Лекция 11 по МДК 1.1. Конструкция, техническое обслуживание и ремонт транспортного электрооборудования и автоматики

АВТОМОБИЛЬНЫЕ СВЕЧИ ЗАЖИГАНИЯ

Электроискровая свеча является важнейшим компонентом любой современной автомобильной системы зажигания. От совершенства ее конструкции и правильного подбора в значительной степени зависит надежность работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с принудительным воспламенением топливовоздушной рабочей смеси. По принципу работы различают свечи с ис­кровым воздушным зазором, со скользящей искрой, полупроводниковые, эрозийные и комбини­рованные. При любом исполнении свеча зажигания является быстродействующим искровым за­палом топливовоздушной смеси в цилиндрах ABC. Наибольшее распространение на автомобиль­ных двигателях получили искровые свечи с воздушным зазором, что объясняется их высокой надежностью, простотой конструкции и технологичностью изготовления. Такие свечи рассматриваются в данной главе.

10.1. Особенности электроискрового разряда

Для образования искры в свече зажигания с воз­душным зазором на ее электроды подается высокое напряжение, источником которого на современных легковых автомобилях является индуктивный нако­питель энергии — катушка зажигания. Как только разность потенциалов на электродах свечи достига­ет значения пробивного напряжения, между элект­родами происходит электроискровой разряд.

Пробивное напряжение зависит от параметров самой свечи (материал и форма электродов, вели­чина воздушного зазора между электродами, по­лярность центрального электрода), от параметров, характеризующих условия воспламенения рабочей смеси в камере сгорания (давление в момент про­боя искрового промежутка, температура рабочей смеси и электродов, состав и скорость движения смеси в зоне искрового промежутка); пробивное напряжение зависит также от скорости нараста­ния напряжения на электродах свечи, т.е. от пара­метров выходного каскада системы зажигания. Величина пробивного напряжения воздушного промежутка в свече зажигания лежит в пределах 8 кВ U_npU_2max, развиваемое катушкой зажига­ния, должно превышать необходимое пробивное на­пряжение U_np на всех режимах работы двигателя с достаточным запасом: U_2max = 1.5 U_np. Энергия, за­пасенная в индуктивном накопителе (в катушке за­жигания), выделяется между электродами свечи в виде электрической искры. Электроискровой разряд является источником тепла, а также сильной иониза­ции и протекает практически мгновенно. Температу­ра канала разряда (ионизированного искрового жгу­та) радиусом 0,2...0,6 мм превышает 10000°К. Эле­ктроискровой разряд энергии, накопленной в катуш­ке зажигания, всегда распадается на две фазы: ем­костную и индуктивную (рис. 10.1).

После того как ток li в первичной (накопитель­ной) обмотке катушки зажигания прерывается, на­чинает быстро исчезать магнитное поле, накоплен­ное вокруг первичной обмотки за время протекания по ней первичного тока. При этом напряжение U₂ на вторичной обмотке, а значит, и на электродах свечи зажигания, возрастает. Когда напряжение 1)₂ стано­вится равным пробивному (U_np), между электродами свечи происходит электроискровой разряд. В начале разряда будет иметь место емкостная фаза (участок а...б), а затем индуктивная (участок б...в).

Емкостная фаза представляет собой разряд энер­гии, накопленной к моменту пробоя

в электрических полях системы зажигания.

Рис. 10.1.

Изменение напряжения между электродами свечи зажи­гания во время электроискрового разряда:

1 — максимальное значение напряжения на вторичной об­мотке катушки зажигания — U_2мах = 1,5 U_np; 2 — пробив­ное напряжение U_np, при котором возникает электрическая искра (масштаб U_2max и U_np — уменьшен); 3 — напряжение U_A электрической дуги тлеющего разряда при индуктивной фазе разряда; а...б — емкостная фаза разряда; б...в — ин­дуктивная фаза разряда.

Эти поля образуются в со­средоточенной емкости первичной и распределенной емкости вторичной цепи выходного каскада системы зажигания. Поскольку искровой промежуток сильно ионизирован и его сопротивление мало, ток емкост­ной фазы может достигать нескольких десятков и да­же сотен ампер, однако длительность этой фазы не­значительна —1...3 мкс.

Индуктивная фаза разряда следует сразу вслед за емкостной и представляет собой тлеющий разряд в догорающих газах той части энергии магнитного поля катушки зажигания, которая осталась в ней по­сле завершения емкостной фазы разряда. Продол­жительность индуктивной фазы значительно больше емкостной и достигает нескольких миллисекунд, но ток тлеющего разряда не превышает десятков мил­лиампер. Для систем зажигания с индуктивным на­копителем энергия емкостной фазы находится в пределах 5...15 мДж, а индуктивной фазы — 50... 100 мДж.

В нормально работающем двигателе рабочая смесь в камере сгорания воспламеняется во время емкостной фазы разряда, когда температура в ис­кровом промежутке свечи зажигания достигает мак­симальных значений (10000°К и более). Однако ин­дуктивная фаза играет более значительную роль при догорании топливовоздушной смеси и особенно на низких оборотах и на переходных режимах работы двигателя. В таких условиях индуктивная фаза раз­ряда (длительность, энергия) оказывает более суще­ственное влияние, чем емкостная фаза, на выход­ные характеристики двигателя (мощность, эконо­мичность, токсичность). Однако емкостная фаза, яв­ляясь первичным "поджигателем" топливовоздуш­ной смеси, определяет устойчивость и эффектив­ность работы ДВС, а также является основным сред­ством стабильности и высокоточного управления мо­ментом зажигания в цилиндрах ДВС.

