На рис. 10.2 представлена наиболее распространенная
конструкция автомобильной свечи зажигания, основными частями которой являются: корпус 7, изолятор 3 и электроды 10, 11.
Корпус свечи имеет внешнюю резьбовую часть 9 и шестигранную головку 6 под свечной ключ. Опорная поверхность корпуса может быть плоской или конусной. В первом случае между головкой блока цилиндров и свечой устанавливается уплотнительное кольцо 8, которое может быть как съемным, так и несъемным. Использование свечей зажигания с конусной опорной поверхностью дает возможность noлучить надежную герметизацию при меньшем усилии затяжки свечи и позволяет отказаться от уплот-нительного кольца. Такие свечи широко применяются на американских автомобилях.
Внутри корпуса располагается изолятор 3 — важнейший элемент свечи. Материал изолятора свечи должен обладать высокой механической и электрической прочностью, высокой коррозийной стойкостью, большим объемным и поверхностным сопротивлением, быть термостойким, не поглощать воду и иметь высокую удельную теплопроводность. Во многом от свойств материала изолятора зависят качество и характеристики свечи зажигания. В настоящее время изоляторы искровых свечей изготовляются в основном из корундовой керамики с содержанием около 95% оксида алюминия А1203. В состав керамики также входят минеральные добавки в виде оксидов кремния, кальция, магния, кобальта и ниобия, которые улучшают основные характеристики изолятора и придают керамике голубой цвет.
Герметичность между изолятором и корпусом свечи осуществляется кольцевыми уплотнителями 15, 16, 19. Уплотнительные кольца 15 и 16 улучшают отвод тепла от изолятора через корпус к головке блока цилиндров.
Нижняя часть изолятора 3 является тепловым конусом 13 (иногда называется юбочкой теплового конуса). В некоторых типах свечей тепловой конус изолятора выступает за торец корпуса, что обеспечивает хороший доступ топливовоздушной смеси в искровой промежуток между электродами 10, 11 и лучшее охлаждение нижней части изолятора во время всасывания холодной смеси. Внутри верхней части изолятора расположена контактная головка 23, а в нижней части — центральный электрод. Герметизация центрального электрода и контактной головки в изоляторе осуществляется теплопроводящим стеклогер-метиком 17.
Искровой разряд между электродами свечи зажигания является источником радиопомех. Для подавления этих помех между центральным электродом и контактной головкой может быть установлен помехоподавительный резистор, выполненный в виде угольного стержня или специального резис-тивного герметика. Такие свечи устанавливаются на двигатель с проводами высокого напряжения без помехоподавительных средств. Кроме того, встроенный помехоподавительный резистор способствует уменьшению эрозии электродов.
Материал электродов должен обладать высокой коррозионной и эрозионной стойкостью, жаропрочностью, хорошо проводить тепло. Удовлетворительными свойствами обладают сплавы с большим содержанием никеля и хрома. Кроме того, никель при высоких температурах способствует ионизации искрового промежутка, что несколько снижает пробивное напряжение между электродами свечи. Однако при использовании в топливе антидетонационных добавок (например, тетраэтилсвинца) коррозия электродов из сплава на основе никеля ускоряется. В этом случае лучше себя зарекомендовал сплав на основе хрома. Для большинства свечей зажигания отечественного производства в качестве материала центрального электрода применяются хромотита-новая сталь 13Х25Т или нихром Х20Н80. Аналогичные сплавы применяются за рубежом.
Для современных форсированных двигателей применяются свечи, центральный электрод которых выполнен из меди и покрыт никель-хромовой оболочкой. Медный сердечник обеспечивает лучший теплоотвод при больших нагрузках двигателя, а жаропрочная оболочка повышает износоустойчивость электрода.
Для форсированных двигателей спортивных автомобилей свечи зажигания изготовляются с серебряным центральным электродом. Среди металлов серебро обладает самой высокой теплопроводностью, это дает возможность изготовить центральный электрод более тонким, что облегчает доступ горючей смеси к искровому промежутку и тем самым снижается вероятность пропусков воспламенения. Однако свечи с серебряным электродом имеют меньший срок службы.
