Denso - СВЕЧИ ЗАЖИГАНИЯ · 2019-11-30 · DENSO Aftermarket Europe — это...

СВЕЧИ ЗАЖИГАНИЯЗнакомство с технологиями DENSOСВ

ЕЧИ

ЗАЖ

ИГАН

ИЯ З

нако

мств

о с

техн

олог

иями

DEN

SO

О КОМПАНИИ DENSO

DENSO Aftermarket Europe — это подразделение DENSO Corporation, входящей в тройку мировых лидеров в области передовых технологий производства систем и компонентов транспортных средств.

С момента своего основания в 1949 году компания DENSO создавала исключительно качественные продукты для автомобильной отрасли и всегда была одним из крупнейших поставщиков оригинальных комплектующих для большинства крупнейших мировых производителей транспортных средств. В девяти из десяти автомобилей, передвигающихся по дорогам мира, присутствуют оригинальные компоненты DENSO.

Мы очень гордимся тем, что можем предложить наш уникальный опыт в создании оригинальных компонентов рынку послепродажного обслуживания автомобилей. Наш технологичный ассортимент продукции формируется с учетом потребностей и желаний дистрибьюторов и конечных потребителей. Изделия DENSO для рынка послепродажного обслуживания полностью соответствуют спецификациям оригинального оборудования, поставляемого на конвейеры автопроизводителей.

Производство свечей зажигания является одной из основных специализаций DENSO. Благодаря постоянной научно-исследовательской работе, компания DENSO стала автором наиболее важных и заметных инноваций в отрасли, включая U-образный паз, самый тонкий в мире иридиевый центральный электрод и первый в мире боковой электрод с выступающим наконечником. Мы являемся главными спонсорами и техническими партнерами гоночных команд Toyota Gazoo WEC, Volvo Cyan WTCC, Toyota WRC, Subaru WRT и других автоспортивных коллективов, поэтому знаем все о высоких технологиях в автоспорте и используем этот опыт при производстве наших линеек иридиевых и гоночных свечей зажигания.

В вопросе выбора свечей зажигания вы можете смело положиться на DENSO — у нас есть решение для любой области применения.

АвторВаутер Кнол (Wouter Knol) — инженер по применению DENSO Aftermarket

СоавторыПитер Кумбeс (Peter Coombes) —технический писательГилберт Кувер (Gilbert Couvert) — менеджер по продукту DENSO Aftermarket

Содержание1. ЧТО ТАКОЕ СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ ....................................................................................................................... 2

1.1. Свеча зажигания: ключ к запуску в процессе сгорания топлива ...........................................................................21.2. Технические требования к современным свечам зажигания .................................................................................31.3. Разным двигателям — разные свечи зажигания .....................................................................................................4

2. ПРИНЦИП РАБОТЫ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ И ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ ТОПЛИВА В НЕМ .......... 62.1. Четырехтактный цикл: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск ...................................................................................6

3. ПРИНЦИП РАБОТЫ СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ С КАТУШКОЙ ИНДУКТИВНОСТИ ........................................ 83.1. Для чего нужна система зажигания ..........................................................................................................................83.2. Что такое система зажигания с катушкой индуктивности ......................................................................................83.3. Катушка зажигания: преобразование напряжения .................................................................................................93.4. Время заряда и время накопления энергии ...........................................................................................................113.5. Угол опережения зажигания: искра — в нужное время в нужном месте ............................................................12

4. МЕХАНИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ ..................................................................... 164.1. Принцип работы механической системы зажигания .............................................................................................164.2. Ранние электронные системы зажигания ...............................................................................................................204.3. Современные электронные системы зажигания ...................................................................................................21

5. ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ В ДЕТАЛЯХ .................................................................................................................. 245.1. Сгорание смеси топлива и кислорода ....................................................................................................................245.2. Полнота сгорания топливовоздушной смеси .........................................................................................................265.3. Причины и последствия неполного сгорания топливовоздушной смеси ............................................................275.4. Загрязняющие и вредные вещества, образующиеся в процессе сгорания топливовоздушной смеси ...........295.5. Снижение расхода топлива и токсичности отработавших газов .........................................................................30

6. СВЕЧИ ЗАЖИГАНИЯ ......................................................................................................................................... 326.1. Свеча зажигания — ключ к процессу сгорания топливовоздушной смеси ........................................................326.2. Эксплуатационные требования ...............................................................................................................................326.3. Устройство свечей зажигания .................................................................................................................................336.4. Электрическая искра и разрядное напряжение ....................................................................................................356.5. Влияние условий эксплуатации на напряжение на свече .....................................................................................366.6. Тепловые характеристики ........................................................................................................................................396.7. Гашение пламени при зарождении и развитии очага воспламенения .................................................................41

7. ТЕХНОЛОГИИ DENSO: СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ РАБОТАЕТ ЛУЧШЕ ................................................................. 427.1. Разработки DENSO для свечей зажигания ............................................................................................................427.2. Материалы, используемые для изготовления электродов ....................................................................................437.3. Материалы, используемые для изготовления центрального электрода ..............................................................447.4. Боковой электрод .....................................................................................................................................................457.5. Другие технологии, используемые в свечах зажигания DENSO ..........................................................................477.6. Тенденции будущего .................................................................................................................................................48

8. АССОРТИМЕНТ СВЕЧЕЙ ЗАЖИГАНИЯ DENSO ............................................................................................. 508.1. Линейка Direct Fit ......................................................................................................................................................508.2. Линейка Twin Tip........................................................................................................................................................528.3. Линейка Iridium Power ...............................................................................................................................................538.4. Линейка Iridium Racing ..............................................................................................................................................54

9. ЗАМЕНА ВАШИХ СВЕЧЕЙ ЗАЖИГАНИЯ БОЛЕЕ СОВЕРШЕННЫМИ .......................................................... 569.1. Зачем заменять свечи зажигания усовершенствованными? ...............................................................................569.2. Больше мощности .....................................................................................................................................................579.3. Экономия топлива и сокращение выбросов ..........................................................................................................589.4. Равномерный холостой ход, пропуски зажигания и пуск .....................................................................................599.5. Перевод двигателя на сжиженный и компримированный природный газ ..........................................................609.6. Тюнинг и автоспорт ...................................................................................................................................................61

10. ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ, МОНТАЖ, ПОИСК И УСТРАНЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ ................. 6210.1. Часто задаваемые вопросы ...................................................................................................................................6210.2. Монтаж ....................................................................................................................................................................6410.3. Поиск и устранение неисправностей ....................................................................................................................65

2

1. ЧТО ТАКОЕ СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ

Искра, проскакивающая между электродами свечи зажигания, запускает процесс сгорания, воспламеняя топливовоздушную смесь

При сгорании топливовоздушной смеси выделяется теплота, заставляющая газы в цилиндре расширяться и толкать поршень вниз, вращая коленчатый вал

Рис. 1.1. Воспламенение, сгорание и преобразование тепла в механическую энергию

Процесс сгорания — один из важнейших в цикле работы дви-гателя. При плохом сгорании топлива двигатель не выдаст тре-буемую мощность. Кроме того, при плохом сгорании топлива увеличивается его расход, растут выбросы вредных веществ.

Чтобы сгорание было эффективным, воздух в цилиндре дол-жен смешиваться с небольшой порцией топлива в строго за-данном соотношении. После этого смесь сжимается поршнем в цилиндре и загоняется в небольшое пространство, называе-мое камерой сгорания (см. главу 2).

При сжатии топливовоздушной смеси выделяется теплота, однако ее недостаточно для воспламенения смеси. Чтобы завершить этот процесс, нужен еще один источник тепла. Этим источником является искра (горячая электрическая дуга), которую создает свеча зажигания, расположенная в тщательно выбранном месте камеры сгорания.

Атмосферный воздух (соответственно, и воздух в цилиндре двига-теля) примерно на 78 % состоит из азота и на 21 % — из кислорода. Остальная часть приходится на аргон, углекислый газ, а также другие виды газов. Топливо (бензин) состоит из атомов углерода и водорода. В процессе сгорания топлива происходят химические реакции с вы-делением тепла, в которых вещества и газы топливовоздушной смеси преобразуются в другие газы. Поэтому, когда мы говорим о расшире-нии газов в цилиндре, мы имеем в виду смесь различных газов.

В процессе работы двигателя тем-пература искры может достигать 10 000 °C

Рис. 1.2. Температура искры

1.1 Свеча зажигания: ключ к запуску в процессе сгорания топлива

Двигатели внутреннего сгорания: трансформируют тепло в мощностьДвигатели внутреннего сгорания производят мощность, за-ставляя работать энергию, которая выделяется при расшире-нии газов, образующихся от сгорания топлива. Жар заставляет газы стремительно расширяться, что толкает поршень, кото-рый движется в цилиндре и вращает коленчатый вал (рис. 1.1).

Свеча зажигания — важнейший компонент процесса сгоранияВ точно заданное время система зажигания подает на свечу короткий и мощный электрический импульс. Это создает искру в малом зазоре между электродами свечи. В центре искры (рис. 1.2) температура на короткое время достигает (а иногда и превышает) 10 000 °C. Выделяемого тепла достаточно для воспламенения малой порции смеси между электродами.

Из этого маленького очага рождается горячее пламя, погло-щающее всю остальную топливовоздушную смесь в камере сгорания.

Именно теплота, выделившаяся в процессе сгорания, застав-ляет газы расширяться и толкать поршень в цилиндре. Однако создает высокую температуру и запускает процесс сгорания именно свеча — ключ к запуску в процессе сгорания.

1.1. Свеча зажигания: ключ к запуску в процессе сгорания топлива 21.2. Технические требования к современным свечам зажигания 31.3. Разным двигателям — разные свечи зажигания 4

3

В процессе сгорания на корпус и электроды свечи зажигания воздействуют температуры до 3 000 °C

Рис. 1.3. Свеча зажигания должна работать в очень жестких условиях

1.1. Свеча зажигания: ключ к запуску в процессе сгорания топлива 21.2. Технические требования к современным свечам зажигания 31.3. Разным двигателям — разные свечи зажигания 4

1.2. Технические требования к современным свечам зажигания

Надежность и долговечностьНезависимо от конструкции двигателя в зоне горения топлива всегда очень жесткие условия. Чтобы воспламенить смесь, свеча должна выдать искру с высокой температурой, и она должна это делать в течение тысяч километров пробега, мил-лионов циклов сгорания.

Искра и напряжениеГлавная задача свечи зажигания — использовать высокое напряжение для получения очень короткой, но очень горячей искры. Обычно для этого используются напряжения от 10 000 до 40 000 вольт (10–40 кВ), но в перспективе планируется рабо-тать с напряжениями 45 кВ и выше. Таким образом, конструк-ция свечи зажигания должна предполагать надежную изоля-цию всех ее компонентов во избежание возникновения пробоя высокого напряжения на другие компоненты.

Температура искры на электродах может достигать 10 000 °C

Через свечу зажигания проходит напряжение 40 000 В и выше

В четырехтактном двигателе корпус и электроды свечи зажигания подвергаются резким изменениям температуры

В процессе сгорания корпус и электроды свечи зажигания испытывают воздействие давления 50 бар и выше

ТемператураВначале, при появлении искры, на электроды кратковременно воздействует температура до 10 000 °C, однако в процессе сгорания корпус и электроды свечи зажигания подвергаются более длительному воздействию температуры около 3 000 °C. При этом температура в цилиндре меняется очень быстро. Например, при его наполнении на такте впуска свежая смесь резко охлаждает свечу, которая только что сильно нагрева-лась горящей смесью.

Помимо того, что высокие температуры способны нанести вред электродам и корпусу свечи, есть вероятность того, что раскаленная часть свечи зажигания станет причиной калиль-ного зажигания, то есть начнет воспламенять топливовоз-душную смесь до появления искры. Раннее воспламенение смеси запускает раннее сгорание, расширение газов и рост давления. Преждевременное расширение и сопутствующее давление будут воздействовать на поршень до того, как он достигнет верхней мертвой точки на такте сжатия (см. раздел 5.3).

4


Благородные металлы и специальные материалы Материалы, которые применяются в свечах зажигания DENSO (специальная высококачественная керамика в изоляторах, благородные металлы в платиновых и иридиевых сплавах для электродов), выдерживают экстремальные температуры каме-ры сгорания. Благодаря этому свечи зажигания DENSO самые долговечные на рынке.

Изоляторы из высококачественной керамики

Благородные металлы в платиновых и иридиевых сплавах для электродов

1. ЧТО ТАКОЕ СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ И СГОРАНИЕ

Корпус

Уплотнительное кольцо

Изолятор

От высоких давлений, температур и напряжений свеча зажигания защищена уплотнительными кольцами и изолятором

Контактный стержень

Резистор

Медный электрод

Центральный электрод

Боковой электрод

Рис. 1.4. Свеча зажигания DENSO Iridium

ДавлениеВ процессе сгорания создается давление, зачастую превы-шающее 50 бар, однако в форсированных двигателях этот показатель может быть намного больше.

Поэтому стык корпуса свечи и головки цилиндра двигателя должен быть надежно уплотнен для исключения возникнове-ния ситуации прорыва газов. Кроме того, в конструкции свечи зажигания может быть предусмотрено аналогичное внутреннее уплотнение между компонентами свечи также для защиты от прорыва газов (рис. 1.4). Помимо потерь давления, прорыв газов через свечу может повредить саму свечу зажигания.

Загрязнение и нагарВ процессе сгорания топливовоздушной смеси образуются различные загрязнения, например нагар или масляные отложе-ния. Эти загрязнения могут откладываться на свече и влиять на ее работу. Хотя свеча не должна перегреваться, для выжигания отложений ее необходимо периодически подвергать воздей-ствию высокой температуры во избежание возникновения неисправностей (см. раздел 6.6).

ВыводВажной особенностью конструкции свечи зажигания является возможность выдерживать высокие температуры и перепады температур, а также высокое давление. Наряду с этим в те-чение всего срока службы свеча должна тысячи раз в секун-ду пропускать через себя высокое напряжение и выдавать горячую искру.

Чтобы высокие температуры не повредили свечу зажигания, она должна иметь способность рассеивать или отводить тепло, в том числе через корпус двигателя. Однако если слишком ак-тивно отводить тепло от свечи зажигания, температура искры может уменьшиться, что приведет к ухудшению воспламенения и сгорания топлива. Кроме того, не будут выгорать отложения на свече зажигания.

Очевидно, что двигателям разных конструкций требуются свечи зажигания разных размеров. Узкие свечи зажигания для мотоциклов появились много лет назад, однако теперь они нужны автомобильным двигателям, сильно уменьшающимся в размерах. При этом такие свечи должны работать в не менее жестких условиях.

Свечам зажигания приходится работать в двигателях разных конструкций, а значит, в разных условиях, поэтому имеется

множество особенностей конструкции свечей зажигания. Све-чи испытывают воздействие высоких температур и давления в камерах сгорания различных конструкций, а также высоко-го напряжения систем зажигания, что неизменно влияет на конструкцию свечей. Требования к токсичности отработавших газов с каждым новым поколением двигателей ужесточаются, и свечи зажигания обязаны этим требованиям соответство-вать.

Кольцевое уплотнение (2 шт.)

Контактная втулка

1.3. Разным двигателям — разные свечи зажигания

5

Запатентованный иридиевый центральный электрод диаметром 0,4 мм

Рис. 1.5. Свеча зажигания DENSO Iridium


Свечи зажигания DENSO для каждого двигателяУникальные свечи зажигания для производителей оригинального оборудования

При разработке двигателя производитель оригинального оборудования выбирает свечи зажи-гания под свои требования, которые зачастую отличаются от требований независимого рынка автозапчастей.

Производители оригинального оборудования получают следующие выгоды при использовании уникальных свечей зажигания:> Соответствие по крайней мере минимальным требова-

ниям производителя.> Приемлемый интервал замены.> Соответствие минимальным требованиям по эксплуата-

ционным параметрам и долговечности при наименьшей цене.

Разработка уникальной свечи зажигания требует затрат, однако количество выпускаемой продукции зачастую компенсирует их.

На независимом рынке автозапчастей некоторые про-изводители свечей зажигания с радостью используют эти преимущества, продавая свои уникальные свечи как оригинальные запчасти. Например, компания DENSO также производит свечи зажигания по спецификациям оригинальных свечей.

Однако, чтобы выпускаемые свечи подходили для всех двигателей, ассортимент продукции должен превышать 400 наименований.

Альтернативное решение от DENSOЧтобы сократить необходимый ассортимент продукции, в DENSO пошли другим путем: на независимый рынок автозапчастей поставляются свечи зажигания с харак-теристиками, превосходящими таковые у оригинальных свечей. Эти свечи способны заменить большое количество различных моделей свечей, зачастую почти не отличаю-щихся друг от друга. Например, линейка свечей зажига-ния DENSO Twin Tip, состоящая всего из 35 артикулов, покрывает 90 % автопарка. Добиться таких результатов позволили передовые свечи зажигания с тонким износо-стойким центральным электродом.

ВыводЛинейка Twin Tip разработана на основе передовой технологии, позволяющей перекрыть характеристики многих моделей свечей зажигания с учетом перспективы развития независимого рынка запчастей. Свечи зажигания линейки Twin Tip соответствуют требованиям производи-телей комплектующих, а зачастую и превосходят их. Это позволяет унифицировать ассортимент свечей зажигания для независимого рынка автозапчастей.

Разным типам двигателей требуются разные свечи зажигания, под разные требования и спецификации. Однако, благодаря внедрению прогрессивных решений, компания DENSO произ-водит относительно небольшой ассортимент свечей зажига-ния, подходящих двигателям самых разных конструкций. Пе-редовые свечи зажигания с высокими характеристиками могут заменить множество моделей менее производительных свечей.

Одной из передовых технологий DENSO является использо-вание иридия, благодаря чему свечи зажигания DENSO Iridium обладают ультратонким (0,4 мм в диаметре) центральным электродом (рис. 1.5).

Сверхтонкий электрод иридиевой свечи позволяет снизить требуемое напряжение разряда и уменьшить зазор без сниже-ния способности к поджигу смеси. Также, в сравнении с тради-ционными материалами, применяющимися при изготовлении электродов, иридий обладает большей прочностью и меньшим электрическим сопротивлением. Он долговечнее и выдержива-ет более высокие температуры.

Иридиевые электроды и другие особенности конструкции свечей зажигания DENSO подробно описаны в главах 6, 7 и 8.

Свеча зажигания Nickel

Свеча зажигания Platinum

Свеча зажигания Iridium

Свеча зажигания SIP

Свеча зажигания Nickel TT

Свеча зажигания Iridium TT

6

2. ПРИНЦИП РАБОТЫ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ И ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ ТОПЛИВА В НЕМ

2.1. Четырехтактный цикл: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск

Четырехтактный двигатель, также известный как двигатель, работающий по циклу Отто, или двигатель с искровым за-жиганием, разработан Николаусом Отто в 1876 году. Работа двигателя основана на четырех тактах: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.

(1) Такт впускаВо время первого такта поршень движется к нижней части ци-линдра (рис. 2.1). Над поршнем создается разрежение, и через открытый впускной клапан атмосферный воздух, находящий-ся снаружи цилиндра, за счет перепада давлений поступает внутрь. По сути, поршень за счет разности давлений всасывает воздух в цилиндр.

Если нужно, чтобы в цилиндр поступало больше воздуха, его сжимают турбокомпрессором или механическим компрессо-ром.

В подавляющем большинстве современных двигателей с искровым зажиганием требуемое небольшое количество топлива распыляется во впускной коллектор во время такта впуска или иногда перед тактом впуска. Однако в некоторых современных двигателях, оснащенных системой прямого впрыска, топливо подается напрямую в цилиндр во время такта впуска или (в некоторых условиях работы двигателя) в самом начале такта сжатия.

(2) Такт сжатияВо время второго такта (рис. 2.2) впускной клапан закрыт, цилиндр изолирован от окружающей среды. Благодаря этому давление в цилиндре растет. Поршень идет вверх, топливовоз-душная смесь сжимается до объема примерно 1/10 от началь-ного (степень сжатия зависит от конструкции двигателя). Таким образом, давление в цилиндре теоретически должно быть больше атмосферного в 10 раз (10 бар) и более, если речь идет о двигателе с наддувом.

Впускной клапан открывается, предоставляя доступ воздуху из впускного коллектора в цилиндр

Поршень идет вниз, создавая разрежение в цилиндре

Впускной клапан закрыт

Рис. 2.2. Такт сжатия

2.1. Четырехтактный цикл: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск 6

Рис. 2.1. Такт впуска

Поршень идет вверх, сжимая топливовоздушную смесь в камере сгорания

Выпускной клапан закрыт

7

2. ПРИНЦИП РАБОТЫ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ И ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ ТОПЛИВА В НЕМ

Рис. 2.3. Такт зажигания / рабочий ход

Рис. 2.4. Такт выпуска

Альтернативные двигатели с искровым зажиганием

Большинство двигателей транспортных средств работают по четырехтактному циклу, однако некоторые из них рабо-тают по двухтактному циклу, а также по роторному циклу Ванкеля. Несмотря на некоторые отличия, их работа основана на сжатии топливовоздушной смеси, ее воспла-менении свечой зажигания и преобразовании давления в механическую энергию вращения вала.

2.1. Четырехтактный цикл: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск 6

(3) Рабочий ход (сгорание или такт зажигания)Во время третьего такта (рис. 2.3) топливовоздушная смесь сгорает с выделением тепла, заставляя газы в цилиндре расширяться и толкать поршень вниз, вращая коленчатый вал. В отличие от дизельных двигателей с высокими степенями сжатия в двигателях с искровым зажиганием на такте сжатия топливовоздушная смесь нагревается, но не воспламеняется. Поэтому необходимая для воспламенения смеси теплота под-водится искрой в свече зажигания.

Теоретически искра должна появиться, когда поршень нахо-дится в самой верхней точке цилиндра (верхняя мертвая точка, ВМТ) и готов начать двигаться по цилиндру вниз. Однако чтобы смесь воспламенилась и полностью сгорела (и в цилиндре выросло давление), нужно несколько тысячных долей секунды. Поэтому процесс сгорания нужно запускать немного раньше, до того как потребуются теплота и расширение газов. Поэтому искра в свече зажигания проскакивает в конце такта сжатия, пока поршень еще движется к ВМТ (см. раздел 4.3).

Такое опережение зажигания и заблаговременная подача искры, запускающая процесс сгорания, позволяют остаточ-ному процессу сгорания развиваться поступательно, но очень быстро, что обеспечивает необходимое расширение газов в цилиндре.

Хотя мы называем этот такт тактом зажигания, его можно назвать ходом расширения или рабочим ходом, так как на этом такте сжигается топливовоздушная смесь, поршень толкается вниз и двигатель вырабатывает механическую энергию.

(4) Такт выпускаВо время четвертого такта (рис. 2.4) выпускной клапан открыт и коленчатый вал по инерции двигает поршень вверх. Отрабо-тавшие газы выталкиваются из цилиндра в выпускную систему.

После четвертого такта выпускной клапан закрывается и че-тырехтактный цикл запускается снова: открывается впускной клапан, повторяется такт впуска и свежая топливовоздушная смесь поступает в цилиндр.

Искра в свече зажигания воспламеняет топливовоздушную смесь и запускает процесс сгорания

Поршень идет вверх и выталкивает отработавшие газы из цилиндра в выпускную систему

В этом процессе выделяется теплота, заставляющая газы в цилиндре расширяться и толкать поршень вниз

Выпускной клапан открывается

8

3. ПРИНЦИП РАБОТЫ СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ С КАТУШКОЙ ИНДУКТИВНОСТИ

Замок зажигания

Аккумуляторная батарея

Катушка зажигания

Рис. 3.1. Основные компоненты системы зажигания Кеттеринга

Прерыватель

Распределитель зажигания

Свеча зажигания

3.1. Для чего нужна система зажигания

3.2. Что такое система зажигания с катушкой индуктивности

Надежность, большие интервалы техобслуживания, снижение выбросов вредных веществЗа долгие годы системы зажигания эволюционировали от примитивных механических до высокотехнологичных элек-тронных систем современных автомобилей. Хотя современные двигатели работают при более высоких температурах и давле-ниях сгорания, обедненных топливовоздушных смесях и более высоких частотах вращения по сравнению с двигателями пре-дыдущих поколений, постоянный прогресс в системах зажи-гания приводит к повышению их надежности, экономичности, эксплуатационных показателей, а также увеличению интер-валов техобслуживания. Тем не менее современные системы

зажигания также должны отвечать постоянно возрастающим требованиям к снижению токсичности отработавших газов.

