Все, что вы хотели знать об искре
Воспламенение смеси топлива и воздуха в бензиновых двигателях внутреннего сгорания достигается при помощи искры, для создания которой используется свеча зажигания: между ее электродами как раз и образуется искра. Для формирования достаточно мощной искры и устойчивого фронта воспламенения, помимо подачи на свечу мощного напряжения, необходимо сочетание многих факторов. О влиянии различных процессов на искрообразование мы сегодня и поговорим.
Основная сложность искрообразования в зазоре между электродами состоит в том, что воздух является естественным диэлектриком: его атомы электрически нейтральны и не образуют пути для прохождения электрического тока. Тем не менее, в определенных условиях и воздух может стать проводником – для этого необходимо создать действительно высокое напряжение. Под его воздействием отрицательно заряженные частицы (электроны) начинают переходить от одних атомов к другим. Нейтральные атомы трансформируются в электрически заряженные атомы, называемые «ионами», и сам процесс преобразования получил название «ионизации».
Высокое напряжение
Если говорить конкретно о зазоре (расстоянии) между электродами свечи зажигания, то для его «пробития» искрой требуется напряжение в 10–40 кВ, в некоторых случаях до 45 кВ. При создании такого напряжения между электродами начинается процесс ионизации воздуха, в нем образуется токопроводящая дорожка для электроэнергии, которая фактически и является высокотемпературной искрой. Температура этой искры может превышать 10 000 °C, благодаря чему и происходит воспламенение частичек топлива и воздуха. Искра очень быстротечна – разряд происходит всего за тысячную долю секунды.
Для того, чтобы этой быстротечной искры стадо достаточно для начала процесса воспламенения ТВС, необходимо сочетание многих факторов. Нужно понимать, что напряжение, создающиеся катушкой зажигания, нарастает в ней как раз до того момента, пока не произойдет искровой пробой, и условия для этого пробоя во многом зависят именно от конструкции и материалов самой свечи зажигания. Если конкретнее, то влияние оказывают два основных фактора: это величина зазора между электродами свечи зажигания и форма и размер электрода. Помимо этого, имеются различные внешние (не зависящие от системы зажигания) условия, благодаря которым искровой пробой может произойти при большем или меньшем напряжении — температура, состав и давление ТВС также влияют на искрообразование. Эти условия задаются конструкторами двигателя и учитываются производителями свечей. Важным направлением работы для DENSO является снижение требуемого для создания искры напряжения, поскольку в этом случае катушка зажигания будет работать под меньшей нагрузкой. При этом снизится и вероятность пропусков зажигания.
Факторы, с которыми мы работаем
Зазор между электродами свечи зажигания является важнейшим и очень тонким параметром. Известно, что напряжение, необходимое для образования искры, возрастает пропорционально увеличению зазора между электродами. Больше зазор — большее количество воздуха должно быть ионизировано, что, в свою очередь, потребует более высокого напряжения. Однако уменьшение зазора чревато тем, что в межэлектродном пространстве будет недостаточно молекул топлива и воздуха, и искра ничего не воспламенит. Поэтому величина зазора — это настоящее искусство: он не должен быть ни слишком большим (потребуется большое напряжение), ни слишком маленьким (не сможет воспламенить ТВС).
Второй важный фактор — это форма и размер электродов. Процесс ионизации воздуха в зазоре между электродами протекает легче, когда он сконцентрирован в одном месте, например, на острой кромке электрода. Более острый электрод меньшей общей площади требует меньшего напряжения для запуска процесса ионизации, чем более толстый и круглый.
Это одна из причин, по которой свечи зажигания, изнашивающиеся в процессе работы, начинают создавать более слабую искру, вплоть до пропусков зажигания. Скругленные кромки электродов затрудняют ионизацию и требуют напряжения, которое катушка зажигания уже не в состоянии создать. По этой причине производители, вслед за DENSO, массово переходят на тонкие и острые электроды.
На что повлиять сложнее
К факторам, также непосредственно влияющим на искрообразование, относятся условия, возникающие в камере сгорания. В их число входит температура (как электродов свечи, так и топливовоздушной смеси), давление в конце такта сжатия, состав ТВС.
Температура самих электродов свечи, а также ТВС в камере сгорания влияет на искрообразование: чем она выше, тем подвижнее атомы и тем проще запустить процесс их ионизации. Это значит, что напряжение, необходимое для формирования искры, снижается по мере возрастания температуры электродов и среды в камере сгорания. По мере прогрева двигателя, а также в режиме высоких оборотов и мощности, потребное напряжение падает, искрообразование улучшается — в противовес холостому ходу и работе холодного двигателя.
