Свечи зажигания – для чего нужны и как работают

Свечи зажигания

Ни один бензиновый двигатель внутреннего сгорания невозможно запустить без свечи зажигания. В нашем обзоре рассмотрим устройство этой детали, как она работает и что нужно учесть, выбирая новый комплект для замены.

Что такое свечи зажигания

Свеча – небольшой элемент системы зажигания авто. Она устанавливается над цилиндром мотора. Один конец ввинчивается в сам двигатель, на другой надевается высоковольтный провод (или во многих модификациях двигателей отдельная катушка зажигания).

Хотя эти детали принимают непосредственное участие в движении поршневой группы, нельзя сказать, что это самый важный элемент в моторе. Двигатель невозможно будет завести и без других компонентов, таких как бензонасос, карбюратор, катушка зажигания и т.д. Скорее свеча зажигания – очередное звено механизма, содействующего стабильной работе силового агрегата.

Для чего нужны свечи в автомобиле

Они обеспечивают образование искры для воспламенения бензина в камере сгорания мотора. Немного истории.

Первые двс оснащались трубками накала с открытым огнем. В 1902 году Роберт Бош предложил Карлу Бенцу установить в его моторы свою разработку. Деталь имела практически ту же конструкцию и работала по такому же принципу, что и современные аналоги. На протяжении истории они претерпевали незначительные изменения, которые касались материалов для проводника и диэлектрика.

Устройство свечей зажигания

На первый взгляд кажется, что свеча зажигания (СЗ) имеет простую конструкцию, но на самом деле ее устройство намного сложнее. Данный элемент системы зажигания двигателя состоит из следующих элементов.

• Контактный наконечник (1). Верхняя часть СЗ, на которую надевается высоковольтный провод, идущий от катушки зажигания или индивидуальная. Чаще всего этот элемент выполнен с утолщением на конце, для фиксации по принципу защелки. Бывают свечи с резьбой на наконечнике.
• Изолятор с наружными ребрами (2, 4). Ребра на изоляторе образуют барьер для тока, предотвращая пробои от стержня на поверхность детали. Он изготовлен из керамики с оксидом алюминия. Этот узел должен выдерживать скачки температуры до 2 500 градусов (образуется в процессе сгорания бензина) и при этом сохранять диэлектрические свойства.
• Корпус (5, 13). Это металлическая часть, на которой сделаны ребра для фиксации гаечным ключом. На нижней части корпуса нарезана резьба, с помощью которой свеча ввинчивается в свечной колодец мотора. Материал корпуса – высоколегированная сталь, поверхность которой покрыта хромом для препятствия процессу окисления.
• Контактный стержень (3). Центральный элемент, по которому поступает электрический разряд. Он изготавливается из стали.
• Резистор (6). Стеклогерметиком оснащены большинство современных СЗ. Он гасит радиопомехи, возникающие в процессе подачи электричества. Он также служит уплотнителем для контактного стержня и электрода.
• Уплотнительная шайба (7). Эта деталь может быть в виде конуса или обычной шайбы. В первом случае это один элемент, во втором используется дополнительная прокладка.
• Теплоотводящая шайба (8). Обеспечивает быстрое охлаждение СЗ, расширяя диапазон нагрева. От этого элемента зависит количество образующегося на электродах нагара и долговечность самой свечи.
• Центральный электрод (9). Изначально эту деталь изготавливали из стали. Сегодня используется биметаллический материал с токопроводящим сердечником, покрытым теплоотводящим составом.
• Тепловой конус изолятора (10). Служит для охлаждения центрального электрода. Высота этого конуса влияет на калильное число свечи (холодная или теплая).
• Рабочая камера (11). Пространство между корпусом и конусом изолятора. Оно облегчает процесс поджога бензина. В «факельных» свечах эта камера расширена.
• Боковой электрод (12). Между ним и сердечником происходит разряд. Этот процесс аналогичен дуговому разряду на массу. Существуют СЗ с несколькими боковыми электродами.

