Автомобильные Свечи Зажигания и Конструкции|АвтоЦентр

menu
person

Автомобильные Свечи Зажигания и Конструкции

Назначением свечей зажигания является обеспечение воспламенения рабочего заряда в цилиндрах двигателя в требуемый момент. Качество воспламенения топливовоздушной смеси от электрического разряда между электродами свечи во многом определяет выходные показатели и надежность всего двигателя.

Конструкция свечей зажигания

Свеча зажигания представляет собой устройство, состоящее из двух электродов, образующих искровой промежуток и располагаемых в верхней части цилиндра двигателя. При этом один электрод, изолированный от массы, является центральным, располагаемым по оси симметрии свечи, а другой электрод, соединяемый с металлическим корпусом свечи, является боковым. В некоторых случаях свеча может иметь несколько (обычно не более трех) боковых электродов. В настоящее время известно два варианта конструктивного построения свечей зажигания: открытого исполнения и экранированного типа.

Свеча зажигания открытого исполнения

Рисунок 12.3 — Свеча зажигания открытого исполнения: 1 — изолятор; 2 — контактная головка; 3 — токопроводящий стеклогерметик; 4 — металлический корпус; 5 — прокладка; 6 — уплотнительное кольцо; 7 — центральный электрод; 8 — боковой электрод; 9 — тепловой конус; 10 — рабочая камера

Свеча зажигания открытого исполнения (рис. 12.3) состоит из изолятора 1 с размещенным внутри центральным электродом 7, несущего металлического корпуса 4 с резьбовой частью и боковым электродом. Для улучшения герметизации центрального электрода в изоляторе используется термоцементное или токопроводящее стеклогерметиковое 3 уплотнение. Герметизация между изолятором 1 и корпусом 4 обеспечивается в нижней части прокладкой 5, а в верхней части— путем завальцовки корпуса за плечико изолятора в горячем состоянии, обеспечивающем наличие предварительного напряжения.

В некоторых случаях для улучшения охлаждения теплового конуса на такте всасывания тепловой конус 9 изолятора производится выступающим за пределы торца резьбовой части свечи.

Материал центрального электрода свечи должен удовлетворять требованиям высокой теплопроводности, а также коррозионной и эрозионной стойкости. Для изготовления таких электродов в наибольшей степени подходят хромотитановые стали типа 13Х25Т либо хромоникелевые типа Х20Н80. Закрепление центрального электрода в изоляторе производится путем одновременной запрессовки при температуре 800-900 °C с двух сторон металлических стержней с предварительным размещением в отверстии изолятора таблетки стеклогерметика. При указанной температуре стеклогерметик расплавляется и улучшает условия запрессовки металлических стержней, а после остывания этим обеспечивается надежная герметичность соединения частей центрального электрода с изолятором.

Корпус свечи и боковой электрод изготовляются из конструкционных сталей. В некоторых случаях для улучшения эрозионной стойкости боковой электрод изготовляется из сталей с содержанием никеля или марганца. Прикрепление бокового электрода к корпусу свечи обычно осуществляется путем контактной сварки.

При необходимости более полного подавления уровня радиопомех или повышения надежности работы свечи в условиях внешнего загрязнения целесообразно применение свечей зажигания экранированного типа (рис. 12.4).

Наконечник высоковольтного провода в такой свече соединяется со специальным контактным устройством 2, защищая токопередающую зону от внешней среды посредством уплотнительного кольца 7. Для снижения уровня радиопомех от искровых разрядов в цепь центрального электрода встраивается резистор 9 номиналом 0,5—1,0 кОм мощностью рассеивания 2 В-А.

В качестве изоляторов свечей зажигания используются керамические композиционные материалы со значительным содержанием окиси алюминия А120з, что обеспечивает эффективную электрическую изоляцию при значительной механической прочности в условиях высоких температур. Исходя из необходимых характеристик теплоотдачи для изготовления изоляторов используются следующие материалы [5]:

  • - уралит, содержащий 95 % окиси алюминия и используемый в свечах зажигания с характеристикой малой теплоотдачи, которые применяют преимущественно в конструкциях малофорсированных двигателей;
  • - кристаллокорунд, содержащий 98 % окиси алюминия и используемый в свечах зажигания с характеристикой средней теплоотдачи, которые применяют преимущественно в конструкциях среднефорсированных двигателей;

  • - борокорунд, содержащий 95 % окиси алюминия и 0,16 % окиси бора и используемый в свечах зажигания с высокой характеристикой теплоотдачи, которые применяют преимущественно в конструкциях высокофорсированных двигателей.