Давление, достигнутое в камере сгорания в конце такта сжатия, также оказывает прямое влияние на требуемое напряжение. Чем выше давление, тем большее абсолютное количество молекул воздуха и топлива, которые требуется ионизировать, оказывается в зазоре между электродами, что требует более высокого напряжения. При этом само топливо, особенно в жидкой форме, легче ионизируется, чем воздух. Следовательно, обогащенные топливовоздушные смеси легче ионизируются и требуют меньшего напряжения, чем обедненные смеси. Сложив эти два фактора, мы поймем, что бедная смесь современного наддувного инжекторного двигателя с высоким давлением сжатия требует гораздо более высокого напряжения для создания искры, чем богатая смесь атмосферных двигателей прошлого.
Поиск оптимального пути
Понимая, что развитие современных двигателей идет по пути обеднения смеси и увеличения степени сжатия, при производстве свечей зажигания DENSO старается применять технологии и решения, позволяющие поддерживать возможно более низкий уровень требуемого напряжения.
В качестве примера такого изделия можно привести свечи зажигания с электродами малого размера, изготовленными с использованием благородных металлов, таких как иридий. Свечи зажигания DENSO линейки Iridium TT обладают тонким центральным иридиевым электродом диаметром всего 0,4 мм. Более острые электроды меньшего размера требуют менее высокого напряжения для образования искры, а сам иридий отличается повышенной стойкостью к воздействию высоких температур и износу. Этим же обусловлено наличие в ассортименте DENSO обычных никелевых свечей с технологией ТТ — Twin Tip, суть которой заключается в установке на электроды наконечников малого диаметра, улучшающих искрообразование.
Эти более технологичные свечи с улучшенным искрообразованием выпускаются DENSO в очень широком ассортименте, что позволяет прямо сейчас установить их практически на любой автомобиль. Благодаря такой замене понижаются требования к напряжению, производимому катушкой зажигания, увеличивается срок службы всех компонентов системы зажигания. Улучшенное искрообразование положительным образом сказывается на запуске и приемистости двигателя, топливной экономичности. Подобрать самые современные свечи DENSO можно в онлайн-каталоге.
Наша страница на DRIVE2:
У вас большие запросы!
Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.
Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.
Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад
У вас большие запросы!
Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.
Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.
Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад
Все про свечи зажиганиЯ!
Свеча зажигания — устройство для поджига топливо-воздушной смеси в бензиновых двигателях внутреннего сгорания. Поджиг производится электрическим разрядом напряжением в несколько тысяч или десятков тысяч вольт, возникающим между электродами свечи.
Свеча зажигания является решающим фактором в определении оптимальной работы и надежного функционирования бензинового двигателя. Задачей свечи зажигания является подача высокого напряжения, генерированного в катушке зажигания, к камере сгорания, и воспламенение топливно-воздушной смеси. Между тем, свеча зажигания является предметом чрезвычайных и часто изменяющихся режимов работы, таких как «прекращение и начало» дорожного движения в городе или вождение по автострадам на полном газу.
Требования к современным свечам зажигания:
* надежная работа при высоких напряжениях (до 40,000 вольт),
* хорошие изоляционные свойства (при температуре в 1000 °С),
* сопротивляемость химическим процессам в камере сгорания и агрессивным отложениям,
* сопротивляемость тепловому удару,
* изолятор и электроды должны обладать хорошей теплопроводностью.
Мало кто из автолюбителей придает особое значение выбору свечей зажигания. Однако свечи являются важнейшим элементом системы зажигания, ведь от устойчивости и своевременности искрообразования зависит стабильность работы всего двигателя. К основным характеристикам свечи можно отнести: калильное число, способность к самоочищению, величину искрового промежутка, число боковых электродов, срок службы, тепловую характеристику свечи и рабочую температуру свечи. Теперь обо всем этом подробно.
Первое, на что следует обращать внимание при выборе, — это калильное число. Данный параметр является условным и показывает, при каком давлении в цилиндре двигателя возникает калильное зажигание – воспламенение смеси не от искры, а от контакта с нагретыми участками свечи. Калильное число выбранной свечи должно строго соответствовать рекомендованному для вашего двигателя. Допускается непродолжительное использование свечей с несколько большим значением калильного числа, но категорически запрещается использовать свечи с меньшим значением, так как это может привести к самым печальным последствиям, вплоть до пробоя прокладки головки блока цилиндров, прогорания поршней, клапанов и т. д.