Две основные задачиСистема зажигания выполняет две основные задачи:(1) Выработка высокого напряжения для искры.(2) Момент зажигания должен быть строго синхронизирован.

За небольшими исключениями, системы зажигания совре-менных бензиновых двигателей автомобилей и мотоциклов работают с использованием катушек зажигания для создания высокого напряжения, которое приводит к проскакиванию искры между электродами свечи зажигания. Благодаря раз-витию электроники с 70-х годов ХХ века системы зажигания сильно изменились, но даже передовые системы с катушкой индуктивности являются лишь эволюцией самых первых реше-ний, появившихся более 100 лет назад.

Создание системы зажигания с катушкой индуктивности при-писывается американскому изобретателю Чарльзу Кеттерингу (Charles Kettering). Он доработал систему, которая устанавли-валась на автомобили Cadillac примерно в 1910–1911 годах. Эффективное использование системы зажигания с катушкой индуктивности стало возможным благодаря применению аккумуляторной батареи, питавшей также электродвигатель стартера (фактически тоже созданный Кеттерингом для Cadillac). Аккумуляторная батарея, генератор и доработанная

электросистема транспортного средства обеспечили стабиль-ное электропитание катушки зажигания.

В системе Кеттеринга (рис. 3.1) использовалась одна катушка зажигания. Она вырабатывала высокое напряжение, которое потом распределялось по свечам зажигания всех цилиндров. Ток высокого напряжения от катушки подавался на рычаг ро-тора, направляющего его на несколько контактов (по одному на цилиндр) в прерывателе-распределителе. Через высо-ковольтные провода эти контакты соединялись со свечами зажигания в последовательности, соответствующей порядку работы цилиндров двигателя.

Система Кеттеринга вскоре стала практически единственной системой зажигания в бензиновых двигателях в условиях массового производства, пока в 70–80-х годах ХХ века ее не вытеснила бесконтактная система зажигания с электронным управлением (см. раздел 4.1).

3.1. Для чего нужна система зажигания 83.2. Что такое система зажигания с катушкой индуктивности 83.3. Катушка зажигания: преобразование напряжения 93.4. Время заряда и время накопления энергии 113.5. Угол опережения зажигания: искра — в нужное время в нужном месте 12

9

3.1. Для чего нужна система зажигания 83.2. Что такое система зажигания с катушкой индуктивности 83.3. Катушка зажигания: преобразование напряжения 93.4. Время заряда и время накопления энергии 113.5. Угол опережения зажигания: искра — в нужное время в нужном месте 12

Зажигание выключено, ток через катушку не течет

Источник, обеспечивающий протекание электрического тока

Магнитное поле, создаваемое током

Рис. 3.2. Как электрический ток создает магнитное поле

Зажигание включено, ток течет через катушку

Постоянное движение магнита приводит к движению магнитного поля в катушке

Изменение магнитного поля в катушке приводит к появлению электрического тока

S

N

Рис. 3.3. Изменение или движение магнитного поля для появ-ления тока в катушке

3.3. Катушка зажигания: преобразование напряжения

Чтобы создавать необходимое высокое напряжение, в катушке зажигания используются связи, существующие между электри-чеством и магнетизмом.

Как электрический ток создает магнитное полеПри протекании электрического тока через проводник в виде провода, намотанного витками, вокруг него создается магнит-ное поле (рис. 3.2). Магнитное поле (точнее, магнитный поток) эффективно накапливает энергию, которая затем превращается обратно в электрическую.

После включения питания электрический ток быстро и не-прерывно растет до максимального значения. В то же время напряженность магнитного поля также непрерывно растет до максимального значения и стабилизируется после стабилизации тока. При выключении питания магнитное поле уменьшается и уходит обратно в смотанный в катушку провод.

На напряженность магнитного поля влияют два основных фак-тора:

(1) Увеличение силы тока на катушке приводит к увеличению напряженности магнитного поля.

(2) Увеличение числа обмоток в катушке приводит к увеличению напряженности магнитного поля.

Наводка тока изменением магнитного поляЕсли катушку поместить в магнитное поле, а затем это поле изменять или двигать, в катушке появится электрический ток. Данное явление называется индукцией.

Например, изменение магнитного поля в катушке вызывается движением постоянного магнита через катушку. Движение или изменение магнитного поля или магнитного потока наводит электрический ток в обмотке катушки (рис. 3.3).

На величину напряжения тока в катушке влияют два основных фактора:

(1) Чем быстрее и сильнее меняется напряженность (или ско-рость движения) магнитного поля, тем больше напряжение.

(2) Чем больше обмоток в катушке, тем больше напряжение.

10


Если ток создает магнитное поле и отключается, магнитное поле сжимается, и в обмотке катушки снова появляется ток

Рис. 3.4. Сжатие магнитного поля индуцирует электрический ток в катушке

Во вторичной обмотке катушки больше витков, чем в первичной. При сжатии магнитного поля напряжение во вторичной обмотке больше, чем в первичной

Рис. 3.6 Преобразование напряжения в катушке зажигания

Магнитное поле первичной обмотки окружает вторичную обмотку. Сжатие магнитного поля индуцирует ток в обеих обмотках

Вторичная обмотка

Вторичная обмотка

Рис. 3.5. Взаимоиндукция в расположенных рядом обмотках

Первичная обмотка

Первичная обмотка

Наводка тока изменением или сжатием магнитного поляПосле того как в результате пропускания тока через обмот-ку на катушке появилось магнитное поле, любое изменение силы тока приведет к изменению магнитного поля. При отключении питания магнитное поле быстро изменяется, оно сжимается. Сжимающееся магнитное поле индуцирует электрический ток в катушке (рис. 3.4).

В катушках зажигания (и трансформаторах других типов) во вторичной обмотке больше витков, чем в первичной. Напряже-ние, индуцируемое при сжатии магнитного поля, во вторичной обмотке больше, чем в первичной (рис. 3.6).

В первичной обмотке катушки зажигания обычно 150–300 вит-ков, однако во вторичной обмотке 15 000–30 000 витков, что примерно в 100 раз больше, чем в первичной обмотке.

Таким же образом увеличение скорости движения магнитного поля в катушке приведет к увеличению напряжения, индуциру-емого в катушке. Чем быстрее сжимается магнитное поле, тем больше индуцируемое напряжение. Более того, с увеличением числа обмоток в катушке индуцируется большее напряжение.

Взаимная индукция и преобразование напряженияДве катушки располагаются рядом или одна в другой. Для соз-дания магнитного поля в одной катушке (первичная обмотка) используется электрический ток. Полученное поле окружает также вторую катушку (вторичная обмотка). При выключении питания магнитное поле сжимается, в первичной и вторичной обмотках индуцируется напряжение. Данное явление называ-ется взаимной индукцией (рис 3.5).

Сначала подачей напряжения 12 В на первичную обмотку катушки создается магнитное поле. Для подачи искры на свечу зажигания система зажигания отключает ток, так что течение тока на первичной обмотке резко прерывается и напряжен-ность магнитного поля резко уменьшается. За счет этого напряжение в первичной обмотке возрастает до 200 В, а во вторичной обмотке, за счет большего числа витков, напряже-ние будет примерно в 100 раз больше, около 20 000 В.

Благодаря эффекту взаимоиндукции и в 100 раз большему числу витков во вторичной обмотке катушка индуктивности повышает подводимое напряжение 12 В, увеличивая его при-мерно до 20 000 В. Такое повышение напряжения называется трансформацией.

В катушке зажигания первичная и вторичная обмотки намотаны вокруг железного сердечника. Это способствует концентрации магнит-ного поля и повышению его напряженности, а значит, увеличению эффективности работы катушки.

11


Вре

мя

нако

плен

ия э

нерг

ии, м

с

Напряжение аккумуляторной батареи, В

Рис. 3.7. Зависимость времени накопления энергии в современных системах зажигания от напряжения аккумуляторной батареи и частоты вращения коленчатого вала

Час

тота

вра

щен

ия

коле

нчат

ого

вала

, об/

мин

3.4. Время заряда и время накопления энергии

Время создания (заряда) магнитного поляПосле подачи тока на первичную обмотку должно пройти время, чтобы сила тока достигла максимума. Но из-за того, что напряженность магнитного поля (магнитного потока) вокруг катушки прямо пропорциональна силе тока, напряженность магнитного поля достигает максимума за такое же время. Когда сила тока и напряженность поля достигнут максимума, магнитное поле стабилизируется.

Время, за которое напряженность магнитного поля увеличи-вается до максимума, обычно называется временем заряда катушки зажигания.

(1) Если на первичную обмотку достаточно долго не подается ток, напряженность магнитного поля не достигнет макси-мума.

(2) Если ток подается слишком долго, электрические цепи и первичная обмотка могут перегреться.

Требуемое время заряда может меняться в зависимости от типа ка-тушки, обычно оно колеблется от 4 миллисекунд для старых катушек до 1,5 миллисекунд для современных моделей.

Время, в течение которого ток подается на первичную об-мотку, обычно называется временем накопления энергии или периодом накопления энергии. В современных системах зажи-гания время накопления энергии управляется электронно так, чтобы всегда была возможность полностью зарядить катушку. Однако в старых механических системах из-за ограничений механического прерывателя реальное время накопления энер-гии снижается при увеличении частоты вращения коленчатого

вала двигателя. Поэтому при высоких частотах вращения коленчатого вала из-за снижения времени накопления энергии напряженность магнитного поля не достигает максимума.

Проблема сокращения времени накопления энергии в механических системах зажигания разбирается в главе 4.

Как изменение напряжения влияет на время зарядки и время накопления энергииКак и в любой электрической цепи, в системе зажигания при изменении напряжения изменится сила тока. Если напряже-ние, подаваемое электросистемой автомобиля на первичную обмотку, увеличится, то в первичной обмотке увеличится сила тока. Увеличение силы тока приводит к снижению времени заряда магнитного поля. И наоборот, уменьшение напряжения и силы тока в первичной обмотке приводит к увеличению вре-мени заряда магнитного поля до достижения максимального значения.

В бортовой электросистеме даже при нормальной ее работе небольшие изменения напряжения происходят постоянно. При запуске двигателя, если аккумуляторная батарея плохо заряжена, напряжение может сильно упасть. Из-за низкого напряжения требуемое время заряда сильно увеличивается. Однако в современных системах зажигания с электронным управлением для компенсации колебаний напряжения время накопления энергии принудительно меняется.

На рис. 3.7 показано типичное время накопления энергии (в миллисекундах) в современных системах зажигания для раз-ных напряжений аккумулятора и частот вращения коленчатого вала двигателя.

Рис. 3.8. Положение коленчатого вала при угле опережения зажигания 20° до верхней мертвой точки (ВМТ)

20°

12

Доля выгоревшего топлива, %

2 миллисекунды

Максимальное давление в цилиндре примерно на 10° после верхней мертвой точки

Давление в цилиндре без сгорания

Рис. 3.9. Почему искра подается за 2 миллисекунды до момента, когда нужно получить максимальное давление в цилиндре

3.5. Угол опережения зажигания: искра — в нужное время в нужном месте

Под термином «угол опережения зажигания» подразумевает-ся момент, в который на свече зажигания должна появиться искра. Угол опережения зажигания — это угол поворота колен-чатого вала до ВМТ на такте сжатия. В качестве примера на рис. 3.8 показано положение коленчатого вала и поршня при угле опережения зажигания 20° до ВМТ.

Период задержки воспламенения, повышения скорости сгорания и увеличения давленияДвигатель развивает максимальную мощность, когда давление в цилиндре достигает максимума примерно на 10° после ВМТ (поршень только начинает движение вниз). Однако угол опере-жения зажигания задается намного раньше этого момента, так как между моментом подачи искры и достижением максималь-ного давления в цилиндре проходит определенное время.

Первая часть этого времени связана с задержкой воспламе-нения, коротким периодом между подачей искры и началом горения топливовоздушной смеси. Затем нужно время на зарождение очага воспламенения и переноса пламени на остальную смесь и сгорание смеси с выделением тепла для расширения газов.

Общее время от момента подачи искры до достижения мак-симального давления в цилиндре составляет примерно 2 мил-лисекунды. Таким образом, искра на свече должна появиться примерно за 2 миллисекунды до момента, когда нужно создать максимум давления в цилиндре.

Точное время между подачей искры и максимумом давления в цилин-дре зависит от конструкции двигателя и режима его работы. Обычно смесь сгорает эффективнее на средних оборотах коленчатого вала, и период задержки воспламенения уменьшается. Однако изменение нагрузки на двигатель и коэффициента избытка воздуха, а также использование рециркуляции отработавших газов влияют на данный период.

На рис. 3.9 показан пример достижения максимального дав-ления на 10° после ВМТ. Однако из-за задержки воспламене-ния и распространения пламени искра подавалась на 2 миллисекунды раньше. Частота вращения коленчатого вала 1 500 об/мин, значит за 2 миллисекунды он повернется на 18°. Поэтому угол опережения зажигания задан на 8° до ВМТ.


13


Свечи зажигания DENSO: стабилизация периода задержки воспламенения

Период задержки воспламенения может отли-чаться для разных циклов сгорания. Колеба-ния этого периода приводят к увеличению или сокращению времени про-текания полного сгорания топливовоздушной смеси, поэтому максимальное давление в цилиндре достигается раньше или позже.Поэтому производители двигателей должны обеспечивать безопасный предел диапазона регулировки угла опережения зажигания, что-

бы сгорание не начиналось слишком рано.Передовые технологии, реализованные в свечах зажигания DENSO, например тонкий центральный электрод (запатентованный диа-метр 0,4 мм), позволяют уменьшить колебания задержки воспламенения. Благодаря этому производители двигателей могут сузить пре-дельный диапазон при расчете углов опере-жения зажигания и задавать их ближе к оптимальным, что, безусловно, сделает сгорание топлива более полным и увеличит КПД двигателя.

Без сгорания

1 500 об/мин

3 000 об/мин

2 миллисекунды при 3 000 об/мин

Максимальное давление в цилиндре примерно на 10° после верхней мертвой точки

2 миллисекунды при 1 500 об/мин

-60 -50 -40 -30 -20 -10 ВМТ 10 20 30 40 50 60

Рис. 3.10. Угол опережения зажигания при 1 500 и 3 000 об/мин

Как угол опережения зажигания увеличивается при увеличении частоты вращения коленчатого валаЕсли частота вращения коленчатого вала двигателя уве-личивается с 1 500 до 3 000 об/мин (рис. 3.10), при этом период задержки остается равным 2 миллисекундам, за те же 2 миллисекунды коленчатый вал повернется уже не на 18° (как при 1 500 об/мин), а на 36°. Таким образом, чтобы получить максимальное давление в цилиндре при тех же 10° после ВМТ, угол опережения зажигания нужно увеличить с 8° (при 1 500 об/мин) до 26° до ВМТ.

Теоретически угол опережения зажигания должен увеличиваться прямо пропорционально частоте вращения коленчатого вала двига-теля во всем диапазоне частот вращения. Однако, так как частота вращения коленчатого вала влияет и на эффективность сгорания, для большинства современных массовых автомобильных двигателей угол опережения зажигания обычно достигает максимума в районе 3 000–4 000 об/мин.


14

Как угол опережения зажигания зависит от нагрузки на двигательОптимальный угол опережения зажигания зависит, в первую очередь, от частоты вращения коленчатого вала. Однако на-грузка на двигатель также имеет значение.

При малых нагрузках (дроссельная заслонка открыта частич-но) в цилиндр попадает меньше воздуха и топлива и давления в цилиндре будут меньше, чем при полной нагрузке. Также в более старых по конструкции и некоторых современных двигателях для экономии топлива смесь обедняется (меньше топлива в том же количестве воздуха). При низких давле-ниях и бедных смесях сгорание смеси происходит дольше, что требует увеличения угла опережения зажигания, чтобы компенсировать более продолжительный процесс сгорания топливовоздушной смеси и обеспечить максимальное давле-ние в цилиндре на уровне 10° после ВМТ.

При малых нагрузках система рециркуляции отработавших газов может направлять большое количество газов обратно в цилиндр. Это снижает температуру сгорания смеси и выбросы вредных веществ. Рециркуляция отработавших газов (см. раздел 5.5) замедляет процесс сгорания, и это тоже требует увеличения угла опережения зажигания.

Другие эксплуатационные факторы, влияющие на угол опережения зажиганияВ более старых транспортных средствах с механической си-стемой зажигания (см. раздел 4.1) угол опережения зажигания обычно зависит только от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки на двигатель. Однако в современных системах зажигания с электронным управлением (входящих в систему управления двигателя) угол опережения зажигания зависит от многих факторов: частоты вращения коленчатого вала, нагрузки на двигатель, температуры охлаждающей жидкости, температуры воздуха на впуске, коэффициента избытка воз-духа, угла открытия дроссельной заслонки, качества топлива и степени рециркуляции отработавших газов.

Различные условия работы отслеживаются датчиками, кото-рые с помощью электрических сигналов передают полученную информацию в электронный блок управления (ЭБУ) двигателя. Блок управления (по сути, компьютер) отслеживает сигналы от датчиков и на основе их показаний рассчитывает оптимальный угол опережения зажигания.

Отслеживание детонацииВо многих современных двигателях устанавливается дат-чик детонации или другая система, отслеживающая данный процесс. В процессе работы двигателя эксплуатационные факторы могут незначительно меняться так, что это не будет немедленно зафиксировано другими датчиками. Но если датчик детонации сработал, информация об этом немедленно поступит в ЭБУ. ЭБУ при получении сигнала начнет уменьшать угол опережения зажигания до тех пор, пока детонация не исчезнет.

В двигателях без современных датчиков в блок управления зажиганием загружается карта управления зажиганием с за-данными углами опережения, которые изменяются только при изменении частоты вращения коленчатого вала и нагрузки. Однако, чтобы угол опережения зажигания не вышел за допу-стимые пределы при некоторых сочетаниях эксплуатационных факторов, в карте управления зажиганием задается допусти-мый предел изменения угла. Например, для предотвращения детонации угол немного уменьшается, отклоняясь от опти-мального значения.

Как изменение угла опережения зажигания влияет на работу двигателяДля большинства двигателей и режимов работы угол опереже-ния зажигания изменяется в пределах от нескольких градусов до ВМТ на низких оборотах до 30° и более на высоких. Однако в старых двигателях с низким КПД и конструкциями камер сгорания, далекими от оптимальных, угол опережения зажига-ния зачастую превышает 45° до ВМТ.

В некоторых двигателях на определенных режимах угол опережения зажигания может находиться после ВМТ (обычно это связано со сни-жением выбросов вредных веществ).

(1) Оптимальный угол опережения зажигания. Оптимальный угол опережения зажигания обеспечивает эффективное сгорание топлива, а значит, высокий КПД, экономичность и низкие выбросы вредных веществ.

(2) Ранний (больше оптимального) угол опережения зажигания. Раннее зажигание приводит к тому, что давление и тем-пература в цилиндре начинают расти раньше, чем нужно. В результате появляется детонация, особенно если давле-ние сильно вырастет до того, как поршень дойдет до ВМТ на такте сжатия (рис. 3.11).

(3) Поздний (меньше оптимального) угол опережения зажига-ния. При позднем зажигании давление в цилиндре растет позже, чем надо. Поршень уже ушел вниз, и сила давления газов на него снижается. В результате мощность двигателя падает (рис. 3.12).

На рис. 3.13 показано, как влияют ранний, оптимальный и поздний углы опережения зажигания на процесс сгорания.


15

Если искра подается слишком рано (ранний угол), давление в цилиндре вырастет тоже слишком рано, когда поршень еще идет вверх к ВМТ. При этом может появиться детонация

Рис. 3.11. Ранний угол опережения зажигания

Без сгорания

Поздний угол

Оптимальный угол

Ранний угол

Слишком рано

Детонация (стук) в двигателе

-60 -50 -40 -30 -20 -10 ВМТ 10 20 30 40 50 60

Рис. 3.13. Сравнение раннего, оптимального и позднего углов опережения зажигания

Если искра подается слишком поздно (поздний угол), давление в цилиндре тоже вырастет слишком поздно. Поршень уже может уйти далеко вниз, и давление в цилиндре не будет эффективно толкать его вниз

Рис. 3.12. Поздний угол опережения зажигания


16

4. МЕХАНИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ

Магнитное поле вокруг железного сердечника, первичной и вторичной обмоток

Замок зажигания (замкнут)

Первичная обмотка катушки зажигания


Рычаг ротора распределяет высокое напряжение по свечам зажигания в заданной последовательности

Железный сердечник

Цепь в прерывателе удерживается замкнутой с помощью пружины

Вторичная обмотка катушки зажигания

Конденсатор

Вал прерывателя с 4 кулачковыми выступами. Каждый кулачковый выступ размыкает цепь прерывателя на каждом из 4 цилиндров

Рис. 4.2. Принцип работы механической системы зажигания. Фаза 1: накопление энергии магнитного поля



Рис. 4.1. Основные компоненты механической системы зажигания

Катушка зажигания Прерыватель

Распределитель зажигания

Свеча зажигания

4.1. Принцип работы механической системы зажигания

Механическое включение первичного контураНа рис. 4.1 показаны основные компоненты механической системы зажигания, работающей по принципу системы Кетте-ринга.

Аккумуляторная батарея подает напряжение 12 В на катушку зажигания через замок зажигания. Ток проходит через первич-ную обмотку катушки зажигания на массу через прерыватель.

Первая фаза: заряд катушки (накопление энергии)На рис. 4.2 показана первая фаза работы системы с механиче-ским управлением.

Аккумуляторная батарея подает напряжение 12 В на катушку зажигания через замок зажигания. Ток проходит через первич-ную обмотку катушки зажигания на массу через прерыватель.

4.1. Принцип работы механической системы зажигания 164.2. Ранние электронные системы зажигания 204.3. Современные электронные системы зажигания 21

17


4.1. Принцип работы механической системы зажигания 164.2. Ранние электронные системы зажигания 204.3. Современные электронные системы зажигания 21

2. Напряженность магнитного поля уменьшается, на вторичной обмотке индуцируется ток высокого напряжения


3. От вторичной обмотки ток высокого напряжения подается на распределитель

1. Кулачковый выступ на валу ротора разомкнул цепь

4. Рычаг ротора распределителя повернут так, что ток высокого напряжения подается на свечу зажигания первого цилиндра

Рис. 4.3. Механическая система зажигания: принцип работы. Фаза 2: высоковольтный разряд и создание искры

Пружина прерывателя удерживает цепь замкнутой, ток пода-ется на первичную обмотку. Ток создает магнитное поле вокруг первичной и вторичной обмоток.

На рис. 4.2 вторичная обмотка катушки зажигания для наглядности показана рядом с первичной, хотя в действительности они обе намо-таны вокруг железного сердечника.

Вторая фаза: высоковольтный разрядНа валу ротора в корпусе прерывателя-распределителя распо-ложены несколько кулачковых выступов, по одному на каждый цилиндр (рис. 4.3). Вал ротора соединен с распределительным валом, поэтому вращается в два раза медленнее коленчатого вала. Кулачковые выступы при вращении воздействуют на прерыватель, размыкая цепь в заданные моменты и отключая ток на первичную обмотку. Магнитное поле быстро сжимается в первичной и вторичной обмотках, в результате во вторичной обмотке генерируется высокое напряжение.

Ток высокого напряжения через изолированный провод пода-ется на рычаг ротора в крышке прерывателя-распределителя. Так как рычаг ротора тоже вращается на валу ротора, ток высокого напряжения в заданном порядке распределяется по четырем контактам в крышке прерывателя-распределителя. После этого ток высокого напряжения по высоковольтным проводам направляется на свечи зажигания.

