Абсолютно любая свеча зажигания в абсолютно любом автомобиле нужна только лишь для того, чтобы воспламенить топливную смесь, поступившую в камеру сгорания двигателя.
При воспламенении смеси происходит самый настоящий взрыв, энергия которого толкает поршень вниз, создавая крутящий момент. Как и любой другой взрыв, он сопровождается высокой температурой, которая напрямую зависит от давления, при котором происходит взрыв. В нашем случае давление определяется силой сжатия.
В обычном двигателе амплитуда температур может достигать 2500 градусов по Цельсию, а при средних, около трех тысяч, оборотах двигателя смесь взрывается около двадцати пяти раз в секунду.
Кроме этого все возникающие продукты горения, также воздействуют на свечу зажигания.
Условия, в которых работает свеча можно смело назвать критическими и именно по этой причине производители свечей делают их строго под определенный двигатель. Почему это так важно будет понятно из последующего материала.
Конструкция свечи.
Основная задача свечи зажигания – обеспечить необходимый зазор между электродами. Сквозь этот зазор проходит большое напряжение, около двадцати тысяч вольт, за счет чего образуется дуга, которая и поджигает смесь. Однако этот зазор должен оставаться постоянным как можно дольше. Если величина зазора будет изменяться, то напряжение искрового разряда будет возрастать, создавая нагрузку на модуль зажигания. Вследствие этого пробой искры будет не постоянным и это будет заметно по неустойчивой работе двигателя.
Производители свечей давно нашли решение проблемы уменьшения искрового зазора. Благодаря конструкции свечи зажигания, все отложения, выброшенные во время, условно первого взрыва, догорают на раскаленных стенках самой свечи, а при последующем взрыве их сносит с электродов вихрем воспламенившихся газов и далее все повторяется вновь.
Проблема в том, что свеча зажигания не только не должна быть холодной, но и не должна быть очень горячей. Диапазон температур составляет всего пятьсот градусов в периоде от четырех сот до девятисот градусов Цельсия. Если же свеча перегреется, то возникнет эффект калильного зажигания, когда смесь будет загораться не в момент поджога, а произвольно, воспламеняясь от раскаленных поверхностей свечи.
Такое развитие событий вполне может вызвать разрушение самого двигателя.
Схема теплоотвода в свечах зажигания давно известна, но именно она, косвенно, влияет на конечную стоимость свечи.
Итак.
После максимальной температурной точки, в камеру впрыскивается новая порция холодной смеси и эта смесь забирает около двадцати процентов от общего количества тепла. Более половины уходит через изолятор свечи и далее предается на головку блока цилиндров, откуда выводится системой охлаждения. Около десяти процентов уходит в воздух за счет внешней части керамического изолятора. Здесь не малую роль играет общая площадь необходимая для поглощения тепла. Именно по этой причине изолятор большинства свечей гофрированный, он защищает и от пробоя между проводом и массой.
Калильное число – грубо, число, показывающее температурный диапазон в котором та или иная свеча будет работать нормально, определяется именно отношением площадей призванных отводить тепло от электродов свечи зажигания. По сути, калильное число это способность свечи копить тепло в себе.
За калильное число в большей степени отвечает нижняя часть свечи, та, что вворачивается в двигатель. Керамический изолятор центрального электрода накапливает тепло и передает его металлическому сердечнику.
Для более эффективного теплоотвода сердечник делают из разных металлов. Чаще всего медную основу покрывают сплавом хрома и никеля. В особых случаях такой подход применяют и к боковым электродам, но это скорее исключение из правил. Применение нескольких металлов в центральном электроде наделяет свечу термоэластичностью, что позволяет компенсировать разницу температурных амплитуд, возникающую из-за разности частоты оборотов двигателя.
Так, например, при малых оборотах температура нижнего края электрода гораздо выше, чем при высоких оборотах. Кажущаяся несуразица объясняется тем, что как только свеча начинает перегреваться на высоких оборотах, медный сердечник начинает отводить тепло, более интенсивно, компенсируя, таким образом, увеличение общей температуры свечи.
