Призначення свічки запалювання та принцип її роботи

Як і дизельні двигуни, бензинові двигуни працюють за рахунок згоряння суміші палива і повітря в циліндрах, тому їх називають двигунами внутрішнього згоряння. Однак, на відміну від дизельного двигуна, де згоряння відбувається спонтанно під час стиснення паливно-повітряної суміші, бензиновий двигун потребує іскри для запалювання суміші, і цю іскру забезпечують свічки запалювання.

Коли виникає іскра, вона точно контролюється системою керування двигуном, але в потрібний момент система запалювання подає короткий високовольтний імпульс на свічку запалювання, що створює іскру, яка проходить через невеликий зазор від центрального електрода до електрода заземлення на наконечнику свічки, яка вкручується у верхню частину циліндра двигуна. У центрі цієї іскри температура може ненадовго досягати або навіть перевищувати 10 000 °C, що забезпечує достатню кількість тепла для запалювання суміші в циліндрі.

Таким чином, процес згоряння є однією з найважливіших частин всього робочого циклу двигуна, і якщо згоряння не є ефективним, потужність двигуна буде недостатньою. Крім того, неефективне згоряння значно підвищує рівень забруднення та призводить до надмірного споживання пального.

Саме тепло, вироблене в процесі згоряння, змушує стиснуті гази в циліндрі розширюватися і штовхати поршень вниз по циліндру, але для створення початкової високотемпературної іскри, яка запускає весь процес згоряння, необхідна саме свічка запалювання, і свічка запалювання повинна бути здатна продовжувати забезпечувати іскру впродовж багатьох тисяч кілометрів і багатьох мільйонів циклів згоряння.

Отже, хоча свічка запалювання призначена для забезпечення стабільного та ефективного запалювання паливно-повітряної суміші, її основне завдання полягає у використанні високовольтної електроенергії для отримання дуже швидкої та дуже гарячої іскри. Напруга зазвичай залишається в діапазоні від 10 000 до 40 000 вольтів (10–40 кВ), проте дедалі більшого поширення набуває тенденція до використання напруги до 45 кВ і вище. Тому конструкція свічки запалювання повинна передбачати ефективну ізоляцію між різними компонентами свічки, щоб гарантувати, що струм високої напруги не витікає і не відбувається короткого замикання на інші компоненти.

Також під час циклу стиснення і згоряння створюється дуже високий тиск, а це означає, що між корпусом свічки запалювання і двигуном повинно бути ефективне ущільнення. Проте конструкція свічки запалювання повинна також передбачати внутрішнє ущільнення, яке запобігає проходженню гарячих газів під високим тиском між різними компонентами свічки, оскільки якщо будь-які гази зможуть пройти через блок свічки запалювання, це призводитиме до втрати тиску і гази також можуть пошкодити компоненти свічки.

Тому важливими особливостями конструкції свічки запалювання є здатність витримувати високі температури й перепади температур, а також здатність витримувати високий тиск. Водночас свічка повинна працювати під високою напругою, щоб виробляти гарячу іскру кожні кілька тисячних часток секунди впродовж усього терміну служби свічки запалювання.

Щоб запобігти шкідливому впливу високих температур, свічка запалювання повинна мати можливість розсіювати або відводити тепло його на корпус двигуна. Але слід враховувати, що якщо від свічки запалювання відводиться або розсіюється занадто багато тепла, це може знизити температуру іскри й стати причиною неефективного запалювання і згоряння. Крім того, якщо розсіюється занадто багато тепла, свічка запалювання може бути не в змозі спалювати забруднення.

Конструкція свічки запалювання

Для ефективної безвідмовної роботи в складних умовах експлуатації та забезпечення належних експлуатаційних характеристик свічки запалювання конструктивно складаються з трьох основних частин: корпусу, ізолятора й електродів. Кожна з цих частин окремо містить компоненти, які виготовляються з ретельно відібраних матеріалів.

У наведеному нижче прикладі представлена конструкція свічки запалювання DENSO Iridium Power.

