Правила эксплуатации свечей зажигания

23 Сентября 2007

СУДЬБА ПОДЖИГАТЕЛЯ

Любая сменная запасная часть отживает свой срок и безжалостно выбрасывается. А между тем, расходные материалы — детали, сменяющие друг друга, — призваны обеспечить автомобилю то, что называется «безупречной эксплуатацией». Свеча зажигания — маленький герой среди прочих «расходников». Ни одной детали не приходится трудиться в столь суровых условиях.

САМОДИАГНОСТИКА

Нормальная свеча зажигания на исправном двигателе

Обильные углеродистые отложения (значительный расход масла)

Свеча зажигания с поврежденным изолятором

Рекомендуемый срок замены стандартных свечей зажигания — 20 тыс. километров (проверка через 10000 км) или два года, в зависимости от того, что наступит раньше. Но любая таблица по срокам проведения ТО всегда содержит примечание: при эксплуатации автомобиля в тяжелых условиях рекомендуемые сроки необходимо сократить вдвое. Вряд ли можно назвать щадящими условия эксплуатации автомобилей в нашей стране. Поэтому правы те, кто меняет свечи через каждые 10 тыс. километров или раз в год.

Замена свечей зажигания относится к тем процедурам, которые многие владельцы автомобилей предпочитают проводить самостоятельно. В принципе, дело несложное, зато по внешнему виду вывернутых из двигателя свечей зажигания можно узнать о многих проблемах двигателя, даже не будучи опытным мастером. Если при замене свечей ставится цель проверить их состояние, двигатель, перед тем как его заглушили, должен быть прогрет до рабочей температуры. После холодного старта и непродолжительной работы свечи могут быть покрыты черным нагаром (сажей) — это связано с неполным сгоранием топлива на холодном двигателе. Точно так же отложения могут появиться при прогреве на неизменных оборотах. В этих случаях визуальная диагностика может быть ошибочной. Поэтому желательно прогревать двигатель в режиме реальной поездки.

Для исправных свечей, работающих в нормальном, отрегулированном двигателе, не имеющем неполадок в системе питания, зажигания и смазки, характерен легкий светло-серый либо светло-коричневый налет на конусе изолятора и на электродах. Такой вид свечи говорит о том, что двигатель и все его системы работают нормально, тепловая характеристика свечи (калильное число) соответствует норме, причин для беспокойства нет. В принципе, такие свечи можно использовать и дальше, но если настал срок замены, экономить не стоит — лучше отложить их про запас.

Оплавление свечи может свидетельствовать о «раннем» зажигании

Так может выглядеть свеча при повышенном расходе топлива (неправильная регулировка или засорение воздушного фильтра)

Пятна коронного разряда не свидетельствуют о неисправности свечи

Если свеча изношена до предела, это заметно сразу — кромки центрального и бокового электродов скруглены от действия сильной эрозии, хотя изолятор может иметь нормальный цвет. Зазор между электродами очень большой, не соответствует допустимому. Да и на работе двигателя это сказывается — он «троит», не развивает нужной мощности.

Если изолятор и электроды покрыты влажными отложениями черного цвета, а сама свеча пахнет топливом, значит, на каких-то режимах двигателя система питания готовит слишком богатую топливную смесь. Топливо не сгорает полностью и образует большое количество копоти. Есть и другая причина подобного явления — например, нестабильная работа системы зажигания, сбои искрообразования. Чистка свечей от налета решает проблему лишь на время. Если не заняться устранением неисправностей, отложения появятся снова.

Если свеча «холоднее», чем требует стандарт двигателя или условия движения (частые и короткие поездки на непрогретом двигателе), она не успевает прогреваться до температуры самоочищения, и возможно появление обильной сажи, напоминающей своим видом замшу. Другие возможные причины — плохое качество топлива, применение присадок, а также, если в камеру сгорания попадает незначительное количество масла.

Преждевременное (слишком раннее) зажигание может привести к перегреву двигателя и, как следствие — к оплавлению электродов свечи зажигания, перегреву и разрушению изолятора. Перегрев может быть вызван и таким нередким явлением, как «калильное зажигание». Проявляется оно в том, что двигатель продолжает работать, даже когда ключ зажигания вынут из замка (кому как, но автору однажды довелось испытывать такое явление: вроде бы двигатель должен заглохнуть, но на самом деле работает еще секунд пять-десять, и самое печальное, что не понятно, как же его все-таки остановить). Причины могут быть разными: неверно подобранная характеристика свечи (слишком «горячая»), неправильная регулировка топливной системы (обедненная топливно-воздушная смесь), подсос воздуха во впускной коллектор. Случается, что перегрев начинается с банальных свечей, а в итоге приводит к прогару поршня. Чрезмерно белый цвет электродов и изолятора говорит о слишком бедной топливной смеси, отчего свеча работает в предельно допустимом тепловом режиме.

