностью к эмиссии электронов, для облегчения искрообразования.
— Зазор
Минимальное расстояние между центральным и боковым электродом