Конденсатор первичного контураКогда прерыватель размыкает цепь, напряженность магнит-ного поля уменьшается, и в первичной обмотке появляется ток напряжением 150–200 В. Данный ток пытается пробить воздушный промежуток между контактами прерывателя и соз-дает на них электрическую дугу, разрушающую поверхности контактов. Этот же наведенный ток поддерживает магнитное поле в первичном и вторичном контурах катушки зажигания, не допуская быстрого сжатия магнитного поля и индуцирова-ния тока высокого напряжения во вторичной обмотке.

Поэтому для поглощения и хранения выделившейся энергии к первичному контуру подключен конденсатор. Когда прерыва-тель снова замыкает цепь и пускает ток в первичную обмот-ку, конденсатор разряжается и накопленная в нем энергия возвращается в первичный контур, помогая генерировать магнитное поле.

18

Грузики на штифтах

Возвратная пружина

Рис. 4.4. Механизм изменения угла опережения зажигания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала

Пружина Пластина прерывателя

Рис. 4.5. Как угол опережения зажигания увеличивается при увеличении нагрузки на двигатель

Вакуумная трубка соединения с впускным коллектором


Градусы угла опережения зажигания

Требуемое изменение угла опережения зажигания

Угол опережения, обеспечиваемый центробежным

регулятором

Максимальная частота

вращения

Частота вращения мак-симального крутящего

момента

Частота вращения хо-лостого хода

Рис. 4.6. Ограничения центробежного механизма изменения угла опережения зажигания

Механизм изменения угла опережения зажиганияВ главе 3 показано, что при изменении частоты вращения коленчатого вала и нагрузки на двигатель нужно изменять угол опережения зажигания.

В механических системах зажигания угол опережения зажи-гания меняется с изменением частоты вращения коленчатого вала с помощью грузиков и пружин центробежного регулятора (рис. 4.4). Грузики размещаются на пластине, соединенной с узлом вала ротора, и вращаются вместе с пластиной. При увеличении частоты вращения коленчатого вала центробеж-ная сила превосходит усилия пружин и раздвигает грузики в стороны. Смещение грузиков приводит к тому, что кулачковые выступы на валу ротора размыкают цепь прерывателя раньше и угол опережения зажигания увеличивается.

Ограничения механических систем изменения угла опережения зажиганияТочность работы механической системы изменения угла опере-жения зажигания ограничена возможностями узлов и деталей. Также данной системе регулярно требуются настройка, тонкая регулировка и замена деталей. В качестве примера на рис. 4.6 показан график изменения угла опережения зажигания в меха-нической системе, который сравнивается с графиком требуе-мого изменения угла.

Второй механизм изменяет угол опережения зажигания в зависимости от нагрузки (рис. 4.5). Прерыватель размещен на пластине, которая может проворачиваться в обе стороны на небольшой угол. Пластина соединена с вакуумным регулято-ром, соединенным трубкой с впускным коллектором.

При изменении нагрузки на двигатель меняется давление во впускном коллекторе, и диафрагма в вакуумном регуляторе прогибается, немного проворачивая пластину с прерывателем. За счет поворота пластины с прерывателем угол опережения зажигания меняется в зависимости от нагрузки на двигатель.

За счет использования возвратных пружин с переменным шагом (рис. 4.4) изменение угла опережения зажигания центробежным механизмом происходит линейно в два этапа. Однако требуемая характеристика изменения угла опережения зажигания нелинейна. Чтобы чрезмерно не увеличивать угол опережения зажигания, центробежный механизм настраива-ется так, чтобы угол всегда был немного меньше требуемого значения.

Время (угол) накопления энергииВ механической системе зажигания накопление энергии начи-нается, когда кулачковые выступы замыкают контакты преры-вателя и он замыкает цепь, пуская ток в первичную обмотку катушки зажигания. Накопление энергии прекращается, когда один из кулачковых выступов снова размыкает цепь преры-вателя. Время накопления энергии можно задать профилем кулачковых выступов на валу ротора, когда цепь прерывателя замкнута.

На рис. 4.7 показаны 4 кулачковых выступа (для четырех-цилиндрового двигателя) с углом между ними 90°. Профиль кулачковых выступов на рисунке позволяет не размыкать цепь при повороте на 60°. Таким образом, можно получить 60° угол накопления энергии, когда контакты прерывателя замкнуты и ток течет по первичной обмотке катушки зажигания.

Если, например, коленчатый вал вращается с частотой 1 000 об/мин, ротор прерывателя-распределителя будет вращаться с вдвое меньшей частотой, 500 об/мин. При такой частоте вращения вала ротора распределителя он повернется на 60° за 20 миллисекунд. Так как катушке для зарядки доста-точно примерно 4 миллисекунд, этого более чем достаточно для стабилизации магнитного поля в катушке зажигания.

19



Если мы знаем принцип работы механической системы зажигания,

мы поймем эволюцию современных электронных систем зажигания

В системе зажигания есть одна критически важная деталь, которая никогда не менялась и которую, наверное, никогда не заменят. Это свеча зажигания.

Очень важно, чтобы свеча зажигания эффективно работала и давала искру строго вовре-мя. В компании DENSO понимают, что производителям двигателей нужны именно такие свечи. Чтобы удовлетворить потребности производителей, компания DENSO применяет в свечах только лучшие, проверенные, качественные решения, а также воплощает в своих изделиях свой большой опыт работы.

Угол накопления энергии (цепь прерывателя замкнута) 60°

Угол между кулачковыми выступами 90°

Рис. 4.7. Угол накопления энергии 60° поворота вала прерывате-ля-распределителя

Угол накопления энергии (цепь прерывателя замкнута) 40°

Угол между кулачковыми выступами 60°

Рис. 4.8. Угол накопления энергии 40° поворота вала пре-рывателя-распределителя для шестицилиндрового двигателя

Когда коленчатый вал двигателя вращается с частотой 5 000 об/мин, вал ротора прерывателя-распределителя по-ворачивается на указанные 60° всего за 4 миллисекунды, что полностью соответствует времени полной зарядки катушки зажигания. Однако, если коленчатый вал будет вращаться быстрее, катушка зажигания не успеет полностью зарядиться, что выразится в индуцировании меньшей мощности, и на све-чи зажигания будет подаваться ток меньшего напряжения.

Проблема уменьшения времени накопления энергии при увеличении частоты вращения коленчатого вала становится тем острее, чем больше у двигателя цилиндров. Например, для шестицилиндрового двигателя нужно 6 кулачковых выступов. Угол между кулачковыми выступами будет состав-лять 60°, а угол накопления энергии уменьшится всего до 40° (рис. 4.8). В результате при частоте вращения коленчатого вала 5 000 об/мин угол накопления энергии 40° будет соответство-вать 2,6 миллисекундам. Если катушке для полного заряда

нужно 4 миллисекунды, этого времени мало. В таком случае на свечи будет подаваться ток меньшего напряжения и могут возникнуть пропуски зажигания.

Чтобы решить эту проблему, в механических системах зажи-гания используются разные решения. Одно из них — исполь-зовать более мощную катушку. Другое решение предполагает установку двух прерывателей-распределителей, каждый со своей катушкой, на высокооборотных двигателях с числом ци-линдров от 8 до 12. Таким образом, на двигатель устанавлива-ется две независимых системы зажигания, каждая из которых работает на свою половину цилиндров.

20



Индуктивный датчик посылает в коммутатор синхронизирующий сигнал

Рис. 4.9. Принцип работы электронной системы зажигания


Транзисторный коммутатор работает как прерыватель цепи первичной обмотки катушки зажигания

Ротор распределителя с 4 метками синхронизации на валу ротора

4.2. Ранние электронные системы зажигания

Электронное включение цепи первичной обмотки катушки зажиганияРанние электронные системы зажигания фактически были развитием механических. На рис. 4.9 показаны основные ком-поненты ранних электронных систем зажигания. В них исполь-зуются механическое изменение угла опережения зажигания и такой же, как и в механических системах, рычаг ротора. Од-нако в электронных системах появляется один важный узел: электронное прерывание тока на первичной обмотке вместо механического прерывателя, работавшего с низкой точностью и требовавшего регулярного обслуживания.

Транзистор работает как электронный выключатель первич-ного контура, и он является частью относительно простого усилителя, называемого «модулем зажигания» или «коммутато-ром». Модули зажигания реагируют на сигнал переключателя или сигнал датчика синхронизации или генератора сигналов, обычно размещенных в корпусе прерывателя распределителя.

Обычно использовались два типа датчиков синхронизации: индук-тивный и датчик Холла. В примере показан индуктивный датчик, срабатывающий на метки (по одной на цилиндр) на валу ротора прерывателя-распределителя. При вращении ротора метки прохо-дят мимо маленького соленоида с сердечником из постоянного маг-нита. Когда метка проходит мимо магнита и соленоида, магнитное поле соленоида меняется и в нем возникает электрический импульс или слабый ток. Импуль-сы направляются в коммутатор, который по этому сигналу синхро-низации отключает ток на первичную обмотку катушки зажигания.

Постоянные энергия и время ее накопленияНесмотря на множество вариантов конструкций ранних элек-тронных систем зажигания, в большинстве из них коммутатор управлял не только подачей тока на первичную обмотку, но и его отключением. В результате коммутатор контролировал время подачи тока на первичную обмотку, то есть время нако-пления энергии.

В отличие от механических систем, в которых время нако-пления энергии уменьшается с ростом частоты вращения коленчатого вала, время накопления энергии в электронных системах может поддерживаться относительно постоянным независимо от частоты вращения. Кроме того, для подачи большого тока на первичные обмотки мощных катушек в ком-мутаторы добавляются электронные ограничители тока. Огра-ничитель тока не допускает увеличения силы тока, подаваемо-го на первичные обмотки катушек зажигания выше заданного значения, что позволяет избежать перегрева контура.

Относительно постоянное время накопления энергии вместе с ограничением силы тока в контуре позволяет поддерживать постоянную напряженность магнитного поля в катушке зажи-гания независимо от частоты вращения коленчатого вала и напряжения аккумуляторной батареи. Поэтому такие системы еще назывались системами зажигания постоянной энергии.


21



Задающий диск на коленчатом валу с 60 метками (с пропущенным зубом)

Коммутатор управляет подачей тока на первичную обмотку катушки зажигания

Индуктивный датчик передает в ЭБУ информацию о частоте вращения и угловом положении коленчатого вала

В ЭБУ зажигания рассчитывается угол опережения зажигания, в коммутатор посылается сигнал синхронизации

Другие сигналы от датчиков системы управления двигателем

Рис. 4.10. Электронная система зажигания, управляемая ЭБУ двигателя

4.3. Современные электронные системы зажигания

Электронная синхронизацияХотя в ранних электронных системах зажигания использова-лось электронное управление накоплением энергии и подачей тока в первичную обмотку катушки зажигания, в них все еще применялись механические системы изменения угла опереже-ния зажигания. Такие системы не могли поддерживать опти-мальный угол опережения зажигания во всем диапазоне частот вращения и нагрузок двигателя (см. рис. 4.1). Ужесточение требований по выбросам вредных веществ потребовало более точного и надежного управления углом опережения зажигания. Это привело к появлению электронной системы управления углом опережения зажигания, которая могла решить эту задачу для всего диапазона режимов работы двигателя.

Управление двигателем: интеграция с другими системами двигателяВ 80-х и 90-х годах ХХ века электронные системы зажигания непрерывно развивались, в них появлялись новые устрой-ства и возможности. В более сложных электронных системах зажигания использовались компьютеры или электронные блоки управления (ЭБУ), однако зажигание, впрыск топлива, контроль выбросов вредных веществ все равно работали как отдельные системы. Так как все эти системы работали с цифровым управ-лением и всем им требовалась примерно одинаковая информа-ция от датчиков двигателя, вскоре они интегрировались в еди-ную систему управления двигателем, в которой для управления всеми компонентами используется один компьютер (ЭБУ).

В ЭБУ может поступать дополнительная, более точная инфор-мация от различных датчиков (рис. 4.10). Датчики используются для отслеживания показателей работы двигателя, в частности частоты вращения коленчатого вала и его углового положения,

углового положения распределительного вала, массового расхо-да воздуха, угла открытия дроссельной заслонки и температуры охлаждающей жидкости. В ЭБУ на основании полученной от датчиков информации выполняется эффективный расчет опти-мального угла опережения зажигания в соответствии с заложен-ной программой. После этого на коммутатор из ЭБУ поступает сигнал на подачу и отключение тока в первичной обмотке катушки зажигания. Следует отметить, что во многих системах зажигания коммутатор фактически интегрирован в ЭБУ.

Синхронизация и датчики частоты вращения коленчатого валаНа примере системы зажигания с рис. 4.10 показан индуктивный датчик, размещенный рядом с коленчатым валом. В данном при-мере на диске ротора на коленчатом валу расположены 60 меток с шагом 6° угла поворота коленчатого вала. При вращении ко-ленчатого вала с задающим диском каждая метка проходит мимо индуктивного датчика, создавая малый электрический импульс в его соленоиде. Серия импульсов синхронизации поступает в ЭБУ зажигания, который затем получает информацию о частоте вращения и угловом положении коленчатого вала. Пропущенный на роторном диске зуб выдает уникальный импульс (картинка на осциллографе на рис. 4.10) положения коленчатого вала (обычно это ВМТ в цилиндре 1). На основе информации от датчика ЭБУ может рассчитать точный угол поворота коленчатого вала и очень точно выдать угол опережения зажигания.

В разных системах зажигания часто используется задающий диск, выполненный как часть маховика или шкива коленчатого вала. На задающем диске может быть от 2 до 360 меток.


ЭБУ

ЭБУ

22

Частота вращения и угловое положение

коленчатого вала

Угловое положение

распределительного валаУгловое

положение дроссельной заслонки

Температура воздуха и охлаждающей жидкости

Массовый расход воздуха

Напряжение АКБ

Информация от других датчиков

Коммутатор в сборе

с катушкой зажигания







Рис. 4.11. Электронная система зажигания без распределителя, управляемая ЭБУ двигателя

Система индивидуального зажигания /система зажигания без распределителяРанее было показано, что важнейшим недостатком системы зажигания с одной катушкой является уменьшение доступного времени накопления энергии на высоких частотах вращения коленчатого вала двигателя. Данная проблема особенно акту-альна для высокооборотных двигателей с числом цилиндров 6 и более. Однако в современных катушках времени для накопления энергии требуется еще больше, так как, в связи с повышением требований к эффективности воспламенения и сгорания смеси, напряжение на вторичной обмотке постоян-но растет.

Очевидным решением этой проблемы является установка индивидуальных катушек на каждую свечу (как показано на рис. 4.11). Это означает, что каждую катушку нужно заряжать только один раз за один цикл работы двигателя. Для сравне-ния: в двенадцатицилиндровом двигателе с одной катушкой последнюю нужно было бы заряжать 12 раз за цикл (два полных оборота коленчатого вала). Если на каждую свечу уста-новить по катушке зажигания, то каждой катушке потребуется индивидуальный коммутатор. Индивидуальные коммутаторы можно интегрировать в ЭБУ или разместить отдельно. Однако в современных катушках зажигания (например, стержневых катушках DENSO) коммутатор интегрирован в саму катушку зажигания.

Еще одним преимуществом использования индивидуальных катушек зажигания является отсутствие искрения контактов в крышке прерывателя-распределителя, что увеличивает

надежность системы и снижает объем ее технического обслу-живания.

В некоторых типах систем зажигания без распределителя катушки и свечи все еще соединяются высоковольтными про-водами. Однако в большинстве современных систем управле-ния двигателем катушки зажигания ставятся сразу на свечи. В таком случае высоковольтные провода не нужны.

Благодаря современным технологиям компьютеры стали мощ-нее. Теперь один компьютер может справиться с работой, для которой раньше нужно было несколько таких устройств. Это правило справедливо и для ЭБУ двигателей. В наши дни на многих транспортных средствах устанавливается только один ЭБУ, управляющий всеми системами двигателя, в том числе зажиганием, впрыском топлива, рециркуляцией отработавших газов и др. В ЭБУ двигателя поступает информация от множе-ства датчиков (также производимых DENSO).

Возможность управления отдельными катушками зажигания позво-ляет ЭБУ полностью отключить отдельную катушку (вместе с соот-ветствующей форсункой) при обнаружении пропусков зажигания в цилиндре. При появлении пропусков зажигания растут выбросы вредных веществ. Кроме того, несгоревшее и частично сгоревшее то-пливо вместе с избыточным кислородом попадают в каталитический нейтрализатор отработавших газов. В результате каталитический нейтрализатор перестает эффективно работать, а при длительном контакте с топливом и кислородом (которые могут воспламениться внутри каталитического нейтрализатора) выходит из строя.


23


Катушки зажигания

Работая в тесном контакте с производителями транспортных средств по всему миру, компания DENSO многие годы лидирует не только в области создания свечей зажигания, но и в сегменте систем зажигания в целом. Именно мы первыми предложили автомобильному миру компактную стержневую катушку зажигания. Именно специалисты DENSO также первыми в отрасли разработали миниатюрные контуры возбуждения и диагональные обмотки индуктивности для улучшения эксплуатационных показателей в устройствах компактного размера. Эти и другие революционные разработки используются в катушках зажигания DENSO, поставляемых на независимый рынок автозапчастей. Наша продукция обеспечивает надежное и эффективное зажигание в любых условиях.


24

Воздух (В) и топливо (Т)

Химическая реакция (окисление)

Тепловая энергия

и отработавшие газы

Теплота

Теплота

Рис. 5.1. Полное сгорание. На выходе: тепловая энергия, угле-кислый газ и вода

5. ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ В ДЕТАЛЯХ

1 2 3 4

1. Высокое напряжение от катушки зажигания передается на центральный электрод, и между электродами проскакивает искра.

2. Искра за счет высокой температуры поджигает небольшое количество топливовоздушной смеси в районе электродов. В этом месте зарождается пламя.

3. Пламя начинает распространяться и поджигать новые порции смеси.

4. Пламя распространяется до тех пор, пока вся топливовоздушная смесь в камере сгорания не выгорит.

Рис. 5.2. Зарождение и распространение пламени

Топливо + (C5H12)

Азот (N2) O O

Кислород (O2)

Азот (N2)

Углекислый газ (CO2)

Химическая реакция

(окисление)

Вода (H2O)

Углеводородное топливо вступает в реакцию с кислородом, образуя на выходе воду и углекислый газ. Теоретически содержащийся в воздухе азот не должен принимать участие в реакциях окисления

Рис. 5.3. Химические реакции полного сгорания топлива

5.1. Сгорание смеси топлива и кислорода

Энергия химических реакцийСгорание — это химические реакции топлива с кислородом. Этот процесс еще называют окислением. В этих реакциях энергия, запасенная в химических связях топлива, выделяет-ся в виде тепла. В двигателе внутреннего сгорания топливо получает кислород из воздуха, с которым смешивается. Для запуска реакций сгорания топливовоздушной смеси нужен источник высокой температуры. Теплота, выделившаяся при сгорании топлива, идет на расширение газов в цилиндре.

В бензиновом двигателе искра поджигает очень малую порцию топливовоздушной смеси, не больше зоны теплового воз-действия искры. Однако из этого очага зарождается пламя с температурой около 3 000 °C. Пламя начинает поддерживать само себя и распространяется по всей смеси. В теории пламя должно поглотить всю смесь в цилиндре (о бедном горении см. раздел 5.3).

Химические реакции. Идеальное соотношение воздуха и топлива при сгоранииБензин — это углеводородное топливо (СН), молекулы которого состоят из атомов водорода (Н) и углерода (С). Молекула кислорода состоит из двух атомов кислорода (О2). В реакции горения атомы водорода и кислорода соединяются в моле-кулу воды (Н2О), а углерод реагирует с кислородом, образуя углекислый газ (СО2). В ходе этих реакций, которые протекают в процессе сгорания, выделяется большое количество тепло-ты. Однако, чтобы топливо и кислород полностью сгорели с выделением максимального количества тепловой энергии, топливо должно смешаться с четко заданным количеством кислорода для получения необходимой реакции.

В бензиновом двигателе теплота также выделяется на такте сжатия, однако этой теплоты не хватит, чтобы воспламенить топливовоздушную смесь. Для этого используется свеча зажигания. В ней в строго заданное время появляется горячая (до 10 000 °C, иногда больше) искра. В зоне искры температура топлива становится выше температуры его воспламенения.

В принципе, для воспламенения топлива можно использовать теплоту сжимаемого воздуха. Так работают дизельные двигатели. В дизель-ных двигателях степени сжатия больше, поэтому выше давления и температуры в цилиндре. Подавая в нужный момент дизтопливо в разогретый сжатием воздух, мы точно выбираем время воспламене-ния и начала сгорания топлива.

Кислород для сгорания топлива берется из атмосферного воз-духа, в котором содержится около 21 % кислорода (O2) и 78 % азота (N2), а также 1 % смеси других газов. Топливо должно равномерно перемешаться с воздухом в правильной пропор-ции. Этим обеспечится правильное соотношение топлива и кислорода в смеси. Правильный состав топливовоздушной смеси достигается при соотношении воздуха и топлива 14,7:1 (на 1 грамм топлива 14,7 грамма воздуха).

Смесь, в которой топливо равномерно перемешано с воздухом и равномерно распределено по всей смеси, называется гомогенной. Идеальное соотношение воздуха и топлива называется стехиометриче-ским, а смесь с таким соотношением — стехиометрической.

5.1. Сгорание смеси топлива и кислорода 245.2. Полнота сгорания топливовоздушной смеси 265.3. Причины и последствия неполного сгорания топливовоздушной смеси 275.4. Загрязняющие и вредные вещества, образующиеся

в процессе сгорания топливовоздушной смеси 295.5. Снижение расхода топлива и токсичности отработавших газов 30

25

5.1. Сгорание смеси топлива и кислорода 245.2. Полнота сгорания топливовоздушной смеси 265.3. Причины и последствия неполного сгорания топливовоздушной смеси 275.4. Загрязняющие и вредные вещества, образующиеся

в процессе сгорания топливовоздушной смеси 295.5. Снижение расхода топлива и токсичности отработавших газов 30

Коэффициент избыт-ка воздуха

12 /1

0,82

13 /1

Стехиометрическая смесь

14 /1

Богатая смесь

0,88

Лямбда (λ)

14,7 /1

0,95

0,97–1,03 (окно лямбда)

16 /1 17/1

1,09 1

18 /1

Бедная смесь

1,16 1,22

Диаграмма примерного соответствия соотношений воздуха и топлива с коэффициентом λ.

Для транспортных средств с трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором соотношение воздуха и топлива должно находиться строго в пределах 0,97–1,03 (окно лямбда). Однако при полной нагрузке (например, максимальное ускорение) соотношение воздуха и топлива может достигать 13:1, что соответствует значению λ, равному примерно 0,88

Рис. 5.4. Соотношения воздуха и топлива и соответствующие им значения λ

Стехиометрическое соотношение и λВ настоящее время термин «лямбда» (λ) означает больше, чем стехиометрическую смесь в автомобильном мире. Значение λ можно определить, измеряя остаточное содержание кислоро-да, зависящее от исходного соотношения воздуха и топлива, в отработавших газах специальным датчиком. Датчик, назы-ваемый кислородным датчиком или лямбда-зондом (также производится компанией DENSO), направляет электрические сигналы в ЭБУ двигателя. По этим сигналам ЭБУ корректирует соотношение воздуха и топлива.

(1) Стехиометрической смеси соответствует значение λ, равное 1.

(2) Бедной смеси с избытком кислорода соответствует λ больше 1.

(3) В богатой смеси с недостатком кислорода λ имеет значение меньше 1.

Теоретически двигатель всегда должен работать с коэффици-ентом λ, равным 1 (стехиометрическая смесь), однако даже в идеальных условиях очень тяжело добиться полного пере-мешивания смеси и равномерного распределения топлива в воздухе. Поэтому ЭБУ двигателя постоянно корректирует соотношение воздуха и топлива.