На фото также показано значение h. Это искровой зазор. Искрообразование легче происходит при минимальном расстоянии между электродами. Однако свеча должна при этом воспламенить воздушно-топливную смесь. А для этого требуется «жирная» искра (длиной не меньше одного миллиметра) и, соответственно, больший зазор между электродами.

Больше о зазорах рассказывается в следующем видео:

Иридиевые свечи - стоит ставить или нет?

Для экономии ресурса аккумулятора некоторые производители используют инновационную технологию создания СЗ. Она заключается в том, чтобы сделать центральный электрод тоньше (меньше потребуется энергии для преодоления увеличенного искрового зазора), но при этом, чтобы он не перегорал. Для этого используют сплав инертных металлов (таких как золото, серебро, иридий, палладий, платина). Пример такой свечи показан на фото.

Как работают свечи зажигания в машине

Когда запускается мотор, от катушки зажигания (она может быть одна на все свечи, одна на две свечи или индивидуальная на каждую СЗ) поступает ток высокого напряжения. В этот момент между электродами свечи образуется искра, поджигающая воздушно-топливную смесь в цилиндре.

Какие нагрузки испытывают

В процессе работы мотора каждая свеча зажигания испытывает разные нагрузки, поэтому они изготавливаются из таких материалов, которые способны долгое время выдерживать такие нагрузки.

Тепловые нагрузки

Рабочая часть свечи зажигания (оба ее электрода) расположена внутри цилиндра. Когда открывается впускной клапан (или клапаны в зависимости от конструкции мотора), в цилиндр поступает свежая порция воздушно-топливной смеси. В зимний период ее температура может быть отрицательной или близкой к нулевому значению.

На разогретом моторе при воспламенении ВТС температура в цилиндре может резко повышаться до 2-3 тысяч градусов. Из-за таких резких и критических перепадов температуры электроды свечи могут деформироваться, что со временем влияет на зазор между электродами. В дополнение к этому у металлической части и фарфорового изолятора разный коэффициент теплового расширения. Такие резкие перепады также способны разрушить изолятор.

Механические нагрузки

В зависимости от типа двигателя при воспламенении смеси топлива и воздуха давление в цилиндре может резко меняться от состояния вакуума (отрицательное давление относительно атмосферного) до превышающего атмосферное давление на 50 кг/кв.см. и выше. В дополнение когда мотор работает, он создает вибрации, которые тоже негативно сказывается на состоянии свечей.

Химические нагрузки

Большинство химических реакций возможны при высокой температуре. То же можно сказать и о процессах, происходящих при сгорании углеродного топлива. При этом выделяется большое количество химически активных веществ (благодаря этому работает каталитический нейтрализатор – он вступает в химическую реакцию с этими веществами и нейтрализует их). Со временем они воздействуют на металлическую часть свечи, образуя на ней разного рода нагар.

Электрические нагрузки

Когда образуется искра, на центральный электрод подается ток высокого напряжения. В основном этот показатель составляет 20-25 тысяч вольт. В некоторых силовых агрегатах катушки зажигания генерируют импульс выше этого параметра. Разряд длится до трех миллисекунд, но этого достаточно, чтобы такое высокое напряжение сказалось на состоянии изолятора.

Отклонения от нормального процесса сгорания

Рабочий ресурс свечи зажигания может сократиться при изменении процесса сгорании воздушно-топливной смеси. На этот процесс влияют разные факторы, например, плохое качество топлива, раннее или позднее зажигание и т.д. Вот некоторые из этих факторов, которые сокращают ресурс новых свечей зажигания.

Пропуски воспламенения

Данный эффект возникает при подаче обедненной смеси (воздуха намного больше, чем самого топлива), когда генерируется недостаточная мощность тока (такое происходит из-за неисправности катушки зажигания или из-за некачественной изоляции высоковольтных проводов — пробивают) или когда образуется пропуск искрообразования. Если мотор страдает от данной неисправности, на электродах и изоляторе будет образовываться нагар.