    Свеча зажигания экранированного типа

Рисунок 12.4 — Свеча зажигания экранированного типа: 1 — каучуковое уплотнение; 2 — контактное устройство; 3 — экран; 4 — изолятор; 5 — корпус; 6 — прокладка; 7 — уплотнительное кольцо; 8 — тепловой конус; 9 — помехоподавляющий резистор; 10 — гайка

Искровой промежуток Л между электродами свечи зажигания зависит от уровня вторичного напряжения с учетом факторов, определяющих величину пробивного напряжения, и обычно выбирается исходя из величины Л = 20 кВ/мм.

Рабочий процесс свечи зажигания

Свечи зажигания в двигателе подвержены определенным видам нагрузок: тепловым, механическим, электрическим и химическим. При этом они подвержены внутреннему и внешнему действию шунтирующих загрязнений.

Тепловое нагрузки, действующие на свечу зажигания при работе двигателя, изменяются от 50-70 °C на такте впуска свежего заряда до 2 700 °C на такте рабочего хода. При пуске холодного двигателя температура свечи может опускаться до -60 °C. Наружная часть изолятора свечи охлаждается воздушным потоком, проходящим через подкапотное пространство. Тепловые нагрузки, действующие на внутреннюю поверхность свечи, имеют импульсный характер. При этом характеристикой теплового режима может служить средняя температура в разных точках изолятора, которая для теплового конуса находится в пределах 500-800 °C и для наружного цилиндра 200-400 °C в зависимости от нагрузки на двигатель и степени его форсирования.

Наличие разности температур в материале изолятора вызывает появление тепловых деформаций и внутренних напряжений, а также напряжений, обусловленных различием коэффициентов линейного расширения материалов сопряженных деталей свечи.

Для нормального протекания рабочего процесса свечи зажигания большое значение имеет температура его теплового конуса. Снижение температуры теплового конуса ниже 450 °C вызывает конденсацию некоторой части топлива на впуске рабочего заряда и его неполное сгорание, сопровождающееся интенсивным нагарообразованием. Повышение температуры теплового конуса свыше 500 °C предотвращает нагарообразование и приводит к так называемому самоочищению внутренней части свечи от углеродистых отложений вследствие взаимодействия углерода при такой температуре с кислородосодержащей частью рабочего заряда на такте впуска при коэффициенте избытка воздуха не менее 0,9. Возрастание температуры теплового конуса свечи более 800 °C вызывает так называемое калильное зажигание, то есть несвоевременное воспламенение рабочего заряда от соприкосновения с сильно нагретыми элементами свечи. Признаками калильного зажигания могут быть продолжение работы двигателя при выключении зажигания, а также возникновение при работе двигателя под нагрузкой эффекта раннего зажигания, сопровождающегося повышением температурного режима двигателя.

Температура теплового конуса свечи в значительной степени зависит от угла опережения зажигания. При раннем зажигании эта температура возрастает, а уменьшение угла опережения зажигания снижает температуру теплового конуса свечи.

Механические нагрузки на свечу зажигания имеют импульсный характер и возникают в результате нарастания давления газов от сгорания рабочего заряда, которое достигает 4-5 МПа. При приведенной к перпендикулярной оси центрального электрода площади теплового конуса изолятора порядка 0,5—1,0 смна изолятор свечи от сгорания рабочего заряда действует выталкивающая сила величиной до 1 200 Н. Кроме этого, на свечу действуют механические вибрационные нагрузки от работы двигателя, которые вызывают появление прогрессивно увеличивающихся усталостных трещин в материале изолятора.