Способность к самоочищению
Тоже является условной характеристикой, не поддающейся количественной оценке. В процессе работы двигателя часть продуктов сгорания топливовоздушной смеси осаждается на поверхности камеры сгорания, поршнях и на тепловом конусе свечи.
Практически все производители говорят о том, что их свечи обладают высокой способностью к самоочищению, однако проверить правдивость подобных заявлений можно только на практике. В идеале свеча, прогревшаяся до рабочей температуры, вообще не должна покрываться нагаром, однако в реальных условиях добиться этого невозможно.
Теперь настала пора поговорить о том, чем вреден образовавшийся нагар.
Это расстояние между центральным и боковым электродами. Для каждого типа свечей завод-изготовитель устанавливает определенный зазор, и дальнейшая его регулировка не предусмотрена. Если же вы каким-то образом изменили его величину, то «бюджетный» вариант решения проблемы – восстановление первоначального зазора, разумный — замена свечи.
Число боковых электродовСвечи зажигания (NGK, Denso)
Классическая конструкция свечи предполагает один центральный электрод и один боковой. Однако некоторое время назад производители начали изготавливать двух-, трех- и даже четырехэлектродные модели. Бытует ошибочное мнение, что в процессе их работы образуются две, три и четыре искры соответственно. Это неверно. Просто искрообразование становится устойчивее, обуславливая более стабильную работу двигателя в режиме малых оборотов, улучшается процесс поджига смеси и, наконец, увеличивается срок службы самого изделия.
Недавно в продаже появились свечи вообще без боковых электродов, роль которых выполняют дополнительные, расположенные на изоляторе. Вот при такой конструкции как раз и возникает несколько разрядов, причем не все сразу, а по очереди, образуя тем самым «гуляющую» искру. Подобные конструкции являются весьма перспективными, так как объективно обеспечивают более надежное воспламенение смеси. Однако вследствие усложнения технологии производства они имеют и более высокую цену.
Рабочая температура свечи
Это температура рабочей части свечи при данном режиме двигателя. На всех режимах работы мотора она должна лежать в пределах от 500 до 900 градусов Цельсия. Как бы не различались тепловые потоки, бушующие в камере сгорания при пуске, работе на холостом ходу и режиме полной мощности, температура свечи не должна выходить из указанного поля допуска. Так как понижение температуры приведет к образованию нагара на изоляторе, способного шунтировать («закоротить») межэлектродный зазор и вызвать перебои в искрообразовании. А при повышении возникнет калильное зажигание.
Этот неуправляемый процесс способен полностью нарушить строго согласованный рабочий цикл двигателя и резко снизить его мощность. Помимо этого повышение средней температуры электродов сокращает срок службы самой свечи.
Тепловая характеристика свечи
Это зависимость температуры теплового конуса изолятора и центрального электрода (рабочей температуры свечи) от режима работы двигателя. Для увеличения рабочей температуры теплового конуса увеличивают его длину, однако выше 900 градусов разогревать конус нельзя, так как при этом возникает калильное зажигание.
Исходя из тепловой характеристики все свечи можно условно поделить на «горячие» и «холодные».
«Горячие» свечи предназначены для применения на двигателях, где необходимо достижение температуры самоочищения от нагара при относительно небольших тепловых нагрузках. Свечи, «горячее» положенных для данного двигателя, будут вызывать калильное зажигание.
«Холодные» свечи используются когда предусмотрен нагрев меньше температуры калильного зажигания при максимальной мощности двигателя. Свечи «холодные» для данного двигателя не будут достигать температуры самоочищения от нагара и перестанут работать через короткий промежуток времени.
Технологии «двойного металла»Свечи зажигания
Казалось бы, что еще нового можно привнести в конструкцию свечи? Оказывается – очень многое. На самом деле свеча имеет гораздо более сложное «внутреннее строение», чем принято считать.
В настоящее время многими производителями освоено производство свечей с составными, биметаллическими центральными электродами. По внешнему виду они ничем не отличаются от обычных – центральный электрод вроде бы также выполнен из хромоникелевого сплава. Но внутри — медь, теплопроводность которой заметно выше. Это позволяет улучшить процесс самоочистки от нагара и повысить защиту от перегрева. Диапазон рабочих температур у них значительно расширен, поэтому они получили название «термоэластик».
«Термоэластичные» свечи способны достигать нижнего температурного предела тепловой характеристики при наименьшей эффективной мощности, развиваемой двигателем.