Следует отметить, что емкостная фаза сопровож­дается высокочастотными колебаниями, которые яв­ляются источником радиопомех.

10.2. Устройство автомобильной свечи зажигания

На рис. 10.2 представлена наиболее распрост­раненная конструкция автомобильной свечи зажи­гания, основными частями которой являются: кор­пус 7, изолятор 3 и электроды 10, 11.

Корпус свечи имеет внешнюю резьбовую часть 9 и шестигранную головку 6 под свечной ключ. Опор­ная поверхность корпуса может быть плоской или конусной. В первом случае между головкой блока ци­линдров и свечой устанавливается уплотнительное кольцо 8, которое может быть как съемным, так и несъемным. Использование свечей зажигания с ко­нусной опорной поверхностью дает возможность получить надежную герметизацию при меньшем уси­лии затяжки свечи и позволяет отказаться от уплотнительного кольца. Такие свечи широко применяют­ся на американских автомобилях.

Рис. 10.2. Электроискровая свеча зажигания:

1. — контактный колпачок; 2 — резьба под колпачок; 3 — керамический изолятор центрального электрода; 4 — фир­менная метка; 5 — ребро изолятора; 6 — гайка под свеч­ной ключ; 7 — корпус свечи; 8 — уплотнительное кольцо; 9 — резьба на корпусе и ее длина; 10 — центральный эле­ктрод; 11 — боковой (массовый) электрод; 12 — воздуш­ный зазор между центральным электродом и керамическим изолятором; 13 — тепловой конус (юбочка) керамического изолятора; 14 — полость для заполнения горючей смесью; 15, 16 — теплоотводящие и фиксирующие кольца; 17 — теплоотводящий и токопроводящий стеклогерметик; 18 — тело корпуса; 19 — центрирующее теплопроводное кольцо;20— ребристая часть центрального электрода (фиксатор);21— токопроводящая или резистивная часть контактной головки; 22 — воздушный зазор; 23 — контактная головка; 24 — тело головки блока (крышка цилиндра); красные ли­нии — направления потоков, отводящих тепло от конуса изолятора; 25 — зона первоначального воспламенения.

Внутри корпуса располагается изолятор 3 — важ­нейший элемент свечи. Материал изолятора свечи должен обладать высокой механической и электриче­ской прочностью, высокой коррозийной стойкостью, большим объемным и поверхностным сопротивлени­ем, быть термостойким, не поглощать воду и иметь высокую удельную теплопроводность. Во многом от свойств материала изолятора зависят качество и ха­рактеристики свечи зажигания. В настоящее время изоляторы искровых свечей изготовляются в основ­ном из корундовой керамики с содержанием около 95% оксида алюминия А1₂0₃. В состав керамики так­же входят минеральные добавки в виде оксидов кремния, кальция, магния, кобальта и ниобия, кото­рые улучшают основные характеристики изолятора и придают керамике голубой цвет.

Герметичность между изолятором и корпусом свечи осуществляется кольцевыми уплотнителями 15, 16, 19. Уплотнительные кольца 15 и 16 улучша­ют отвод тепла от изолятора через корпус к голо­вке блока цилиндров.

Нижняя часть изолятора 3 является тепловым ко­нусом 13 (иногда называется юбочкой теплового ко­нуса). В некоторых типах свечей тепловой конус изо­лятора выступает за торец корпуса, что обеспечива­ет хороший доступ топливовоздушной смеси в искро­вой промежуток между электродами 10,11 и лучшее охлаждение нижней части изолятора во время вса­сывания холодной смеси. Внутри верхней части изо­лятора расположена контактная головка 23, а в ниж­ней части — центральный электрод. Герметизация центрального электрода и контактной головки в изо­ляторе осуществляется теплопроводящим стеклогерметиком 17.

Искровой разряд между электродами свечи за­жигания является источником радиопомех. Для по­давления этих помех между центральным электро­дом и контактной головкой может быть установлен помехоподавительный резистор, выполненный в виде угольного стержня или специального резис-тивного герметика. Такие свечи устанавливаются на двигатель с проводами высокого напряжения без помехоподавительных средств. Кроме того, встроенный помехоподавительный резистор спо­собствует уменьшению эрозии электродов.

Материал электродов должен обладать высокой коррозионной и эрозионной стойкостью, жаропроч­ностью, хорошо проводить тепло. Удовлетворитель­ными свойствами обладают сплавы с большим со­держанием никеля и хрома. Кроме того, никель при высоких температурах способствует ионизации ис­крового промежутка, что несколько снижает про­бивное напряжение между электродами свечи. Од­нако при использовании в топливе антидетонацион­ных добавок (например, тетраэтилсвинца) коррозия электродов из сплава на основе никеля ускоряется. В этом случае лучше себя зарекомендовал сплав на основе хрома. Для большинства свечей зажигания отечественного производства в качестве материа­ла центрального электрода применяются хромотитановая сталь 13Х25Т или нихром Х20Н80. Аналогич­ные сплавы применяются за рубежом.

