Как устроена и работает свеча зажигания

Как устроены свечи

Свечи зажигания всех автомобилей с ДВС мало чем не отличаются друг от друга. Эти устройства служат для воспламенения топливовоздушной смеси в камере сгорания с помощью электрического разряда — искры, проскакивающей между двумя электродами. Конструкция свечей концептуально не менялась с момента их изобретения и остаётся таковой уже более сотни лет.

Обычная свеча представляет из себя керамический корпус-изолятор и металлический стакан с резьбой, позволяющий завернуть свечу в головку блока цилиндров двигателя. При подаче на центральный электрод напряжения с катушки зажигания, между ним и боковым электродом корпуса проскакивает искра, которая и поджигает смесь в цилиндре. Наиболее заметные различия между разными свечами зажигания заключаются в их физических размерах (длина резьбовой части, диаметр, шаг резьбы), а также в конструкции центрального электрода и количестве боковых выводов. Абсолютное большинство автомобилистов при подборе свечей накаливания ориентируются исключительно на геометрические размеры, однако существуют и иные параметры, не менее важные для полноценного воспламенения смеси.

Тепловой режим и конструкция электродов

Основополагающими параметрами для корректной работы свечей зажигания являются величина зазора между электродами (он устанавливается таким, чтобы обеспечить мощную искру и эффективно поджечь смесь) и тепловой режим работы свечи (калильное число). В процессе работы свечей их электроды постепенно выгорают из-за процессов эрозии, что сильно изменяет величину зазора. Это приводит к пропускам воспламенения или даже пробою диэлектрика (электрический ток всегда идёт по пути наименьшего сопротивления). Для предотвращения этих процессов многие производители снабжают свечи накаливания не одним, а сразу двумя или несколькими боковыми электродами. Это существенно увеличивает расчётный срок службы.

Калильное число — самый главный параметр свечей, подбираемый создателями мотора. Он указывает на тепловые режимы работы. В процессе работы ДВС, в камерах сгорания возникает неравномерный тепловой режим: топливовоздушная смесь сгорает с температурой до 2 500-3 000 °С, при этом юбка изолятора свечи должна постоянно находиться в рабочем режиме 500-900 °С, не перегреваясь, но и не слишком охлаждаясь. Этот параметр задаётся конструкцией и длиной выступающей части изолятора и индивидуально подбирается мотористами в каждом конкретном случае.

При несоответствии калильного числа требуемым значениям температура свечи выходит за обозначенные рамки в меньшую или большую сторону. В первом случае она перестаёт самостоятельно очищаться от нагара (наслоения мешают нормальному искрообразованию), а во втором — возникает неуправляемое калильное зажигание от чрезмерное высокой температуры корпуса и электродов. В результате детонации разрушаются поршни, шатун и коленвал, прокладки головки блоков цилиндров и сами свечи, масляная плёнка со стенок цилиндров быстро смывается, вызывая их ускоренный износ.

Почему стареют свечи зажигания

Даже при соблюдении идеальных условий в камерах сгорания, свечи относительно быстро стареют и выходят из строя. Именно по этой причине производители рекомендуют менять их не реже 30 000 км пробега (то есть во время каждого второго ТО). Старение электродов можно заметить невооружённым взглядом. В результате эрозии проводники истончаются, а зазор между ними значительно увеличивается. Несмотря на то, что современные системы зажигания легко пробивают зазор в 1-1,5 мм, ни к чему хорошему увеличение зазора не приводит: В конечном счёте в камерах сгорания начинаются хаотичные пропуски зажигания, а несгоревшее топливо поступает в катализатор и выхлопную трубу. В некоторых случаях «мозги» автомобиля это замечают и вовремя отключают подачу топлива в проблемные цилиндры, в других — двигатель продолжает работать в неоптимальных режимах и быстро приходит в негодность. В любом случае снижается мощность, ухудшается приемистость, растёт расход топлива, быстро загрязняется масло. Словом, страдает целый ряд компонентов и систем автомобиля.

Казалось бы, проблему износа электродов производители свечей давно решили: некоторые компании применяют для изготовления центрального электрода не традиционную биметаллическую конструкцию на базе меди, а высокопрочные иридий или платину (заявленный ресурс таких свечей превышает ресурс обычных в два-три раза), однако в действительности и такие свечи небезупречны.

Не стоит забывать, что в результате систематических ударных, вибрационных и тепловых нагрузок абсолютно любые свечи накаливания со временем начинают разрушаться — появляются микротрещины в соединениях компонентов свечи и в самом керамическом изоляторе. Десятки химически активных соединений вызывают окисление материалов, а высокая температура выступает катализатором процессов общего старения. В конечном итоге искрообразование длительностью до 3 мс с импульсами высокого напряжения (до 20-25 кВ) приводит к пробоям в корпусе свечей. Несгораемые вещества оседают на поверхности изолятора тончайшей плёнкой и также начинают пропускать через себя электрический ток, что приводит к шунтированию контактов и неправильной работе цилиндров. В отдельных случаях даже очень качественные, но старые свечи зажигания попросту рассыпаются (теряют керамическую юбку изолятора или электроды), что приводит к сильнейшим повреждениям поверхности поршня и стенок цилиндров, а дальше — к капитальному ремонту двигателя или полной его замене.

Как, когда и на что менять

Своевременная замена свечей зажигания на новые гарантирует их беспроблемную работу и обеспечивает оптимальные характеристики мотора. Наилучшим выбором при покупке этих деталей будут оригинальные компоненты, штатно устанавливаемые производителем на заводе. В этом случае вы гарантированно получите свечи с оптимальным температурным режимом и заведомо высоким качеством. Замена оригинальных компонентов на продвинутые версии с драгметаллами сопряжена с высоким риском покупки подделки.

Однако при грамотном подходе и выборе неоригинальных иридиевых или платиновых свечей вы действительно можете получить незначительный прирост мощности и экономичности, а заодно увеличить интервал их замены.

На необходимость замены этих деталей косвенно могут указывать сразу несколько признаков. К наиболее распространённым отнесём неуверенный запуск, троение, повышенный расход топлива, ухудшение динамики, подёргивание во время езды, неустойчивый холостой ход и даже хлопки из выхлопной трубы.

Не забывайте, что эксперименты с этими простейшими и недорогими деталями могут доставить массу неприятностей вашему двигателю и пожалуйста, не покупайте свечи в тех магазинах, где вместе с ними торгуют картошкой, пивом, и велосипедами. Только если вы не в критической ситуации.