Форма изолятора и металлических элементов свечи зависит от технологии производства. При этом большое значение имеет процесс завальцовки верхней части металлического корпуса для прижатия его к пояску изолятора. Усилие сжатия, действующее на изолятор при завальцовке, находится в пределах 25-30 кН.

Крутящий момент, прикладываемый к металлическому корпусу свечи, находится в пределах 40-60 Н-м. Коэффициент запаса прочности резьбовой части корпуса по опасному сечению составляет более 4.

Электрические нагрузки, воспринимаемые электродами свечи, определяются действующими на них энергетическими импульсами вторичного напряжения. Процесс искрообразования вызывает эрозию рабочих поверхностей электродов, а также эмиссию части металла, в результате которой происходит увеличение искрового промежутка и возрастание пробивного напряжения. Воздействие электрических нагрузок на электроды свечи предъявляет довольно высокие требования к изолятору, который должен сохранять электроизоляционные свойства при восприятии электрических импульсов напряжением 30-35 кВ при температуре до 900 °C. При работе свечи необходимо учитывать, что уменьшение атмосферного давления, характерное для работы в высокогорных условиях, вызывает снижение электроизоляционных свойств изолятора.

Химические нагрузки, действующие на металлические части свечи, создаются агрессивным действием кислотосодержащей среды при сгорании в цилиндре компонентов рабочего заряда. Протекание электрического разряда между электродами вызывает появление электрохимической реакции, ускоряющей коррозию электродов. При подключении положительного полюса к центральному электроду его рабочая часть изнашивается несколько больше как вследствие эрозионного износа, так и от направленного действия электрохимической коррозии. По некоторым сведениям, рассматриваемые процессы обусловливают увеличение искрового промежутка свечи в среднем на 0,015 мм на 1 000 км пробега автомобиля.

Наличие в топливе примесей серы и антидетонаторов, образующих кислотосодержащую среду при сгорании, ускоряет процесс электрохимического износа рабочей части электродов свечи.

Шунтирующие загрязнения свечи, особенно ее внутренних поверхностей, снижают электроизоляционные свойства изолятора. Наличие углеродсодержащего нагара от неполного сгорания топлива и маслосодержащих примесей, а также загрязнение внешней поверхности свечи вызывает появление так называемых шунтирующих резисторов, обусловливающих утечки энергии в промежутках от момента подключения к электродам свечи импульса высокого напряжения до момента начала пробоя искрового промежутка. Действие шунтирующих резисторов ослабляет энергию искрообразования, и при значительном снижении сопротивления таких резисторов может наступить момент, когда энергии импульсов высокого напряжения окажется недостаточно для искрообразования вследствие значительных утечек.

Как указывалось ранее, повышение скорости нарастания вторичного напряжения, свойственное системам зажигания с накоплением энергии в емкости, снижает утечки энергии по шунтирующим резисторам вследствие уменьшения временных промежутков действия таких утечек.

Повышение влажности воздуха уменьшает сопротивление шунтирующего резистора наружной части свечи и является дополнительной причиной появления утечек энергии.

Тепловые характеристики и маркировка свечей зажигания

Нормальная работа свечи в двигателе определяется соответствием температурного режима работы цилиндра и свойств теплоотдачи свечи. Температурный диапазон поверхности теплового конуса изолятора определяется границами от температуры начала самоочищения (500 °C) до появления калильного зажигания (800 °C). Уменьшение литровой мощности двигателя увеличивает удельные тепловые нагрузки на единицу площади теплового конуса свечи. Для снижения таких нагрузок требуется увеличение площади теплового конуса, прежде всего путем его удлинения. Аналогичным образом увеличение литровой мощности двигателя позволяет использовать свечи с малой площадью теплового конуса.

В качестве измерителя характеристики свечи принято так называемое калильное число — величина, прямо пропорциональная среднему индикаторному давлению в цилиндре двигателя на пороге возникновения калильного зажигания. Определение калильного числа производится экспериментально на испытательной одноцилиндровой двигательной установке путем увеличения среднего индикаторного давления до момента появления калильного зажигания.

Маркировка свечей зажигания содержит следующие сведения:

  • 1. Обозначение резьбы на корпусе: А — M14xl,25; М — М18х1,5.

