Про свечи зажигания

1. Зачем нужна свеча зажигания.

Ответ, вообще-то, очевиден. После того, как топливная смесь впрыснута в цилиндр и сжата поршнем до давления, примерно, в 14 атмосфер, эту смесь надо поджечь, чтобы она взорвалась. Когда смесь взрывается, она со страшной силой давит (ударяет) на поршень. Поршень идёт вниз и крутит коленвал. Надо иметь в виду, что при сжатии топливной смеси, она нагревается (вспомним школьный курс физики). Именно это позволяет завести двигатель на морозе.

Более того, если смесь сжать посильнее, то она загорится без всякой свечи. В дизельных двигателях именно так и происходит.

2. Условия, в которых работает свеча.

Условия довольно жёсткие. При вспышке топлива, температура горящей смеси может достигать 2000-2500°С. При частоте вращения двигателя 3000 оборотов в минуту, вспышки будут происходить примерно 25 раз в секунду. От перегрева цилиндр спасает только то, что при выпуске газ резко расширяется и, следовательно, остывает. В момент взрыва давление в цилиндре превышает 25 атмосфер и свеча испытывает сильные ударные нагрузки. И при этих высоких температурах и давлениях, на свечу воздействует довольно агрессивная среда из паров бензина и выхлопных газов.

3. "Холодные" и "горячие" свечи.

Итак, помним, что температура сгорания топливной смеси около 2000°С. Температура самого двигателя около 100°С. Если свеча сильно раскалится (900-1000°С), возникнет так называемое "калильное" зажигание. То есть смесь будет загораться просто от раскалённых электродов свечи не тогда, когда в свече проскочит искра, а тогда, когда ей вздумается. Соответственно, никакого угла опережения зажигания уже не будет со всеми вытекающими пагубными последствиями для двигателя.

Нормальная рабочая температура свечи около 800°С. Для поддержания такой температуры ( а точнее, не превышение её при длительной езде на высоких оборотах двигателя) необходим отвод тепла от электродов свечи. Чем он эффективнее, тем свеча "холоднее". Эффективность теплоотвода характеризуется так называемым "калильным числом". Чем это число больше, тем эффективнее теплоотввод, тем "холоднее" свеча.

Понятие "холодная" и "горячая" свеча вовсе не эквивалентны температуре свечи. Это просто характеристика эффективности теплоотвода от электродов. Калильное число указывается производителем двигателя и обычно колеблется в диапазоне от 2(горячая) до 12 (холодная).

Надо отдавать себе отчёт, что если в двигатель установить свечи с неправильным калильным числом, в одном случае возможен перегрев свечи и калильное зажигание на высоких оборотах, в другом случае "недогрев" свечи и образование на ней нагара, состоящего в значительной части из углерода и сильно ухудшающего искрообразование.

Надо помнить, что когда вы медленно движетесь на первой передаче или стоите в пробке, свечи "недогреты" и на них интенсивно образуется (конденсируется) нагар. Именно поэтому производители рекомендуют после движения в пробке проехать пару-тройку километров на приличных оборотах двигателя, чтобы свечи прокалились и очистились от нагара.

Если у вас механическая коробка передач, то совет - лучше ехать на пониженной передаче и высоких оборотах, чем на высокой передаче и низких оборотах. Да и запас крутящего момента будет больше.

4. Устройство свечи.

Клемма, она же - терминатор   Гофры Фирменный знак и марка Металлический корпус Длина резьбовой части Диаметр резьбовой части Изолятор Заполнение специальным порошком Уплотнительная прокладка специальной конструкции Медный стержень Искровой промежуток Центральный и заземляющий электроды

Клемма терминатора призвана обеспечивать хороший электрический контакт центрального электрода и наконечника высоковольтного провода.

Гофры сделаны для того, чтобы увеличить расстояние (по поверхности) между электродами и, соответственно, уменьшить вероятность пробоя по поверхности изолятора (из-за грязи на изоляторе).

Про фирменный знак и маркировку проговорим позже.

Металлический корпус, обычно оцинкован для коррозионной стойкости, это основа всей конструкции и, одновременно, "массовый" контакт.

Резьбовая часть - одна из важнейших конструктивных характеристик. Длина, диаметр и тип резьбы резьбовой части могут быть различными для разных типов свечей.

Изолятор. Изготавливается из глиноземной керамики, обладает очень высокой диэлектрической проницаемостью (изоляционная характеристика), теплостойкостью и теплопроводностью.

Заполнение специальным порошком, обеспечивает хорошую герметичность и жесткость конструкции. А так же должно компенсироват разницу в коэффициентах линейного теплового расширения металла и керамики.