Для современных форсированных двигателей применяются свечи, центральный электрод кото­рых выполнен из меди и покрыт никельхромовой оболочкой. Медный сердечник обеспечивает луч­ший теплоотвод при больших нагрузках двигателя, а жаропрочная оболочка повышает износоустойчи­вость электрода.

Для форсированных двигателей спортивных авто­мобилей свечи зажигания изготовляются с серебря­ным центральным электродом. Среди металлов сере­бро обладает самой высокой теплопроводностью, это дает возможность изготовить центральный элек­трод более тонким, что облегчает доступ горючей смеси к искровому промежутку и тем самым снижа­ется вероятность пропусков воспламенения. Однако свечи с серебряным электродом имеют меньший срок службы.

В современной свече зажигания между ее цен­тральным электродом и изолятором предусмотрен продолговатый воздушный канал 12, наличие кото­рого предотвращает разрушение изолятора из-за расширения центрального электрода. Расширение электрода происходит не только под действием вы­соких температур в камере сгорания, но и за счет химической реакции между никелем, содержа­щимся в сплаве электродов, с серой, образующей­ся при сгорании топлива. В результате высокотем­пературной химической реакции образуется сер­нистый никель, который увеличивает диаметр цен­трального электрода. Это может привести к по­вреждению изолятора, если посадка электрода в изоляторе была бы плотной (без зазора). Однако следует заметить, что указанный воздушный канал ухудшает теплоотвод от самой горячей части цент­рального электрода и это сказывается на тепловой характеристике свечи.

Высокими эксплуатационными свойствами обла­дают свечи зажигания с платиновым электродом, который спекается непосредственно с керамичес­ким изолятором. В таких свечах воздушный канал 12 не требуется. Благодаря высокой коррозийной и эрозионной стойкости платины центральный элект­род делается очень тонким, что обеспечивает хоро­ший доступ горючей смеси в искровой промежуток и гарантирует ее надежное воспламенение. Малые размеры центрального электрода из платины в соче­тании с заостренной формой бокового электрода, а также каталитическое действие платины, способст­вуют понижению пробивного напряжения между электродами. Для свечей с платиновым центральным электродом характерны надежное искрообразование в течение всего срока службы и хорошие пуско­вые свойства. Однако высокая надежность и долго­вечность таких свечей сочетаются с повышением их стоимости (в 4...5 раз по сравнению с обычными свечами).

Массовый электрод 11 приваривается контакт­ной микросваркой к ободку корпуса свечи. Как у отечественных, так и у зарубежных свечей, массо­вый электрод изготовляется из никель-марганцевого сплава. Этот сплав надежно сваривается с корпус­ной сталью свечи.

Эксплуатационные характеристики свечи зажига­ния улучшаются, если массовый электрод имеет медную вставку по типу центрального электрода. Свечи, у которых медь используется как в цент­ральном, так и в массовом электродах, впервые были выпущены в 1988 г. фирмой "Champion" под «аркой "Double Copper".

Для надежного искрообразования в течение всего срока службы и для обеспечения долговечности в свечах устанавливают несколько боковых электродов. Существенное влияние на эксплуатационные параметры свечи и теплопроводность электродов, доступность горючей смеси в искровой промежуток, на износостойкость электродов, пробивное напряжение оказывает форма массовых (боковых) электродов (рис. 10.3).

Наибольшее распространение получил одиночный торцовый массовый электрод 1, однако есть свечи, в которых применяются массовые электроды различной формы: крючкообразный 2, парные сплющенные 3, углубленные боковые 4, кольцевой 5, тангенсальный 6. подковообразный 7, одиночный боковой 8.

От формы электродов зависит вид искрового промежутка и, как следствие, траектория искрового разряда. Форма поперечного сечения электродов может быть различной (круглой, прямоугольной, треугольной и др.). На поверхности массовых электродов могут быть нанесены канавки или они могут иметь осевые отверстия, что способствует самоочищению электродов.

Рис. 10.3.

Разновидности боковых электродов свечи зажигания

Между электродами искровой свечи зажигания устанавливается определенный для данного типа двигателя зазор. Для двигателя современного лег­кового автомобиля с электронной системой зажи­гания величина зазора воздушного промежутка между электродами находится в пределах 0,7...1,2 мм. Для двигателей прежних конструкций с классической системой зажигания — 0,5...0,8 мм. При неправильно установленной ве­личине зазора ухудшаются показатели работы ав­томобильного двигателя, в частности, увеличива­ется расход топлива и ухудшается экология вы­хлопных газов. Для современных двигателей, рабо­тающих на бедных смесях, требуется увеличенный зазор между электродами свечи. Но с увеличени­ем зазора возрастает пробивное напряжение ис­крового промежутка, поэтому современная систе­ма зажигания имеет более высокий запас по вто­ричному напряжению, чем исключается вероят­ность пропусков искрообразования. Если воздуш­ный промежуток между электродами слишком мал, то увеличивается вероятность его "зарастания" нагаром и становятся возможными пропуски за­жигания. Это крайне отрицательно сказывается на экономичности двигателя. Так, при одной нера­ботающей свече зажигания в шестицилиндровом двигателе расход топлива увеличивается на 25%.