Для снижения токсичности отработавших газов, образующихся при сгорании топлива в системах выпуска современных транспортных средств, устанавливаются каталитические нейтрализаторы. В них протекают химические реакции, в ходе которых ядовитые вещества преобразуются в менее вредные (см. раздел 5.5).

Диапазон изменения λ или коэффициента избытка воздухаНа диаграмме на рис. 5.4 показаны соотношения воздуха и топлива и соответствующие им значения λ, используемые в современных бензиновых двигателях.

На диаграмме виден относительно узкий диапазон соотноше-ния воздуха и топлива, доля кислорода в котором обеспечи-вает эффективное сгорание топлива и эффективную работу каталитического нейтрализатора. Когда коэффициент избытка воздуха и содержание кислорода находятся в указанном диа-пазоне, значение λ будет в диапазоне от 0,97 (богатая смесь, избыток топлива) до 1,03 (бедная смесь, избыток кислорода). Этот диапазон называется окном лямбда.

Использование кислородных датчиков для анализа содержа-ния кислорода в отработавших газах позволяет ЭБУ двигателя держать коэффициент избытка воздуха и содержание кисло-рода в пределах окна лямбда. Однако в некоторых режимах работы (см. разделы далее) указанные величины специально выводятся за окно лямбда.

Неполное сгорание богатых смесейВ богатой смеси слишком много топлива и не хватает кислоро-да. Водород из топлива обычно полностью вступает в реакцию с кислородом, образуя воду (H2O), однако часть атомов угле-рода не может вступить в реакцию с необходимым количе-ством атомов кислорода. В результате происходит неполное сгорание топлива, углерод сгорает лишь частично, и вместо углекислого газа (CO2) образуется ядовитый угарный газ (СО). Кроме того, часть топлива не может вступить в реакцию с кислородом и остается несгоревшим. Она попадает в систе-му выпуска в виде несгоревших углеводородов (CH).

Таким образом, отработавшие газы, образующиеся при сгора-нии богатой смеси, содержат угарный газ (СО) и несгоревшие углеводороды (СН). СО и СН относятся к веществам, загрязня-ющим окружающую среду и вредящим нашему здоровью (о загрязняющих веществах см. раздел 5.4).

Рис. 5.7 Почему тяжело воспламенить бедную смесь

26

+ +=

N2

N2

N2

N2

N2

CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

H2OH2O

H2O

H2O

H2O

CO2

N2

CO2

H2COO

N2

N2

N2

N2

N2 N2

CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

H2O

H2O

H2O

H2O

H2O

H2OC5H12H

C5H12HC5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

CO

CO

C5HO12

2H

C5H12H

N2

N2

N2

N2

N2

N2N2

O2

O2

O2

O2

O2

O2N2

N2 N2

N2

N2

N2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

N2CC55HH1212HH

O2

N2 O2

O2

H

C C C C C

H

H

H H H

H

H H H H H

N N

O O H H

O

C

O OC O

N N

HC5H12C5H12H

HC5H12C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12HC5H12H

CO

CO

CO

CO

CO

CO

CO

H

C C C C C

H

H

H H H

H

H H H H H

F

F

F

F

F

F

F

FF

F

F

F

F

F

FF

AA A

AA

AAA

A

A

A

A

A

A

A

AA

A AFFF

AAAA

AAAAAAAA

AAFFF

FF

AAAA

AAAA

FFF

FFF

FFF

AAAA

AAAAA

AAAAA

++ =C5H12H

N2

N2

N2

N2

N2

N2

CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

H2O

H2O

H2O

H2O

H2O

CO2

N2

CO2

H2O

N2

N2

N2

N2

N2

N2

CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

H2O

H2O

H2O

H2O

H2OH2O

C5H12H

O2

N

N2

N2

N2

N2

N2

N2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2 N2

N2

N2

N2

N2

N2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

N2

N2

N2

N2

N2

N2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

C5H12H

C5H12H

N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

CO2

O2

O2

O2

O2

HO2

O2

O2

O2

O2

O2

2O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

H

C C C

H

C5H12H

CH

H H H

H

H H HC5H12H

H

N N

O O

C

O O

H H

O

ON

O O

N

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12HC5H12H

N N

NO2

NO2

NO2

NO2

NO2

NO

NO

NO

NO

NO


Из-за избытка топлива или нехватки кислорода некоторым атомам углерода не хватает атомов кислорода, поэтому они образуют СО при горении. Однако некоторым молекулам углеводородов не достается кислорода вообще, поэтому они остаются несгоревшими, в виде СН

Рис. 5.5. Химические реакции в богатой смеси

Из-за избытка кислорода и высоких температур сгорания азот начинает реагировать с кислородом, образуя NOx (оксиды азота)

В бедной смеси концентрация частиц топлива меньше, в том числе в зоне искры между электродами свечи зажигания. Поэтому воспламенить топливо тяжелее

Рис. 5.6. Химические реакции в бедной смеси

Богатая топливовоздушная смесь часто используется для боль-шей мощности двигателя в ущерб топливной экономичности. Избыток топлива около 10 % (что соответствует λ 0,9) исполь-зуется, чтобы гарантированно сжечь весь кислород в цилиндре и получить за счет этого прирост мощности 2–3 %.

Одним из преимуществ богатых смесей является то, что капли жидкого топлива охлаждают смесь и снижают температуру сгорания. При высоких нагрузках на двигатель давления и тем-пературы в процессе сгорания растут, что может привести к калильному зажиганию и детонации. В богатой смеси лишняя теплота поглощается избытком топлива, что снижает темпера-туры сгорания, а также вероятность возникновения калильного зажигания и детонации. Большая мощность выдается без лишних проблем.

Обычно богатая смесь нужна при холодном запуске двигателя и сразу после него. Низкие температуры топлива, холодные поверхности цилиндра и камеры сгорания не дают топливу испариться и смешаться с воздухом, получив доступ к кислороду. В таком случае для надежно-го воспламенения смеси нужно больше топлива.

Неполное сгорание бедных смесейВ бедной смеси кислород в избытке, поэтому топливо сгорает полностью. Благодаря избытку кислорода снижаются выбро-сы СО и СН. Меньшее количество топлива поглощает теплоту хуже, чем богатая смесь, и температуры сгорания растут.

Рост температур приводит к тому, что азот в воздухе начинает реагировать с избыточным кислородом, образуя оксиды азота (NOx). Оксиды азота относятся к веществам, наносящим вред нашему здоровью и окружающей среде.

5.2. Полнота сгорания топливовоздушной смеси

Конструкция двигателя в общем и камеры сгорания в частностиГлавное при создании современного двигателя — правильно организовать процесс сгорания. Двигатель должен стабильно выдавать требуемую мощность с низкими выбросами вредных веществ и хорошей топливной экономичностью, что ранее считалось труднодостижимым. Преимуществом современных двигателей является электронное управление системами, в том числе системами зажигания и впрыска топлива. Благо-даря ему мы можем лучше контролировать угол опережения зажигания и параметры впрыска топлива, что сильно увеличи-вает эффективность сгорания топлива и позволяет получить

максимум энергии из минимума топлива при минимально возможных выбросах вредных веществ.

В бедной смеси, как и в зоне искры, концентрация частиц то-плива меньше, так как в том же объеме цилиндра равномерно распределяется меньшее количество топлива. Воспламенить такую топливовоздушную смесь тяжелее. Кроме того, в бедной смеси хуже распространяется пламя. Поэтому бедные смеси хуже воспламеняются и горят, появляются пропуски вспышек, что приводит к повышенным выбросам несгоревших углеводо-родов (СН).

Некоторые двигатели специально проектируются для работы на бед-ных смесях при низких нагрузках. Это снижает расход топлива. Однако такую смесь тяжело воспламенить, поэтому на такие двига-тели устанавливаются более мощные системы зажигания и свечи, дающие мощную и длительную искру (см. разделы 5.5 и 7.6).

Однако на процесс сгорания влияет множество аспектов кон-струкции двигателя как электронных, так и механических:

> Свеча зажигания. В свече зажигания высокое напряжение подводится к электродам, где создается искра, воспла-меняющая топливовоздушную смесь. Температура свечи должна быть в норме, иначе появится налет на электродах или калильное зажигание. Требования к свече зажигания приведены в главе 6.

> Система зажигания. Чтобы обеспечить стабильное вос-пламенение топливовоздушной смеси, система зажигания должна выдать ток нужных напряжения и мощности на свечу в заданное время.

+ +=

N2

N2

N2

N2

N2

CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

H2OH2O

H2O

H2O

H2O

CO2

N2

CO2

H2COO

N2

N2

N2

N2

N2 N2

CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

H2O

H2O

H2O

H2O

H2O

H2OC5H12H

C5H12HC5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

CO

CO

C5HO12

2H

C5H12H

N2

N2

N2

N2

N2

N2N2

O2

O2

O2

O2

O2

O2N2

N2 N2

N2

N2

N2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

N2CC55HH1212HH

O2

N2 O2

O2

H

C C C C C

H

H

H H H

H

H H H H H

N N

O O H H

O

C

O OC O

N N

HC5H12C5H12H

HC5H12C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12HC5H12H

CO

CO

CO

CO

CO

CO

CO

H

C C C C C

H

H

H H H

H

H H H H H

F

F

F

F

F

F

F

FF

F

F

F

F

F

FF

AA A

AA

AAA

A

A

A

A

A

A

A

AA

A AFFF

AAAA

AAAAAAAA

AAFFF

FF

AAAA

AAAA

FFF

FFF

FFF

AAAA

AAAAA

AAAAA

++ =C5H12H

N2

N2

N2

N2

N2

N2

CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

H2O

H2O

H2O

H2O

H2O

CO2

N2

CO2

H2O

N2

N2

N2

N2

N2

N2

CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

H2O

H2O

H2O

H2O

H2OH2O

C5H12H

O2

N

N2

N2

N2

N2

N2

N2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2 N2

N2

N2

N2

N2

N2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

N2

N2

N2

N2

N2

N2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

C5H12H

C5H12H

N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

CO2

O2

O2

O2

O2

HO2

O2

O2

O2

O2

O2

2O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

H

C C C

H

C5H12H

CH

H H H

H

H H HC5H12H

H

N N

O O

C

O O

H H

O

ON

O O

N

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12HC5H12H

N N

NO2

NO2

NO2

NO2

NO2

NO

NO

NO

NO

NO

+ +=

N2

N2

N2

N2

N2

CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

H2OH2O

H2O

H2O

H2O

CO2

N2

CO2

H2COO

N2

N2

N2

N2

N2 N2

CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

H2O

H2O

H2O

H2O

H2O

H2OC5H12H

C5H12HC5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

CO

CO

C5HO12

2H

C5H12H

N2

N2

N2

N2

N2

N2N2

O2

O2

O2

O2

O2

O2N2

N2 N2

N2

N2

N2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

N2CC55HH1212HH

O2

N2 O2

O2

H

C C C C C

H

H

H H H

H

H H H H H

N N

O O H H

O

C

O OC O

N N

HC5H12C5H12H

HC5H12C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12HC5H12H

CO

CO

CO

CO

CO

CO

CO

H

C C C C C

H

H

H H H

H

H H H H H

F

F

F

F

F

F

F

FF

F

F

F

F

F

FF

AA A

AA

AAA

A

A

A

A

A

A

A

AA

A AFFF

AAAA

AAAAAAAA

AAFFF

FF

AAAA

AAAA

FFF

FFF

FFF

AAAA

AAAAA

AAAAA

++ =C5H12H

N2

N2

N2

N2

N2

N2

CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

H2O

H2O

H2O

H2O

H2O

CO2

N2

CO2

H2O

N2

N2

N2

N2

N2

N2

CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

H2O

H2O

H2O

H2O

H2OH2O

C5H12H

O2

N

N2

N2

N2

N2

N2

N2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2 N2

N2

N2

N2

N2

N2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

N2

N2

N2

N2

N2

N2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

C5H12H

C5H12H

N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

CO2

O2

O2

O2

O2

HO2

O2

O2

O2

O2

O2

2O2

O2

O2

O2

O2

O2

O2

H

C C C

H

C5H12H

CH

H H H

H

H H HC5H12H

H

N N

O O

C

O O

H H

O

ON

O O

N

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12H

C5H12HC5H12H

N N

NO2

NO2

NO2

NO2

NO2

NO

NO

NO

NO

NO

Теплота Топливо + (C5H12)

Топливо + (C5H12) Топливо + (C5H12)

Азот (N2) O O

Кислород (O2)

Азот (N2) O O

Кислород (O2) Азот (N2)

Азот (N2)

Двуокись азота (NO2)

Моноксид азота (NO)







Бедная смесь Богатая смесь

Вода (H2O)

Вода (H2O)

Теплота Угарный газ (CO)

27

Калильное зажигание может вызываться такими областями, как отложения сажи на свече или перегретые клапаны, нагретые настолько, что они способны без искры на свече воспламенять топливовоздушную смесь

Рис. 5.8. Калильное зажигание

Волна давления, вызванная калильным зажиганием, может стать причиной детонации

Рис. 5.9. Детонация в двигателе

> Соотношение воздуха и топлива. Чтобы топливо сгорало полностью и максимально эффективно, данное соотноше-ние должно быть в норме.

> Угол опережения зажигания. В современных двигателях (с впрыском топлива во впускной коллектор или непосред-ственно в цилиндр) правильный угол опережения зажигания способствует гомогенизации топливовоздушной смеси.

> Форма камеры сгорания. Благодаря форме камеры сгора-ния на такте впуска, сжатия и сгорания в ней создаются тур-булентные потоки. Турбулентность способствует гомогениза-ции топливовоздушной смеси и распространению пламени в ней.

> Температура двигателя. Температура поверхностей камеры сгорания (и стенки цилиндра) должна быть высокой, иначе пламя будет гаситься на стенках. При этом перегрев стенок приведет к калильному зажиганию.

> Изменение фаз газораспределения и хода клапанов. В некоторых системах можно изменять фазы газораспреде-ления и ход клапанов, благодаря чему улучшается напол-нение цилиндров воздухом и их очистка от отработавших газов в широком диапазоне частот вращения коленчатого вала и нагрузок.

> Рециркуляция отработавших газов (EGR). При низких нагрузках свежий воздух смешивается с отработавшими газами, таким образом снова попадающими в камеру сго-рания. Отработавшие газы не принимают участия в сгора-нии, однако снижают температуру данного процесса и, как следствие, выбросы NOx (см. раздел 5.5).

> Турбонаддув (механический наддув). Увеличение массы воздуха в цилиндре приводит к росту температур и давле-ний в нем, а значит, к увеличению мощности и крутящего момента двигателя (см. раздел 5.5).

5.3. Причины и последствия неполного сгорания топливовоздушной смеси

На эффективность сгорания сильно влияет конструкция двига-теля. Оптимальное сгорание смеси часто проходит на пределе допустимых параметров. Выход за данные пределы приводит к неполному сгоранию топлива. Преимуществом современных двигателей является электронное управление системами, в том числе системами зажигания и подачи топлива. В сравнении с предыдущими поколениями двигателей такой подход суще-ственно снижает вероятность неполного сгорания топлива.

Калильное зажигание и детонацияФактически калильное зажигание и детонация — это симптомы различных сбоев, влияющих на процесс сгорания.

Калильное зажигание появляется, когда сильно нагретая область в камере сгорания воспламеняет смесь до того, как на свече зажигания появится искра (рис. 5.8). Результат такой же, как и при слишком раннем угле опережения зажигания (см. раздел 3.5). При раннем сгорании топлива давление и температура в цилиндре начинают расти слишком рано, что приводит к разрушительной детонации.

Детонация появляется, когда высокие давления в процессе сгорания воспламеняют небольшие порции топливовоздушной смеси (рис. 5.9). При нормальном сгорании, когда пламя уве-личивается и распространяется по камере сгорания, в других частях камеры растут давление и температура. Во время детонации давление и температура в местах, до которых пламя еще не добралось, становятся слишком высокими. Порции то-пливовоздушной смеси детонируют (взрываются) без контакта с пламенем. Детонация таких порций смеси вызывает волны давления, создающие хорошо различимые стуки или удары.

Длительная работа с детонацией может стать причиной серьез-ных повреждений двигателя, например прогорания поршней и даже выпускных клапанов.

28


Форма электрода

Большие электроды мешают очагу воспламенения расти, в то время как электроды меньшего размера, такие как запатентованный центральный электрод диаметром 0,4 мм и электроды с запатентованной технологией Twin Tip, способствуют увеличению очага пламени во всех направлениях.

Очаг пламени развивается плохо

Очаг пламени развивается лучше

Очаг пламени развивается оптимально

Сбои в работе двигателя, приводящие к плохому сгораниюК плохому сгоранию топливовоздушной смеси может привести множество сбоев в работе двигателя. В перечне ниже при-ведены только основные проблемы, которые в большинстве случаев можно легко выявить и устранить.

> Свечи зажигания. Перебои в работе свечи зажигания сказываются на работе как старых, так и современных двигателей. В разделе 10.3 приведено подробное руковод-ство по поиску перебоев в работе, помогающее выявить сбои, связанные со свечой зажигания. Поэтому очень важно использовать правильные свечи зажигания.

Подходящую свечу зажигания легко можно найти в электронном каталоге DENSO по адресу denso-am.ru/elektronnyi-katalog.

> Угол опережения зажигания. Электронное управление зажиганием на современных транспортных средствах не позволяет заложенному в памяти углу отклоняться от задан-ного значения. Однако угол опережения зажигания может измениться в результате сбоя в работе системы управления двигателем. В прежних поколениях транспортных средств, особенно с механическими и ранними электронными си-стемами зажигания, на эффективность сгорания и работу двигателя сильно влияли износ деталей системы и непра-вильная настройка угла опережения зажигания.

> Богатая смесь. Хотя небольшое обогащение смеси по-зволяет немного увеличить мощность и крутящий момент двигателя, богатая смесь не может сгореть полностью, так как ей не хватает кислорода. Эффективность процесса сгорания падает, ухудшается топливная экономичность (см. раздел 5.1).

В современных двигателях причиной слишком богатой смеси могут стать:

> подтекающие или капающие форсунки;> высокое давление топлива;> забитый или загрязненный топливный фильтр;> сбой в работе кислородного датчика.

> Бедная смесь. При работе на очень бедной смеси кон-центрация частиц топлива в ней низкая, поэтому смесь плохо воспламеняется искрой. Кроме того, пламени тяжело развиваться и распространяться в бедной топливовоздуш-ной смеси. Эти проблемы могут стать причиной пропусков зажигания.

В современных двигателях причиной слишком бедной смеси могут стать:

> подсос воздуха в системе впуска;> низкое давление топлива;> загрязнение или перекрытие форсунок;> сбой в работе кислородного датчика.

> Сбои в рециркуляции отработавших газов. Рециркуляция отработавших газов (EGR) означает, что часть этих газов направляется обратно в систему впуска, способствуя сни-жению выбросов вредных веществ. Поэтому очень важно строго контролировать количество рециркулируемых отра-ботавших газов.

Сбой в работе системы может привести к снижению количе-ства рециркулируемых газов, став, таким образом, причиной роста температур сгорания, калильного зажигания и даже де-тонации. Однако если сбой системы привел к увеличению ре-циркуляции отработавших газов, снизится количество воздуха (а значит, и кислорода), поступающего в камеру сгорания. Это станет причиной неполного сгорания и пропусков зажигания.

> Температура двигателя в общем и камеры сгорания в частности. Утечка охлаждающей жидкости или сбой в ра-боте системы охлаждения может вызвать увеличение темпе-ратуры двигателя в общем и камеры сгорания в частности. В результате увеличатся температуры в процессе сгорания, что может привести к калильному зажиганию и детонации.

Однако если из-за сбоя в работе системы охлаждения дви-гатель не сможет прогреться до нормальной температуры, стенки цилиндра и камеры сгорания будут слишком холодны-ми. Как следствие, пламя на стенках будет гаситься до того, как полностью выгорит смесь. Таким образом, топливная экономичность двигателя, не прогревшегося до нормальной температуры, будет хуже.

Чтобы лучше воспламенять смесь, компания DENSO пошла по пути уменьшения электродов и улучшения работы зажигания.


29

Ядовитое вещество Обозначение Влияние на человека Причины

Угарный газ СО Попадает в кровоток и замещает кислород в кровяных тельцах. Кровь хуже разносит кислород по телу

Богатая смесь, плохое зажигание (перебои в работе свечи или системы зажигания), неполное сгорание, неправильный угол опережения зажигания

Углеводороды СН Несгоревшее топливо канцерогенно (может вызывать рак), влияет на рост клеток в организме. Может реагировать с другими загрязняющими веществами с образованием озона

Богатая смесь, плохое зажигание (перебои в работе свечи или системы зажигания), неполное сгорание, неправильный угол опережения зажигания

Оксиды азота NOx (в основном моноксид азота NO и диоксид азота NO2)

Могут вызывать раздражение слизистых глаз и легких, вызывать проблемы с органами дыхания. Вносят вклад в образование смога и кислотных дождей, а также в образование озона в приземном слое атмосферы

Образуется в процессе сгорания бедных смесей при высоких температурах, когда азот воздуха реагирует с кислородом

Углекислый газ CO2 Наименее опасное загрязняющее вещество в данном перечне. Накапливаясь в атмосфере, задерживает солнечное тепло и вносит вклад в глобальное потепление

Продукт полного сгорания топлива и кислорода

Таблица 5.10. Основные ядовитые вещества

0,8

Состав топливовоздушной смеси

Окно лямбда

CO2

O2

CH

NOx

CO

0,7 0,9 1,1 1,3 1,0 1,2

10/1 11/1 12/1 13/1 14/1 15/1 16/1 17/1 18/1 19/1 20/1

Рис. 5.11. Влияние состава топливовоздушной смеси на выбросы вредных веществ

5.4. Загрязняющие и вредные вещества, образующиеся в процессе сгорания топливовоздушной смеси

С 60-х годов ХХ века непрерывно ужесточаются законода-тельные требования по выбросам вредных веществ. Это заставляет производителей непрерывно совершенствовать конструкцию двигателей, также существенно улучшая системы зажигания и впрыска топлива. Нормы токсичности постоянно охватывают новые вредные вещества. И хотя выбросы неко-торых веществ, например соединений свинца и серы, сильно снижены или полностью ликвидированы, загрязняющие вещества постоянно образуются в процессе сгорания топлива в двигателе. Основные ядовитые вещества приведены в табл. 5.10.

Состав топливовоздушной смеси и его влияние на образование основных ядовитых веществНа графике на рис. 5.11 показано содержание основных ядо-витых веществ и кислорода в отработавших газах. На графике показано, как даже малые изменения в составе топливовоз-душной смеси могут существенно увеличить или уменьшить выбросы вредных веществ. Когда соотношение воздуха и топлива поддерживается в пределах окна лямбда, достигается разумный компромисс между выбросами вредных веществ. Но при этом все равно требуются дополнительные методы снижения выбросов.

λ

30

Вредные вещества, образовавшиеся

при сгорании

Рис. 5.12. Каталитический нейтрализатор

Кислородные датчики: перед каталитическим нейтрализатором и после каталитического нейтрализатора

Меньшая токсичность

отработавших газов

5.5. Снижение расхода топлива и токсичности отработавших газов

Благодаря усовершенствованию конструкции двигателей и процесса сгорания достигнуто существенное снижение выбросов вредных веществ. По мере ужесточения экологиче-ского законодательства для транспортных средств все больше внимания обращалось на системы нейтрализации отработав-ших газов. Однако новые технологии все равно должны раз-виваться так, чтобы предотвратить или максимально снизить образование вредных веществ. Некоторые из этих технологий описаны ниже.

Каталитические нейтрализаторы и кислородные датчики. Снижение выбросов СО, СН и NOxТрехкомпонентные каталитические нейтрализаторы активно внедрялись на транспорт в 80-х годах ХХ века, и сейчас они стоят почти на каждом выпускаемом массово транспортном средстве с бензиновым двигателем. В трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы отработавшие газы попадают после выхода из цилиндров. В результате обработки газов в нейтрализаторе в них снижается содержание СО, СН и NOx (рис. 5.12).