Кроме того, применение биметаллических электродов снижает термонагруженность свечи, благодаря чему значительно увеличивается срок службы. Кстати, биметаллическим может быть не только центральный, но и боковой электрод, что еще больше расширяет температурный диапазон работы свечи.
Появление особо форсированных моторов с турбонаддувом заставило искать материалы с более высокой эрозионной стойкостью, чем хромоникелевые сплавы. В результате появились свечи с центральным электродом из платиновых или иридиевых сплавов. По температурным характеристикам такие модели не имеют преимуществ перед обычными, вот только служить они будут как минимум в 2 раза дольше биметаллических, а цена их в 2—3 раза выше.
Чего ждать от нагара?Свечи зажигания, нагар
По образующемуся нагару происходит утечка энергии на корпус, значительно ослабляющая мощность электрической дуги между центральным и боковым электродами свечи (т.е. искру). Может случиться, что нагар полностью заполнит пространство между электродами, образуя электропроводный мостик, что полностью выведет свечу из строя. В большинстве случаев количество отложений, достаточное для потери свечей работоспособности, возникает при неисправности системы питания и неверно выставленном угле опережения зажигания. Если вы обнаружили, что свечи серьезно «закоптились», не пытайтесь отмачивать их в бензине или ацетоне с тем, чтобы затем очистить щеткой. Дело в том, что на поверхности электродов большинства современных свечей производится напыление благородных металлов. Таким образом, проводя вышеуказанные процедуры, вы буквально обдерете свечу, как липку, что только ухудшит ее характеристики. Кроме того, вы рискуете изменить величину искрового промежутка, чем окончательно нарушите ее работу.
Если уж по каким-то причинам нет возможности приобрести новый комплект свечей (что является самым разумным решением), то просто на время немного прикрутите винт токсичности (совет подходит только для карбюраторных двигателей) в сторону обеднения смеси. После пробега 50—100 километров нагар самоликвидируется, если только причина его возникновения не кроется в нарушении нормальной работы какой-либо из систем двигателя.
О цвете и запахе
Срок службы правильно подобранной свечи во многом зависит не только от ее конструкции, но и от исправности систем питания, зажигания, а также деталей самого двигателя.
Ну а сами свечи зажигания вполне можно отнести к уникальным деталям, по внешнему виду которых можно судить о неисправностях тех или иных систем силового агрегата. Итак, переходим непосредственно к цветам отложений.
Светло-серый или светло-коричневый может быть вызван наличием небольшого количества отложений продуктов сгорания, заметных также на боковых поверхностях электродов. Эрозия практически отсутствует. Значит, двигатель и все его системы работают нормально, и в топливном баке у вас залит качественный бензин.
Черный свидетельствует о том, что на каких-то режимах двигателя система питания переобогащает топливовоздушную смесь. Она не сгорает полностью и образует большое количество копоти.
При загрязнении топливом изолятор и электроды свечи покрыты влажными отложениями черного цвета, а свеча пахнет бензином. Кроме того, причиной подобного явления может стать нестабильная работа системы зажигания, приводящая к сбоям искрообразования, а также использование чрезмерно «холодной» свечи.
Если электроды и изолятор свечи покрыты шлаком, имеющим маслянистый блеск, то можно сделать вывод о загрязнении свечи маслом. При длительной эксплуатации такой свечи, и не устраняя причину, можно получить полностью закоксованые продуктами сгорания масла изолятор и электрод. К этому приводит попадание масла в камеру сгорания, которое может быть вызвано износом маслосъемных колпачков, направляющих втулок клапанов, маслосъемных поршневых колец.
Иные, не так часто встречающиеся, но все же возможные причины — подтекание тормозной жидкости через поврежденную диафрагму вакуумного усилителя и просачивание во впускной коллектор трансмиссионной жидкости через мембрану вакуум-корректора (для машин с автоматической КПП). Чтобы уточнить причину, необходимы дополнительные диагностические методы. Возможна такая картина и на первых километрах пробега при обкатке нового двигателя или после ремонта, когда кольца еще не приработались.
Если в бак вашего автомобиля регулярно попадает этилированный бензин, то неизбежно отложение свинца на поверхности изолятора и электродов. Их поверхность покрывается пористыми отложениями, обладающими резким запахом сероводорода. Цвет этих отложений зависит от видов применяемых в бензине присадок и может изменяться от грязно-белого до темно-коричневого. Как показывает практика, срок службы свечей при использовании этилированного бензина сокращается как минимум вдвое.