При сильном загрязнении свечи маслом электроды и изолятор покрываются густым налетом с маслянистым блеском. Причина — попадание в камеру сгорания масла через изношенные поршневые кольца, направляющие клапанов, маслоотражательные (маслосъемные) колпачки.

Монтаж свечи со старым уплотнительным кольцом

Монтаж новой свечи

Значительные углеродистые отложения белого цвета (кокс), как это ни странно, тоже свидетельствуют об износе двигателя, когда в камеру сгорания попадает масло. Только в отличие от предыдущего случая, температура достаточно высока, чтобы маслянистый налет превращался в зольные образования, которые имеют цвет близкий к белому. Иногда пространство между изолятором и корпусом свечи настолько плотно забито продуктами сгорания масла, что почистить свечу без риска ее повреждения, становится невозможно.

При сильной детонации (топливо с низким октановым числом, преждевременное зажигание) конус изолятора свечи может разрушиться. Если отколотые кусочки окажутся слишком крупными, чтобы благополучно проскочить через выпускной клапан наружу, это чревато выходом двигателя из строя.

Иногда на свечах возникают так называемые «коронные пятна» — коричневый поясок или «потеки». Они могут казаться проявлением какой-то неисправности свечи, например, утечки выхлопных газов. На самом деле такие пятна не свидетельствуют о неисправности, а возникают из-за того, что под действием высокого напряжения к изолятору прилипают молекулы масла, находящиеся в воздухе. Такая «проблема» характерна для старых двигателей, склонных к утечке масла через уплотнения («потеющий» двигатель).

Величина зазора между электродами, индивидуальна для каждого двигателя. Этот параметр указывается в инструкции по эксплуатации автомобиля, а для замера используются специальные щупы. Обязательно круглые, поскольку при замере плоским щупом невозможно учесть выемку в боковом электроде, образованную от эрозии металла.

1. Клемма, она же — терминатор 2. Гофры 3. Фирменный знак и марка 4. Металлический корпус 5. Длина резьбовой части 6. Диаметр резьбовой части 7. Изолятор 8. Заполнение специальным порошком 9. Уплотнительная прокладка 10. Медный стержень 11. Искровой промежуто

Образование налета — основная причина неисправности свечей зажигания. Как следствие — возникают утечки тока, перегрев, перебои в работе двигателя. Неисправность может быть «плавающей» и зависеть от разных причин — нагрузки на двигатель, температуры, количества оборотов. В обычных условиях сложно определить, действительно ли причина плохой работы двигателя кроется в свечах. Всякие дедовские методы «тыка» (со снятием высоковольтных наконечников с каждой свечи по очереди и проверкой на искру) могут привести к повреждению системы зажигания современного двигателя. Все, что вправе позволить себе технически неподготовленный автовладелец, — это заменить свечи. Если не помогает — лучше обратиться в мастерскую, где проведут полноценную диагностику.

При замене или осмотре свечей желательно проводить работы на остывшем двигателе, — закручивать их в горячую головку блока нельзя из-за температурного расширения. При завертывании свечей не следует чрезмерно их затягивать во избежание порчи прокладок и резьбы отверстия для свечей. Перед установкой свечи нужно убедиться в наличии уплотнительного кольца (прокладки). Сначала свечу закручивают вручную без особого усилия, пока металлическое кольцо не упрется в головку блока. Затем затягивают на определенный угол. Для новых свечей, или при установке нового уплотнительного кольца — 1/2, 2/3 оборота (для свечей с диаметром резьбы меньше 10 мм — 1/3 оборота). Для работавших свечей — 1/12 оборота.