Медный стержень. Служит сразу двум целям. 1 - улучшение теплоотвода от центрального электрода и его "юбки", 2 - увеличиение температурного диапазона работы свечи. Как - честное слово, не знаю, но вот картинка с сайта NGK:

Искровой промежуток - это собственно то место, где проскакивает искра. В зависимости от особенности системы зажигания двигателя, может быть разным (от 0,7 до 2,0 мм).

Сами электроды изготавливают из специального сплава на основе никеля. Этот сплав позволяет сделать эффективный теплоотвод, устойчив к агрессивной среде и искровому переносу. Иногда центральный электрод делают тонким, тогда приходится делать его, например, из платины.

5. Немного о физике процесса искрообразования.

Снова вспомним школьный курс физики.

Искра - это лавинообразный электрический разряд в газе. Начинается он за счет того, что электрическим полем у молекул газа отрывает электроны, и они летят к положительному электроду, ускоряясь электрическим полем. По дороге они стукаются об молекулы газа и ионизируют их. Получаются новые электроны и положительные ионы. Они, в сою очередь, ускоряясь, ионизируют другие молекулы. Получается лавинообразный разряд, то бишь, искра.

При давлении, близком атмосферному, уравнение для расчета пробивного напряжения в воздухе выглядит примерно так:

Здесь р - давление газа в атм.; d - расстояние между электродами в см; U - в кВ.

При расстоянии между электродами в 1 см и давлении в 1 атмосферу (760 мм.рт.ст.) имеем напряжение пробоя примерно 31 кV.

Сразу оговорюсь, что всё это справедливо для однородного электрического поля. Это когда электроды строго параллельны друг другу и имеют бесконечные размеры. В нашем случае всё далеко не так.

Разрядное напряжение промежутков с резко-неоднородным полем существенно меньше, чем промежутков с однородным полем. Средняя пробивная напряженность для промежутков с резко-неоднородным полем составляет 5-7 кВ/см.

То есть напряжение пробоя у свечи должно быть около 700 V на воздухе и около 5 kV при работе в цилиндре.

На сколько я помню, катушка зажигания выдаёт импульс около 12 kV. То есть этого хватит с запасом, чтобы иметь стабильную искру в искровом промежутке до 2мм. Эсли я ошибся, знатоки меня прправят...
 

Формула и график взяты из весьма познавательной лекции. Там ещё много интересного :)

Мы знаем, что локальная напряжённость электрического поля на поверхности проводника пропорциональна кривизне этой поверхности. (Молния в дерево ударяет не потому, что оно высокое, а потому, что оно "острое"). Примерно так должен выглядеть идеальный исковой промежуток.

Вот отсюда и требования к электродам свечи. С одной стороны, они должны быть достаточно массивными, чтобы быстро не разрушиться искровым переносом материала электрода, с другой стороны, они должны быть достаточно малы (остры) в искровом промежутке, чтобы искра была стабильной и в одном месте.

На самом деле электроды выглядят примерно так.
Искра пролетает там, где ей вздумается в искровом промежутке. Ну или там, где расстояние чуть меньше. Зависит от выработки электродов.

Это вообще-то не очень критично, лишь бы смесь загорелась, однако может влиять на фронт распространения горения смеси в цилиндре. А это даст эффект чуть "гуляющего" угла опережения зажигания.

 

Для того, чтобы сделать этот процесс более стабильным, идут двумя путями. Во-первых, уменьшают размер плюсового электрода, что ведёт с усложнению и удорожанию конструкции. Электроды делают из платины и иридия. Во-вторых, делают так называемый Y-пропил на плюсовом электроде. Тогда искра проскакивает по краям искрового промежутка.

На таких свечах в маркировке присутствует буква "Y".

Ну и хватит, пожалуй про физику. Можно, конечно порассуждать на тему мощности искры (тока в искровом промежутке), однако этот ток достаточно мал. Он гасится сопротивлением высоковольтных проводов и встроенным в свечу сопротивлением. В противном случае мы получили бы очень мощный вибратор Герца, который наводил бы высокочастотные наводки на всё мыслимое электрооборудование вокруг, и в первую очередь на магнитолу, мобильные телефоны и тому подобное.

Ещё можно вспомнить про понятие "угол опережения зажигания" и вообще зачем оно (опережение) нужно, чем и как регулируется и на что влияет. Но как говорил Козьма Прутков - "Нельзя объять необъятное".

6. Теперь попробуем разобраться в маркировке свечей на примере изделий фирмы NGK.