Калильное зажигание

Существует два типа калильных зажиганий: преждевременное и запаздывающее. В первом случае искра срабатывает раньше, чем поршень достигнет верхней мертвой точки (происходит увеличение угла опережения зажигания). В этот момент мотор сильно нагревается, что приводит к еще большему увеличению УОЗ.

Данный эффект приводит к тому, что воздушно-топливная смесь может произвольно воспламеняться при поступлении в цилиндр (загорается за счет раскаленных деталей цилиндропоршневой группы). Когда происходит калильное зажигание, могут повреждаться клапаны, поршни, прокладка ГБЦ и поршневые кольца. Что касается повреждений свечи, то в данном случае может расплавиться изолятор или электроды.

Детонация

Это процесс, который тоже происходит из-за высокой температуры в цилиндре и низкого октанового числа топлива. При детонации еще не сжатая ВТС начинает воспламеняться от раскаленной детали в самой удаленной от впускного поршня части цилиндра. Данный процесс сопровождается резким возгоранием воздушно-топливной смеси. Высвобождающаяся энергия распространяется не от головки блока, а от поршня к головке со скоростью, превышающей скорость звука.

В результате детонации цилиндр сильно перегревается в одной части, перегреваются поршни, клапаны и сами свечи. Плюс свеча испытывает увеличенное давление. В результате такого процесса изолятор СЗ может лопнуть или отколоться его часть. сами электроды могут перегореть или оплавиться.

Детонация двигателя определяется характерными металлическими стуками. Также из выхлопной трубы может появиться черный дым, мотор начнет расходовать много топлива, а его мощность станет ощутимо меньше. Для своевременного обнаружения данного губительного эффекта в современных моторах устанавливается датчик детонации.

Дизелинг

Хотя данная проблема не связана с некорректной работой свечей зажигания, все же она затрагивает и их, подвергая большой нагрузке. Дизелинг это самостоятельное воспламенение бензина при выключении двигателя. Данный эффект происходит из-за контакта воздушно-топливной смеси с раскаленными деталями мотора.

Такой эффект появляется только в тех силовых агрегатах, в которых при выключении зажигания не перестает работать топливная система – в карбюраторных ДВС. Когда водитель глушит мотор, по инерции поршни продолжают всасывать воздушно-топливную смесь, а механический топливный насос не прекращает подачу бензина в карбюратор.

Дизелинг образуется на крайне малых оборотах мотора, что сопровождается очень нестабильной работой мотора. Этот эффект прекращается, когда детали цилиндропоршневой группы не охладятся в достаточной мере. В некоторых случаях это длится несколько секунд.

Нагар на свече

Тип нагара на свечах может быть самым разным. По нему можно условно определить некоторые неполадки с двигателем. Твердый углеродистый нагар появляется на поверхности электродов, когда температура сгорающей смеси превышает 200 градусов.

Если на свече большой нагар, в большинстве случаев он препятствует работоспособности СЗ. Проблему можно устранить, почистив свечу. Но очистка не устраняет причину образования неестественного нагара, поэтому все равно эти причины нужно устранять. Современные свечи разрабатываются так, чтобы они могли самостоятельно очищаться от нагара.

Ресурс свечей

Рабочий ресурс свечей зажигания зависит не от одного фактора. На период замены СЗ влияет:

• Материал, из которого изготавливаются электроды;
• Условия эксплуатации;
• Особенности работы мотора;
• Количество моторчасов.

Если брать классические никелевые свечи, то обычно они отхаживают до 15 000 километров пробега. Если машина эксплуатируется в условиях мегаполиса, то эта цифра будет меньшей, потому что хотя машина не едет, но когда она стоит в пробке или тянучке, мотор продолжает работать. Многоэлектродные аналоги работают приблизительно в два раза дольше.