СВЕЧА СВЕЧЕ ДРУГ, ТОВАРИЩ И БРАТ

Каждому двигателю в зависимости от его конструктивных и эксплуатационных особенностей соответствует свеча определенного типа и размера (иногда их приходится создавать заново по заказу автопроизводителя — уже под конкретный двигатель). Это не значит, однако, что в отдельно взятом двигателе может использоваться только одна марка свечи и никакая другая. Производством свечей зажигания занимаются десятки зарубежных и российских компаний (из самых известных — Bosch, Beru, Champion, Denso, NGK, APS, ЭЗ и др), многие свечи которых взаимозаменяемы между собой. Заводские руководства по техническому обслуживанию на этот счет дают весьма скупую информацию (японцы, например, из рекомендуемых указывают только свечи NGK и Denso, хотя точно такие же могут выпускать и другие производители). Но даже не прибегая к помощи справочных каталогов, с большой долей вероятности на замену «родной» свече можно подобрать другую с идентичными габаритами (главное, чтобы совпадали размер и длина ввернутой части) и похожими рабочими характеристиками, — это на крайний случай, если ничего другого найти не удается, а ехать необходимо. Такое может случиться, если вы отправились куда-нибудь в глушь, где нет изобилия магазинов и выбор крайне ограничен, а то и вовсе приходится рассчитывать только на помощь случайных водителей, у которых, может быть, где-то завалялся запасной комплект. Ведь очень часто единственное отличие может заключаться в размерах шестигранника или наличии/отсутствии резистора.

Чтобы понять, какие колоссальные нагрузки испытывает свеча зажигания, достаточно привести несколько цифр. Напряжение искрового пробоя в разных двигателях может иметь значение до 40 киловольт. После воспламенения топливно-воздушной смеси, за доли секунды температура в камере сгорания вырастает выше 20000С. При этом давление в цилиндрах может достигать 50 кг/см2, а усилие на свечу составлять около 300 кг (для сравнения — шины накачаны воздухом всего до 2 кг/см2, а в системе охлаждения — 1,2-1,4 кг/см2). Когда в камере сгорания открывается выпускной клапан, отработанные газы вырываются наружу, температура падает до сотен градусов по Цельсию, а давление снижается почти до атмосферного. Поскольку полный цикл сгорания у четырехтактных двигателей совершается за два оборота коленчатого вала, то при оборотах 6000 частота циклов, а значит и частота воздействия на свечу перепадов температуры и давления, составляет 3000 раз в минуту или 50 раз в секунду. На срок службы одной свечи приходятся десятки-сотни миллионов циклов! А что говорить о том, что материал изолятора и электродов подвержен атаке химически активных веществ, продуктов сгорания топливной смеси, присадок и загрязнений, содержащихся в топливе.

«ХОЛОДНАЯ», «ГОРЯЧАЯ»

Есть у свечей важный параметр, о существовании которого немногие задумываются, — калильное число (выраженная в цифрах тепловая характеристика свечи, или ее способность рассеивать теплоту, образованную при сгорании топлива). Отвод тепла от центрального электрода и конуса изолятора осуществляется через внутренний медный сердечник, однако на степень нагрева свечи влияет площадь контакта ее рабочих элементов с раскаленными газами. Чем меньше поверхность контакта с газами, тем эффективнее отводится тепло, тем выше калильное число свечи. В то же время необходимо, чтобы свеча быстрее нагревалась до температуры самоочищения, это уменьшает вероятность отложения нагара на стенках изолятора и электродов. Но, с другой стороны, если свеча будет нагреваться слишком сильно, может возникнуть калильное зажигание — топливно-воздушная смесь будет воспламеняться от раскаленных электродов еще до того, как должна проскочить искра. Такое явление губительно сказывается на состоянии двигателя. Словно находясь меж двух огней, производители двигателей стараются выбрать «золотую середину» и рекомендуют свечу с определенным калильным числом. Однако при этом не учитываются реальные условия эксплуатации.

Если водитель исповедует агрессивный стиль вождения, тепловая характеристика стандартной свечи может оказаться неподходящей — в данном случае нужны свечи, более эффективно отводящие тепло, то есть калильное число на единицу-две выше стандартного значения. Зимой же, особенно когда поездки короткие, и двигатель не всегда успевает прогреться до рабочей температуры, было бы лучше использовать свечу с малым калильным числом, в противном случае на изоляторе и электродах появятся отложения. Запомнить, как подбирать свечу по калильному числу несложно — для высоких скоростей рекомендуются свечи «холодного» типа (быстро рассеивают тепло, калильное число выше), для малых скоростей и в особенности при зимней эксплуатации более эффективными окажутся свечи «горячего» типа (медленно рассеивают тепло, калильное число ниже).

Калильное число часто присутствует в маркировке свечи. Например, в марках свечей NGK BP5ES-11 или BCPR5EY цифра 5 означает тепловой номинал свечи, если нужны более «холодные» — должна стоять цифра 6. Свечи Denso Q14R-U считаются более «горячими» по сравнению с Q16R-U.

НЕ ВСЕ ТО ЗОЛОТО...