Корпус (поз. 1) являє собою зовнішню оболонку, яка оточує та утримує ізолятор і використовується для кріплення свічки в зборі до двигуна. Кільцева шайба або прокладка (поз. 2)забезпечує ізоляційне ущільнення між корпусом свічки запалювання і двигуном для запобігання виходу будь-яких газів під час стиснення і згоряння. Електрод заземлення (поз. 10) кріпиться до нарізної нижньої частини корпусу, що дозволяє електричному струму протікати через двигун назад до акумуляторної батареї.

Ізолятор на керамічній основі (поз. 3) забезпечує електричну ізоляцію між клемою, центральним стрижнем, корпусом і центральним електродом. Оскільки напруга іскри в деяких сучасних системах запалювання перевищує 40 кВ, ізолятор, товщина якого складає лише кілька міліметрів, повинен забезпечувати необхідні ізоляційні властивості. Тому свічки запалювання DENSO містять керамічний матеріал з оксидом алюмінію високої чистоти, що забезпечує чудові термостійкі характеристики, механічну міцність і відмінну електричну ізоляцію. Дві кільцеві прокладки (поз. 4) забезпечують надійну посадку і герметичне ущільнення між корпусом та ізолятором.

Висока напруга подається через клему (поз. 5) безпосередньо на основу котушки запалювання або за допомогою дроту свічки запалювання, який з’єднує клему свічки з котушкою.

Сталевий центральний стрижень (поз. 6) з’єднує клему і центральний електрод і дозволяє струму високої напруги протікати від клеми до центру. Резистор (поз. 7), який також називають гасителем, зменшує піковий струм іскри. Без резистора піковий струм створюватиме сплески електромагнітних полів або радіоперешкоди, які можуть заважати роботі електрообладнання в автомобілі.

Центральний електрод (поз. 9) виготовляється з матеріалів, які можуть протистояти високим температурам, як-от нікелеві сплави. Ці матеріали також повинні бути надзвичайно твердими та довговічними, щоб звести до мінімуму знос, викликаний іскровою ерозією. Центральна частина електрода (поз. 8) часто містить мідний стрижень для поліпшення теплопровідності.

Для підвищення продуктивності та довговічності центральні електроди можуть також виготовлятися з наконечником з дорогоцінних металів, які є ще більш міцними, ніж традиційні матеріали для електродів. Ці більш зносостійкі матеріали можуть працювати при більш високих температурах, зменшуючи знос, але ще однією важливою перевагою є те, що вони дозволяють використовувати більш тонкі електроди, що призводить до кращих характеристик запалювання. Такі електроди меншого розміру знижують необхідну напругу, забезпечують надійну іскру і зменшують ефект гасіння, покращуючи тим самим характеристики запалювання.

Електрод заземлення (поз. 10) піддається екстремальним змінам температури всередині камери згоряння, і хоча для більшості цих електродів використовується нікель-хромовий сплав, для подовження терміну їх служби може додаватися платина. Однак деякі свічки запалювання оснащені електродом заземлення з мідним стрижнем для поліпшення теплопровідності. Як і у випадку з центральним електродом, голчасті електроди заземлення меншого розміру знижують необхідну напругу, забезпечують надійну іскру, що зменшує ефект гасіння та покращує характеристики запалювання.

Більш детальну інформацію про технологію свічок запалювання можна знайти в Посібнику зі свічок запалювання DENSO.

Чи потрібно їх міняти?

Незалежно від якості свічки запалювання, оскільки вона працює у дуже несприятливих умовах високої температури/високого тиску, з часом її ефективність знижується, і її доведеться замінити. Саме тому виробники автомобілів включають заміну свічок запалювання в планові інтервали технічного обслуговування.

Асортимент свічок запалювання DENSO

Як обрати правильну свічку запалювання?

Незважаючи на те, що існує багато факторів, які слід враховувати, як-от розміри, виступ і тепловий діапазон, найпростіший спосіб визначити відповідний варіант з асортименту DENSO на основі інформації про марку і модель або перехресних посилань — це скористатися електронним каталогом DENSO.

Більш детальна інформація про свічки запалювання DENSO доступна на вебсайті в розділі «Продукти DENSO» та «Завантаження».