На рис. 1 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 уплотнительного 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 стеклогерметиком 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 резистивного 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 хромотитановая сталь 13Х25Т или нихром Х20Н80. Аналогичные сплавы применяются за рубежом.
Для современных форсированных двигателей применяются свечи, центральный электрод которых выполнен из меди и покрыт никельхромовой 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 искрообразование 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".