В конструкции каталитических нейтрализаторов на транспорт-ных средствах используются благородные металлы, такие как родий, палладий и платина. Эти металлы используются как катализаторы химических реакций, ускоряя их протекание, но не участвуя в них. Для эффективной работы каталитических нейтрализаторов им требуется теплота.

При обработке СО (продукт неполного сгорания) и СН (несго-ревшее топливо) в каталитическом нейтрализаторе завер-шаются реакции окисления, которые не смогли завершиться в цилиндре двигателя. То есть, угарный газ (CO) и несгорев-шие углеводороды (СН) реагируют с кислородом так же, как и в процессе сгорания. Чтобы эти реакции проходили эффек-тивнее, топливовоздушная смесь немного обедняется и для реакций окисления СО и СН до CO2 и H2O в каталитический нейтрализатор поставляется кислород.

Для снижения выбросов NOx нужны другие химические реак-ции, эффективно отделяющие кислород (O2) от азота (N). Такая реакция (нейтрализация) требует слегка обогащенной смеси с нехваткой кислорода. В этих условиях кислород начнет отделяться от азота и реагировать с СО и СН в отработавших газах, окисляя их до CO2.

Так как одна реакция требует избытка кислорода, а другие его недостатка, ЭБУ двигателя переключает состав топливо-

воздушной смеси между богатым и бедным в пределах окна лямбда. Содержание кислорода в отработавших газах при этом меняется от λ 0,97 до примерно 1,03, что позволяет про-водить в каталитическом нейтрализаторе оба типа реакций.

Чтобы ЭБУ точно контролировал соотношение воздуха и то-плива, а также предоставлял нужное количество кислорода, кислородный датчик перед каталитическим нейтрализатором подает в ЭБУ сигнал о содержании кислорода до каталитиче-ского нейтрализатора (рис. 5.12). В зависимости от сигнала, полученного от датчика, ЭБУ корректирует состав топливо-воздушной смеси. Этот непрерывный процесс отслеживания и корректировки содержания кислорода в отработавших газах называется управлением с обратной связью. Второй кислородный датчик, расположенный после каталитического нейтрализатора, отслеживает содержание кислорода после каталитического нейтрализатора. Он должен подтвердить, что весь кислород использован в химических реакциях, поэтому второй кислородный датчик еще называется диагностическим.

Тенденция сокращения массогабаритных параметров двигателя, компенсируемая наддувомКроме снижения концентрации уже описанных выше ядовитых веществ в отработавших газах эти нововведения внедряют-ся с целью повышения давления в цилиндре для снижения концентрации углекислого газа (CO2) в составе отработавших газов при сжигании ископаемых видов топлива. В результате с середины 2000-х годов появилась тенденция к уменьшению двигателей в размерах. Уменьшение двигателя в размерах приводит к снижению его массы, что, в свою очередь, снижает потребление мощности и расход топлива самим двигателем. Однако, для поддержания эксплуатационных качеств транс-портного средства, двигатели все равно должны выдавать соответствующие мощность и крутящий момент, близкие к значениям полноразмерных двигателей. Это приводит к уве-личению удельной мощности двигателей новых поколений.

Удельная мощность — это отношение максимальной мощ-ности к рабочему объему двигателя. Эффективным мето-дом увеличения удельной мощности является турбонаддув. Сейчас в производстве двигателей наблюдается тенденция все большего использования турбонаддува (принудительного наполнения) для увеличения массы воздуха, поступающего в цилиндры. Это, в свою очередь, приводит к увеличению тем-ператур и давлений сгорания, в результате чего увеличиваются мощность и крутящий момент.


31

Топливо впрыскивается в камеру сгорания на такте впуска, однако во многих системах непосредственного впрыска топливо также может впрыскиваться на такте сжатия в условиях незначительной нагрузки

На такте выпуска некоторое количество отработавших газов подается к клапану EGR

На такте впуска клапан EGR подает строго ограниченное количество отработавших газов для смешивания со свежим воздухом

Рис. 5.13. Непосредственный впрыск топлива

Рис. 5.14. Система рециркуляции отработавших газов (EGR)

Бедные смеси и непосредственный впрыскЕще одной возможностью снижения расхода топлива и со-держания CO2 в отработавших газах является использование обедненных смесей при работе двигателя в режиме низких нагрузок. Практически все топливо, входящее в состав обед-ненной смеси, сгорает в цилиндре и не расходуется напрасно, попадая в систему выпуска.

Одним из способов снижения расхода топлива является использование технологии непосредственного впрыска, где топливо впрыскивается не во впускные каналы, а напрямую в камеру сгорания (см. рис. 5.13).

В режиме пониженной нагрузки топливо впрыскивается в ци-линдр на такте сжатия; таким образом, топливо смешивается с небольшим количеством воздуха из всего объема, который поступил в цилиндр. Несмотря на то, что происходит сжигание только небольшого количества топливовоздушной смеси, этого достаточно для образования теплоты, вызывающей расшире-ние оставшихся газов, и создания достаточной мощности для работы двигателя в условиях низкой нагрузки. Принцип вос-пламенения небольшого количества топливовоздушной смеси получил название «послойного распределения».

В условиях высокой нагрузки на двигатель топливо впрыскивает-ся на такте впуска, что обеспечивает полное смешивание топлива со всем объемом воздуха, попавшего в цилиндр (гомогенная смесь), благодаря чему процесс сгорания происходит при нор-мальном соотношении воздуха и топлива в топливовоздушной смеси, в результате чего достигается повышенная мощность.

При сгорании обедненной топливовоздушной смеси с послойным распределением отработавшие газы имеют повышенную темпера-туру. Сгорание топлива в условиях высоких температур и избытка кислорода приводит к высокой концентрации NOx в отработавших газах, для снижения которой применяется система рециркуляции отработавших газов.

Рециркуляция отработавших газов (EGR) для снижения концентрации NOxСистема рециркуляции отработавших газов (EGR) применяет-ся для предотвращения формирования оксидов азота (NOx) в процессе сгорания топлива. Содержание NOx в отрабо-тавших газах значительно повышается в условиях избытка кислорода (бедная смесь) и превышения температуры 1 600 °C внутри камеры сгорания.

Процесс рециркуляции заключается в подаче определенного количества отработавших газов обратно в систему впуска двигателя, где они смешиваются с атмосферным воздухом (см. рис. 5.14). При этом инертные (негорючие) отработав-шие газы заменяют собой определенное количество воздуха и, соответственно, кислорода, поступающего в цилиндр. Кроме того, рециркулируемые отработавшие газы имеют более низкую температуру, чем температура сгорания топливовоз-душной смеси, благодаря чему они поглощают часть теплоты, выделяющейся в процессе сгорания. Снижение температуры сгорания означает снижение концентрации NOx и, соответ-ственно, калильного зажигания и детонации.

Для достижения максимальной мощности в режиме полной нагрузки на двигатель требуется подача максимально возможного количества свежего воздуха. Поэтому система EGR обычно не используется в ре-жиме максимальной нагрузки на двигатель.

Электронный блок управления (ЭБУ) двигателя регулирует величину открытия клапана EGR (также поставляется компанией DENSO), в ре-зультате чего только около 5–15 % от общего объема отработавших газов, в зависимости от режима работы, подается в систему впуска.

Вышеперечисленные технологии были разработаны для снижения токсичности отработавших газов, повышения мощности и снижения расхода топлива.

Они продолжают совершенствоваться. Новые тенденции и их влияние на систему зажигания описаны в разделе 7.6.

32

Одним из главных эксплуатационных требований, предъявляемых к свечам зажигания, является стойкость к воздействию неблагоприятных и потенциально разрушительных рабочих условий

Высокое давление

Высокая тем-пература

Высоковольтная изоляция

Износ электрода

Рис. 6.1. Эксплуатационные требования, предъявляемые к свечам зажигания

6.1. Свеча зажигания — ключ к процессу сгорания топливовоздушной смеси

Свеча зажигания является ключевым компонентом, от которо-го зависит эффективность воспламенения и сгорания топлива. Несмотря на то, что основным назначением свечи зажигания является подача искры, с помощью которой запускается про-

цесс сгорания топливовоздушной смеси, от ее конструктивных особенностей во многом зависит процесс сгорания топлива на ранних стадиях воспламенения.

6.2. Эксплуатационные требования

Свечи зажигания, помимо выполнения своей прямой функ-ции — подачи искры, должны удовлетворять определенным эксплуатационным требованиям, основные из которых пере-числены ниже (см. рис. 6.1).

Устойчивость к воздействию высоких температур и постоянным перепадам температурПоверхности свечей зажигания, находящиеся внутри камеры сгорания, постоянно подвергаются воздействию температур величиной около 3 000 °C во время сгорания топливовоздуш-ной смеси. В то же время на такте впуска свеча зажигания быстро охлаждается поступающим свежим воздухом, имею-щим низкую температуру. Этот процесс мгновенного нагрева и охлаждения повторяется в каждом 4-тактном цикле, пока двигатель работает. Помимо стойкости к воздействию высоких температур, свеча зажигания должна достаточно эффективно отводить тепло, чтобы предотвратить образование на поверх-ности свечи зажигания раскаленных областей, которые могут стать причиной калильного зажигания.

Конструктивно свеча зажигания состоит из многочисленных элементов, каждый из которых оказывает влияние на про-цесс воспламенения топливовоздушной смеси; однако свеча

6.1. Свеча зажигания — ключ к процессу сгорания топливовоздушной смеси 326.2. Эксплуатационные требования 326.3. Устройство свечей зажигания 336.4. Электрическая искра и разрядное напряжение 356.5. Влияние условий эксплуатации на напряжение на свече 366.6. Тепловые характеристики 396.7. Гашение пламени при зарождении и развитии очага воспламенения 41

6. СВЕЧИ ЗАЖИГАНИЯ

зажигания должна обеспечивать воспламенение в широком диапазоне рабочих условий, включая перепады температур, давления, различный состав топливовоздушной смеси, разные частоту вращения коленчатого вала и нагрузку на двигатель.

Стойкость к значительным перепадам давленияНа такте впуска величина давления не достигает и 1 бар, а во время рабочего хода она превышает 50 бар. Поэтому, чтобы противостоять воздействию экстремально большого давления, а также его перепадов, свеча зажигания должна обладать механической прочностью и износостойкостью.

Высоковольтная изоляцияРаботая в условиях значительных и постоянных изменений температуры и давления, свечи зажигания также должны иметь в своей конструкции исключительно надежную изоля-цию, способную противостоять высоким напряжениям, превы-шающим в современных системах зажигания 40 кВ.

Обеспечение герметичности в экстремальных условияхСвечи зажигания должны обеспечивать герметичность между корпусом и изолятором в условиях воздействия экстремаль-ных температур, перепадов давления и высокого напряжения. В этих целях между изолятором и корпусом установлены высококачественные уплотнения, предотвращающие прорыв горячих газов, находящихся под высоким давлением, сквозь свечу зажигания наружу, а также повреждение различных компонентов свечи зажигания.

Минимизация образования нагара при сгорании топливаВ экстремальных условиях эксплуатации в результате сгора-ния топливовоздушной смеси на корпусе и электродах свечи зажигания могут образоваться нагар и отложиться загрязне-ния. Поэтому необходимо обеспечить минимальное нагарооб-разование на электродах и возможность самоочищения свечей зажигания от углеродистых отложений путем их выжигания.

Таким образом, участок изолятора, расположенный вблизи электродов, должен достигать температуры, идеально подхо-дящей для самоочищения (около 500 °C); желательно, чтобы температура свечи зажигания быстро повышалась даже при относительно невысокой температуре сгорания (например, в условиях низкой нагрузки на двигатель). Некоторые све-чи зажигания имеют дополнительные компоненты, которые обеспечивают минимальное образование нагара или улучшают возможности самоочищения (см. раздел 6.6).

Максимальное сокращение износа электродаЭлектроды свечей зажигания подвержены воздействию вы-соких температур, а также быстрым перепадам температур; тем не менее электроды должны неизменно выполнять свою

3

4

9

10

4

1

2

5

6

7

8

1

6

2

7

3

8

4

9

5

10

33


Компания DENSO выпускает широкий ассор-тимент свечей зажигания с электродами, изготовленными с использованием благородных металлов. Это позволяет значительно снизить их износ.

Уплотнительные кольца и изолятор защищают различные компоненты свечи зажигания от воздействия высоких температур, давления и напряжения

Рис. 6.2. Конструкция свечи зажигания

Корпус

Уплотнительное кольцо

Изолятор

Кольцевое уплотнение (2 шт.)

Контактная втулка

Контактный стержень

Резистор

Электрод с медным сердечником

Центральный электрод

Боковой электрод

6.3. Устройство свечей зажигания

Основные компоненты свечи зажиганияДля работы в тяжелых условиях, а также для обеспечения экс-плуатационных требований свечи зажигания состоят из трех основных компонентов:

(1) Корпус.(2) Изолятор.(3) Электроды.

В состав этих основных компонентов свечи зажигания входят другие элементы, изготовленные из тщательно подобранных материалов. На схеме (рис. 6.2) показаны основные и дополни-тельные компоненты свечи зажигания DENSO Iridium Power.

КорпусКорпус (поз. 1) образует внешнюю оболочку, которая окружа-ет изолятор и на которую он опирается, а также с помощью которой свеча зажигания крепится в двигателе. Уплотнитель-ное кольцо или прокладка (поз. 2) обеспечивает герметичное соединение между корпусом свечи зажигания и двигателем и предотвращает прорыв газов в тактах сжатия и рабочего хода.

Боковой электрод (поз. 10) установлен в нижней резьбовой ча-сти корпуса, что позволяет электрическому току возвращаться в аккумуляторную батарею через двигатель.

6.1. Свеча зажигания — ключ к процессу сгорания топливовоздушной смеси 326.2. Эксплуатационные требования 326.3. Устройство свечей зажигания 336.4. Электрическая искра и разрядное напряжение 356.5. Влияние условий эксплуатации на напряжение на свече 366.6. Тепловые характеристики 396.7. Гашение пламени при зарождении и развитии очага воспламенения 41


основную функцию — формирование горячей искры при про-хождении высоковольтного заряда между ними.

Следовательно, электроды должны обладать высокой стой-костью к износу и эрозии, вызванных искрообразованием и приводящих к значительному нагреву (см. раздел 7.2).

Применение таких передовых технологий, как DENSO Twin Tip, обеспечивает улучшенные рабо-чие характеристики свечей зажигания в течение длительного периода времени. Срок службы свечей зажигания DENSO Iridium TT достигает 120 000 километров пробега.

34

Компания DENSO предлагает контактные выводы 4 различ-ных вариантов исполнения:

1. Резьбовой (без гайки, используется в двигателях мотоци-клов и автомобилей ранних выпусков).

2. С гайкой (резьба с легко снимаемой гайкой).

3. Обжатый (резьба с фланцевой гайкой, обеспечивающей лучшее соединение между гайкой и резьбой. Снятие гайки затруднено).

4. Цельный (цельный вывод с несъемной контактной втулкой, применяется только в автомобилях).

Свечи зажигания DENSO изготавливаются с использо-ванием уникальных запатентованных материалов:

1. Стандартные из никелевого сплава с диаметром элект-рода 2,5 мм.

2. Новый и уникальный никелевый сплав с диаметром элек-трода 1,5 мм (применяется в свечах зажигания Nickel TT*), благодаря чему на 40 %, по сравнению со стандартным никелевым электродом, снижается износ свечи зажига-ния.

3. Платина — драгоценный металл, который стоек к очень высоким температурам, с электродом диаметром 1,1 мм.

4. Сплав иридия высокой степени чистоты, стойкий к самым высоким температурам, который является самым прочным материалом, когда-либо использовавшимся при производстве свечей зажигания. Иридиевый нако-нечник диаметром 0,4 мм*, 0,55 мм или 0,7 мм присоеди-няется к центральному электроду с помощью лазерной сварки.

Чем меньше диаметр электрода, тем ниже напряжение, необходимое для искрообразования, тем надежнее искрообразование и ниже риск развития эффекта гашения пламени.

Компания DENSO применяет разные решения для улучшения искрообразования с помощью бокового электрода:

1. Запатентованный U-образный паз* увеличивает пло-щадь поверхности бокового электрода, за счет чего облегчается искрообразование и ускоряется процесс формирование пламени.

2. Конусообразная форма бокового электрода способ-ствует снижению эффекта гашения пламени и улучше-нию формирования пламени.

3. Боковой электрод с выступающим никелевым электро-дом диаметром 1,5 мм* (Nickel TT) или приваренный к боковому электроду платиновый наконечник диаметром 0,7 мм (SIP и Iridium TT).

Так же как и в случае с центральным электродом, чем тоньше электрод, тем ниже напряжение, необходимое для искрообразования, тем надежнее искрообразова-ние и ниже риск развития эффекта гашения пламени.

ИзоляторКерамический изолятор (поз. 3) обеспечивает электрическую изоляцию между контактной втулкой, контактным стержнем, центральным электродом и корпусом.

Поскольку искровое напряжение в некоторых современных системах зажигания превышает 40 кВ, изолятор должен обе-спечить требуемую изоляцию при толщине всего в несколько миллиметров.

В свечах зажигания DENSO применяется керамический мате-риал с оксидом алюминия высокой степени чистоты, который обладает превосходной жаропрочностью, механической проч-ностью и отличными электроизоляционными свойствами.

Кольцевые уплотнения (поз. 4) обеспечивают плотную посадку и герметичность сопряжения между корпусом и изолятором.

Контактный выводВысокое напряжение подается через контактный вывод (поз. 5) либо напрямую с катушки зажигания, либо с высоковольтного провода, который соединяет вывод с катушкой зажигания. Свечи зажигания изготавливаются с контактными выводами различной формы и размеров, что позволяет подключать к втулке свечи зажигания практически любой высоковольтный провод или любую катушку зажигания.

Контактный стерженьСтальной контактный стержень (поз. 6) соединяет контакт-ный вывод и центральный электрод, а также пропускает ток высокого напряжения от контактного вывода к центральному электроду.

РезисторРезистор (поз. 7), который еще иногда называют «подавителем помех», снижает пиковые токи свечи зажигания. Без резисто-ра пиковый ток может создавать всплески электромагнитных полей или радиопомехи, которые могут отрицательно влиять на работу электрооборудования транспортного средства. Рези-сторы свечей зажигания DENSO изготавливаются из стеклоке-рамики с примесью медного порошка.

Центральный электродЦентральный электрод (поз. 9) изготавливается из материалов, стойких к воздействию высоких температур, таких как сплавы никеля. Данные материалы также должны быть чрезвычайно прочными и долговечными, чтобы минимизировать износ, вы-званный искровой эрозией. Для повышения теплопроводности центрального электрода его центральная часть (поз. 8) часто изготовлена из медного сердечника.

В целях улучшения эксплуатационных характеристик и увели-чения долговечности центральный электрод может быть изго-товлен с наконечником из какого-либо благородного металла,

который отличается большей прочностью, чем традиционные материалы, из которых изготавливается электрод. Эти более прочные материалы способны работать в условиях более вы-соких температур при сниженном износе. Еще одно преимуще-ство использования более прочных материалов заключается в том, что они позволяют изготавливать более тонкие электро-ды, отличающиеся лучшей способностью к искрообразованию.

Боковой электродБоковой электрод (поз. 10) подвержен воздействию экстре-мальных температур, возникающих внутри камеры сгорания. Для изготовления подавляющего большинства боковых элек-тродов используется хромоникелевый сплав. Для продления срока службы бокового электрода в него может быть добав-лена платина. Для повышения теплопроводности бокового электрода он может оснащаться медным сердечником.

* Технология, запатентованная DENSO


35

-

--

-

-

--

--

Высокое напряжение

Под действием достаточно высокого напряжения воздух ионизируется, в результате чего отрицательно заряженные электроны пробивают воздушный зазор между центральным и боковым электродами.

Рис. 6.3. Ионизация воздуха, находящегося в зазоре между электродами свечи зажигания

6.4. Электрическая искра и разрядное напряжение

Искра, образующаяся в зазоре между электродами свечи зажигания, обеспечивает достаточную энергию и температуру для воспламенения топливовоздушной смеси в точно выве-ренный момент времени; в то же время, если искра образует недостаточно тепловой энергии, то может произойти пропуск зажигания.

Как было разъяснено ранее в главе 3, энергия в форме маг-нитного поля используется для возбуждения высоковольтного разряда во вторичной обмотке катушки зажигания. Высо-ковольтный разряд поступает на свечу зажигания и создает искру между электродами свечи. Искра поджигает топливо-воздушную смесь в районе искрового зазора свечи зажигания. Важно отметить, однако, что электрическая искра образуется только тогда, когда электроэнергии достаточно для создания ионизированного электропроводного канала или пути через то-пливовоздушную смесь, обладающую в нормальном состоянии токоизолирующими свойствами.

Ионизация представляет собой комплексный процесс, в ходе которого происходит изменение электрических свойств вещества. Воздух явля-ется одним из многочисленных веществ, которые относятся к есте-ственным диэлектрикам, поскольку его атомы электрически нейтраль-ны и не образуют пути для прохождения электрического тока. Однако под действием достаточно высокого напряжения электроэнергия заставляет отрицательно заряженные частицы (электроны) переходить от одних атомов к другим. Таким образом, электрически нейтральные атомы трансформируются в электрически заряженные атомы, назы-ваемые «ионами»; данный процесс преобразования получил название «ионизации» (см. рис. 6.3).

Для обеспечения энергии, достаточной для ионизации воздуха, требуется напряжение около 10–40 кВ, а в некоторых дви-гателях даже 45 кВ. В результате ионизации воздуха в нем образуется токопроводящая дорожка для электроэнергии, которая создает высокотемпературную искру в межэлектрод-ном зазоре и поджигает топливовоздушную смесь.

Температура самой искры может превышать 10 000 °C; однако продолжительность электрического разряда составляет всего 1 миллисекунду. Такая непродолжительная искра имеет чрезвычайно сложную структуру, состоит из различных фаз и отличается напряжением различного уровня, как показано на рис. 6.4.

Электрический ток (в межэлектродном зазоре свечи зажигания) представляет из себя поток отрицательно заряженных электронов. Поток электронов легче образуется с нагретых поверхностей. Искра формируется путем принудительного направления электронов с го-рячего центрального электрода на более холодный боковой электрод, что означает, что система зажигания формирует искру отрицательного напряжения. Таким образом, требование к напряжению 10–40 кВ от-носится к отрицательному напряжению. Поэтому напряжение в точках «b» и «c», показанных на рис. 6.4, является отрицательным.

36

Нарастание напряжения

Нап

ряж

ение

0

Емкостная искра

a

c

Индуктивная искра

–300 Вольт

Длительность искры / время горения около 1 миллисекунды или более

Время

Рис. 6.4. Фазы и напряжение при формировании и поддержании искры

d

Нап

ряж

ение

Зазор

Рис. 6.5. Напряжение, требуемое для образования искры, увеличивается с увеличением зазора

1. При прекращении подачи тока на первичную обмотку ка-тушки зажигания (точка «a») во вторичной обмотке индуци-руется нарастание высокого (отрицательного) напряжения, которое подается на свечу зажигания.

2. В точке «b» напряжение повышается до 10–40 кВ или выше, в результате чего между электродами образуется искра (благодаря ионизации воздуха).

3. В начале электрического разряда (между точками «b» и «c») под действием электроэнергии, накопленной во вторич-ной цепи, происходит образование искры. На этом этапе, получившем название емкостной искры, ток значительный, но кратковременный.

4. После формирования искры начинается более продол-жительная фаза искрообразования, находящаяся между точками «c» и «d» графика, при напряжении разряда около 300 В. Данная фаза искрообразования (получившая на-звание «индуктивная») поддерживается электромагнитной энергией обмотки. Ток постепенно снижается по мере сни-жения запаса энергии. Искровой разряд продолжается в течение примерно 1 миллисекунды до точки «d», в которой оставшейся энергии недостаточно для поддержания искры, электрический разряд прекращается.

