Свеча зажигания — это электрическое устройство, используемое в двигателе внутреннего сгорания для создания искры, которая воспламеняет топливовоздушную смесь в камере сгорания . Являясь частью системы зажигания двигателя , свеча зажигания получает электричество высокого напряжения (генерируемое катушкой зажигания в современных двигателях и передаваемое через провод свечи зажигания ), которое используется для генерации искры в небольшом зазоре между положительным и отрицательным электродами . . Момент зажигания является ключевым фактором в работе двигателя, и свеча зажигания обычно срабатывает незадолго до начала такта сгорания .
Свеча зажигания была изобретена в 1860 году, однако ее использование получило широкое распространение только после изобретения магнето зажигания в 1902 году. В дизельных двигателях используется воспламенение от сжатия (вместо искрового зажигания ), поэтому в них обычно не используются свечи зажигания.
Основными элементами свечи зажигания являются корпус , изолятор , центральный электрод и боковой электрод (также известный как «заземляющий ремень»). Основная часть изолятора обычно изготавливается из спеченного оксида алюминия (Al 2 O 3 ), твердого керамического материала с высокой диэлектрической прочностью . [1] [2] [3] В судовых двигателях корпус свечи зажигания часто представляет собой металл, покрытый хроматом цинка двойной окунания. [4]
Свеча зажигания проходит через стенку камеры сгорания , поэтому она также должна служить частью уплотнения для газов высокого давления внутри камеры сгорания.
Центральный электрод подключается к терминалу через внутренний провод. Центральный электрод используется как катод , откуда выбрасываются электроны. [5] Это связано с тем, что центральный электрод обычно является самой горячей частью свечи, а принципы термоэлектронной эмиссии означают, что с более горячей поверхности легче выбрасывать электроны. [6] Острый кончик центрального электрода также увеличивает напряженность электрического поля, тем самым увеличивая эмиссию электронов. [6] Боковой электрод (более холодный и тупой) требует до 45 процентов более высокого напряжения, [6] поэтому только системы искрового разряда с отходами используют боковой электрод в качестве катода. [7]
Боковой электрод изготовлен из стали с высоким содержанием никеля и приварен или подвергнут горячей ковке к боковой части металлического корпуса. [ нужна цитата ]
Свечи зажигания могут содержать до четырех боковых электродов, окружающих центральный электрод. Несколько боковых электродов обычно обеспечивают более длительный срок службы, поскольку, когда искровой промежуток расширяется из-за электроразрядного износа, искра перемещается к другому, более близкому заземляющему электроду. [ нужна цитация ] Недостаток нескольких боковых электродов заключается в том, что для каждого электрода может возникнуть эффект экранирования, что приводит к менее эффективному горению и увеличению расхода топлива. [ нужна цитата ]
Расстояние между кончиком свечи зажигания и центральным электродом называется «зазором свечи зажигания» и является ключевым фактором в работе свечи зажигания. Зазоры свечей зажигания для автомобильных двигателей обычно составляют от 0,6 до 1,8 мм (от 0,024 до 0,071 дюйма). [ нужна цитация ] Современные двигатели (использующие твердотельные системы зажигания и электронный впрыск топлива ) обычно используют большие зазоры, чем старые двигатели, в которых используются распределители точки прерывания и карбюраторы .
Меньшие размеры зазора свечи обычно более надежны для образования искры, однако искра может быть слишком слабой, чтобы воспламенить топливно-воздушную смесь. Больший размер свечного зазора приведет к более сильной искре, однако искра может возникнуть не всегда (например, при высоких оборотах). Регулировку зазора не рекомендуется производить для иридиевых и платиновых свечей зажигания, поскольку существует риск повреждения металлического диска, приваренного к электроду. [8]
Использованные искровые системы создают большую нагрузку на свечи зажигания, поскольку они поочередно выпускают электроны в обоих направлениях (от заземляющего электрода к центральному электроду, а не только от центрального электрода к заземляющему электроду). В результате автомобили с такой системой должны иметь драгоценные металлы на обоих электродах, а не только на центральном, чтобы увеличить межсервисные интервалы замены, поскольку они быстрее изнашивают металл в обоих направлениях, а не только в одном. [9]
«Индексация» свечей при установке предполагает установку свечи зажигания так, чтобы открытая часть зазора (т.е. сторона, не закрытая боковым электродом), была обращена к центру камеры сгорания. Утверждается, что это улучшает зажигание за счет максимального воздействия топливно-воздушной смеси на искру в каждом цилиндре.
Индексация осуществляется одним из следующих способов:
Важным фактором для свечи зажигания является температура, которую рассчитан ее наконечник, называемая тепловым диапазоном . Типичный диапазон нагрева двигателей легковых автомобилей обычно составляет от 500 до 850 ° C (от 932 до 1562 ° F). [10] [11] Более горячая свеча зажигания имеет большую изоляцию между собой и головкой блока цилиндров, в результате чего от свечи зажигания отводится меньше тепла, и, следовательно, свеча зажигания остается более горячей. [12] Температура выше 450 °C (842 °F) необходима для предотвращения накопления нагара на свече зажигания, а температура выше 800 °C (1470 °F) может вызвать перегрев свечи. [13]
Переключение на более высокий диапазон нагрева иногда используется для компенсации проблем с подачей топлива или расходом масла, однако это увеличивает риск преждевременного зажигания . [14]
Бельгийско-французскому инженеру Этьену Ленуару обычно приписывают изобретение свечи зажигания в 1860 году из-за ее использования в раннем газовом двигателе Ленуара . [15] [16] [17] [18]
Несколько патентов, касающихся систем электрического зажигания, были поданы в конце 1890-х годов, в том числе от сербского инженера Николы Теслы , [19] британского инженера Фредерика Ричарда Симмса [20] и немецкого инженера Роберта Боша . [21] Однако использование высоковольтных свечей зажигания в коммерческих двигателях стало возможным только после 1902 года, благодаря изобретению инженером Bosch Готтлобом Хонольдом систем зажигания на основе магнето . Первыми производителями свечей зажигания были американская компания Champion , [22] британская компания Lodge Brothers [23] и лондонская компания KLG (которая была пионером в использовании слюды в качестве изолятора).
В 1930-х годах американский геолог Хелен Блэр Бартлетт разработала изолятор на основе глиноземной керамики для свечей зажигания. [24]
Полониевые свечи зажигания продавались компанией Firestone с 1940 по 1953 год. Хотя количество излучения от свечей было незначительным и не представляло угрозы для потребителя, польза от таких свечей зажигания быстро уменьшилась примерно через месяц из-за короткого периода полураспада полония, и потому что отложения на проводниках блокировали излучение, которое улучшало работу двигателя. Идея полониевой свечи зажигания, а также прототипа радиевой свечи Альфреда Мэтью Хаббарда , предшествовавшего ей, заключалась в том, что излучение улучшит ионизацию топлива в цилиндре и, таким образом, позволит свече срабатывать более быстро и эффективно. [25] [26]
1860[:] Ленуар изготовил первую свечу зажигания.