При установке свечей с иридиевыми или платиновыми электродами, как указывают производители данной продукции, они способны отходить до 90 тысяч километров. Конечно, на их работоспособность также влияет техническое состояние мотора. Большинство автомобильных сервисов рекомендуют проводить замену свечей через каждые 30 тысяч километров пробега (в рамках каждого второго планового технического обслуживания).

Виды свечей зажигания

Основные параметры, по которым отличаются все СЗ:

1. количество электродов;
2. материал центрального электрода;
3. калильное число;
4. размер корпуса.

Во-первых, свечи бывают одноэлектродные (классическая с одним электродом «на массу») и многоэлектродными (боковых элементов может быть два, три или четыре). Второй вариант имеет больший ресурс, потому что искра стабильно появляется между одним из этих элементов и сердечником. Некоторые боятся приобретать такую модификацию, думая, что в этом случае искра будет распределяться между всеми элементами и поэтому будет тонкой. На самом деле ток всегда идет путем наименьшего сопротивления. Поэтому дуга будет одна и ее толщина не зависит от количества электродов. Скорее наличие нескольких элементов увеличивает надежность искрения при обгорании одного из контактов.

Во-вторых, как уже обращалось внимание, толщина центрального электрода влияет на качество искры. Однако тонкий металл при сильном нагреве быстро перегорает. Для устранения такой проблемы производители разработали новый тип свечей с сердечником из платины или иридия. Его толщина составляет около 0,5 миллиметра. Искра в таких свечах настолько мощная, что нагар в них практически не образуется.

В-третьих, свеча зажигания будет исправно работать только при определенном нагреве электродов (оптимальный температурный диапазон – от 400 до 900 градусов). Если они будут слишком холодными, на их поверхности будет образовываться нагар. Чрезмерная температура приводит к растрескиванию изолятора, а в худшем случае – к калильному зажиганию (когда топливная смесь воспламеняется от температуры электрода, а затем появляется искра). И в первом и во втором случае это отрицательно сказывается на всем моторе.

Чем выше показатель калильного числа, тем меньше СЗ будет нагреваться. Такие модификации называются «холодными» свечами, а с меньшим показателем – «горячими». В обычных моторах устанавливаются модели со средним показателем. Промышленная техника чаще работает на пониженных оборотах, поэтому они оснащаются «горячими» свечами, которые не так быстро остывают. Двигатели спортивных автомобилей часто работают в режиме повышенных оборотов, поэтому есть риск перегрева электродов. В этом случае устанавливаются «холодные» модификации.

В-четвертых, все СЗ разнятся размером граней для ключа (16, 19, 22 и 24 миллиметра), а также длиной и диаметром резьбы. Какой размер свечи подойдет для конкретного двигателя, можно посмотреть в руководстве по эксплуатации.

Основные параметры данной детали рассматриваются в видео:

Что нужно знать про свечи зажигания

Маркировка и срок службы

На керамическом изоляторе каждой детали нанесена маркировка, позволяющая определить, подойдет ли она к данному мотору или нет. Вот пример одного из вариантов:

А – У 17 Д В Р М 10

Позиция в маркировке	Значение символа	Описание
1	Тип резьбы	А – резьба М14х1,25 М – резьба М18х1,5 Т – резьба М10х1
2	Опорная поверхность	К – коническая шайба – – плоская шайба с прокладкой
3	Конструкция	М – малогабаритная свеча У – уменьшенный шестигранник
4	Калильное число	2 – самая «горячая» 31 – самая «холодная»
5	Длина резьбовой части (мм.)	Н – 11 Д – 19 – – 12
6	Особенности теплового конуса	В – выступает из корпуса – – утоплен в корпус
7	Наличие стеклогерметика	Р – с резистором – – без резистора
8	Материал сердечника	М – медный – – стальной
9	Порядковый номер модернизации

Каждый производитель устанавливает свои сроки замены свечей зажигания. Например, стандартную одноэлектродную свечу нужно менять при пробеге не более 30 000 км. Этот фактор зависит также от показателя моточасов (как они высчитываются, рассказано на примере замены автомобильного масла). Более дорогие (платиновые и иридиевые) нужно менять не реже, чем через 90 000 км.