6.5. Влияние условий эксплуатации на напряжение на свече

В разделе 6.4 было разъяснено, что напряжение, создаваемое в катушке зажигания, будет возрастать до тех пор, пока на-ходящийся между электродами воздух не будет ионизирован. Процесс формирования требуемого напряжения зависит от двух основных факторов: величины зазора между электродами свечи зажигания, а также формы и размера электрода; кроме этого, различные рабочие условия также влияют на требова-ния, предъявляемые к напряжению. Некоторые из этих условий можно скорректировать путем изменения конструкции свечи зажигания, однако некоторые изменить не получится. Сниже-ние требуемого напряжения означает, что катушка зажигания будет работать под меньшей нагрузкой и, что более важно, снижается вероятность пропусков зажигания.

Зазор между электродами свечи зажиганияНапряжение, необходимое для образования искры, возрастает пропорционально увеличению зазора между электродами (см. рис. 6.5). Больший зазор означает, что большее количе-ство воздуха должно быть ионизировано, что потребует более высокого напряжения.


bот –10 до –40 кВ

37

Нап

ряж

ение

Рис. 6.9. Напряжение, требуемое для образования искры, более высокое для бедной топливовоздушной смеси

Легкое искро- образование

Искро- образование затруднено

Рис. 6.6. Формы электродов, способствующие искрообразова-нию или затрудняющие его

Нап

ряж

ение

Нап

ряж

ение

Температура

Богатая смесь

Бедная смесь

Состав топливовоздушной смеси

Рис. 6.7. Напряжение, требуемое для образования искры, понижается с увеличением температуры электродов

Давление

Рис. 6.8. Напряжение, требуемое для образования искры, повы-шается с увеличением давления в конце такта сжатия

Форма и размеры электродаПроцесс ионизации воздуха в зазоре между электродами про-текает легче, когда он сконцентрирован в одном месте. Два основных фактора конструкции электрода облегчают фор-мирование концентрированной ионизации: форма и размеры электродов.

Более важным из двух факторов является форма электрода (см. рис. 6.6), поскольку электрический разряд, образовавший-ся на острой кромке, формирует более концентрированную ионизацию воздуха. По мере износа электрода его кромки скругляются, что требует повышения необходимого для искро-образования напряжения.

Электроды меньшего размера имеют меньшую площадь поверхности, что, опять же, позволяет добиться более кон-центрированной ионизации воздуха, снижая требования к напряжению.

Температура электродаНапряжение, необходимое для формирования искры, снижает-ся по мере возрастания температуры электродов (см. рис. 6.7). Поскольку температура электродов возрастает пропорцио-нально увеличению частоты вращения коленчатого вала двига-теля, снижается требование к напряжению для формирования искры.

Давление в конце хода сжатияНапряжение, необходимое для образования искры, возрас-тает пропорционально увеличению давления в конце хода сжатия (см. рис. 6.8). Чем выше давление, тем больше молекул воздуха/топлива, которые требуется ионизировать, оказыва-ется в зазоре между электродами, что требует более высокого напряжения.

В режиме высокой нагрузки на двигатель больший объем топливовоздушной смеси попадает в камеру сгорания, что приводит к росту давления и, соответственно, требует более высокого напряжения.

Большая степень сжатия и высокое давление турбонад-дува все чаще используются в современных двигателях, что приводит к повышению давления в конце хода сжатия и, соответственно, требует повышения напряжения для образования искры.

Состав топливовоздушной смесиТопливо, особенно в жидкой форме, легче ионизируется, чем воздух. Следовательно, обогащенные топливовоздушные сме-си легче ионизируются и требуют меньшего напряжения, чем обедненные смеси.

Некоторые двигатели работают на обедненной топливовоз-душной смеси в режиме низкой нагрузки; поэтому система зажигания должна в этом случае формировать более высокое напряжение.

38


Решения компании DENSO

Чтобы преодолеть проблемы, связанные с постоянно повышающимся напряжением, необходимым для формирования искры, компания DENSO производит линейку свечей зажигания с электродами малого размера, изготовленных с использованием благородных металлов, таких как иридий.Некоторые свечи зажигания DENSO линейки Iridium производятся с тонкими центральными электродами, как, например, запатентованный иридиевый электрод диаметром 0,4 мм. В то же время в свечах зажигания с технологией «суперзажигания» (SIP) реализован уменьшенный боковой электрод.Электроды меньшего размера требуют менее высокого напряжения для образования искры, а иридий, из которого изготовлены электроды, отличается повышенной стойкостью к воздействию высоких температур и износу.Широкий ассортимент свечей зажигания, выпускаемый компанией DENSO, позволяет заменить свечи зажигания стандартного образца, устанавливаемые на многочисленные транспортные средства, на более технологичные, благодаря чему понижаются требования к напряжению для образования искры, увеличивается срок службы компонентов системы зажигания и даже улучшаются эксплуатационные характеристики двигателей.

Свеча зажигания DENSO серии SIP

Нап

ряж

ение

Температура

20 ˚C

150 ˚C

350 ˚C

Рис. 6.10. Напряжение, требуемое для образования искры, понижается с увеличением температуры топливовоз-душной смеси

Нап

ряж

ение

Влажность

Рис. 6.11. Напряжение, требуемое для образования искры, по-вышается с увеличением влажности

Температура топливовоздушной смесиНапряжение, необходимое для формирования искры, снижает-ся по мере возрастания температуры топливовоздушной смеси (см. рис. 6.10). При более высокой температуре молекулы воздуха становятся более подвижными, что облегчает процесс ионизации и позволяет снизить напряжение искрообразования.


ВлажностьПо мере возрастания влажности температура электрода пони-жается, что требует более высокого напряжения для ионизации (см. рис. 6.11).

39

Низкая тепловая характеристика («горячие» свечи)

Высокая тепловая характеристика («холодные» свечи)

Рис. 6.13. Отличия в конструкции наконечника изолятора свечей, принадлежащих к различным тепловым характеристикам

80 %

1

10 %

38 %

20 %

2

2 %

100 %

3

10 %

20 %

Рис. 6.12. Отведение тепла от свечи зажигания

6.6. Тепловые характеристики

Свеча зажигания подвержена воздействию значительных температур, возникающих в камере сгорания в результате сжигания топлива, а также вследствие искрообразования между электродами свечи. Поэтому важно, чтобы достаточное количество тепловой энергии отводилось от свечи зажигания, чтобы она охлаждалась до приемлемой рабочей температуры. В результате недостаточного охлаждения свеча зажигания пе-регревается, что может стать причиной калильного зажигания. Чрезмерное охлаждение свечи зажигания мешает ей очистить-ся от отложений, образующихся при сгорании топливовоздуш-

ной смеси, что может привести к образованию нагара. Сте-пень, до которой свеча зажигания способна рассеивать тепло или охлаждаться, называется «тепловой характеристикой».

Отведение тепла или охлаждениеНа рис. 6.12 показано, каким образом происходит рассеивание основного количества теплоты, поглощенной свечой зажига-ния, с помощью охлаждающей жидкости (1). Оставшаяся часть теплоты рассеивается в свежей порции топливовоздушной смеси (2), а также в окружающей атмосфере посредством корпуса свечи зажигания и изолятора (3).

Выбор подходящей тепловой характеристикиСуществуют ограничения по температуре, при которой свечи зажигания способны надежно и эффективно работать. Опти-мальный диапазон температур для исправного функциони-рования центрального электрода свечи зажигания от 500 до 950 °C.

Температура самоочищенияВ некоторых условиях эксплуатации, например при холодном запуске, неполное сгорание топлива приводит к образованию небольших отложений углерода на кончике изолятора. Если уста-новлена подходящая свеча зажигания, то центральный электрод достигает температуры около 500 °C, благодаря чему углероди-стые отложения выгорают, а новые не образуются на изоляторе. Данная нижняя температура рабочего диапазона свечи зажига-ния получила название «температуры самоочищения».

Если температура электрода остается ниже температуры самоочищения, то по скопившимся углеродистым отложениям между изолятором и корпусом свечи может проходить элек-трический ток. Это приведет к ухудшению или прекращению искрообразования между электродами.

Температура калильного зажиганияПри достижении центральным электродом температуры 950 °C или выше он вызывает калильное зажигание (см. раздел 5.2).

Низкая и высокая тепловые характеристики свечи зажигания Термины «низкая» и «высокая» тепловая характеристика свечи зажигания относятся к условиям эксплуатации, а не к фактической температуре свечи зажигания. Свечи зажигания с «низкой» тепловой характеристикой отличаются слабой спо-собностью к рассеиванию теплоты, поэтому часто называются «горячими» свечами, которые лучше подходят для эксплу-атации в условиях низких температур. Свечи зажигания с «высокой» тепловой характеристикой отличаются повышенной способностью к рассеиванию теплоты, поэтому часто называ-ются «холодными» свечами и лучше подходят для эксплуатации в условиях высоких температур.

Примеры, приведенные на рис. 6.13, показывают отличия по длине наконечника изолятора в свечах зажигания с разными тепловыми характеристиками.

Свеча зажигания с низкой тепловой характеристикой («горячая»)Свечи зажигания с низкой тепловой характеристикой имеют длинный наконечник изолятора. Благодаря длинному наконеч-нику увеличивается расстояние, которое требуется преодолеть тепловому потоку (или рассеяться) до корпуса свечи зажига-ния. В результате ухудшается отвод теплоты и быстро возрас-тает температура центрального электрода. Свечи зажигания

40

Тем

пера

тура

све

чи з

ажиг

ания

, °C

1 000

800

600

400

Температура калильного зажигания

Свечи зажигания с низкой тепловой характеристикой («горячие») Стандартные

свечи зажигания

Свечи зажигания с высокой тепловой характеристикой («холодные»)

Температура самоочищения

Скорость транспортного средства

Рис. 6.14. Влияние скорости движения транспортного средства на критические температуры свечей зажигания с различными тепловыми характеристиками

с низкой тепловой характеристикой, применяемые в двигате-лях с малым тепловыделением, быстро нагреваются и дости-гают температуры самоочищения, предотвращая тем самым образование углеродистых отложений на изоляторе.

Свеча зажигания с высокой тепловой характеристикой («холодная»)По сравнению со свечами зажигания с низкой тепловой харак-теристикой свечи зажигания с высокой тепловой характери-стикой имеют изолятор с коротким наконечником. Короткий наконечник означает более короткий путь теплового потока и, соответственно, ускоренное рассеяние теплоты. При этом тем-пература центрального электрода возрастает не так быстро. Тем не менее благодаря тому, что свечи зажигания с высокой тепловой характеристикой устанавливаются в двигателях, обладающих более высокой теплотворной способностью, изоляторы свечей зажигания достигают температуры самоо-чищения.

Свечи зажигания с высокой тепловой характеристикой предназначены для высокооборотистых двигателей с высокими эксплуатационными характеристиками. В процессе модернизации двигателя в целях повы-шения его мощности и улучшения эксплуатационных характеристик может потребоваться установка свечей зажигания с более высокой тепловой характеристикой (более «холодных»), которые работают в ус-ловиях более высоких температур в камере сгорания (см. раздел 9.6).

Прочие факторы, влияющие на тепловые характеристикиТепловые характеристики свечи зажигания напрямую зависят от температуры в камере сгорания, поэтому от стиля вожде-ния, а также от массы и габаритов транспортного средства зависит нагрузка на двигатель и, следовательно, температура внутри камеры сгорания. Графики, показанные на рис. 6.14, показывают зависимость скорости движения транспортного средства и критических температур (самоочищения и калиль-ного зажигания) для свечей зажигания с низкой и высокой тепловыми характеристиками.


41


Компания DENSO выпускает большой ассортимент свечей зажигания с электродами различной формы и размера в целях снижения проявления эффекта гашения пламени при установке в различные двигатели. Особенности конструкции различных модификаций свечей зажигания рассматриваются в главе 7.

Большие электроды, имеющие большую площадь поверхности, способствуют проявлению эффекта гашения пламени

Очаг пламени

развивается плохо


развивается лучше


развивается оптимально

Меньший зазор между электродами свечи зажигания способствует лучшему отводу теплоты. В этом случае опасность возникновения эффекта гашения пламени повышается

Меньшие электроды, имеющие меньшую площадь поверхности, препятствуют проявлению эффекта гашения пламени

При большем зазоре между электродами свечи зажигания снижается теплопередача. В этом случае опасность возникновения гашения пламени снижается

Рис. 6.15. Зависимость проявления эффекта гашения пламени от размера электродов

Рис. 6.16. Зависимость проявления эффекта гашения пламени от величины межэлектродного зазора

6.7. Гашение пламени при зарождении и развитии очага воспламенения

Зарождение и распространение пламениПосле того как между электродами свечи зажигания проска-кивает искра, под действием высокой температуры искры происходит зарождение небольшого очага пламени горящей топливовоздушной смеси (см. раздел 5.1). Под действием тем-пературы очага пламени (около 3 000 °C) происходит воспла-менение следующего слоя топливовоздушной смеси.

Пламя изначально образуется в зазоре между электродами свечи зажигания, затем расширяется за пределы этого зазора и продолжает распространяться в виде самоподдерживающе-гося пламени по всему объему камеры сгорания.

Теоретически фронт пламени должен распространяться с по-стоянной и одинаковой скоростью так, чтобы постепенно, но быстро сгорела вся топливовоздушная смесь. Постоянство распространения пламени зависит от формы камеры сгора-ния и вихревого движения топливовоздушной смеси внутри камеры сгорания.

Невозможно добиться идеального распространения пламени, поскольку невозможно создать камеру сгорания идеальной формы, так как она сформирована клапанами, свечой зажи-гания и иногда форсункой. Распространение пламени может быть частично прервано или ограничено, а пламя может прак-тически угаснуть вследствие теплопоглощения при соприкос-новении пламени с холодной поверхностью.

Благодаря завихрению почти вся топливовоздушная смесь соприкасает-ся с фронтом пламени, что обеспечивает практически полное сгорание топливовоздушной смеси во всем объеме камеры сгорания.

Гашение пламени и температура электродаПосле возникновения очага пламени и до того, как пламя ста-нет самоподдерживающимся, оно располагается очень близко к электродам, температура которых ниже, чем температура пламени; вследствие этого происходит отвод теплоты от очага пламени. Данный эффект охлаждения может привести к угаса-нию пламени, поэтому получил название «гашение пламени».

Поскольку холодные электроды поглощают больше тепловой энергии пламени, чем горячие электроды, конструкция свечи зажигания и электродов должна обеспечивать поддержание температуры электродов на уровне, достаточном для устране-ния эффекта гашения пламени.

Эффект гашения пламени может быть устранен за счет конструкции свечи зажигания; форма электрода и величина зазора между электродами оказывают значительное влияние на эффект гашения пламени.

Эффект гашения пламени может проявиться также в том случае, когда фронт распространяющегося пламени будет расположен вблизи стенок камеры сгорания. Таким образом, на непрогретом двигателе (сразу после холодного запуска) холодные поверхности цилиндра могут (частично) погасить пламя (см. раздел 5.3).

Форма электрода. Примеры, представленные на рис. 6.15, показывают, что электроды большего размера способны нака-пливать большее количество тепловой энергии из очага пла-мени благодаря большей массе и большей площади поверх-ности. Центральный электрод меньшего размера, имеющий меньшую массу и площадь поверхности, накапливает меньшее количество тепловой энергии из очага пламени, что снижает вероятность проявления эффекта гашения пламени. Боковой электрод меньшего размера также снижает вероятность про-явления эффекта гашения пламени.

Зазор между электродами свечи зажигания. При малом зазоре между электродами свечи зажигания (рис. 6.16) элек-троды расположены близко к очагу пламени, что облегчает передачу тепловой энергии пламени электродам; эффект гашения пламени проявляется сильнее. При большем зазоре между электродами свечи зажигания, благодаря более удален-ному расположению электродов от очага пламени, снижается их влияние на формирование пламени.


Отсутствие дефектовС 1959 года компания DENSO задает технологические стандарты в области создания свечей зажигания. Мы сами разрабатываем все типы свечей зажигания и производим их на собственных заводах, сертифицированных по IATF 16949 и расположенных по всему миру. Нашим стандартом является «ноль дефектов». Мы обеспечиваем выдающееся качество как оригинальной продукции, так и продукции, предназначенной для рынка автозапчастей, гарантируя оптимальные эксплуатационные характеристики двигателя в любых условиях.

42

7. ТЕХНОЛОГИИ DENSO: СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ РАБОТАЕТ ЛУЧШЕ

Раб

очие

хар

акте

рист

ики

Свеча зажигания с никелевым электродом и

U-образным пазом

Свеча зажигания с платиновым электродом

Свеча зажигания с иридиевым электродом

диаметром 0,4 мм

Свеча зажигания серии SIP с резьбой

уменьшенного диаметра. Диаметр

резьбы: M12

Свеча зажигания серии Super Ignition

Spark Plug (SIP) Диаметр резьбы:

M14

Свеча зажигания серии Iridium TT

Свеча зажигания серии Twin Tip

1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015

Рис. 7.1. История развития технологий свечей зажигания DENSO

7.1. Разработки DENSO для свечей зажигания

Компания DENSO на протяжении длительного времени совершенствует конструкцию свечей зажигания. Некоторые уникальные разработки применяются исключительно для из-готовления продукции DENSO, в то время как другие решения практически получили статус универсального стандарта для отрасли в целом.

В 1960 году компания DENSO начала выпуск свечей зажигания с медным сердечником для двухколесных и четырехколесных транспортных средств. В целях повышения эксплуатационных характеристик свечей зажигания в 1972 году был запатентован боковой электрод с U-образным пазом. Выпуск свечей с таким электродом был налажен в 1975 году. В 1983 году начато производство свечей зажигания с двумя платиновыми нако-нечниками на боковом и центральном электродах, которые позволили увеличить срок службы свечей зажигания. Наконец, в 1997 году компания DENSO начала выпуск свечей зажигания серии Iridium Power, имеющих самые тонкие в мире иридиевые электроды и по сей день.

Разработка свечей зажигания серии Super Ignition Plug (SIP) стала одним из самых заметных прорывов в направлении улучшения воспламеняемости.

Технология SIP послужила основой для разработки свечей за-жигания серий Nickel TT (2009 г.) и Iridium TT (2015 г.), основным назначением которых является независимый рынок запасных частей.

Набирающая силу тенденция к снижению габаритов и массы двигателей привела к появлению свечей зажигания с резьбой увеличенной длины и меньшего диаметра, например 12 мм. Свечи зажигания с резьбой меньшего диаметра позволяют увеличить сечение каналов системы охлаждения, а также увеличить диаметр впускных и выпускных клапанов.

Свечи зажигания меньшего размера, выпускаемые также ком-панией DENSO, должны обеспечивать аналогичное или даже лучшее искрообразование, что и свечи стандартного размера, при намного более компактных размерах.

7.1. Разработки DENSO для свечей зажигания 427.2. Материалы, используемые для изготовления электродов 437.3. Материалы, используемые для изготовления центрального электрода 447.4. Боковой электрод 457.5. Другие технологии, используемые в свечах зажигания DENSO 477.6. Тенденции будущего 48


43


7.2. Материалы, используемые для изготовления электродов

Иридий (Ir)

Электрическое сопротив-ление, мкОм·см 5,3

Платина (Pt)

10,6

Рис. 7.2. Сравнительная характеристика различных материалов в производстве свечей зажигания DENSO

Никель (Ni)

6,8

Золото (Au)

2,3

Серебро (Ag)

Температура плавления, °C 2454 1769 1453 1063 960

Прочность, кгс/мм2 112 14 68 13 13

1,6

Твердость (HV; при 20 °C) 240 40 160 25 26

Сопротивление окислению + ++ + ++ ++

7.1. Разработки DENSO для свечей зажигания 427.2. Материалы, используемые для изготовления электродов 437.3. Материалы, используемые для изготовления центрального электрода 447.4. Боковой электрод 457.5. Другие технологии, используемые в свечах зажигания DENSO 477.6. Тенденции будущего 48

Поскольку электроды свечей зажигания располагаются внутри камеры сгорания, они подвержены воздействию экстремаль-ных температур и давления, а также постоянным быстрым перепадам температуры и давления. Однако даже в таких тяжелых условиях электроды должны обеспечивать надежное и эффективное искрообразование в течение миллионов рабо-чих циклов для достижения пробега тысяч километров (до 120 000 км для некоторых типов свечей зажигания).

В таблице, показанной на рис. 7.2, дана сравнительная ха-рактеристика различных материалов; в производстве свечей

зажигания DENSO широко применяется никель (никелевые сплавы), платина и иридий.

Как видно из таблицы, платина обладает самой высокой устой-чивостью к окислению из всех трех основных материалов, используемых для производства электродов, в то же время иридий обладает наилучшими эксплуатационными характери-стиками за счет своей очень высокой температуры плавления, а также повышенной прочности и твердости.

Температура плавленияПо причине воздействия высоких температур, возникающих в процессе сгорания топлива и образования электрической искры, материалы, применяемые для изготовления элект-родов, должны иметь высокую температуру плавления во избежание расплавления электродов.

ПрочностьБолее прочные материалы обеспечивают стабильное искро-образование и увеличенную долговечность электродов свечей зажигания, особенно в условиях воздействия высоких нагру-зок, возникающих во время движения.

Сопротивление окислениюСопротивление окислению, особенно в условиях высоких температур, является критически важным показателем для снижения износа электродов.

Иридий недостаточно хорошо сопротивляется окислению, но его сплав с небольшим количеством родия обладает сопротивлением окисле-нию, сопоставимым с сопротивлением окислению платины.

Электрическое сопротивлениеМеталлы, как правило, имеют очень низкое электрическое сопротивление и не сильно снижают величину электрического тока и напряжения, под действием которых образуется искра. Тем не менее материалы, из которых изготовлены электроды, должны поддерживать очень низкое электрическое сопротив-ление в течение всего срока службы свечи зажигания даже в экстремальных условиях эксплуатации.


Свечи зажигания DENSO Iridium (с иридиевыми электродами) изготовлены из сплава, имеющего самое высокое содержание иридия из всех предлагаемых на рынке: около 90 % иридия и 10 % родия. Другие производители свечей зажигания также позиционируют свои свечи как «иридиевые», однако на самом деле их электроды изготовлены в основном из сплава платины с небольшим количеством иридия. Подобный сплав не позволяет создавать электроды сопоставимо малого размера и, соответственно, срок их службы не такой большой.

44

Рис. 7.5. Платиновый центральный электрод — диаметр 1,1 ммРис. 7.4. Никелевый центральный электрод —диаметр 2,5 мм

Рис. 7.3. Примеры типоразмеров центральных электродов

Постоянное совершенствование двигателей внутреннего сгорания, особенно в направлении повышения их мощности, снижения расхода топлива и вредных выбросов, приводит к повышению температуры и давления внутри камеры сго-рания, а также к необходимости повышения эффективности сгорания топлива. В целях поддержки новейших разработок в двигателестроении компания DENSO также усовершенство-вала конструкцию свечей зажигания, что привело к появлению свечей зажигания с более эффективным искрообразованием.

Центральный электрод подобных усовершенствованных све-чей зажигания имеет меньший диаметр (см. рис. 7.3), что стало возможным за счет применения в их конструкции более проч-

ных металлов. Уменьшение размеров электродов позволило снизить напряжение при сохранении или даже повышении энергоэффективности.

Благодаря снижению размеров центрального электрода (и боковых электродов) снижается вероятность пропуска зажигания на этапах искрообразования и сгорания топлива; кроме того, за счет электродов меньшего размера снижается поглощение тепловой энергии пламени, снижая тем самым эффект гашения пламени.

Никелевый центральный электродВ течение многих лет компания DENSO выпускает свечи зажигания с никелевым центральным электродом, диаметр которого составляет 2,5 мм (рис. 7.4). Стандартные никелевые электроды отличаются надежностью и доступностью по цене, поэтому находят дальнейшее применение.