В последние годы при производстве свечей зажигания стали применяться тугоплавкие материалы — платина и иридий. Центральные электроды, выполненные с использованием этих материалов (особенно у иридиевых свечей), тоньше, чем у обычных свечей. За счет этого увеличивается производительность при высоких температурах, повышается эрозионная стойкость электрода. В целом, такие свечи служат дольше, чем стандартные (в идеальных условиях до 150000 км). Собственно, для того они и придуманы, чтобы продлить сроки между периодами техобслуживания. Но при всех достоинствах ультрасовременных свечей, они не выдерживают качества отечественного бензина. Бессмысленно их ставить на двигатели с большим пробегом. Да и стоимость их пока слишком высока, чтобы достоинства перевесили практичность. Платиновые и иридиевые свечи имеет смысл использовать только там, где процедура замены свечей действительно связана с какими-то сложностями, или в новых автомобилях, которые не склонны к расходу масла.

Часто говорится о преимуществах свечей с двумя-тремя боковыми электродами. Такая конструкция позволяет не регулировать зазор, за счет того, что уменьшается износ электродов (искра словно бегает по кругу с одного бокового электрода на другой и равномерно изнашивает их). Согласно заверениям производителя срок службы таких свечей вдвое превышает срок службы стандартных. Однако на практике нагромождение электродов препятствует нормальному фронту горения, и некоторые характеристики двигателя могут быть хуже, чем при установке стандартных одноэлектродных свечей.

Другое дело — «V» и «U»-образные канавки на кончиках центрального электрода. Они действительно несколько повышают надежность искрообразования и устойчивость к загрязнению. Некоторые производители рекомендуют такие свечи в качестве стандарта.

ИСТОРИЯ СВЕЧЕЙ ЗАЖИГАНИЯ

Свечи зажигания на первых автомобилях назывались «запальными трубками» и представляли собой платиновые калильные трубки, сердечник которых нагревался при пропускании электрического тока. Система зажигания была очень ненадежной. Нередко «трубки» вызывали преждевременное воспламенение, могли привести к пожару или даже взрыву. Термин «калильное зажигание» (неуправляемое самовоспламенение топливно-воздушной смеси) родом из того времени. В 1902 году появились свечи зажигания, очень похожие на нынешние, — керамическая трубка-изолятор, центральный и боковой электроды, контакт для высоковольтного провода. Создателем классической свечи и систем высоковольтного зажигания с электрическим магнето является Роберт Бош.

Что касается материалов, то первым подопытным для совершенствования стал центральный электрод — для уменьшения влияния эрозии, возникающей от электрических разрядов, его стали делать из хромоникелевого сплава. Керамика поначалу использовалась обычная, из которой делалась посуда. При очень высокой температуре она разрушалась. Решение было найдено в керамике с большим содержанием оксида алюминия (так называемая оксидная, корундовая керамика).

Дальнейшее усовершенствование свечей связано с ростом требований к двигателям внутреннего сгорания. Немалую роль в совершенствовании свечей сыграла авиация, где требования надежности были самыми жесткими. Основные «свечные» технологии, касающиеся конструкции, были отработаны еще в начале ХХ века. Скажем, чтобы на поверхности изолятора не образовывался налет копоти, вызывающей утечку тока (углерод является проводником), была придумана технология «поверхностного» разряда, когда боковой электрод (электроды) не нависает над центральным, а немного смещен в сторону, чтобы энергия искры, скользящей по изолятору, выжигала нагар. В рекламных целях эта технология под разными названиями и сегодня выдается за передовую. Для защиты от обгорания боковой электрод стали дублировать (многоэлектродные свечи). Медный сердечник применялся для отвода тепла, чтобы не вызывать калильного зажигания, чем так страдали первые свечи. Эти три конструкционные технологии оказались главными, чтобы обеспечить надежную и безупречную работу самолетов. Но в автомобилях такие свечи стали широко применяться только с 50-х годов, когда появились высокофорсированные двигатели с высокой степенью сжатия, большим значением рабочих оборотов. В тот же период стали разрабатываться специальные гоночные свечи зажигания для работы в особо жестких условиях.

Борьба за экологию и повсеместный отказ от этилированного бензина (с добавлением тетраэтилсвинца, который улучшал горючие свойства), начавшиеся в разных странах с

70-х годов, заставили менять некоторые концепции двигателестроения. Начался другой этап эволюции — поиск решений для улучшения поджигающей способности свечей и увеличения общего ресурса. В 80-е годы стали серийно выпускаться свечи с платиновыми напайками на кончиках электродов. Чуть позже были разработаны свечи с тонким центральным электродом. И по сей день сотни конструкторских бюро заняты совершенствованием свечей. Вот только производители автомобилей не спешат экспериментировать и продолжают использовать свечи классического типа.