Срок службы СЗ зависит от характеристик материала, из которого они изготавливаются, а также от условий эксплуатации. Например, нагар на электродах может свидетельствовать о сбоях в топливной системе (подача чрезмерно обогащенной смеси), а белый налет говорит о несоответствии калильного числа свечи или о раннем зажигании.

Потребность в проверке свечей зажигания может возникнуть в следующих случаях:

• при резком нажатии на педаль акселератора мотор реагирует с заметным опозданием;
• затрудненный запуск двигателя (например, для этого нужно долго крутить стартером);
• понижение мощности мотора;
• значительное повышение расхода топлива;
• загорается check двигателя на приборной панели;
• усложненный запуск мотора на морозе;
• нестабильная работа на холостых оборотах (мотор «троит»).

Стоит заметить, что эти факторы свидетельствуют не только о неисправности свечей. Прежде чем приступать к их замене, следует посмотреть на их состояние. На фото показано, какой узел в двигателе требует внимания в каждом отдельном случае.

Как проверить, что свечи работают правильно

При некорректной работе силового агрегата в первую очередь необходимо обратить внимание на элементы, подлежащие плановой замене. Существует несколько способов проверить работоспособность свечей зажигания.

Попеременное отключение питания

Многие автомобилисты по очереди снимают провода со свечей на уже работающем моторе. При нормальной работе этих элементов отключение высоковольтного провода сразу же отразится на работе мотора – он начнет дергаться (потому что один цилиндр перестал работать). Если снятие одного из проводов не отразилось на работе силового агрегата, значит, эта свеча не работает. При использовании данного метода можно повредить катушку зажигания (для долговечной работы она должна всегда разряжаться, а если ее снять со свечи, разряд не происходит, поэтому индивидуальную катушку может пробить).

Проверка «на искру»

Это менее вредный способ для катушки зажигания, особенно если она индивидуальная (входит в конструкцию надсвечника). Суть такого теста заключается в том, что свечу выкручивают на неработающем двигателе. На нее надевается высоковольтный провод. Далее свечу нужно прислонить резьбой к клапанной крышке.

Пробуем запустить мотор. Если свеча исправна, между электродами будет появляться четкая искра. Если она несущественная, то нужно поменять высоковольтный провод (может идти утечка из-за плохой изоляции).

Проверка тестером

Для выполнения этой процедуры потребуется искровой пьезоэлектрический пробник или тестер. Его можно купить в магазине автозапчастей. Мотор при этом заглушен. Вместо надсвечника высоковольтного провода на свечу надевается наконечник гибкого соединителя тестера. Подпружиненный щуп пробника сильно прижимается к корпусу клапанной крышки (масса мотора).

Далее несколько раз нажимается кнопка тестера. При этом должна загораться индикаторная лампочка, а на свече должен появляться треск искры. Если ни лампочка не загорается, то свеча нерабочая.

Что будет, если вовремя не менять свечи?

Конечно, если автомобилист не обращает внимания на состояние свечей зажигания, автомобиль не получит критических повреждений. Последствия проявятся позже. Самый частый исход такой ситуации – отказ мотора заводиться. Причина в том, что сама система зажигания может работать исправно, аккумулятор полностью заряжен, а свечи либо не дают достаточно мощной искры (например, из-за большого нагара), либо вообще ее не генерируют.

Чтобы предупредить это, нужно быть внимательным к косвенным признакам, указывающим на проблемы со свечами:

1. Мотор начал троить (дергается на холостом ходу или во время езды);
2. Двигатель стал плохо запускаться, свечи постоянно заливает;
3. Повысился расход топлива;
4. Более густой дым из выхлопной за счет плохо сгорающего топлива;
5. Машина стала менее динамичной.

Если водитель отличается удивительным спокойствием при наличии всех этих признаков, и продолжает эксплуатировать свое авто в прежнем режиме, скоро проявятся более серьезные последствия – вплоть до выхода из строя мотора.

