Свечи зажигания есть во всех бензиновых двигателях внутреннего сгорания. Они нужны для воспламенения топливовоздушной смеси и без них бензиновый двигатель не сможет запуститься и работать. В случае неисправности свечи нарушают работу двигателя и могут привести к его поломке. В этой статье мы разберем устройство, принцип действия и основные неисправности свечей зажигания. Также расскажем, что такое калильное число, какой должен быть зазор и о чем говорит нагар на свечах зажигания.

Свеча зажигания — устройство для воспламенения топливовоздушной смеси в тепловом двигателе. В автомобилях с бензиновыми двигателями чаще всего используются искровые свечи зажигания. Они воспламеняют смесь воздуха с топливом в камере сгорания с помощью высоковольтного электрического разряда, возникающего между электродами свечи. Об искровых свечах зажигания мы и расскажем в этой статье.

Что вы узнаете:

Где находятся свечи зажигания

Свечи зажигания устанавливаются в головку блока цилиндров (ГБЦ). Отверстия для свечей в ГБЦ называются свечные колодцы. Наружная часть свечи находится за пределами ГБЦ для удобства подключения высоковольтных проводов, нижняя часть свечи с электродами находится непосредственно в камере сгорания, где и выполняет свое прямое назначение — воспламеняет в нужный момент смесь бензина с воздухом.

Свеча зажигания в камере сгорания

Количество свечей зажигания в двигателе обычно равно количеству цилиндров. Например, в четырехцилиндровом двигателе — четыре свечи зажигания, в шестицилиндровом — шесть. Но есть двигатели, где применяются по две свечи на цилиндр (обычно в гоночных автомобилях).

Свечи зажигания используются только в бензиновых ДВС, в дизельных моторах их нет. Вместо них в дизельные двигатели устанавливаются свечи накаливания — воспламенение в этом случае происходит от высокого давления, а не от искры.

Как устроена свеча зажигания

Конструктивно свеча зажигания состоит из изолятора и центрального проводника, заключенных в металлический корпус. Остальные элементы носят вспомогательную или монтажную функции. На схеме ниже представлена схема устройства стандартной свечи зажигания.

Контактный вывод. Предназначен для подключения свечи к высоковольтному проводу или индивидуальной катушке зажигания. В современных автомобилях обычно используются индивидуальные катушки, которые защелкиваются на контактном выводе свечи. В конструкциях с высоковольтными проводами тоже может использоваться защелка (в самих проводах), либо же провод крепится гайкой.
Ребра изолятора. Мешают пробою электрического тока на корпус за счет более длинного пути поверхностных токов.

Производитель и номер серии. Серийная маркировка свечи зажигания.
Специальная прокладка. Находится между металлическим корпусом и изолятором.
Керамический изолятор. Изготавливается из керамики и выдерживает воздействие высоких температур (до 1 000 °C) и напряжение (до 60 000 В). Защищает от пробоя между плюсом и массой.
Керамический резистор. Предназначен для снижения помех, мешающих работе бортовой радиоаппаратуры и электроники. Устанавливается не во все свечи.
Металлическая оправа (корпус). Служит для многих целей: объединение всех элементов свечи зажигания в единую деталь, отвод тепла от свечи на двигатель, подвод массы к боковому электроду.
Уплотнительное кольцо. Защищает камеру сгорания ДВС от прорыва газов наружу. Иногда уплотнительное кольцо не ставится, вместо него используется конусообразной формы посадочная поверхность корпуса (герметизация происходит за счет обжима конусом).
Медный сердечник. Проводит электрический ток от контактного вывода к центральному электроду.
Искровой зазор. Расстояние между крайней точкой центрального электрода и ближайшей поверхностью бокового электрода.
Центральный и боковой электроды. Расположены друг от друга на расстоянии искрового зазора для создания разряда электрического тока.

Как работает свеча зажигания

Назначение свечи зажигания — воспламенение топливовоздушной смеси электрической искрой, возникающей между центральным и боковым электродами. Искра возникает из-за наличия зазора между электродами — так называемого искрового зазора. Чтобы пробить стандартный зазор в 1 мм требуется напряжение от 20 000 В.

Такое высокое напряжение создает катушка зажигания, преобразуя напряжение бортовой сети в 12 В. Ток подается на центральный электрод свечи зажигания. Из-за наличия искрового зазора электрический заряд «перепрыгивает» с центрального (положительного) электрода на боковой (отрицательный, или массу), создавая искру, которая и поджигает смесь в цилиндре двигателя. В этом и заключается принцип работы свечи зажигания.

Работа свечи зажигания (звездочка в конце такта 2 работы двигателя внутреннего сгорания)

Срабатывать свеча должна в нужный момент — в конце завершения такта сжатия каждого цикла, когда топливовоздушная смесь находится под максимальным давлением. В момент, когда поршень почти достиг верхней мертвой точки в такте сжатия — искра создает электрический разряд.

