Условия работы свечи на двигателе

Свеча при работе на двигателе подвержена высоким тепловым, механическим, электрическим и химическим воздействиям. По мере развития двигателестроения и форсирования двигателей интенсивность воздействия перечисленных факторов возрастает. Введение в бензин антидетонационных присадок, содержащих металл (свинец или марганец), способствует снижению срока службы свечи.

В процессе работы частота тепловых, механических, электрических и химических воздействий на свечу зависит от частоты вращения коленчатого вала и тактности двигателя. Количество воздействий на свечу в единицу времени на многоцилиндровом, например, восьмицилиндровом четырехтактном, двигателе в 6 раз меньше, чем в двухтактном двигателе. Поэтому срок службы свечей для разных двигателей различен.

Тепловые нагрузки. Температура газовой среды в камере сгорания двигателя колеблется от 70°С (температура свежего заряда смеси, поступающей в цилиндр) до 2000...2700°С (максимальная темпе­ратура цикла), а наружная часть свечи, находящаяся в подкапотном пространстве, омывается встречным потоком воздуха. В определен­ных случаях свеча может работать при температуре окружающей среды до -60°С (в северных районах). Из-за неравномерного нагрева свечи возникают тепловые деформации и напряжения, которые усу­губляются тем, что материалы ее деталей имеют различные коэф­фициенты линейного расширения (металл, керамика).

В процессе пуска двигателя на холодном тепловом конусе (части изолятора свечи, находящейся в камере сгорания) возможна кон­денсация влаги, которая может привести к отказу в искрообразова- нии. Таким образом, указанный перепад температур свеча должна выдерживать без потери работоспособности. Кроме того, изолятор свечи должен иметь фактически нулевое влагопоглощение, а ее поверхность должна быть стойкой к смачиванию.

Механические нагрузки. Давление в цилиндре двигателя дос­тигает 5...6 МРа (максимальное давление в цикле). На поверхность свечи, находящуюся в камере сгорания, действует усилие, пропор­циональное ее площади. Это усилие составляет 0,5...1,2 кН. Кроме того, свеча подвергается вибрационным нагрузкам от работающего двигателя. В процессе сборки по существующей технологии изоля­тор свечи при завальцовке в корпусе и термоосадке подвергается усилию сжатия, равному 25...30 кН. При ввертывании свечи в голов­ку цилиндра к ее корпусу прилагается крутящий момент 40...60 Н-м. В процессе эксплуатации этот показатель значительно повышает­ся, особенно при вывертывании свечи из-за образования нагара на резьбе или срыва резьбы в головке цилиндра.

Электрические и химические нагрузки. Свеча находится под электрическим напряжением, приложенным к ее электродам, равным пробивному напряжению искрового промежутка. Это напряжение мо­жет превышать 20 кВ. Рабочая часть электродов подвергается воздей­

 

 

Рис. 3.61. Свеча зажигания открытого типа

 

ствию электрической энергии в процессе искрообразования. Износ электродов дополнительно увеличивается из-за того, что в продуктах сгорания находятся вещества, которые вызывают их химическую кор­розию. Опыт показывает, что в процессе работы зазор в свече увели­чивается в среднем на 0,015 мм на 1000 км пробега автомобиля.

Шунтирование свечи. Неполное, сгорание топливной смеси ве­дет к отложению токопроводящего нагара на поверхности теплово­го конуса, электродах и стенках камеры свечи. Нагар образуется также из-за попадания смазочного масла на тепловой корпус изо­лятора, особенно при работе свечи на двухтактном двигателе. Смазочное масло является изолятором для электрического тока, но когда оно смачивает слой ранее отложившегося нагара, то вся образовавшаяся масса превращается в токопроводное вещество. Это отложение постепенно обугливается под действием температуры и становится более токопроводным. При этом напряжение, развиваемое во вторичной цепи системы зажигания, уменьшается и может оказаться равным или даже меньшим пробивного напряжения искрового промежутка свечи, что приводит к нарушению в бесперебойности искрообразования и даже к полному его прекращению.

К аналогичному результату может привести попадание влаги и загрязнение открытой части изолятора свечи, находящейся в под-капотном пространстве автомобиля.

3.8.3. Устройство свечей зажигания

Современная свеча открытого исполнения (рис. 3.61) состоит, как правило, из металлического корпуса 4 с резьбой для ввертывания в головку цилиндра 5, бокового электрода 9, изолятора 3 с контактной головкой 2 и центральным электродом 8. Между коническими посадочными местами изолятора и корпуса кладется уплотнительная теплоотводящая шайба 7. Между головкой блока цилиндров и свечой устанавливается уплотнительное кольцо 6. Для обеспечения контакта между свечой и высоковольтным проводом иногда применяют гайку 1.

Сердечник, включающий в себя изолятор с контактной го­ловкой и центральным электро­дом, соединяется с корпусом при помощи термоосадки корпуса. При этом буртик корпуса завальцовывается за плечико изолято­ра, корпус нагревается и опрессовывается с усилием до 30 кН. Корпус нагревают методом про­пускания электрического тока силой до 9000 А через термооса­дочную канавку. Эту же операцию производят при помощи тока вы­сокой частоты.

 

Центральный электрод и контактную головку закрепляют в изоляторе с помощью токопроводящего стеклосплава. Этот способ обеспечивает герметичность свечи в процессе эксплуатации Центральный электрод устанавливают в канале изолятора сверху, а на него - контактную головку. Изолятор вместе с этими деталями нагревают до температуры 800...900°С, и контактная головка запрессовывается в расплавившуюся таблетку стеклогерметика. Боковой электрод прикрепляют к корпусу методом контактной сварки.

Для специальных целей, в случае необходимости наиболее полного подавления радиопомех или обеспечения работы свечи в условиях сильного загрязнения, применяют экранированные и гер­метизированные свечи (рис. 3.62).

Контакт провода со свечой при этом обеспечивается с помощью контактного устройства 4, а защита от попадания влаги - с помо­щью резинового уплотнения 3. Иногда в цепь центрального элек­трода встраивают подавительное сопротивление 500... 10 000 Ом.

Материал центрального электрода должен обладать высокой коррозионной и эрозионной стойкостью, жаростойкостью и хорошей теплопроводностью. Центральные электроды изготавливают из хромотитановой стали 13Х25Т, а у некоторых типов свечей - из ни­хрома Х20Н80, боковые электроды - из никель-марганцевого спла­ва (например, НМц-5). Корпус свечи и контактную головку изготав­ливают из конструкционных сталей.

Рис. 3.62. Экранированная свеча зажигания:

1 - помехоподавительный резистор; 2 - накидная гайка; 3- резиновое уплотнение; 4 - контактное устройство (КУ20); 5 - экран; 6 - сердечник (изолятор в сборе); 7- корпус с боковым электродом; 8 - шайба; 9- уп­лотнительное кольцо; 70-теплоотводящая шайба