Платиновый центральный электродПлатина используется для изготовления центральных элек-тродов за счет своей высокой термостойкости. Платиновая

напайка приваривается к электроду. Благодаря высокой тер-мостойкости платины диаметр наконечника электрода может быть снижен до 1,1 мм (рис. 7.5), при этом срок службы таких свечей превышает срок службы свечей с никелевым элект-родом. Свечи с платиновым центральным электродом были очень популярны в 80-е и 90-е годы прошлого столетия из-за своих превосходных эксплуатационных характеристик, однако они постепенно вытесняются превосходящими их по некото-рым параметрам свечами зажигания с иридиевым централь-ным электродом.


7.3. Материалы, используемые для изготовления центрального электрода


45

Рис. 7.7. Боковой электрод с U-образным пазом Рис. 7.8. Конусный боковой электрод

Круговая лазерная сварка

Рис. 7.6. Иридиевый центральный электрод — диаметр 0,4 мм

Иридиевый центральный электродСвечи зажигания DENSO с иридиевым центральным электро-дом изготавливаются с использованием сплава, содержание иридия в котором самое высокое из всех предлагаемых на рынке. Благодаря запатентованным технологиям производ-ства компания DENSO способна выпускать свечи, диаметр центрального электрода которых составляет всего 0,7 мм и 0,55 мм, а также свечи с уникальным запатентованным цен-тральным электродом диаметром 0,4 мм (рис. 7.6).

Иридий относится к самым прочным и термостойким материа-лам из всех, которые когда-либо применялись в изготовлении свечей зажигания. Тем не менее применение чистого иридия для изготовления электродов свечей зажигания ограничено его невысокой стойкостью к окислению в условиях высоких температур. Поэтому компания DENSO разработала сплав иридия с родием, который отвечает требованиям по стойкости к окислению. Новый сплав относится к материалам, запатенто-ванным компанией DENSO.

Иридий является чрезвычайно твердым материалом. Ранее единственной технологией изготовления деталей из иридия было спекание. Данная технология требует высоких затрат и накладывает ограничения на форму и размеры деталей, что неприемлемо в производстве свечей зажигания. Компания DENSO тем не менее разработала новую технологию произ-водства деталей с использованием иридия, которая позволяет выполнять протяжку и формовку иридия в расплавленной форме, что делает возможным изготовление иридиевых цен-тральных электродов. Иридиевый электрод крепится к свече зажигания с помощью запатентованной круговой лазерной сварки.

Применение новых технологий позволило компании DENSO первой выпустить свечи зажигания с иридиевыми электродами.

7.4. Боковой электрод

Боковой электрод дальше других элементов выступает внутрь камеры сгорания, поэтому он должен быть стойким к воздей-ствию экстремальных перепадов температур. От бокового электрода в значительной степени зависит искрообразование и процесс сгорания топлива и, соответственно, общие эксплу-атационные характеристики двигателя. Так же как и для центрального электрода, материал изготовления боково-го электрода является ключевым для продления срока службы свечи зажигания; по этой причине компания DENSO разра-ботала несколько технологий, применяемых в изготовлении бокового электрода.

U-образный пазВ боковых электродах DENSO с U-образным пазом (рис. 7.7) увеличено количество граней, за счет чего снижается напря-

жение, необходимое для искрообразования. В таком случае в зазоре между электродами (возле очага пламени) находится больший объем топливовоздушной смеси, что облегчает вос-пламенение даже обедненных смесей. Увеличенная энергия искры зажигания препятствует образованию углеродного нага-ра, а также обеспечивает более плавную динамику разгона.

Конусообразная формаБлагодаря конусообразной форме вершина бокового элект-рода (рис. 7.8) имеет меньшую площадь поверхности, за счет чего снижается влияние эффекта гашения пламени и улучша-ется воспламеняемость.

Благодаря высокой температуре плавления и превосход-ной коррозионной стойкости иридий широко применяется в высокотехнологичных отраслях промышленности, таких как аэрокосмическая отрасль и медицина, а также в изго-товлении ювелирных изделий.

46

Рис. 7.9. Боковой электрод свечи зажигания с поверхностным разрядом

Рис. 7.10. Дополнительные боковые электроды

Рис. 7.11. Свеча зажигания с полуповерхностным зазором

Рис. 7.12. Свеча зажигания с несколькими боковыми электродами

Рис. 7.13. Боковой электрод с круглой платиновой напайкой

Кромка, имеющаяся на внутренней поверхности корпуса, выполняет роль

Платиновая напайка на боковом электроде

Свечи зажигания с поверхностным разрядом для роторных двигателейСвечи зажигания с поверхностным разрядом (рис. 7.9) исполь-зуются в основном в роторно-поршневых двигателях, где свечи зажигания традиционной конструкции с выступающим боковым электродом не подходят конструктивно к камере сгорания двигателя. Искра образуется между центральным электродом и внутренней кромкой бокового электрода.

Свеча зажигания с дополнительными боковыми электродамиСвечи зажигания такой конструкции (рис. 7.10) обеспечивают оптимальные эксплуатационные характеристики двигателей с непосредственным впрыском, в которых топливовоздушная смесь может быть весьма обогащенной в непосредственной близости от свечи зажигания, что приводит к образованию углеродного нагара на поверхностях свечи зажигания. В про-цессе нормальной эксплуатации между центральным элек-тродом и боковым электродом возникает искра; однако при наличии толстого слоя нагара искра может возникнуть между боковыми электродами, что приведет к выгоранию углерода. (см. раздел 10.1).

Свеча зажигания с полуповерхностным зазоромСвечи с полуповерхностным зазором отличаются улучшен-ной воспламеняемостью и стойкостью к образованию нагара (рис. 7.11). Кромка, имеющаяся с внутренней стороны кор-пуса свечи, выполняет роль бокового электрода. После того как нагар углерода начинает препятствовать нормальному искрообразованию между центральным и боковым электро-дом, внутренняя кромка корпуса начинает выполнять роль альтернативного пути для тока на «массу». Благодаря наличию этого альтернативного пути происходит выгорание углеродного нагара с последующим нормальным искрообразованием меж-ду центральным и боковым электродами.

Свеча зажигания с несколькими боковыми электродамиСрок службы никелевых свечей зажигания может быть легко продлен путем установки дополнительных боковых электродов. Свечи зажигания DENSO данного типа предлагаются с двумя или тремя боковыми электродами и являются экономически выгодным решением для увеличения срока службы свечи зажигания (рис. 7.12). Однако наличие нескольких боковых электродов не является оптимальным для сгорания топлива. Применение платиновой напайки на боковом электроде явля-ется более предпочтительным решением для увеличения срока службы свечи зажигания.

Свеча зажигания с платиновой напайкой на боковом электродеПлатина является чрезвычайно стойким к окислению матери-алом и способна противостоять резким перепадам темпера-туры. Платина увеличивает срок службы свечи зажигания без ухудшения ее эксплуатационных характеристик. Боковые элек-троды с платиновой напайкой всегда применяются совместно с платиновым или иридиевым центральным электродом (рис. 7.13).


«массы» в том случае, когда углеродный нагар препятствует искрообразованию между центральным и боковым электродами

47

Рис. 7.14. Свеча зажигания серии SIP

Резистор

Рис. 7.15. Свеча зажигания с резистором

Рис. 7.16. Свечи зажигания с вытянутыми или выступающими электродами

Выступающий экран

Рис. 7.17. Экран

Конусное седло

Рис. 7.18. Свечи зажигания с конусным седлом

Технология Super Ignition Plug (SIP)Представленные компанией DENSO в 2003 году боковые электроды этой революционной иридиевой свечи зажигания являются собственным усовершенствованием технологии изготовления платиновых электродов и позволяют изготавли-вать супертонкие наконечники игольчатой формы диаметром 0,7–1,0 мм на боковой электрод. Боковые электроды такого малого размера обеспечивают непревзойденное снижение эффекта гашения пламени и отсутствие ограничений по рас-пространению пламени. Боковые электроды подобного мало-го диаметра всегда устанавливаются совместно с иридиевым центральным электродом (рис. 7.14).

7.5. Другие технологии, используемые в свечах зажигания DENSO

Свеча зажигания с резисторомУстановка дополнительного резистора сопротивлением 5 кОм между стержнем и центральным электродом позволяет сни-зить электромагнитные помехи, создаваемые свечой зажига-ния во время образования искры. Из-за постоянно увеличива-ющегося количества электронных устройств в современных транспортных средствах свечи зажигания с резистором устанавливаются стандартно (рис. 7.15).

Резистор не снижает величину напряжения, а только уменьша-ет пиковые скачки тока, снижая электромагнитные помехи без снижения эксплуатационных параметров свечи.

Свеча зажигания с вытянутыми или выступающими электродамиЗа счет выдвижения электродов (рис. 7.16) свеча зажигания располагается ближе к центру камеры сгорания. Центральное размещение искры дает преимущество для тех двигателей, в которых затруднено искрообразование, например в двига-телях малой мощности с низкой степенью сжатия, которые работают с низкими температурами сгорания топлива. По причине того, что электрический заряд от электрода к корпусу проходит по более длинному пути, данные свечи зажигания применяются только в двигателях, работающих в низком диа-пазоне температур.

ЭкранВыдвинутый экран позволяет удлинить местоположение искры зажигания (рис. 7.17). Так же как и свечи зажигания с выступа-ющими электродами, эти свечи позволяют разместить искру в глубине камеры сгорания; однако благодаря наличию за-щитного экрана эти свечи способны лучше противостоять вы-соким температурам и обеспечивать повышенную мощность двигателя. Свечи зажигания с защитным экраном предназна-чены для более высокого диапазона температур, чем свечи зажигания с вытянутыми или выступающими электродами.

Свечи зажигания с конусным седломСвечи зажигания с конусным седлом предназначены исклю-чительно для транспортных средств не японского производ-ства, поскольку не имеют уплотнительного кольца (рис. 7.18). Производитель двигателя самостоятельно определяет, следует ли выбирать свечи зажигания с конусным седлом или свечи зажигания с уплотнительным кольцом.

48

100 %

90 %

80 %

70 %

60 %

50 %

40 %

30 %

20 %

10 %

0 %

2005

201

0

201

5

202

0

Рис. 7.19. Доли рынка, занимаемые различными типами свечей зажигания (с прогнозом до 2025 г.)

202

5

Никель

Платина

Иридий

Технология Super Ignition Plug (SIP)

Тепл

овой

КП

Д, %

50

45

40

35 Уменьшение габаритов

и массы за счет использования турбонаддува

и системы рециркуляции отработавших газов (EGR)

Сильный наддув, большой объем рециркуляции (EGR)

Высокая степень сжатия, увеличенный объем

рециркуляции отработавших газов и обедненная

топливовоздушная смесь

2010 2020 2025 2030

Экологические нормы выбросов CO2 (ЕС)

Степень сжатия

Рециркуляция ОГ

2015

130 г/км 95 г/км 75 г/км

1:9–1:11 1:12–1:14 1:14 или выше

До 15 % 25 % 30 %

Рис. 7.20. Прогноз развития двигателей внутреннего сгорания на период до 2025 г.

7.6. Тенденции будущего ОбзорВ настоящее время более чем в 75 % новых регистрируемых легковых автомобилей с бензиновыми/газовыми двигателями применяются иридиевые свечи зажигания (рис. 7.19).

В целях обеспечения соответствия постоянно ужесточающим-ся экологическим требованиям по содержанию CO2 в отрабо-тавших газах автопроизводителям приходится находить все новые пути повышения эффективности двигателей внутрен-него сгорания. В бензиновых/газовых двигателях этого можно добиться путем применения нескольких технологий: сниже-ние массы и размеров двигателя, использование в большом объеме рециркуляции отработавших газов (EGR) и обедненных смесей. Несмотря на то, что эти эволюционные технологии были рассмотрены в разделе 5.5, следует еще кратко рассмо-треть их влияние на устройство свечей зажигания, например, на способность свечи зажигания противостоять напряжениям, превышающим 45 кВ.

На рис. 7.20 показан прогноз тенденций развития двигателей внутреннего сгорания с учетом требований ЕС по выбросам CO2, степени сжатия и нормам использования рециркуляции отработавших газов до 2025 года.

Являясь ведущим разработчиком и изобретателем новых технологий в области автомобилестроения, компания DENSO сохранит свои лидирующие позиции в совершенствовании конструкции двигателей внутреннего сгорания и создании про-дукции, которая продолжит удовлетворять потребности в повышении эффективности, мощности и снижении вредных выбросов.


Мы предполагаем, что это количество будет далее возрастать как следствие ужесточения законодательства по охране окру-жающей среды.

49

Пре

дель

ная

восп

лам

еняе

мос

ть (с

оста

в то

плив

овоз

душ

ной

смес

и)Б

една

я см

есь

Бо

гата

я см

есь

18

17

16

15

14

13

12

11

10

Иридиевая свеча зажигания (Ø 0,4 мм)

Платиновая свеча зажигания (Ø 1,1 мм)

Никелевая свеча зажигания (Ø 2,5 мм)

0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 Зазор между электродами свечи зажигания, мм

Более бедные смеси труднее поддаются воспламенению. Применяются два способа решения этой проблемы: увеличение искрового зазора и уменьшение размеров электродов

Рис. 7.23. Пределы воспламеняемости для свечей зажигания различных типов

Уменьшение габаритов и массыУже в течение некоторого времени автопроизводители раз-рабатывают двигатели меньшей массы и габаритов, имеющие относительно небольшой рабочий объем, что компенсируется высокой выходной мощностью, часто достигаемой за счет использования турбонаддува.

Уменьшение габаритов и массы двигателей сопряжено с не-обходимостью решения некоторых уникальных задач, таких как, например, плотная компоновка (рис. 7.21). В меньшей по размеру головке блока цилиндров по-прежнему необходимо установить 4 больших клапана, обеспечивающих хорошее наполнение и вентиляцию цилиндров, а также свечу зажигания и зачастую топливную форсунку; при этом должно оставаться достаточно свободного пространства для размещения каналов системы охлаждения, которая будет поддерживать двигатель в рабочем диапазоне температур. Одним из решений по усо-вершенствованию компоновки является использование тонких свечей зажигания с длинной резьбой. Подобные свечи с успе-хом применяются уже в течение некоторого времени в мотоци-клетных двигателях, а теперь устанавливаются и в двигателях легковых автомобилей.

Снижение габаритов и массы, а также увеличение мощности сопряжены с повышенным давлением в цилиндрах, создава-емым либо повышением давления наддува, либо увеличением степени сжатия. Однако повышенное давление затрудняет ионизацию воздуха и образование искры (см. раздел 6.4 с под-робными сведениями по ионизации). Для того чтобы преодо-леть эту проблему, требуется увеличить напряжение, пода-ваемое на свечи зажигания. Предположительно минимально необходимое напряжение превысит 45 кВ.

Свеча зажигания большого диаметра

Свеча зажигания малого диаметра

Рис. 7.21. Свеча зажигания малого диаметра с резьбой большей длины занимает меньше места в головке блока цилиндров

Высокая концентрация рециркулируемых отработавших газов в топливовоздушной смесиС повышением степени сжатия и температуры сгорания то-плива повышается вероятность возникновения детонации или стука. В целях снижения вероятности возникновения стуков в двигателе следует увеличить содержание рециркулируемых отработавших газов в топливовоздушной смеси, что позволит снизить температуру в камерах сгорания и также приведет к увеличению потока газов, поступающих в камеру сгорания, в результате чего топливо лучше смешается с воздухом.

Улучшенный газообмен, особенно в диапазоне увеличенных оборотов, имеет тенденцию к сдуванию искры с электродов, из-за чего образуется растянутая или удлиненная дуга, сопри-касающаяся с большим объемом топливовоздушной смеси и облегчающая ее воспламенение (рис. 7.22). Для поддержания подобной электрической дуги рекомендуется использовать ток большей силы на катушке зажигания.

Однако чем медленнее поток газов, что характерно для малых оборотов двигателя, тем труднее поджечь искру в смеси возду-ха, топлива и отработавших газов. Для того чтобы преодолеть эту проблему, искра должна длиться дольше, чтобы увеличить длительность соприкосновения с топливовоздушной смесью и, соответственно, облегчить воспламенение.

Следовательно, катушка зажигания должна передать повы-шенную энергию на свечу зажигания либо для увеличения размера (длины) дуги, либо для увеличения длительности дуги во времени.

Рис. 7.22. Сдувание искры потоком воздуха, поступающего в камеру сгорания

Сдувание электрического разряда --> Снижение скорости распространения пламени

Большой поток воздуха сдувает и увеличивает длину дуги, требуя более высокого тока для ее поддержания

Небольшой поток воздуха снижает эффект сдувания. Требуется более продолжительная по времени искра, чтобы увеличить длительность ее соприкосновения с топливовоздушной смесью

Низ

кие

обор

оты

Вы

соки

е об

орот

ы

Энергия измеряется в Джоулях (Дж); энергия, производимая катушкой зажигания, находится в диапазоне от 30 до 80 мДж (миллиджоуль, 1 мДж = 1/1000 Дж). В то же время для создания более высокого напряжения, увеличенного тока и поддержания дуги в течение более длительного времени катушка зажигания должна выделить энергию свыше 200 мДж.

Бедная топливовоздушная смесьНесмотря на то, что обедненные топливовоздушные смеси сго-рают при более высокой температуре, их использование может повысить КПД двигателя. Сгорание бедных топливовоздушных смесей также сопряжено с выделением большего количества NOx, что требует последующей обработки отработавших газов. Вместе с увеличением объема рециркулируемых отработавших газов обедненная топливовоздушная смесь требует более мощ-ной искры зажигания. В связи с тем, что ожидаемое соотноше-ние воздуха в топливовоздушной смеси превысит коэффициент избытка воздуха 2 (соотношение воздуха к топливу в топливо-воздушной смеси 30 к 1), для поддержания искрообразования в еще более жестких условиях эксплуатации совершенствова-ние конструкции свечей зажигания будет продолжено.

На рис. 7.23 показана зависимость воспламеняемости топли-вовоздушной смеси для никелевой, платиновой и иридиевой свечей зажигания с различной величиной искрового зазора.

Иридиевые свечи зажигания обладают наилучшими показате-лями и гарантируют надежную воспламеняемость смеси; свечи с тонкими электродами на иридиевой основе, как те, что уже выпускаются компанией DENSO, в недалеком будущем станут стандартно устанавливаться на все транспортные средства.

50

Никелевый центральный электрод

Платиновый центральный электрод

Боковой электрод с U-образным пазом


Рис. 8.1. Боковой электрод с U-образным пазом, запатентованным DENSO Рис. 8.2. Боковой электрод с круглой платиновой напайкой

Свечи зажигания DENSO Platinum используются в суперкаре Lexus LFA 2010 г. в. с двигателем V10.

Свечи зажигания DENSO Nickel устанавливаются в Toyota Aygo 2005 г. в., Citroën C1/Peugeot 107 trio, оснащенных 1-литровым двигателем 1KR-FE, в дополнение к многочисленным массово выпускаемым моделям автомобилей.

Каталожные номера всей продукции DENSO указаны по адресу:

denso-am.ru/elektronnyi-katalog

8.1. Линейка Direct Fit

Ведущие производители двигателей и автомобилей выбирают свечи зажигания DENSO по причине их надежности и высоких эксплуатационных качеств. Свечи зажигания DENSO серии Direct Fit встречаются как в премиальных, так и в массовых автомобилях. Свечи зажигания DENSO Direct Fit являются полным аналогом оригинальных свечей зажигания либо явля-ются непосредственной альтернативой производства DENSO оригинальным свечам зажигания.

Линейка свечей зажигания Direct Fit включает: никелевые, пла-тиновые, иридиевые свечи зажигания и свечи зажигания серии SIP. Данные свечи могут применяться в двигателях автомо-билей массового производства, в мотоциклетных двигателях, в судовых установках, в двигателях сельскохозяйственных машин и в малолитражных двигателях.

Свечи зажигания серии NickelВ свечах зажигания DENSO серии Nickel применяется боковой электрод с запатентованным U-образным пазом, который обеспечивает улучшенное воспламенение смеси (рис. 8.1). Технология с U-образным пазом была разработана компанией DENSO и была признана в 1970-х годах лучшим на тот момент усовершенствованием в конструкции свечей зажигания. Автопроизводители, сотрудничавшие с компанией DENSO как с поставщиком оригинальных свечей зажигания, немедленно стали применять технологию U-образного паза в выпускаемой ими продукции.

Свечи зажигания DENSO с никелевыми электродами работают в более широком тепловом диапазоне, чем свечи зажигания других производителей, что позволяет использовать их в боль-шем количестве автомобилей при меньшей номенклатуре и меньшей потребности в складских помещениях.

8. ЛИНЕЙКИ СВЕЧЕЙ ЗАЖИГАНИЯ DENSO

8.1. Линейка Direct Fit 508.2. Линейка Twin Tip 528.3. Линейка Iridium Power 538.4. Линейка Iridium Racing 54

Компания DENSO по-прежнему использует технологию U-образного паза в большинстве моделей свечей зажигания с одним боковым электродом.

Свечи зажигания серии PlatinumСвечи зажигания серии Platinum стали популярны в 1980–х годах, поскольку платиновые электроды обеспечивают по-вышенный КПД свечей зажигания и двигателя. Постепенно, с ужесточением законодательства в области снижения токсич-ности отработавших газов, возникла необходимость в замене технологии с никелевыми электродами на свечи зажигания, обладающие более высокими эксплуатационными характери-стиками.

Свечи зажигания серии Platinum Long Life оснащаются плати-новым центральным электродом, а также имеют платиновую напайку на боковом электроде (см. рис. 8.2).

Не так давно специалисты компании DENSO перенесли свои усилия с дальнейшего совершенствования платиновых свечей зажигания на разработку более совершенных иридиевых све-чей зажигания. Платина тем не менее продолжает применяться в конструкции боковых электродов большинства современ-ных свечей зажигания по причине своей высокой стойкости к окислению.

51

Свечи зажигания DENSO Platinum используются в суперкаре Lexus LFA 2010 г. в. с двигателем V10.



Иридиевый центральный электрод

Рис. 8.3. Иридиевый центральный электрод

Иридиевый центральный электрод

Боковой электрод с платиновым выступающим наконечником

Рис. 8.4. Свеча зажигания серии SIP

Свечи зажигания DENSO SIP с каталожным номером FXE20HR11 устанавливаются в двигателе автомобиля Nissan Qashqai 2007 г. в., а также во многих автомобилях премиум-класса. В качестве аналога этих свечей рекомендуются свечи Iridium TT с запатентованным центральным электродом диаметром 0,4 мм, соответствующие параметрам данного двигателя.

Оригинальные свечи зажигания DENSO Iridium установлены на двигателях Volvo XC60 3.0 T6 AWD, а также на многих других двигателях автомобилей Volvo. Для других новых двигателей Volvo предлагаются свечи зажигания Iridium TT, обеспечивающие наилучшие эксплуатационные показатели и производимые на той же производственной линии.

Серия IridiumКомпания DENSO, будучи пионером в разработке и произ-водстве иридиевых свечей зажигания, запатентовала самый тонкий центральный электрод из представленных на рынке (0,4 мм) и способ его установки с применением круговой лазер-ной сварки (рис. 8.3).

Иридиевые свечи зажигания являются не только более надеж-ными, но также обеспечивают более высокую точность в рабо-те. Они воспламеняют топливовоздушную смесь именно в тот момент, который задан блоком управления двигателем.

Иридиевые свечи зажигания, оснащенные платиновой напай-кой на боковом электроде (см. рис. 8.3), могут прослужить весь срок службы автомобиля, благодаря чему снижаются расходы на техническое обслуживание.

Свечи SIPТехнология «суперзажигания» (SIP) впервые появилась на автомобилях премиум-класса для снижения содержания вредных выбросов в отработавших газах. В настоящее время это самая совершенная технология из всех, что применяют-ся в конструкции свечей зажигания. В свечах данного типа применяется иридиевый центральный электрод и уникальный иглообразный платиновый боковой электрод. Диаметр цен-трального электрода в различных модификациях составляет 0,55 мм или 0,7 мм. Боковой электрод представляет собой платиновый иглообразный наконечник диаметром 0,7 мм или 1,0 мм.