ВК - Тип ВСР с размерами, соответствующими международному стандарту (ISO). Расстояние от седла прокладки до конца клеммы короче на 2,5 мм чем тип ВСР.

P	F	R	5	A	-11
P: Свеча с платиновым наконечником Z: С высту- пающим искровым проме- жутком PZ: С высту- пающим платиновым наконечником	Диаметр резьбовой части и размер шестигранника F: 14*х 19 мм Шестигранник 16,0 мм G: 14*х19 мм Шестигранник 20,6 мм J: 12*х19	R: С резистором	Тепловой номинал Более горячий тип 5 6 7 8 Более холодный тип	A, B, C Специальное исполнение	Искровой промежуток 7 - 0,7мм 8 - 0,8мм 11 - 1,1 мм

Как пользоваться второй таблицей, я не понял. Надеюсь, у меня никогда не будет машины, тебующей свечей с платиновыми электродами :)

В мануале на Suzuki Escudo, написано, что для двигателя G16A принменяются свечи NGK BKR6E.

Читаем BK - то же самое, что BCP, то есть:

BC - диаметр резьбовой части 14мм, шестигранник на 16мм;
P - конструкция с выступающим изолятором;
R - свеча с встроенным керамическим резистором на 5ком;
6 - тепловой номинал (калильное число).
E - длина резьбовой части составляет 19мм.

Так как дальше никаких букв/цифр нет, то считаем, что исполнение обыкновенное, искровой промежуток стандартный - 0,8 мм. Это то же самое, как если бы на конце была буква S.

Хочу оговориться. Я вовсе не стратсный поклонник фирмы NGK и не собираюсь делать ей рекламу. Однако, заслуживает уважения тот факт, что это огромный концерн из четырёх заводов, в котором работает больше 5,5 тысяч человек. И этот концерн занимается выпуском, практически, только свечей зажигания. Наверное они на свечах собаку съели. И выпускают они свечи для двигателей от "Формулы 1" до бензопил и лодочных моторов.

7. Внешний вид свечи, вынутой из двигателя.

Свеча зажигания - уникальная деталь двигателя. По её внешнему виду можно судить о многих болезнях, которыми страдает двигатель. Боюсь показаться занудным, так как это практически всем известно и только ленивый не приводит на своих страничках эти картинки. Всё таки рискну.

Сразу оговорюсь, что если вы, перед тем как вынуть свечи, долго стояли в пробке или двигатель долго работал на холостых оборотах, то нагара на свече будет несколько больше, чем надо. В идеале, перед тем, как делать ревизию свечей, хорошо бы прокатиться километров 5-10 на приличной скорости и приличных оборотах двигателя. Для машинм с МКП модно просто минут 15-20 проехать на третьей передаче держа высокие обороты двигателя, а на машине с АКП - энергично поездить, выключив овердрайв.

Для снятия свечей потребуется свечной ключ на 16 длиной не менее 25-27 сантиметров (это я про Suzuki Esсudo, естественно). В головке ключа либо должен быть магнит, либо резиновое кольцо, надёжно зафиксированное в головке. Такие ухищрения нужны только для двигателей, в которых свечи стоят в глубоких свечных колодцах. Для двигателей, у которых свечи доступны снаружи, всё ещё проще.

Честно говоря, за весь свой небогатый опыт автовладельца, я видел свечи только вида 1,2,5 вида и вида, которого тут нет, а именно, снежно-белый изолятор и очень белый тонкий налёт на электродах. Причиной последнего был умирающий погружной топливный насос (VW Passat B3 двигатель PB, инжектор, распред. впрыск).

8. Мои выводы.

А теперь собственно то, ради чего всё это писалось. Сразу хочу предупредить, что это моё сугубо личное мнение. Я никому его не навязываю. Просто меня в свое время в институте научили двум вещам.

Вывод 1. Не зависимо от того, кто и где сделал свечу (в Японии, Германии, Финляндии...), если он её сделал в соответствии со стандартом (ISO - International Standard Institute), то в нормальных для данных свечей, условиях они будут работать одинаково. Я не могу придумать причин, по которым, например, свеча NGK BKR6E[S] или NGK BCPR6E[S] лучше BERU 14FR-7DU или BOSH 14FR7DU или CHAMPION RC9YC.