Производители свечей зажигания непрерывно ведут борьбу в двух направлениях улучшения конструкции свечей. В первом случае, увеличивается ток, проходящий через искровой зазор, это дает более полное сгорание смеси, а значит, улучшает чистоту выхлопа и вместе с тем повышает мощность. Но при этом достаточно быстро разрушаются электроды свечи зажигания. Во втором случае идет борьба за ресурс свечей, и чем дольше они не требуют замены, тем лучше.
Компенсировать это противоречие позволяет применение специальных материалов при изготовлении свечи. Выше мы читали о том, что калильное число косвенно влияет на стоимость свечи. Дело в том, что чем тоньше электрод, тем более дорогой материал в нем применяется, чтобы компенсировать слишком раннее разрушение электрода. В настоящее время применяют платину, иридий, золото, серебро… В обычных свечах чаще всего встречается платина и иридий.
Как образуется искра.
Если создать достаточное электрическое поле в газообразной среде, то у молекул газа начнется отделение электронов. Отделившиеся электроны неизбежно будут притянуты к положительному электроду. В процессе этого движения происходит ионизация молекул самого газа, и образования новых электронов… процесс не зря называют лавинообразным.
Напряженность электрического поля пропорциональна кривизне поверхности проводника.
Так, например, молния попадает в дерево, только по тому, что относительно поверхности земли оно "острое". Одинокий путник в степи тоже будет "острым" относительно земли, и одинокий пловец будет "острым" относительно воды.
Напряжение пробоя зависит от давления в той среде, в которой этот пробой должен произойти.
Среднее напряжение пробоя у свечи зажигания с зазором один миллиметр составляет около семисот вольт, при атмосферном давлении и порядка пяти киловольт при работе двигателя.
Средняя катушка зажигания способна создать импульс равный двенадцати киловольтам, т.е. напряжения с запасом должно хватить на стабильную искру в промежутке до двух миллиметров.
Этот запас напряжения имеет одну интересную особенность. Искра в свече зажигания возникает, где попало, что само по себе дестабилизирует угол опережения зажигания.
Производители свечей зажигания решают эту проблему несколькими методами.
Самый дешевый метод, из применяемых, сделать просечку в центральном электроде в виде латинской буквы V. Более дорогостоящий метод заострить электрод, но тогда придется кончик электрода делать из платины или иридия, что существенно поднимет стоимость свечи зажигания. Однако в комплексе этот метод тоже достаточно часто применяют, особенно в свечах, которые стоят в много клапанных моторах и имеют небольшое сечение центрального электрода, чтобы сохранить площадь необходимую для охлаждения свечи.
В заключение дам пару советов.
Выбирая свечи для своего автомобиля, приобретайте только те свечи зажигания, которые строго соответствуют вашему двигателю. Какие правильные, написано и в документации на автомобиль и в каталоге производителя свечей зажигания. Если так сложилось, что ваши свечи содержат платину или иридий, не экономьте, покупая свечи, центральный электрод которых сделан из никеля или меди.
Поверьте! Вы не будете следить за износом электрода и в конечном итоге сожжете катушки зажигания из-за возросшего напряжения пробоя, т.к. электрод быстро износится и искровой зазор превысит допустимое значение.
Не устанавливайте на свой автомобиль свечи, резьбовая часть которых длиннее чем у ваших старых свечей. В некоторых двигателях торчащий конец резьбы может достать до поршня. В большинстве случаев на лишней резьбе образуется нагар, и вы в последствие не сможете вывернуть свечу зажигания.
Не следует ставить свечи, резьба которых короче резьбы на ваших старых свечах. Нагар осядет на резьбе головки блока цилиндров, и когда вы заходите поменять свечи на рекомендованные вы не сможете их завернуть до конца.
Если вы не можете, по какой либо причине, сопоставить калильное число вашей старой свечи и свечи, которую вы хотите купить. Сделайте следующее.
Возьмите канцелярскую скрепку или тонкую проволоку и аккуратно введите ее между изолятором центрального электрода и юбкой вашей старой свечи. Достигнув дна, загните о край юбки оставшуюся часть.
Извлеките проволоку и замерьте загнутый кончик.
Повторите действие с той свечкой, которую хотите купить. Если полученные отрезки совпадают, то калильное число одинаково у обеих свечей.
Не допускайте расхождения длин более чем на два миллиметра.