В современной свече зажигания между ее центральным электродом и изолятором предусмотрен продолговатый воздушный канал 12, наличие которого предотвращает разрушение изолятора из-за расширения центрального электрода. Расширение электрода происходит не только под действием высоких температур в камере сгорания, но и за счет химической реакции между никелем, содержащимся в сплаве электродов, с серой, образующейся при сгорании топлива. В результате высокотемпературной химической реакции образуется сернистый никель, который увеличивает диаметр центрального электрода. Это может привести к повреждению изолятора, если посадка электрода в изоляторе была бы плотной (без зазора). Однако следует заметить, что указанный воздушный канал ухудшает теплоотвод от самой горячей части центрального электрода и это сказывается на тепловой характеристике свечи.
Высокими эксплуатационными свойствами обладают свечи зажигания с платиновым электродом, который спекается непосредственно с керамическим изолятором. В таких свечах воздушный канал 12 не требуется. Благодаря высокой коррозийной и эрозионной стойкости платины центральный электрод делается очень тонким, что обеспечивает хороший доступ горючей смеси в искровой промежуток и гарантирует ее надежное воспламенение. Малые размеры центрального электрода из платины в сочетании с заостренной формой бокового электрода, а также каталитическое действие платины, способствуют понижению пробивного напряжения между электродами. Для свечей с платиновым центральным электродом характерны надежное искрообразова-ние в течение всего срока службы и хорошие пусковые свойства. Однако высокая надежность и долговечность таких свечей сочетаются с повышением их стоимости (в 4...5 раз по сравнению с обычными свечами).
Массовый электрод 11 приваривается контактной микросваркой к ободку корпуса свечи. Как у отечественных, так и у зарубежных свечей, массовый электрод изготовляется из никель-марганцевого сплава. Этот сплав надежно сваривается с корпусной сталью свечи.
Эксплутационные характеристики свечи зажигания улучшаются, если массовый электрод имеет медную вставку по типу центрального электрода. Свечи, у которых медь используется как в центральном, так и в массовом электродах, впервые были выпущены в 1988 г. фирмой "Champion" под маркой "Double Copper".
Для надежного искрообразования в течение всего срока службы и для обеспечения долговечности в свечах устанавливают несколько боковых электродов. Существенное влияние на эксплуатационные параметры свечи и теплопроводность электродов, доступность горючей смеси в искровой промежуток, на износостойкость электродов, пробивное напряжение оказывает форма массовых (боковых) электродов (рис. 10.3).
Наибольшее распространение получил одиночный торцовый массовый электрод 1, однако есть свечи, в которых применяются массовые электроды различной формы: крючкообразный 2, парные сплющенные 3, углубленные боковые 4, кольцевой 5, тангенсаль-ный 6, подковообразный 7, одиночный боковой 8.
От формы электродов зависит вид искрового промежутка и, как следствие, траектория искрового разряда. Форма поперечного сечения электродов может быть различной (круглой, прямоугольной, треугольной и др.). На поверхности массовых электродов могут быть нанесены канавки или они могут иметь осевые отверстия, что способствует самоочищению электродов.
Между электродами искровой свечи зажигания устанавливается определенный для данного типа двигателя зазор. Для двигателя современного легкового автомобиля с электронной системой зажигания величина зазора воздушного промежутка между электродами находится в пределах 0,7...1,2 мм. Для двигателей прежних конструкций с классической системой зажигания — 0,5...0,8 мм. При неправильно установленной величине зазора ухудшаются показатели работы автомобильного двигателя, в частности, увеличивается расход топлива и ухудшается экология выхлопных газов. Для современных двигателей, работающих на бедных смесях, требуется увеличенный зазор между электродами свечи. Но с увеличением зазора возрастает пробивное напряжение искрового промежутка, поэтому современная система зажигания имеет более высокий запас по вторичному напряжению, чем исключается вероятность пропусков искрообразования. Если воздушный промежуток между электродами слишком мал, то увеличивается вероятность его "зарастания" нагаром и становятся возможными пропуски зажигания. Это крайне отрицательно сказывается на экономичности двигателя. Так, при одной неработающей свече зажигания в шестицилиндровом двигателе расход топлива увеличивается на 25%.
В тех случаях, когда пропуски зажигания недопустимы (например, на вертолетных ДВС или на двигателях спортивных автомобилей), в каждый цилиндр устанавливают по две свечи зажигания.