В результате топливовоздушная смесь взрывается, толкает поршень вниз и через шатун вращает коленвал. Так производится полезная работа. В следующем цикле все повторяется.

Задержка или опережение зажигания приводят к неправильной работе цилиндра вплоть до его полного отключения.

Более подробно о принципе действия свечей зажигания и в целом об автомобильных системах зажигания объясняется в этом видео:

Какие свечи зажигания бывают

Автомобильные свечи зажигания имеют типовое устройство и назначение, однако за счет применения различных материалов, технических решений и способов монтажа, имеют довольно обширную классификацию. Свечи зажигания различают по установочным размерам (диаметр и длина резьбовой части, размеры шестигранника под ключ), по длине и форме керамического изолятора, по количеству боковых электродов, материалам изготовления центрального электрода, по величине искрового зазора, калильным числам и другим характеристикам.

По установочным размерам

Установочные размеры характеризуют особенности монтажа свечей зажигания.

Диаметр резьбы. Наиболее распространены свечи с диаметром резьбовой части 14 или 18 мм (но встречаются свечи с диаметром резьбы 10 или 12 мм). Шаг резьбы обычно стандартный метрический (для M14 — 1,25 мм; для M18 — 1,5 мм)
Длина резьбы. Может отличаться в зависимости от производителя, но, как правило, имеется два вида длин резьб — короткая и длинная. Например, Bosch выпускает свечи с длиной резьбы 12,7 или 19 мм.
Размер шестигранника под ключ. Для вкручивания свечи в свечной колодец понадобится свечная головка на 14 или 18 мм (реже — на 12 и 10 мм). С обычными гаечным ключом добраться до шестигранника свечи обычно невозможно, а стандартным шестигранным головкам не хватает длины (мешает контактный вывод). Поэтому используют специальные свечные головки.
Форма посадочной части корпуса. Различают цилиндрические и конические корпуса свечей зажигания. На конических уплотнительное кольцо не применяется, т.к. уплотнение происходит за счет конуса.

Также свечи зажигания отличают по длине изолятора, но это обычно не имеет принципиального значения.

Свечи зажигания с разными установочными размерами

По характеристикам

Характеристики свечей зажигания сказываются на качестве и долговечности их работы.

Величина искрового зазора. Искровой зазор отличается для различных моторов и систем зажигания. Обычно в пределах 0,4-1,3 мм. Чтобы точно узнать, какой нужен искровой зазор конкретно для вашего автомобиля — посмотрите руководство по эксплуатации.
Количество и форма боковых электродов. Бывают одно-, двух-, трех и четырехэлектродные свечи. Но часто их делят на две большие группы: одноэлектродные и многоэлектродные (или многоконтактные) свечи.
Сопротивление обгорания. Максимальное сопротивление, препятствующее обгоранию электрических компонентов свечи. При превышении значения сопротивления обгорания свеча зажигания может выйти из строя. Сопротивление может составлять, например, 1 кОм.
Сопротивление для подавления радиопомех. Специальный резистор, защищающий радиоаппаратуру и ЭБУ от электропомех. Встречается не во всех свечах.
Калильное число. Определяет тепловую характеристику свечей (подробнее об этом остановимся ниже). Различают холодные, стандартные и горячие свечи зажигания.

Свечи зажигания с разными типами электродов

По материалу центрального электрода

От выбора материала центрального электрода зависит ресурс свечи зажигания. Все дело в том, что заряженные частицы (электроны и ионы) при движении в электрическом поле между электродами «выбивают» из последних атомы вещества, в результате они изнашиваются. Но этот процесс может проходить с разной скоростью – главное использовать правильный сплав для центрального электрода. Чаще всего встречаются иридиевые, никелевые, платиновые, а иногда и серебряные свечи зажигания.

Никель. Сплавы центрального электрода из этого материала получили наибольшее распространение в связи с их невысокой стоимостью. Температура плавления никеля 1455 °C, однако медь в составе сплава снижает температуру. Обычно никелевые свечи зажигания используются в малообъемных двигателях внутреннего сгорания с невысокой степенью сжатия, устанавливаемых в бюджетные автомобили. Срок службы никелевых свечей — до 40 тысяч километров. Обычно допускается менять никелевые свечи на более дорогие платиновые или иридиевые, однако делать это стоит, только если есть соответствующие альтернативы в каталогах запчастей.
Платина. Более надежные в сравнении с никелевыми свечи, во многом благодаря высокой температуре плавления в 1768 °C (в чистом виде). Центральный электрод обычно более тонкий (0,9-1,2 мм), чем у никелевых свечей, за счет чего снижается нагрузка на высоковольтные провода и катушку зажигания. Платиновые свечи обычно используются в двигателях с высокой степенью сжатия (от 12:1), работающих на бензине марок АИ-98 и АИ-100. Примерный ресурс платиновых свечей зажигания — 90 тысяч километров.
Иридий. Применяемость аналогична платиновым, но это еще более тугоплавкий материал — в чистом виде сопротивляется плавлению до температуры 2466 °C. Центральный электрод тоньше других — 0,5-0,7 мм. Иридиевые свечи способны пройти более 100 тысяч километров в подходящих условиях. Такие свечи обычно самые дорогие.
Серебро. Свечи зажигания из технического серебра менее распространены по сравнению с остальными видами. Их рекомендуется использовать в двигателях на газу, благодаря способности серебра работать в широком диапазоне температур. Ресурс серебряных свечей — до 50 тысяч километров.

