Принцип действия и роль свечей в дизельных моторах

Двигатели Дизеля отлично работают, не пропуская воспламенения в цилиндрах и выдавая хороший крутящий момент при высокой экономичности, благодаря используемому принципу инициации горения. Топливо впрыскивается под давлением в раскалённый от быстрого сжатия воздух и мгновенно зажигается по всему объёму. Здесь нет искровых свечей, которые на этом фоне выглядят просто нелогичным решением. Но одной из проблем стал холодный запуск мотора, когда температура в конце сжатия не достигает нужного порога.

Зачем свеча двигателю с воспламенением от сжатия

Помочь мотору запуститься при температурах около нуля и ниже можно предварительно подогрев воздух в камере сгорания. Для этого в неё помещаются электронагреватели в виде нити накаливания, защищённой огнеупорным корпусом, который раскаляется до красно-белого свечения. Несмотря на большие объёмы холодного воздуха и окружение в виде металлических стенок головки и блока с низкой температурой, такой способ оказался достаточно эффективным. Если не подавать напряжение на свечи, то мотор не даёт вспышек вообще, а стоит их подогреть на несколько секунд – уверенно запускается.

Устройство и расположение свечей накаливания

Если с назначением свечи накаливания всё ясно, то практическая реализация столкнулась с целым рядом проблем, прежде всего касающихся надёжности.

Открытые спирали здесь никуда не годились, всё же горение в цилиндрах носит взрывной, разрушающий характер. Нить накала должна быть хорошо защищена. Для этого она заключается в металлический или керамический корпус. Если применяется металл, то это будет жаропрочный легированный сплав. Для избегания электрических замыканий пространство между колпаком и нитью заполняется веществом, одновременно изолирующим для тока и хорошо проводящим для тепла. Обычно это оксид магния.

Керамические свечи отличаются более высокой рабочей температурой, долгим сроком службы и ускоренным разогревом. Но и обходятся при этом значительно дороже. Применение конкретного типа зависит от особенностей мотора, иногда использование самых совершенных и дорогих технологий становится вынужденной мерой. С современным экологичным дизелем может справиться лишь свеча из керамики на основе нитрита кремния, мгновенно разогревающаяся и не позволяющая мотору превысит уровень вредных выбросов.

Располагать свечи стараются возможно ближе к месту впрыска дизтоплива в цилиндр. Если есть форкамера или вихревая камера – то в них. Дизели с прямым впрыском имеют геометрически небольшую зону горения, рабочий цилиндр свечи размещается с учётом турбулизации воздуха при сжатии. Корпус свечи имеет удлинённую форму для удобства компоновки и безопасного демонтажа. Он снабжается резьбой и гранями под ключ. Электрический контакт выводится наружу и изолируется.

Управление свечами и алгоритм работы

Каждая свеча потребляет значительный ток, порядка десяти ампер с отклонениями в обе стороны. Соответственно, сопротивление должно быть около одного ома при напряжении питания 12 вольт. Для грузовиков используются 24-вольтовые свечи.

Подобная мощность требует подходящего коммутатора в виде силового реле управления. Это электронное устройство, обеспечивающее включение свечей при пуске, а также своевременное отключение или перевод в режим удержания уменьшенной мощности.

Даже после запуска дизеля некоторое время сохраняется возможность его неустойчивой работы с дымлением и перегрузкой систем фильтрации и нейтрализации. Поэтому либо сама свеча, либо её устройство управления должны пусть с ограничением тока, но продолжать подогревать смесь, пока мотор не наберёт определённую температуру.

Оптимальным с точки зрения быстрого запуска и надёжности можно считать режим быстрого разогрева до максимальной температуры с последующим снижением мощности и стабилизацией на некоторое время. Это и выполняется автоматически комплексом из свечи с нелинейной характеристикой и электронного блока управления.

Существуют и дополнительные функции свечей у самых современных моторов. Это связано с необходимостью поддержания в порядке средств снижения токсичности, а именно, нейтрализаторов, сажевых фильтров и системы EGR. Для этого по программе блока управления свечи могут включаться и на прогретом двигателе, что повышает температуру выхлопных газов. Это ускоряет реакции окисления и очищает аппаратуру соблюдения экологических норм.

Особенности и свойства разных технических исполнений

Свечу стремятся изготовить максимально саморегулирующейся, чтобы не усложнять блок управления, вынужденный работать с большими токами, при этом не затрачивая энергию на собственный перегрев. Добиться этого можно используя металлы нагревательных элементов с различными зависимостями между температурой и электрическим сопротивлением.

Есть несколько путей реализации нужной нелинейности свойств нагревательных элементов:

• применение дополнительной регулирующей (контрольной) спирали с иной температурной зависимостью;
• использование для единственной спирали материала с заданной сильной зависимостью сопротивления;
• замена нити накаливания керамическим токопроводящим стержнем с намного улучшенными свойствами.

Полностью керамические свечи способны долгое время выдерживать рекордные температуры до 1400 градусов.

Развитие средств силовой электроники позволило перенести многие функции на управляющий блок. Такие технологии легко справляются с любым режимом работы свечей, изменяя подводимую к ним мощность. Требования к самим свечам можно понизить, заодно уменьшив их размер, а значит и скорость тепловой реакции.

Проблемы и неисправности

Несмотря на принимаемые меры, свечи до сих пор долговечностью не отличаются. Хотя срок службы некоторых экземпляров уже может составлять более 100 тысяч километров пробега. Причины и проявления выхода из строя могут быть разными.

1. Самое простое – это перегорание нагревательного элемента. Цилиндр с пострадавшей свечой отказывается работать при пуске, двигатель «троит» и вибрирует. Определить такое легко обычным мультиметром.
2. Нагревающийся стержень обязательно должен повышать температуру, начиная с торца. Затем свечение распространяется к резьбовой части. Если это не так – свеча неисправна или исходно бракованная.
3. Наконечник свечи (штифт) может со временем изменить свою геометрическую форму. Такие раздувшиеся или искривлённые свечи надо вовремя менять, пока их ещё возможно извлечь. Заметить такой дефект сложно, поэтому рекомендуется профилактическая замена с частотой, определяемой конструкцией и качеством детали. Обычно это два года.
4. Испортить свечу может некачественное топливо. Оно меняет строго рассчитанный тепловой режим, и деталь выходит из строя. Попутно у двигателя появляются и другие проблемы, более серьёзные, чем отказавшая свеча.

Никакому ремонту свечи не подлежат. Они меняются на новые, обязательно взаимозаменяемые, с соблюдением правил демонтажа. Как правило, он непрост, свечи успевают прикипеть по резьбе к металлу или заклинить в направляющей от перегрева. Не стоит рисковать сложным ремонтом двигателя, лучше сразу обратиться к опытным профессионалам.