В тех случаях, когда пропуски зажигания недопу­стимы (например, на вертолетных ДВС или на двига­телях спортивных автомобилей), в каждый цилиндр устанавливают по две свечи зажигания.

10.3. Тепловая характеристика

Электроискровая свеча зажигания на автомо­бильном двигателе работает в крайне тяжелых усло­виях, так как подвергается комплексному цикличес­кому воздействию механических, термических и эле­ктрических нагрузок, изменяющихся в широких пре­делах. Кроме того, детали свечи зажигания подвер­гаются химическим воздействиям со стороны топливовоздушной смеси, а также со стороны продуктов сгорания топлива и моторного масла.

Во время работы двигателя в тепловом отноше­нии свеча подвергается воздействию колебаний температуры газовой среды в камере сгорания от 60 до 3000°С. В результате тепловой конус изолято­ра и электроды нагреваются до некоторой средней температуры. При неполном сгорании топливовоз-душной смеси, а также из-за попадания моторного масла в камеру сгорания на поверхности теплового конуса изолятора образуется токопроводящий на­гар, шунтирующий искровой промежуток свечи. Из-за шунтирующего действия нагара, сопротивление которого при работе двигателя может изменяться от

0,5 до 1,0 МОм (в холодном состоянии чистая свеча зажигания имеет сопротивление изолятора 500... 10000 МОм), во вторичной цепи системы за­жигания появляется ток утечки. Ток утечки еще до пробоя искрового промежутка в свече вызывает па­дение напряжения во вторичной цепи. В результате напряжение, подводимое к электродам свечи, уменьшается и может оказаться равным или даже меньше пробивного напряжения искрового проме­жутка. Это приводит к пропускам искрообразования или искра между электродами вообще не возникает. Утечка тока может иметь место и по наружной по­верхности изолятора, если она загрязнена или по­крыта влагой. Вредное влияние нагара, влаги и за­грязнений может быть уменьшено внутри свечи пу­тем увеличения пути для протекания тока утечки, что достигается удлинением теплового конуса, а снару­жи — ребрением поверхности изолятора и ее укры­тием под грязезащитный колпачок. При нагреве теп­лового конуса изолятора до температуры 400...500°С нагар на его поверхности отслаивает­ся. Эта температура называется температурой само­очищения свечи. Для быстрого нагрева теплового конуса до температуры самоочищения он должен быть достаточно длинным. С другой стороны, при ра­боте двигателя под полной нагрузкой температура теплового конуса и электродов не должна превы­шать 850...900°С. Иначе может возникнуть само­произвольное воспламенение топливовоздушной смеси (калильное зажигание) от сильно разогретых частей свечи зажигания (причиной калийного зажи­гания часто является нагар не только на свечах, но и на других частях камеры сгорания). Калильное за­жигание возникает во время сжатия еще до момен­та появления искры в свече и характеризуется рез­ким ростом температуры и давления газов в камере сгорания. Процесс сгорания топливовоздушной сме­си становится неуправляемым, мощность двигателя падает, а его перегрев может привести к серьезным поломкам поршней, клапанов, коленчатого вала, разрушению изолятора свечей и выгоранию элект­родов. Таким образом, чтобы свеча не покрывалась нагаром и не вызывала калильного зажигания, тем­пература ее теплового конуса должна быть в преде­лах 400...900°С. Температуру 400...900°С теплово­го конуса изолятора называют тепловым пределом работоспособности свечи, который для всех свечей практически одинаков. Однако двигатели сущест­венно различаются по мощности, по типу используе­мого бензина, по степени сжатия, а, следовательно, и по тепловой напряженности. Чем больше форси­рован двигатель, тем большее количество тепла вы­деляется в камере сгорания, тем лучше должно от­водиться тепло от свечи, чтобы она не перегрева­лась. Основная часть тепла (80%) отводится через центральный электрод по тепловому конусу изолято­ра. Далее одна часть данного теплового потока про­ходит по теплоотводящей шайбе и резьбовой части корпуса, а другая — через опорную поверхность корпуса и прокладку. Таким образом, чтобы выдер­жать тепловой предел работоспособности свечи, размеры ее конструктивных элементов и их формы (главным образом, теплового конуса изолятора) должны быть согласованы с тепловой напряженно­стью двигателя. Отсюда следует, что для различных двигателей требуются свечи зажигания с различной тепловой характеристикой.

Для определения "тепловая характеристика све­чи зажигания" однозначного терминологического соглашения пока не существует. Чаще всего тепло­вая характеристика свечи зажигания выражается калильным числом. Калильное число свечи зажига­ния представляет собой некоторое условное число, которое характеризует способность свечи рабо­тать в условиях специального эталонного двигателя без калильного зажигания.

Согласно российскому ГОСТу 2043-74, под калиль­ным числом понимается условное число из ряда 8, 11, 14, 17, 22, 23, 26, которое пропорционально среднему индикаторному давлению, при котором во время испытания свечи зажигания на тарировочном одноцилиндровом двигателе в цилиндре двигателя на­чинает появляться калильное зажигание.