Производители ищут новые сплавы для главного электрода свечей зажигания, стремясь снизить себестоимость без ущерба ресурсу. По некоторым данным, китайцы уже научились делать (и подделывать) свечи зажигания с применением металлического центрального электрода. По характеристикам они не уступают никелевым, но таким же образом могут подделываться и более дорогие платиновые свечи.

Тонкий центральный электрод – признак иридиевой свечи зажигания

Что такое калильное число

В списке вышеперечисленных характеристик свечей зажигания особо важной является калильное число. Оно определяет тепловую характеристику свечей и подразделяет их на «горячие», «стандартные» и «холодные».

Для нормальной работы свечи зажигания ее изолятор должен работать в определенном диапазоне температур (для разных видов моторов и нагрузок он отличается).

При разогреве изолятора свечи зажигания до температур выше 850 – 900 °С в цилиндре может появиться калильное зажигание — когда воспламенение смеси происходит не от электрического разряда, а от раскаленного изолятора и других элементов свечи. Калильное зажигание может привести к выходу двигателя из строя из-за несвоевременного поджига смеси.

С другой стороны слишком низкая температура изолятора — менее 400 – 500 °С — препятствует образованию достаточного теплового конуса свечи, что приводит к образованию нагара на свечах — они теряют способность самоочищаться. Со временем налет нарушает работу или полностью выводит из строя свечу зажигания.

Нормальная температура изолятора — в диапазоне 500 – 850 °С — позволяет свечам самоочищаться, и не создает эффект калильного зажигания. В этом случае свечи имеют цвет «кофе с молоком», что говорит о корректной работе двигателя.

«Горячие» свечи. Применяются в двигателях с низкой степенью сжатия, работающих на низкооктановом топливе. В таких агрегатах может быть низкая температура в камере сгорания. Чтобы свечи не закоксовывались — их делают «горячими».
«Стандартные» или «горячие» свечи. Наиболее распространенный вид свечей зажигания. Спроектированы для работы в двигателях с нормальными температурами в камерах сгорания.
«Холодые» свечи. В этом случае свечи проектируются с наиболее эффективным отводом тепла на двигатель. Используются в ДВС с высокой степенью сжатия, высокой компрессией и работающих на высокооктановом топливе. Любые другие свечи в таких двигателях могут провоцировать эффект калильного зажигания из-за перегрева.

К сожалению, единого стандарта обозначения калильных чисел не существует (высокие числа не обязательно говорят, что это «горячая» свеча — может быть наоборот), необходимо смотреть спецификации производителей свечей.

Как часто менять свечи зажигания

Универсального ответа на вопрос, как часто менять свечи зажигания, не существует. Ресурс свечей отличается в зависимости от вида, условий эксплуатации, типа топлива и других факторов. Свечи нужно менять по сервисным рекомендациям производителей после определенного пробега, или по мере необходимости, когда начались перебои в работе двигателя и диагностика показала, что проблемы могут быть из-за свечей (нагар, сильный износ изоляторов или другие неисправности, которые мы рассмотрим ниже).

Новая и старая свечи зажигания

Признаки неисправности свечей зажигания

Просто так извлекать из свечных колодцев свечи зажигания, чтобы проверить их состояние, нежелательно. Уплотнительные кольца под посадку, использующиеся на большинстве свечей зажигания, предусмотрены на единичную установку. При повторном монтаже уплотнитель может не выполнить своей задачи по герметизации камеры сгорания.

Но по некоторым признакам можно понять, что со свечами что-то не так. И тогда их демонтаж неизбежен. Вот основные признаки неисправности свечей зажигания:

Позднее зажигание. Теряется мощность двигателя, появляется повышенный расход топлива. Двигатель может перегреваться и издавать посторонние звуки.
Перебои в зажигании. Когда одна или несколько свечей вышли из строя или работают с перебоями. В результате двигатель будет «подтраивать», теряется мощность и стабильность работы мотора, появляются вибрации.
Ранее зажигание. Может быть вызвано калильным зажиганием от перегрева свечей. Также теряется мощность и стабильность работы двигателя.