Я считаю, что заявления, что в автомобиль надо ставить именно ту свечу, которая описана в мануале, а иначе он не поедет, не заведётся и т.п. не соответствуют действительности. Я конечно понимаю, что производители двигателей сертифицируют конкретных производителей свечей, но я никогда не поверю, что производитель двигателя может сертифицировать только одного производителя! Особенно это касается Европы. Я могу поверить, что фирма NGK SPARK PLUG Co. LTD с её четырьмя заводами и 5,5 тысячами сотрудников, занятых только производством автомобильных свечей, способна обеспечить свечами всю Японию! Но ведь в Европе-то это не так. И в Америке.

Конечно никому не придет в голову ставить в машину свечу с геометрией, отличной от той, что предусмотрена конструкцие двигателя!

Большинству автолюбилелей также в голову не придёт ставить свечу с нестандартным тепловым номиналом (калильным числом). Хотя тут есть некоторый простор для фантазий и экспериментов.

А в остальном-то?!

Даже искровой промежуток - величина не очень критичная. Вовсе не обязательно изо всех сил стараться довести его до 0,8мм с точностью в 10 микрон. Даже если зазор будет 0,85мм, но при этом электроды правильной формы и верхний параллелен нижнему, то ничего криминального в этом нет. Напряжения катушки хватит, чтобы стабильно зажечь искру в таком промежутке. А вот если вы будете подгибать электрод, то есть риск повредить изолятор центрального электрода. Тогда свечу останется только выбросить.

В некотором смысле, эдесь аналогия масляным и воздушным фильтрам.

Вывод 2. Про износ свечей. Производители, а особенно, продавцы заинтересованы, чтобы вы меняли свечи не реже чем раз в два года или через каждые 10000-30000 километров. Однако, износ свечи, эксплуатируемой в нормальных условиях, обеспечен только электропереносом материала электродов и химической эррозией. Если при ревизии свечи вы обнаружили, что у неё нормальная геометрия электродов, нет повреждений изолятора, терминатор сидит жёстко, то её можно почистить, отрегулировать искровой зазор, помыть спиртом керамический изолятор и смело ставить свечу обратно.

Не далее месяца назад я поменял свечи, которые выглядели в точности, как на рисунке 2. Зазор был около 1,2мм вместо 0,8мм. Однако машина заводилась с ними в любую погоду до -30 (холоднее просто этой зимой не было), ездила вполне жизнерадостно. С новыми свечами я не заметил НИ МАЛЕЙШЕЙ РАЗНИЦЫ ни в заводе двигателя, ни в динамике, ни в расходе горючего.

9. Как отличить настоящую свечу от поддельной.

NGK 1. Гайка терминала закручена до определенного предела. 2. Керамическая волнообразная поверхность глазурована и гладкая на ощупь. 3. На шестиугольнике пропечатан четырехзначный цифровой номер. 4. Прокладка не снимается или снимается с большим трудом.

Подделка 5. Гайка терминала легко снимается и стержень плохо прикреплен к изолятору. 6. Волнообразная поверхность шершавая, матового цвета. Очень часто на изоляторе имеются вертикальные полосы (похожие на трещины). 7. Наличие в этом месте режущих дефектов. Поверхность неровная. 8. Прокладка снимается легко. 9. Резьба неровная. 10. Искрообразующий конец грязный.

Цена.
Слишком низкая цена должна настораживать. Нормальная цена свечи NGK от 100 рублей и выше.

Качество полиграфии.
У настоящего NGK качество надписей и рисунков на упаковке безукоризненное. У поддельного заметны погрешности (смещены друг относительно друга контуры рисунков разных цветов). В результате неправильной сборки сторон коробки надписи и рисунки могут оказаться не по центру граней.

Центральный электрод.
Присмотритесь к нему повнимательнее. Если он не имеет четкой цилиндрической формы, криво установлен, имеет мелкие дефекты - это подделка.

Боковой электрод.
Посмотрите на свечу сбоку. У настоящей свечи электрод стоит ровно, у поддельной зачастую криво или имеет косую грань.

Код.
У настоящей свечи на одной из граней шестигранника стоит код, обозначающий партию. У поддельной такой отметки нет.

Резьба.
На настоящей свече резьба делается накаткой, поэтому имеет идеальную поверхность. У поддельной свечи на гранях резьбы видны мелкие сколы.

Уплотнительное кольцо.
На настоящей свече его снять невозможно, на поддельной можно скрутить или даже просто снять.

Изолятор.
У настоящей свечи изолятор гладкий (покрыт глазурью), у поддельной может быть шероховатым. У поддельной свечи так же часто видны продольные выступы, остающиеся на изоляторе после его формовки из-за неточной стыковки половинок пресс-формы.

Надпись на изоляторе.
У настоящей свечи она ровная и аккуратная.