Ряд зарубежных фирм под калильным числом при­нимает величину, пропорциональную времени, по ис­течении которого свеча, установленная на специаль­ный испытательный двигатель, работающий при опре­деленном режиме, начинает давать калильное зажи­гание. В некоторых случаях для оценки свечей различ­ных типов используется показатель — относительное калильное число свечи зажигания. Этот показатель является произведением длины теплового конуса изо­лятора свечи (в мм) на ее калильное число.

Реже в качестве тепловой характеристики исполь­зуется тепловое число, которое представляет собой от­ношение литровой мощности (в л.с.) двигателя к пло­щади поверхности нижней части изолятора (см²), вос­принимающей тепло. Такая характеристика является мерой тепловой напряженности свечи зажигания.

В общем случае, тепловая характеристика кон­кретной свечи зажигания зависит от теплопровод­ности ее центрального электрода и центрального изолятора; от площади и кривизны поверхности теп­лового конуса изолятора; от формы запальной поло­сти, доступной для рабочей смеси и других факто­ров. Изменяют тепловую характеристику свечей, в основном, изменением длины теплового конуса изо­лятора и площадью его соприкосновения с корпу­сом свечи (рис. 10.4).

Рис. 10.4. Различие свечей по калильному числу:

а— горячая свеча; б — свеча с умеренным калильным числом; в — холодная свеча; г — разновидности электродов.

Свеча, предназначенная для низкооборотисто­го двигателя с умеренным тепловым режимом, имеет длинный тепловой конус (рис. 10.4, а). Изолятор такой свечи получает во время работы двигателя большое количество тепла и нагревается до температуры 600...700°С. Такая свеча называется горячей. Свеча для быстроходного двигателя: высокой степенью сжатия и напряженным тепловым режимом имеет короткий тепловой конус (рис:. 10.4, в), утопленный в корпусе и близко к нему прилегающий. Благодаря этому доступ горючей смеси к запальной полости несколько затруднен, но путь отвода тепла при этом значительно укорочен. Как следствие, изолятор получает меньшее количество тепла и лучше охлаждается (средняя температура нагревания изолятора не превышает 500 ...600°С). Такую свечу называют "холодной", и она работает без калильного зажигания при напряженном тепловом режиме двигателя. Однако в холодной свече зажигания короткий тепловой ко­нус изолятора становится более восприимчивым к шунтирующему действию нагара.

Современные двигатели легковых автомобилей характеризуются высокими значениями литровой мощности, что требует расширения теплового пре­дела диапазона работоспособности свечей зажига­ния. Одним из способов решения этой задачи явля­ется увеличение теплопроводности центрального электрода путем использования медного сердечни­ка, покрытого жаропрочной оболочкой, т.е. состав­ного электрода из двух различных металлов. Благо­даря хорошему теплоотводу от составного электрода может быть увеличена длина теплового конуса изо­лятора для холодной свечи зажигания (рис. 10.4, б). Это обеспечивает надежное самоочищение свечи на режимах малых нагрузок и холостого хода и дела­ет конструкцию свечи зажигания менее чувствитель­ной к образованию шунтирующего нагара. Хорошая теплопроводность составного электрода снижает ве­роятность перегрева деталей свечи и возникнове­ния калильного зажигания.

В зависимости от принятого способа определе­ния тепловой характеристики для свечей зажига­ния установлены ряды калильных чисел (табл. 10.1). Эти ряды составляются фирмами-изго­товителями и отличаются друг от друга по инфор­мационной значимости условных единиц. Калиль­ное число обязательно указывается в маркировке любой свечи зажигания.

10.4. Обслуживание

В течение первых 2000...3000 км пробега про­бивное напряжение новой свечи зажигания повы­шается на 15...20% за счет округления кромок электродов. При дальнейшей работе под действием горючих газов, высокой температуры и искрового разряда электроды вырабатываются (выгорают) и

зазор в свече увеличивается в среднем на 0,015 мм на каждые 1000 км пробега автомобиля. В результате пробивное напряжение искрового промежутка постепенно возрастает, и рано или по­здно система зажигания начинает работать с пере­боями. В связи с этим через каждые 10 тыс. км пробега рекомендуется проводить регулировку ис­крового промежутка подгибкой бокового электро­да, а через 30...40 тыс. км пробега — заменять свечи на новые. Использовать свечи с пробегом бо­лее 50 тыс. км не следует.

Перед вывертыванием свечей необходимо уда­лить вокруг них грязь и обдуть посадочные места сжатым воздухом, чтобы предупредить засорение камеры сгорания через свечное отверстие в голо­вке блока цилиндров.

Вывертывать и завертывать свечу следует только при помощи свечного ключа со стандартным ворот­ком длиной не более 20 см. Использовать вороток большей длины не рекомендуется, так как при за­тяжке или отворачивании чрезмерно затянутой све­чи ее можно сломать. В случае использования свечи с конусной опорной поверхностью корпуса можно повредить не только саму свечу, но и посадочное гнездо в головке блока цилиндров.

Для затяжки свечей лучше использовать динамо­метрический ключ, соблюдая рекомендуемый мо­мент затяжки (табл. 10.2), который зависит от раз­мера резьбы, вида опорной поверхности корпуса свечи и материала головки блока цилиндров.