  • 2. Калильное число из ряда: 8; 11; 14; 17; 20; 23; 26.

  • 3. Обозначение длины резьбовой части корпуса: Н — 11 мм; Д — 19 мм.

  • 4. Наличие выступания теплового конуса изолятора за торец свечи — В.

  • 5. Обозначение герметизации соединения изолятора с центральным электродом термоцементом— Т; герметизация другими видами герметиков не обозначается.

    Распределение потока теплоотдачи свечи

Рисунок 12.5 — Распределение потока теплоотдачи свечи по её высоте

Свеча АНН имеет резьбу М14х1,25, калильное число 11, длину резьбовой части 11 мм; выступания изолятора за торец корпуса нет; герметизация соединения центрального электрода с изолятором произведена герметиком, не содержащим термоцемент.

Свеча А20ДВТ имеет резьбу М14*1,25, калильное число' 20, длину резьбовой части 19 мм, выступание теплового конуса изолятора за торец свечи, наличие термоцементной герметизации соединения центрального электрода с изолятором.

В настоящее время свечи зажигания отечественного производства могут иметь обозначения в соответствии с типовой группой 3707.

Свечи зажигания зарубежного производства имеют обозначения в соответствии с действующими стандартами фирм-изготовителей. Возможные варианты взаимозаменяемости свечей зажигания отечественного и зарубежного производства приведены в табл. 12.2.

Таблица 12.2

Взаимозаменяемость свечей зажигания отечественного и зарубежного производства

Свечи отечественного

производства

Lodge

(Великобритания)

Champion

(Великобритания)

Bosch (Германия)

Magneti Marelli (Италия)

KLG

(Великобритания)

АНН

CN

L88A

WIOac

W9AS

CW3N

F40

F50

А13Н

CSN

НЮ

W9ACO

FA50

А14В

CNY

L12Y

W8BC

CWSNP

F55P

А14Д

HBLN

NS

W8CC

CW5L

FE70

А17В

HNY

L92G

W7BC

CW6NP

F65P

А17Д

HLN

N4

W7CC

CW6L

FE75

А17ДВ

HLNY

N10Y

W7DC

CW7LP

FE65P

А17ДВ-10

HLNY

N9Y

W7DC

CW7LP

FE65P

А20Д

2HLN

N3

W6CC

CW7L

FE80

А23

2NN

N81

W5AC

CW7N

F80

А26ДВ-1

4HLNY

N63 Y

W3DC

CW89LP

FE145P

Подбор свечей зажигания к двигателю осуществляется с учетом обеспечения их надежной работы в границах диапазона рабочих температур (рис. 12.5) без нагарообразования и появления калильного зажигания.

Характеристика теплоотдачи свечей, оцениваемая калильным числом, должна соответствовать степени форсирования двигателя. Для малофорсированных двигателей с относительно небольшими исходящими от цилиндров тепловыми потоками больше подходят свечи с относительно малой теплоотдачей, содержащие характеристики малых калильных чисел. В высокофорсированных двигателях тепловые потоки от цилиндров возрастают, что требует для поддержания требуемой температуры свечей увеличения характеристики теплоотдачи.

Видимым признаком правильно подобранной к двигателю свечи зажигания является отсутствие либо минимальное наличие на её внутренних поверхностях светло-коричневатых отложений от присутствия антидетонаторов в топливе.

Присутствие на внутренних поверхностях черных углеродсодержащих отложений свидетельствует о наличии так называемой «холодной» свечи с высокой теплоотдачей и о том, что для данного двигателя необходимы свечи с меньшим калильным числом.

Работа двигателя на чрезмерно «горячих» свечах вызывает появление калильного зажигания, проявлением которого служит возникновение «раннего зажигания» и продолжение его работы при выключении зажигания. Внешним признаком работы свечи при температурах выше границы допуска по калильному зажиганию служит наличие твердого белого налета на внутренних её поверхностях.