Износ и остекленение
В ряде случаев происходит износ свечи. Изолятор имеет нормальный цвет, а кромки бокового и центрального электродов скруглены в результате эрозионного износа. Электродный зазор недопустимо увеличен. Такая свеча гарантирует проблемы при запуске двигателя, особенно в холодное время года, и увеличение расходов на топливо. Причина одна — несвоевременная проверка и замена свечей. Выгоревшие или сильно корродированные электроды, выгоревший «изъязвленный» изолятор — симптомы перегрева свечи. Причина — слишком низкое калильное число, неправильная установка зажигания, низкооктановый бензин. Менее вероятны, но возможны и другие причины — слишком бедная смесь, зависание клапана, плохое охлаждение и перегрев двигателя. Результат в любом случае один — калильное зажигание и сильная детонация. Если вы эксплуатируете автомобиль преимущественно в тяжелых условиях, поставьте более «холодные» свечи.
Если вы часто допускаете перегазовки и «кик-дауны», то у вас есть все шансы узнать, что такое остекленение свечи. Поверхность изолятора приобретает желтоватый цвет с глянцевым блеском. Образование глазури происходит из-за быстрого повышения температуры в камере сгорания в момент резкого нажатия на педаль газа. При разогреве находящиеся на поверхности изолятора отложения плавятся, образуя электропроводное стекловидное покрытие. В результате возникают сбои искрообразования, особенно на высоких оборотах двигателя. В большинстве случаев восстановлению такие свечи не подлежат.
Причины калильного зажигания и детонации
При перегреве электродов и изолятора возникает калильное зажигание. Следствием перегрева является оплавление электродов. Как правило, причиной перегрева служит неверный выбор типа свечи (более горячей, чем требуется). Если же свеча выбрана правильно, то следует искать неисправность в системе питания. Возможно, смесь переобеднена по причине нарушения регулировок карбюратора или неисправности одного из датчиков (на двигателях с впрыском топлива), как правило — ДМРВ. Также необходимо убедиться в отсутствии подсоса постороннего воздуха во впускной коллектор и проверить регулировку клапанов, так как неверно установленный угол опережения зажигания тоже может служить причиной перегрева свечей.
При использовании низкооктанового бензина, а также при нарушении регулировки зазора между электродами и слишком раннего зажигания может возникать детонация. Как следствие трескается или даже выкрашивается тепловой конус свечи. Гораздо большую опасность детонация имеет для поршневой группы и может послужить причиной прогорания поршней. Определить наличие детонации можно по повышенной вибрации двигателя и регулярному «постреливанию» из выхлопной трубы на холостом ходу (не путать с «вытраиванием» двигателя).
Чуть-чуть о ресурсе
Современные свечи зажигания при эксплуатации на полностью исправных и отрегулированных двигателях должны в соответствии с ОСТ 37. 003 081 бесперебойно работать в течение 30 тыс. км пробега для классической и 20 тыс. км для электронной системы зажигания. По мнению специалистов, фактический ресурс примерно вдвое выше, но труднодостижим из-за необходимости идеальных условий эксплуатации свечей, которые возможны не всегда. Однако с учетом прогресса в области новых технологий ресурс современных свечей, при условии исправности всех систем двигателя, составляет в среднем 50 тыс. км.
Безусловно, выбирая свечи, необходимо руководствоваться не только требуемыми характеристиками, но и здравым смыслом. Ведь если вы являетесь владельцем ВАЗовской «классики», двигатель которой является архаизмом во всех отношениях, то ставить свечи по $10—20 за штуку по меньшей мере неразумно. И наоборот, трудно представить себе владельца Lexus, покупающего дешевые свечи с ресурсом не более 20 тыс. км.
Если двигатель с трудом запускается, работает с перебоями, в первую очередь следует проверить исправность свечей зажигания.
Свеча зажигания сохраняет работоспособность при не изношенных электродах, герметичном корпусе, неповрежденных тепловом конусе и изоляторе, а также исправном добавочном резисторе (если он присутствует в конструкции данного узла).
Существует несколько способов определения работоспособности свечей зажигания: испытания «на искру», внешний осмотр, проверка электроцепи. Первый способ наиболее полно осуществим в условиях СТО (с применением спецоборудования). Автовладельцы могут провести самостоятельную проверку «на искру» только упрощенным способом.
Проверить искрообразование свечей можно с помощью диагностического тестера, стенда с барокамерой или пьезоэлектрического пробника-«пистолета».