Если во время установки резьба свечи смазыва­ется графитовой смазкой, то момент затяжки следу­ет уменьшить от рекомендуемых в табл. 10.2 значе­ний на 20...25%. Новые фирменные свечи в смазке резьбы не нуждаются.

При отсутствии динамометрического ключа посту­пают следующим образом. Завертывают свечу с чис­той резьбой рукой до упора. Далее, используя штат­ный свечной ключ, продолжают ввертывать свечу до задержки вращения. После этого следует довернуть свечу. Для новых свечей с плоской опорной поверх­ностью корпуса и уплотнительным кольцом доворот составляет 90°. Если свеча с уплотнительным коль­цом уже находилась в эксплуатации — доворот не бо­лее 30°. Свечу зажигания с конусной опорной по­верхностью корпуса и без уплотнительного кольца "доворачивают" всего на 15°.

Более благоприятные условия воспламенения топ­ливовоздушной смеси достигаются в камере сгора­ния двигателя, если ввернутая в головку блока цилин­дров свеча располагается таким образом, чтобы бо­ковые электроды не препятствовали доступу горючей смеси в искровой промежуток при открытии впускно­го клапана. Такое положение свечи можно обеспе­чить в пределах допустимого угла затяжки, предва­рительно сделав метки на корпусе свечи и на поса­дочном месте головки блока. Метки должны соответ­ствовать оптимальному расположению свечи в каме­ре сгорания относительно впускного клапана. Наибо­лее просто это выполнить для свечи с одним боко­вым электродом. Было замечено, что при таком рас­положении свечи стенки камеры сгорания меньше покрываются нагаром, двигатель более устойчиво работает на холостом ходу, меньше потребляет топ­лива и его мощность несколько возрастает.

Величина воздушного зазора свечи с нечетным числом боковых электродов проверяется круглым щу­пом, который вставляется продольно относительно бокового электрода и должен проходить между элек­тродами с едва ощутимым сопротивлением. Ясно, что плоским щупом точно измерить зазор невозмож­но, так как в результате электроэрозии на боковых массовых электродах образуются выемки, которые вносят погрешность в измерение искрового проме­жутка. Эта погрешность может составлять 40...60%, что необходимо иметь в виду при установке зазора в свече с нечетным числом боковых электродов.

Основными неисправностями искровых свечей зажигания являются недостаточная герметичность по корпусу и центральному электроду, износ (выгора­ние) электродов, разрушение теплового конуса изо­лятора, образование нагара на внешней поверхнос­ти теплового конуса, что приводит к шунтированию воздушного зазора между электродами.

Большинство неисправностей свечи зажигания можно определить внешним осмотром. Так, о нару­шении герметичности свечи говорит появление тем­ного налета в виде ободочка на наружной поверхно­сти изолятора вокруг корпуса.

Вывернув свечу из головки блока цилиндров, по характеру износа электродов и состоянию теплового конуса изолятора можно судить о техническом состо­янии не только свечи, но и двигателя.

У неработающей свечи все внутренние ее части покрыты влажным нагаром, а сама свеча при рабо­те ДВС не нагревается выше средней температуры головки блока.

Ниже представлены типичные примеры внешнего вида внутренней торцовой части свечи зажигания, вывернутой из головки блока (рис. 10.5).

Рис. 10.5. Внешний вид внутренней торцовой части свечи зажигания при различных ее состояниях (расшифровка в тексте)

Нормальное состояние. Тепловой конус изолятора слегка покрыт нагаром от серо-желтого, светло-коричневого до серо-белого цвета. Электро­ды не обгоревшие, торцовый ободок корпуса чис­тый. Можно утверждать, что приготовление горю­чей смеси в системе питания и установка момента воспламенения в системе зажигания безупречны, отсутствуют пропуски искрообразования и воспла­менения. Калильное число свечи подобрано пра­вильно. Двигатель и его системы работают устойчиво (поз. а).

• Отложения на изоляторе и электродах. Зна­чительные отложения на электродах, тепловом ко­нусе изолятора и на ободке корпуса свечи могут быть в виде шлака или в виде рыхлого, легко отле­тающего осадка. Основной причиной является на­личие непредусмотренных инструкцией по эксплуа­тации двигателя присадок в моторном масле или топливе. По калильному числу свеча подобрана правильно. Если очистка свечи не дает результата, ее следует заменить (поз. б).

• Свеча покрыта черным нагаром. Тепловой ко­нус изолятора, электроды и ободок корпуса покрыты бархатистым матово-черным нагаром. Причинами могут быть неисправности в системе питания двига­теля (карбюраторе или системе впрыска топлива), слишком богатая смесь, засорение воздушного фильтра; неисправность пускового устройства кар­бюратора или слишком длительный процесс пуска двигателя, преобладание перевозок на короткие рас­стояния, слишком "холодная" свеча. Вследствие об­разования такого нагара возможны пропуски искро­образования и затруднение пуска холодного двигате­ля. Увеличивается расход топлива. Если свеча подоб­рана правильно, то после ее очистки и регулировки зазора, а также после устранения неисправностей в системах двигателя она может быть вновь установле­на на место (поз. в).