Одним из самых неприятных последствий является частая детонация в цилиндрах (когда воздушно-топливная смесь не сгорает плавно, а резко взрывается).игнорирование четко выраженный металлический звук во время работы мотора приведет к появлению черного дыма из выхлопной трубы, что свидетельствует о поломке мотора.

Неисправности свечей зажигания

О неисправности свечей зажигания свидетельствует полное или частичное отсутствие зажигания в одном или нескольких цилиндрах. Этот эффект ни с чем не перепутаешь – если не работает одна или сразу две свечи, мотор либо не заведется, либо будет работать крайне нестабильно (будет «чихать» и дергаться).

Свечи зажигания не имеют в себе каких-либо механизмов или большого количества элементов, поэтому их основными неисправностями является трещины или сколы изолятора или деформация электродов (расплавились или изменился зазор между ними). Свечи будут нестабильно работать, если на них наслоился нагар.

Как ухаживать за свечами зимой?

Многие специалисты рекомендуют устанавливать на зиму новые свечи, даже если старые еще нормально работают. Причина в том, что при запуске мотора, простоявшего целую ночь на морозе, температуры слабой искры будет недостаточно, чтобы загорелось холодное топливо. Поэтому необходимо, чтобы свечи стабильно образовывали жирные искры. По окончании зимнего периода можно будет установить старые СЗ.

Причем за время эксплуатации машины в зимний период на свечах может образоваться нагар, больший чем при работе других свечей в остальные три сезона. Такое происходит при кратковременных поездках по морозу. В таком режиме двигатель не прогревается в должной мере, из-за чего свечи не могут самостоятельно очиститься от нагара. Чтобы активировался этот процесс, сначала мотор нужно вывести на рабочую температуру, а затем проехаться на повышенных оборотах.

Как выбрать свечи зажигания?

В некоторых случаях ответ на этот вопрос зависит от финансовых возможностей автомобилиста. Так, если системы зажигания и подачи топлива правильно настроены, стандартные свечи меняются только потому, что так требует производитель.

Оптимальный вариант – купить те свечи, которые рекомендует устанавливать изготовитель двигателя. Если этот параметр не указан, то в этом случае следует ориентироваться на размеры свечи и на параметр калильного числа.

Некоторые автомобилисты имеют в запасе сразу два комплекта свечей (зимний и летний). Езда на короткие расстояния и на пониженных оборотах требует установки «горячей» модификации (чаще такие условия возникают зимой). Дальние поездки на повышенных оборотах наоборот потребуют установки более «холодных» аналогов.

Немаловажным фактором при выборе СЗ – производитель. Ведущие бренды берут деньги не только за название (как ошибочно полагают некоторые автомобилисты). Свечи таких производителей, как Bosch, Champion, NGK и др. имеют увеличенный ресурс, в них используются сплавы инертных металлов и больше защищены от окисления.

Своевременное обслуживание систем подачи топлива и зажигания заметно продлит срок службы свечей зажигания и обеспечит стабильность ДВС.

Более подробно о работе свечей зажигания и о том, какая модификация лучше, смотрите в видео:

Видео на тему

Вот короткое видео о распространенных ошибках при выборе новых свечей зажигания:

5 ошибок при ВЫБОРЕ СВЕЧЕЙ ЗАЖИГАНИЯ

Вопросы и ответы:

Для чего свеча в машине? Это элемент системы зажигания, который отвечает за воспламенение воздушно-топливной смеси. Свечи используются в моторах, работающих на бензине или газе.

Куда вставляется свеча в машине? Она вкручивается в свечной колодец, находящийся в головке блока цилиндров. В результате ее электрод оказывается в камере сгорания цилиндра.

Как понять, что пора менять свечи зажигания? Трудный запуск мотора; упала мощность силового агрегата; повысился расход топлива; «задумчивость» при резком нажатии на газ; троение двигателя.