Срок службы свечей зажигания определяется количеством циклов искро-образований, вызывающих износ рабочих поверхностей электродов. В процессе эксплуатации свечей требуется периодическая коррекция искрового промежутка в сторону его уменьшения за счет подгибания консольно расположенного бокового электрода. Увеличение искрового промежутка вызывает рост пробивного напряжения, что затрудняет воспламенение рабочего заряда и вызывает перебои в работе двигателя. Коррекция искрового промежутка должна производиться периодически в границах определенного интервала пробега автомобиля. Число циклов искрообразования на одной свече, приходящееся на единицу пробега автомобиля, зависит от передаточных чисел трансмиссии, а также времени работы на конкретных передачах. С учетом указанных особенностей в условиях транспортной работы автомобиля при смешанном цикле для свечи каждого цилиндра может быть принята усредненная величина 2-106 искр/1 000 км, вызывающая увеличение искрового промежутка между электродами на 0,015 мм [11]. Соответственно, при пробеге автомобиля 30 000 км число циклов искрообразования на каждой свече составит 60-106 искр, и искровой промежуток увеличится на 0,45 мм, что вызовет необходимость его коррекции.

Полный срок службы свечи определяется не только способностью электродов сохранять требуемую величину искрового промежутка, но и уменьшением величины внутреннего шунтирующего резистора, затрудняющего нормальное искрообразование вследствие трудноудаляемых металлических отложений, образуемых от сгорания различных примесей в топливе.

Производители свечей зажигания обычно выдают ориентировочную величину гарантированной наработки продукции, составляющую величину от 50 000 км и более в зависимости от качества её изготовления.

Подавление радиопомех в системах зажигания

Радиопомехи, возникающие при искровых разрядах на свечах, представляют собой импульсные электромагнитные колебания, распространяемые в воздушном пространстве со скоростью порядка 3-108 м/с в частотном диапазоне 30-100 МГц.

Возникновение таких колебаний связано с тем, что любая электрическая цепь наряду с омическими сопротивлениями содержит различной величины ёмкостные и индуктивные элементы, в которых производятся местные накопления электромагнитной энергии. При переключениях таких цепей на контактах ёмкостных и индуктивных элементов возникают ЭДС самоиндукции, являющиеся источниками радиопомех.

Эффективными способами округления пиковых участков ЭДС самоиндукции в цепях низкого или промежуточного напряжений систем зажигания могут быть схемы: с блокировочными ёмкостно-индуктивными цепями или с индуктивно-ёмкостными фильтрами.

В цепях высокого напряжения применение таких фильтров затруднительно из-за невозможности их защиты от пробоя их элементов.

Подавление радиопомех в системах зажигания может быть дальним — когда радиоаппаратура находится вне автомобиля, или ближним — когда радиоаппаратура находится в автомобиле.

Схема индуктивно-ёмкостного фильтра

Рисунок 12.7 — Схема индуктивно-ёмкостного фильтра

При дальнем подавлении радиопомех наиболее эффективным может быть включение помехоподавляющих резисторов величиной 6-12 кОм на центральном проводе высоковольтного распределителя или непосредственно на роторе, а также в наконечниках перед свечами зажигания либо в самих свечах на центральных электродах. Для повышения эффективности подавления помех резистор располагают как можно ближе к очагу искрообразования.

Ближнее подавление радиопомех осуществляется путём размещения высоковольтной цепи системы зажигания в экранную оплетку, соединенную в крайних и средних точках с металлической массой автомобиля. При этом частичный эффект экранирования системы зажигания обеспечивают металлический капот и боковые щитки моторного отсека. Кроме этого, некоторый эффект достигается включением бумажного конденсатора ёмкостью 2-3 мкФ между массой автомобиля и корпусом катушки зажигания.

На появление радиопомех в значительной степени влияет ухудшение качества контактных соединений в цепи низкого напряжения вследствие окисления или загрязнения токопередающих поверхностей.

Мы будем рады если Вы ответите на вопрос: "Помогла ли Вам статья?"
0       0
Категория: Двигатель | Добавил: autodromcar (15.11.2019)
Просмотров: 99 | Теги: температура, двигатель, калильный, электрод, свеча, конус, изолятор, рабочий, тепловой, зажигание | Рейтинг: 0.0/0

Похожие материалы Похожие материалы

Всего комментариев: 0
avatar