В общем если двигатель начал работать с перебоями — есть смысл проверить свечи. Чтобы провести нормальную диагностику свечей (помимо состояния электродов), желательно проехать перед демонтажем несколько сотен километров, чтобы свечи самоочистились от случайных или временных загрязнений (например, из-за частых коротких поездок). После этого по цвету нагара на свечах можно будет кое-что узнать о работе двигателя.

О чем говорит цвет нагара на свечах зажигания

Образование нагара на свечах зажигания неизбежно — они работают в агрессивной среде. В нормальных условиях свечи способны самоочищаться. Если в работе цилиндра есть сбои — цвет нагара на свечах будет отличаться от нормального.

В идеальных условиях резьба свечи имеет бежевый оттенок — «кофе с молоком». Но в случае нарушения температурного режима в камере сгорания и наличии других неисправностей цвет нагара меняется, также могут появляться отложения. В запущенных возможно частичное разрушение свечи.

Вот возможные варианты нагара, отложений и повреждений свечей зажигания и наиболее вероятные неисправности, которые к этому приводят:

Нормальное состояние

Свеча зажигания, работающая в правильном температурном режиме, имеет отложения светло-коричневого или серого цвета.

Свеча зажигания с углеродными отложениями

Углеродные отложения

Проблемы с клапанами, высоковольтными проводами, катушками зажигания, топливными форсунками, плохая компрессия.

Состояние свечи зажигания от воздействия детонации

Детонация

Неисправный клапан EGR, некачественное топливо и недостаточное октановое число бензина могут привести к детонации и разрушению свечи зажигания.

Засорение искрового зазора свечи зажигания продуктами горения

Короткое замыкание

Продукты горения могут образовывать наросты между электродами, вызывая короткое замыкание.

Остекление изолятора

Блестящие отложения возникают при резком повышении температуры и образуют токопроводящее покрытие, вызывающие пропуски зажигания.

Отложения, загрязнения

Скопление отложений при сгорании масла и/или топливных присадок в процессе горения могут привести к пропускам зажигания.

Состояние свечи при опережении зажигания

Ранее зажигание

Перегрев свечей из-за проблем в системе охлаждения ДВС, перекрестное зажигание между проводами, или неправильная работа блока управления могут быть причиной раннего зажигания.

Загрязнение маслом

Избыток масла в камере сгорания из-за залегания поршневых колец, износа направляющих клапанов, наличия задиров в цилиндре, неисправности системы вентиляции картера.

Перегрев

Появление пузырей на изоляторе может быть вызвано низкой эффективностью системы охлаждения двигателя или подсосом воздуха через впускной коллектор.

Физический износ

Потеря мощности двигателя, увеличение расхода топлива и пропуски в зажигании могут говорить о физическом износе свечей зажигания.

Частичное загрязнение

Может возникать из-за износа уплотнителей клапанов. Обратите внимание, что центральный электрод загрязнен только с одной стороны.

Механическое повреждение

Механическое повреждение бокового электрода может быть вызвано попаданием постороннего предмета в камеру сгорания.

Во многих перечисленных выше ситуациях замена свечей на новые ничего не даст – сначала нужно устранить сопутствующие неисправности.

В особо запущенных случаях, когда свеча уже разрушилась, может понадобиться замена мотора, как например, у Infiniti QX56, у которой «затроил» двигатель, а после снятия свечей одна из них выглядела следующим образом:

Разрушенная свеча зажигания

Поршень цилиндра, где была эта свеча, оторвался от шатуна и повредил головку блока цилиндров. Ремонт двигателя был экономически нецелесообразен. Причину поломки точно выяснить не удалось (наиболее вероятная — оторвался электрод свечи зажигания и заблокировал полное закрытие выпускного клапана, из-за чего последний получил удар поршнем, отломался и уничтожил двигатель).

Какие свечи зажигания считаются надежными

При замене свечей зажигания лучше пользоваться оригинальными запчастями. Если по каким-то причинам не получается придерживаться рекомендаций производителя автомобиля — можно обратиться к качественным аналогам.

Среди зарекомендовавших себя на мировом рынке производителей свечей зажигания особо выделяются:

NGK
Bosch

Denso
Brisk

При выборе той или иной модели свечей вышеперечисленных производителей сверяйтесь со списком аналогов оригинальных свечей. Они должны там числиться, в противном случае есть риск купить не то что нужно со всеми вытекающими последствиями. Если не уверены в выборе — обратитесь к специалистам по подбору запчастей для автомобилей.

Ранее, кстати, мы рассказывали, как устроен карбюратор в автомобиле и что такое оппозитный двигатель.

Метки: устройство автомобиля

Подписывайтесь на нас: Дзен Новости, Google News, ВКонтакте, Telegram, по RSS