• Замасленная свеча. Тепловой конус изолято­ра, электроды и корпус свечи покрыты глянцево-маслянистыми отложениями или плотным маслянис­тым нагаром. Причины: сломано маслосъемное кольцо, большой износ цилиндро-поршневой группы двигателя, высокий уровень масла в картере, мас-лосъемные сальники клапанов пришли в негод­ность, у двухтактного двигателя переизбыток масла в топливовоздушной смеси. Свечи, покрытые мас­лом, вызывают пропуски искрообразования, пуск двигателя затруднен или вообще невозможен. Пе­ред очисткой свечу необходимо промыть струей бензина под напором (поз. г).

• Перегрев свечи. Внешний вид сильно пере­гретой свечи схож со свечой в нормальном состоя­нии. Отличие состоит в отсутствии нагара на элект­родах и тепловом конусе. Наиболее достоверно эту неисправность можно определить по сильному пе­регреву наружной части изолятора. Белый цвет изолятора и отсутствие на нем следов нагара сви­детельствуют о перегреве свечи, вызванного ран­ним моментом зажигания, бедной смесью, подсо­сом дополнительного воздуха в цилиндр двигателя, использованием топлива с низким октановым чис­лом, отсутствием уплотнительного кольца на свече с плоской опорной поверхностью корпуса, неисправностью системы охлаждения двигателя, нали­чием нагара на днище поршня и в головке цилинд­ра или применением "горячей" свечи. Свечу с при­знаками перегрева следует заменить, иначе в дальнейшем начнет развиваться выгорание элект­родов (поз. д).

• Выгорание электродов. Оплавление электро­дов (особенно центрального), следы расплава метал­ла на тепловом корпусе изолятора, застывшие ша­рики металла на ободке корпуса говорят о чрезмер­ном перегреве свечи и калильном зажигании. При­чины такие же, как и в предыдущем случае. Во из­бежание поломок двигателя эксплуатацию автомо­биля следует прекратить до выяснения необнару­женных причин калильного зажигания (поз. е).

• Разрушение теплового конуса изолятора. Разрушение теплового конуса изолятора в виде сколов или трещин. Эта неисправность чаще всего появляется на длительно и нормально работающих свечах, что может быть результатом постоянной детонации двигателя, перегрева свечи, расшире­ния центрального электрода под действием высо­ких температур или его коррозии, "зарастание" воздушного канала (см. поз. 12, рис. 10.1) между центральным электродом и изолятором нагарными отложениями, механического воздействия при не­аккуратном обращении со свечой. Следует заме­тить, что появление детонационных стуков в двига­теле может быть вызвано ранним зажиганием, ка­лильным зажиганием при перегреве двигателя или использованием топлива с несоответствующим ок­тановым числом. Работа двигателя с детонацией недопустима, так как приводит к его преждевре­менному выходу из строя (поз. ж).

• Металлизация электродов. При постоянном использовании бензина с антидетонационными при­садками на основе солей свинца срок службы све­чей зажигания резко сокращается (с 50 тыс. до 10...15 тыс. км пробега). Объясняется это тем, что и центральный, и боковой электроды нормально ра­ботающей свечи зажигания покрываются неустра­нимым налетом свинцовых соединений в виде тон­кой зеленоватой пленки. При появлении перебоев в системе зажигания такие свечи подлежат замене (поз. з).

10.5. Маркировка свечей зажигания

Маркировка любой свечи зажигания несет в себе практически полную информацию, необходимую для правильного выбора типа свечи к конкретному дви­гателю. К такой информации относятся данные о размере резьбы на корпусе, тепловой характеристи­ке, особенностях конструкции свечи и т.п.

К сожалению, в мировой практике пока нет еди­ного подхода к маркировке свечей зажигания. Каж­дая фирма по-своему обозначает свою продукцию. Как правило, зарубежные фирмы обозначают свои свечи зажигания различного назначения (автомо­бильные, мотоциклетные, авиационные и т.п.) по единой схеме.

В России действует отраслевой стандарт ОСТ 37.003.081-87, который распространяется на обозначения неразборных, неэкранированных ис­кровых свечей зажигания всех типов двигателей вну­треннего сгорания, кроме авиационных (рис. 10.6).

На рис. 10.7-10.12 в виде таблиц представлены расшифровки обозначений наиболее распростра­ненных марок свечей зарубежного производства.

Рис. 10.6. Маркировка свечей зажигания отечественного производства

Следует отметить, что в отечественном стандарте для обозначения свечи используется десять информа­тивных разрядов. Информация каждого разряда рас­шифрована в табличном блоке. В маркировке отечественной свечи наиболее важная часть табличных другая часть — "пустотами" (см. табл. на рис. 10.6). В блоков обозначена соответствующими символами, а маркировке импортных свечей зажигания указывают е все перечисленные в таблице сведения, а толь-:эмые принципиальные отличия. Пустоты для обо-:-эния информативных табличных блоков в марки-=*е импортных свечей используются не всегда.

Данные по взаимозаменяемости отечествен­ных и зарубежных свечей приведены в табл. 10.3. Таблица позволяет подобрать подходя­щую замену любой свече зажигания как на отече-ственном, так и на импортном двигателе. В каче­стве примера в табл. 10.3 в красной строке при­ведены все возможные замены для отечествен­ной свечи зажигания А17ДВ.

10.6. Взаимозаменяемость свечей зажигания

На практике часто приходится заменять свечи од­ного завода-изготовителя на свечи другого. Такая за­мена возможна, если новые свечи соответствуют по тепловой характеристике, а также по размеру, шагу и длине резьбы на корпусе.

• Длина резьбы на корпусе свечи зажигания должна соответствовать длине резьбы в головке бло­ка цилиндров. Если резьбовая часть корпуса слиш­ком длинная, то свеча выступает в камеру сгорания. При этом возможны повреждения поршней; высту­пающие в камеру сгорания витки резьбы закоксовы-ваются, что может привести к невозможности вы­вертывания свечи; свеча перегревается.

Если длина резьбы свечи слишком короткая, то ее искровой промежуток находится внутри свечного от­верстия головки блока цилиндров. В результате ухуд­шаются условия воспламенения горючей смеси; све­ча не достигает температуры самоочищения и по­крывается нагаром, что приводит к пропускам искро­образования; нижние витки резьбы головки блока цилиндров закоксовываются. Короткую резьбу нель­зя компенсировать снятием уплотнительного кольца, так как нарушается герметичность посадки свечи в головке блока цилиндров и свеча перегревается. Также не допускается установка двух уплотнитель-ных колец. Категорически запрещается установка под свечи зажигания удлиняющих трубок (футорок).

• При установке свечи зажигания другой моди­фикации следует обратить внимание на величину ис­крового промежутка, наличие или отсутствие смеще­ния теплового конуса изолятора по отношению к тор­цу корпуса, на вид опорной поверхности корпуса. Ес­ли свеча подобрана правильно по перечисленным признакам, а двигатель эксплуатируется в техничес­ки исправном состоянии, то обслуживание свечи сводится лишь к периодической проверке и регули­ровке искрового промежутка между электродами по мере их естественного износа.

Размер искрового промежутка свечи зажигания в первую очередь определяется величиной номинального вторичного напряжения на высоковольтном выводе ка­тушки зажигания. В современных электронных систе­мах зажигания с цифровым программным управлением вторичное напряжение поддерживается постоянным на всех возможных режимах работы ДВС и в 1,5...1,6 раза выше среднего пробивного напряжения для выбранной под данный двигатель свечи зажигания.

Рис. 10.7. Маркировка свечей зажигания фирмы BERU (Германия)

Рис. 10.8. Маркировка свечей зажигания фирмы BOSCH (Германия)

Рис. 10.9. Маркировка свечей зажигания фирмы CHAMPION (Англия)

Рис. 10.10. Маркировка свечей зажигания фирмы AC DELC0 (США)

• Уже отмечалось, что строгого соответствия между калильными числами для свечей зажигания разных фирм-изготовителей не существует.

Из табл. 10.1 видно, что ряды калильных чисел совершенно произвольны. В рядах разнятся сами числа, их количество, их размерный шаг. Немецкие фирмы используют даже дробные числа. Направление возрастания калильного числа у разных фирм принято обозначать также по-разному. Россия, Франция, Япония используют возрастающий ряд, от горячего до холодного состояния свечи. Германия, США и Англия — убывающий. Как следствие неодно­значности калильных чисел, все таблицы взаимозаменяемости, в том числе и приведенная здесь табл. 10.3, имеют рекомендательный характер.

• После подбора свечей зажигания по табл. 10.3 взаимозаменяемости их необходимо испытать на работающем двигателе. Калильное зажигание не должно возникать после пятичасовой езды на автомоби­ле по автотрассе с примерно одинаковой скоростью (при нагрузке ДВС, близкой к максимальной), а также после одного часа работы прогретого двигателя на холостых оборотах при постоянно включенном вентиляторе охлаждения радиатора.

В обычном случае калильное зажигание прояв­ляется по детонации выключенного двигателя. Если двигатель не имеет отсекающего клапана в канале холостого хода или системы принудительного холостого хода, то после выключения двигателя ключом зажигания зажигание следует снова вклю­чить через 2...3 с и удостовериться, что двигатель вновь не запустился. В противном случае имеет место калильное зажигание.

Марка бензина при таких испытаниях должна со­ответствовать рекомендациям завода-изготовителя автомобиля, а двигатель и его системы — не иметь явных дефектов. После каждого такого испытания свечи необходимо вывернуть из гнезд и тщательно осмотреть. Правильно подобранные и нормально работающие свечи по внешнему виду внутренней части должны соответствовать рис. 10.5, а.

• При работе современного двигателя от систе­мы впрыска с турбонаддувом, когда степень сжа­тия не менее 10, свечи зажигания имеют увели­ченный зазор (1,1...1.3 мм) и обладают хорошим теплоотводом (холодные свечи). При этом свечи работают совместно с электронной системой зажи­гания, которая имеет повышенный запас по вто­ричному напряжению (1,5...1,7). В таком случае свечи зажигания должны быть более устойчивы к высокому напряжению пробоя и к высокой темпе­ратуре. Электроды таких свечей, как правило, би­металлические, т.е. медные с хромоникелевым по­крытием или платиновые, а наружная часть изоля­тора — обязательно гофрирована ребрами. Заме­нять такие свечи можно только на абсолютно ана­логичные (той же модели).