Этот уникальный иглообразный платиновый боковой элек-трод обеспечивает свече зажигания не только превосход-ный срок службы. Он также требует меньшего напряжения и предоставляет больше свободного пространства для распространения пламени, при этом практически устраняя вероятность возникновения эффекта гашения пламени.


8.1. Линейка Direct Fit 508.2. Линейка Twin Tip 528.3. Линейка Iridium Power 538.4. Линейка Iridium Racing 54

52

Центральный электрод диаметром 1,5 мм

Выступающий боковой электрод диаметром 1,5 мм

Рис. 8.6. Свеча зажигания DENSO Nickel TTНапряжение

искрообразованияРаспространение

пламени

Эффект гашения пламени

способствует угасанию пламени

Рис. 8.5. Преимущества электродов малого размера

Сплав Ni-Si-Y-Ti и выступающий боковой электрод, приме-няемые в конструкции свечей зажигания Nickel TT, являются запатентованными технологиями DENSO.

8.2. Линейка Twin Tip

В предыдущих главах настоящего мануала было разъяснено, что электроды свечей зажигания меньшего размера обеспечи-вают улучшенные эксплуатационные показатели за исключени-ем срока службы.

Электроды меньшего размера формируют более сконцентри-рованное электрическое поле, снижая потребность в высоком напряжении. Меньшая площадь поверхности и масса снижают вероятность проявления эффекта гашения пламени и обеспе-чивают беспрепятственное распространение пламени.

Однако простое уменьшение размеров электродов обычно приводит к сокращению срока службы свечи зажигания. Ком-пания DENSO разработала уникальные материалы, которые позволили продлить срок службы электродов малого размера.

Опираясь на опыт успешной эксплуатации свечей зажигания SIP с тонкими центральным и боковым электродами, компа-ния DENSO разработала два типа свечей зажигания Twin Tip, в которых также применяются электроды малого размера, но без сокращения срока их службы; на самом деле срок службы этих свечей даже больше. Свечи зажигания данного типа могут использоваться в качестве альтернативы для оригинальных свечей зажигания или даже в качестве средства модернизации бывших в употреблении свечей. Линейка свечей зажигания DENSO Twin Tip, обладающих повышенными эксплуатационны-ми характеристиками, ограничена небольшим количеством мо-делей, которые подходят к большинству моделей автомобилей.

Серия Nickel TTНикель считается относительно недорогим материалом из тех, что применяются для производства электродов свечей зажи-гания; диаметр никелевого центрального электрода в целях увеличения срока службы свечи обычно составляет 2,5 мм. Для изготовления бокового электрода меньшего размера к нему, как правило, приваривается наконечник, что увели-чивает производственные затраты и сокращает срок службы свечи зажигания.

В запатентованных свечах зажигания DENSO Nickel TT (рис. 8.6) используется уникальный сплав, содержащий никель, кремний, иттрий и титан (Ni-Si-Y-Ti). Данный состав облада-ет характеристиками, сопоставимыми с характеристиками никеля, но на 80 % более стоек к окислению и на 40 % более устойчив к износу в результате искрообразования.

За счет применения специального сплава диаметр электрода был уменьшен до 1,5 мм. При этом срок службы такого элект-рода сопоставим со сроком службы стандартного никелевого электрода диаметром 2,5 мм. Кроме этого, боковые электроды малого размера из нового сплава изготавливаются методом штамповки без использования дорогостоящих технологиче-ских процессов. Новый сплав никеля дешевле таких благород-ных металлов, как платина или иридий, что снижает расходы конечного пользователя.

Свечи зажигания Nickel TT с двумя электродами диаметром 1,5 мм каждый отличаются эксплуатационными характеристи-ками, сопоставимыми с характеристиками платиновых свечей зажигания, но стоят столько же, сколько и стандартная нике-левая свеча зажигания.

Малый размер электродов и, как результат, улучшенные эксплуатационные характеристики по сравнению со стандарт-ными никелевыми свечами зажигания позволяют использовать свечи Nickel TT в качестве замены для многих свечей зажи-гания аналогичной формы и часто способствуют повышению КПД двигателя. Применение передовых технологий в данных свечах зажигания позволяет использовать их в качестве заме-ны для свечей зажигания, значительно отличающихся друг от друга по своим эксплуатационным характеристикам, в резуль-тате чего снижаются расходы на логистику.


Серия Iridium TTОбъединив базовые концепции, заложенные в свечи зажигания Nickel TT и SIP, компания DENSO продолжила совершенство-вание технологий изготовления свечей зажигания и начала вы-пуск свечей зажигания Iridium TT, ознаменовавших своим появ-лением новую веху в разработке иридиевых свечей зажигания. Технология SIP, объединенная с центральным иридиевым электродом диаметром 0,4 мм, позволила создать уникальную свечу зажигания, которая по своим параметрам превосходит другие технологии из представленных на рынке.

В конструкции новых свечей зажигания Iridium TT (рис. 8.7) объединена технология SIP с запатентованным DENSO цен-тральным иридиевым электродом диаметром 0,4 мм и иглоо-бразным платиновым боковым электродом диаметром 0,7 мм. Свечи зажигания Iridium TT обладают лучшими эксплуатацион-ными параметрами из всех свечей зажигания, представленных на рынке, а также отличаются очень продолжительным сроком службы. Кроме этого, конструктивные особенности свечей зажигания Iridium TT позволяют снизить содержание вредных выбросов в отработавших газах и одновременно сократить расход топлива.

53

Центральный иридиевый электрод диаметром 0,4 мм

Иглообразный боковой электрод диаметром 0,7 мм

Рис. 8.7. Свеча зажигания DENSO Iridium TT

Запатентованный иридиевый центральный электрод диаметром 0,4 мм

U-образный паз

Конусообразная форма

Рис. 8.8. Свеча зажигания DENSO Iridium Power

Благодаря своим превосходным рабочим характеристикам свечи зажигания Iridium TT способны заменить собой много-численные типы свечей зажигания. За счет этого ограничен-ный ассортимент свечей позволяет подобрать подходящую свечу зажигания практически к любому транспортному сред-ству. В настоящее время линейка свечей Iridium TT включает 19 позиций и позволяет подобрать свечу, обладающую более высокими эксплуатационными характеристиками, взамен практически всех свечей зажигания типа Nickel, Platinum, Iridium и SIP.

Свечи Iridium Power идеально подходят ко всем мощным и высокооборотистым двигателям, как те, что установлены на мотоциклах, спортивных автомобилях, снегоходах и гидроциклах.

Центральный электрод диаметром 0,4 мм изготовлен с ис-пользованием запатентованного иридиевого сплава, который содержит максимальное процентное отношение иридия из всех сплавов, представленных на рынке свечей зажигания, а также обладает чрезвычайно высокой температурой плавле-ния. Данные отличительные особенности позволили уменьшить размеры центрального электрода свечей Iridium TT, в результа-

8.3. Линейка Iridium Power

В то время как свечи зажигания Iridium TT являются наи-лучшим выбором для автомобилей, свечи зажигания Iridium Power являются наилучшим решением для мотоциклов. Свечи зажигания Iridium Power отличаются сверхтонким иридиевым центральным электродом диаметром 0,4 мм (рис. 8.8) и облада-ют лучшими рабочими характеристиками по сравнению почти со всеми другими свечами из представленных на рынке. Свечи зажигания Iridium Power превосходно работают в диапазоне высоких оборотов коленчатого вала двигателя, что делает их идеальным выбором для мотоциклов и тюнингованных автомо-билей с форсированными двигателями.

Свечи зажигания Iridium Power подходят для широкого диапа-зона рабочих температур, благодаря чему находят широкое применение в различных сегментах рынка.

Сверхтонкий иридиевый электрод диаметром 0,4 ммПрименение запатентованного центрального электрода из ири-диевого сплава диаметром 0,4 мм позволило снизить требова-ние к напряжению и улучшить искрообразование.

U-образный паз и конусный боковой электродБоковые электроды свечей зажигания Iridium Power изготав-ливаются с U-образным пазом, расположенным с внутрен-ней стороны электрода. U-образный паз позволяет создать увеличенное пространство для формирования пламени, а дополнительные кромки способствуют снижению требуе-мого для искрообразования напряжения. Данная технология обеспечивает превосходное искрообразование без увеличения искрового зазора.

Вершина бокового электрода имеет конусообразную форму, за счет чего уменьшена площадь поверхности, соприкасаю-щейся с пламенем. Кроме того, боковой электрод конусной формы имеет меньшую массу, что позволяет снизить нагрузки, вызванные вибрациями, а также уменьшить тепловую нагрузку на электрод; благодаря этому свеча зажигания легче справля-ется с нагрузками, возникающими при движении загруженного транспортного средства.

те чего удалось снизить напряжение, требуемое для форми-рования искры, а также улучшить эффективность воспламе-нения рабочей смеси (см. раздел 7.3, где изложена подробная информация о центральных электродах из иридия).

54

Свечи с выступающими внутрь камеры сгорания электро-дами, как правило, обладают улучшенными параметрами искрообразования и эксплуатационными параметрами. В то же время высокая степень сжатия, высокое давление и высокие температуры, встречающиеся в форсированных двигателях гоночных автомобилей, требуют использования свечей зажигания с менее выступающими электродами. Кроме того, под действием высоких температур длинный боковой электрод не будет в достаточной мере охлаждать-ся и перегреется. Чем сильнее форсирован двигатель, тем более он нуждается в установке свечей зажигания с мало выступающим электродом.

8.4. Линейка Iridium Racing

Свечи зажигания Iridium Racing пользуются заслуженным уважением у гонщиков и гоночных команд за свою надежность, долговечность и высокие эксплуатационные параметры.

Свечи зажигания Iridium Racing (рис. 8.9) были специально разработаны для эксплуатации в условиях тяжелых нагрузок, которым подвергаются форсированные двигатели спортивных автомобилей. Работа двигателя в условиях гонок в режиме максимальной мощности и высоких оборотов сопряжена с неизменно высокими температурами и давлением; поэтому в конструкции свечей зажигания DENSO используются высоко-качественные материалы, способные противостоять экстре-мальным условиям эксплуатации.

В большинстве гоночных серий экономия топлива и работа на обедненной смеси не относятся к проблемам первостепенной важности; в целях повышения мощности двигатель работает на обогащенной топливовоздушной смеси, что приводит к фор-мированию углеродистых отложений на поверхностях свечей зажигания, в особенности во время кратковременного сниже-ния нагрузки. Поэтому в конструкцию свечей зажигания Iridium Racing заложена способность к быстрому самоочищению от углеродистых отложений.

Как известно, электроды большинства типов свечей зажигания, применяемых в дорожных транспортных средствах, выступа-ют вглубь камеры сгорания; выступающие электроды будут быстро разрушены под действием повышенных температур и давления, характерных для двигателей гоночных автомо-билей, имеющих высокую степень сжатия. Поэтому в свечах зажигания Iridium Racing электроды установлены практически заподлицо с нижней кромкой корпуса.

Поскольку свечи зажигания Iridium Racing созданы исключительно для эксплуатации в суровых гоночных условиях, они не отличаются эффективностью при эксплуатации в нормальных условиях, на низких оборотах или под низкой нагрузкой. Даже умеренно форсированные двигатели или двигатели автомобилей, от случая к случаю принимаю-щих участие в гонках, не могут создать температуры и давление, а так-же другие условия, при которых свечи Iridium Racing будут работать максимально эффективно. Для менее требовательных к качеству све-чей зажигания двигателей, эксплуатируемых в менее экстремальных условиях (например, в автомобилях, двигающихся по дорогам общего пользования или периодически принимающих участие в трек-днях), свечи зажигания Iridium Power будут наилучшим решением.

Сверхтонкий иридиевый электрод диаметром 0,4 ммСвечи зажигания Iridium Racing, благодаря использованию в них запатентованного сверхтонкого иридиевого электрода диаме-тром 0,4 мм, обеспечивают превосходное искрообразование.


Платиновый боковой электрод диаметром 0,8 ммПо сравнению с никелевым сплавом, который используется в обычных свечах зажигания, платина, обладающая высокой температурой плавления, уменьшает оплавление и износ бокового электрода. Платиновый наконечник приваривается к электроду с требуемым зазором, позволяя избежать оста-точных напряжений, возникающих в процессе производства (гибки). За счет этого увеличивается долговечность и надеж-ность свечи зажигания.

Изолятор для гоночных условийУникальный изолятор, доказавший свою эффективность в ус-ловиях гонок, имеет увеличенную на 20 % прочность.

Карман для самоочисткиПоскольку углеродистые отложения снижают эффективность работы свечи зажигания, вокруг наконечника между централь-ным электродом и изолятором был изготовлен небольшой кар-ман. Благодаря наличию этого кармана электрический разряд выжигает углеродистые и иные отложения, поддерживая тем самым свечу зажигания в рабочем состоянии.

Силиконовое покрытиеНевозможность запустить двигатель перед началом гонки по причине образования углеродистых отложений на поверх-ностях свечей зажигания может иметь для участника гонки катастрофические последствия. Чтобы исключить возникнове-ние подобной ситуации, на поверхность изолятора наносится силикон, обладающий высокой водоотталкивающей способ-ностью, который защищает изолятор от влаги и углеродистых отложений.

Увеличенная фаска на торцевой поверхности корпусаДля того чтобы повысить стойкость к воздействию экстре-мальных условий, возникающих внутри камеры сгорания, была расширена фаска на торцевой поверхности корпуса. Благода-ря этому газы богатой топливовоздушной смеси отводятся от изолятора, что способствует снижению образования нагара на его поверхностях.

Фернандо Алонсо управляет автомобилем Hybrid Toyota Gazoo Racing, одержавшим победу в 24-часовой гонке Ле-Ман в 2018 г.

DENSO Kobelco SARD RC F — победитель серии Super GT 500 2016 г.

55

Изолятор, обладающий повышенной на 20 % прочностью

Боковой платиновый электрод диаметром 0,8 мм

Рис. 8.9. Свеча зажигания DENSO Iridium Racing


Центральный иридиевый электрод диаметром 0,4 мм

Силиконовое покрытие

Скошенная торцевая поверхность корпуса

Карман для самоочистки

Polestar Cyan Racing — чемпион мировой серии WTCC 2017 г. Subaru BRZ — участник серии Super GT

56

С помощью электронного каталога DENSO вы можете найти наилучший вариант иридиевых свечей зажигания для своего двигателя, работающего на СНГ или КПГ.


9.1. Зачем заменять свечи зажигания усовершенствованными?

Существует много причин для замены стандартных свечей зажигания усовершенствованными свечами зажигания, обладающими улучшенным искрообразованием. Возможно, требуется увеличить мощность двигателя для участия в гонке, возможно, вам просто хочется снизить расход топлива при совершении каждодневных поездок или вы хотите устранить проблему холодного пуска или работы с перебоями в режиме холостого хода. Независимо от причины, побудившей вас на замену стандартных свечей зажигания на более высокотех-нологичные, в ассортименте DENSO найдется подходящий вариант практически для любого транспортного средства.

В электронном каталоге DENSO содержатся стандартные свечи зажигания и их более высокотехнологичные аналоги для большинства моделей автомобилей и мотоциклов. Адрес электронного каталога: denso-am.ru/elektronnyi-katalog

Основные преимущества замены свечей зажигания усовершенствованнымиОсновные преимущества, получаемые при замене стандарт-ных свечей зажигания усовершенствованными, перечислены в следующих разделах; кроме заметной прибавки в мощности и крутящем моменте, повысится плавность работы двигателя, облегчится запуск, повысится устойчивость работы непро-гретого двигателя, снизится расход топлива, не считая таких не вполне заметных преимуществ, как снижение выбросов вредных веществ. Кроме этого, установка более высокотехно-логичных свечей зажигания позволит устранить случайные или постоянные пропуски зажигания в режиме холостого хода или под нагрузкой.

Замена стандартных никелевых свечей зажигания иридиевыми свечами позволит добиться улучшенного искрообразования, которое достигается в новых свечах с использованием менее высокого напряжения. Потребность в менее высоком на-чальном напряжении снижает нагрузку на катушку зажигания и обеспечивает накопление в ней запаса энергии, благодаря чему система зажигания лучше справляется с тяжелыми ус-ловиями эксплуатации, возникающими, например, при полной нагрузке во время разгона.

9. ЗАМЕНА ВАШИХ СВЕЧЕЙ ЗАЖИГАНИЯ БОЛЕЕ СОВЕРШЕННЫМИ

9.1. Зачем заменять свечи зажигания усовершенствованными? 569.2. Больше мощности 579.3. Экономия топлива и сокращение выбросов 589.4. Равномерный холостой ход, пропуски зажигания и пуск 599.5. Перевод двигателя на сжиженный природный газ (СНГ)

и компримированный природный газ (КПГ) 609.6. Тюнинг и автоспорт 61

Двигатели, работающие на СНГ/КПГПреимущества замены стандартных свечей зажигания более высокотехнологичными в автомобилях, переоборудованных для работы на газе (СНГ или КПГ), могут быть еще более заметными по причине затрудненного воспламенения газо-образного топлива, требующего применения повышенного напряжения зажигания (см. раздел 9.5). Кроме этого, в дви-гателях, работающих на газе (СНГ или КПГ), наблюдаются более высокие перепады температуры внутри камер сгора-ния по сравнению с двигателями, работающими на бензине. Это становится причиной сокращения срока службы свечей зажигания приблизительно на 30 %. После замены никелевых свечей зажигания на иридиевые свечи зажигания, облада-ющие увеличенным сроком службы и эксплуатационными характеристиками, произойдет повышение эксплуатационных параметров двигателя, а также увеличатся интервалы между заменами свечей зажигания.

Преимущества современных высокотехнологичных свечей зажиганияЕще одним важным фактором, который следует учесть, являет-ся значительное усовершенствование технологий изготовления свечей зажигания, произошедшее за последние несколько лет. Многие модели современных автомобилей стандартно оснаща-ются иридиевыми свечами зажигания, которые намного более эффективны, чем свечи зажигания, выпускавшиеся ранее. Несмотря на возможность замены свечей зажигания аналогич-ными свечами, будет разумнее установить более современные высокотехнологичные свечи (например, DENSO Iridium TT), которые обеспечат улучшенное искрообразование и повысят эксплуатационные характеристики двигателя.

Преимущества от установки более высокотехнологичных свечей зажигания зависят от того, какие свечи зажигания были установлены на автомобиль на заводе. Например, при замене никелевых свечей зажигания иридиевыми свечами зажигания существенные улучшения будут сразу заметны.

Замена никелевых свечей зажигания иридиевыми свечами за-жигания может существенно повысить мощность и крутящий момент двигателя. На графиках, представленных на рис. 9.1, показаны улучшения, которых можно добиться с помощью свечей зажигания Iridium Power и Iridium TT после замены ими стандартных никелевых свечей зажигания. Установка свечей зажигания Iridium Power позволяет повысить мощность двига-теля приблизительно на 3 %, а свечей зажигания Iridium TT — до 5 %, что особенно заметно в диапазоне высоких оборотов.

В свечах зажигания DENSO Iridium используются тонкие элек-троды, например, в свечах зажигания Iridium TT диаметр боко-вых электродов составляет всего 0,7 мм, а диаметр централь-ных электродов еще меньше — 0,4 мм. Электроды меньшего размера создают меньше препятствий для распространения пламени и меньше способствуют проявлению эффекта гаше-ния пламени по сравнению с электродами большего размера. За счет этого пламя быстрее распространяется внутри камеры сгорания, снижая вероятность гашения пламени, обеспечивая сгорание большего количества топлива и повышая эффек-тивность сгорания, в результате чего выделяется большая мощность.

57

Мощ

ност

ь, к

Вт

50

45

40

30

Свечи зажигания Standard Nickel

Свечи зажигания Iridium Power

Свечи зажигания Iridium TT

Максимальный крутящий моментМаксимальная мощность

100

90

80

70

60

50

40

Кру

тящ

ий м

омен

т, Н

·м30

20

10

0 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000

Частота вращения, об/мин

По сравнению со стандартными свечами зажигания с никелевыми электродами свечи зажигания Iridium Power обеспечивают прибавку мощности до 3 %. Прибавка мощности при установке свечей зажигания Iridium TT может достигать даже 5 %. Прибавка мощности более заметна в диапазоне высоких оборотов двигателя

Данные отражают средние значения трех измерений, произведенных на двигателе GM Z12XEP. Данные, представленные на графиках, были любезно предоставлены университетом HAN, расположенным в городе Арнеме, Нидерланды.

Рис. 9.1. Внешняя скоростная характеристика двигателя

9.2. Больше мощности

9. ЗАМЕНА ВАШИХ СВЕЧЕЙ ЗАЖИГАНИЯ БОЛЕЕ СОВЕРШЕННЫМИ

9.1. Зачем заменять свечи зажигания усовершенствованными? 569.2. Больше мощности 579.3. Экономия топлива и сокращение выбросов 589.4. Равномерный холостой ход, пропуски зажигания и пуск 599.5. Перевод двигателя на сжиженный природный газ (СНГ)

и компримированный природный газ (КПГ) 609.6. Тюнинг и автоспорт 61

58

Удел

ьны

й ра

сход

топ

лива

, г/к

Втч

500

450

400

350

300

250

200

150

100

50

0

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 Частота вращения, об/мин

Свечи зажигания Standard Nickel

Свечи зажигания Iridium Power

Свечи зажигания Iridium TT

Расход топлива

Выбросы CO2

Оба типа иридиевых свечей зажигания позволяют снизить расход топлива и количество выбросов CO2 в режиме полной нагрузки. Оба параметра улучшаются на 3–4 %

850

800

750

700

Вы

брос

ы C

O2,

г/кВ

тч

650

600 6000

Данные отражают средние значения трех измерений, произведенных на двигателе GM Z12XEP. Данные, представленные на графиках, были любезно предоставлены университетом HAN, расположенным в городе Арнеме, Нидерланды.

Рис. 9.2. Расход топлива и выбросы СО2

9.3. Экономия топлива и сокращение выбросов

9. ЗАМЕНА ВАШИХ СВЕЧЕЙ ЗАЖИГАНИЯ НА БОЛЕЕ СОВЕРШЕННЫЕ

Замена никелевых свечей зажигания иридиевыми способству-ет более эффективному использованию топлива во время раз-гона и повышенной нагрузки. На графиках, представленных на рис. 9.2, также показаны улучшения, которых можно добиться с помощью свечей зажигания Iridium Power и Iridium TT после замены ими стандартных никелевых свечей зажигания. Графи-ки отображают снижение расхода топлива, которого удалось добиться, при выработке двигателем аналогичного количества энергии (кВтч). Автомобиль быстрее разгоняется при расхо-де одинакового количества топлива, позволяя чуть раньше отпускать педаль акселератора и тем самым снижать расход топлива.

Снижение расхода топлива, при сохранении аналогичных динамических характеристик автомобиля, позволяет снизить выбросы CO2. Благодаря более эффективному сжиганию топлива в двигателе и снижению количества образовавших-ся отработавших газов также снижается количество других вредных выбросов.

59

30

25

20

15

10

5

0 Свеча

DENSO Nickel

Никелевая свеча

Конкурента 1

Никелевая свеча

Конкурента 2

Свеча Nickel TT

Свеча Iridium Power

Свеча Iridium TT

E 50 (угол) Пропуски зажигания (%) CH6 (частиц на миллион)

Данные отражают средние значения трех измерений, произ-веденных на двигателе GM Z12XEP. Данные, представленные на графиках, были любезно предоставлены университетом HAN, расположенным в г. Арнеме, Нидерланды.

Рис. 9.3. Эксплуатационные характеристики свечей зажигания на холостом ходу

Некоторые свечи зажигания с низкой тепловой характери-стикой из линейки Iridium Power стандартно поставляются с искровым зазором величиной 1,1 мм. Системы зажигания некоторых мотоциклетных двигателей (в особенности уста-ревшей конструкции) не способны сгенерировать достаточно высокое напряжение для образования искры при таком боль-шом зазоре между электродами (особенно в момент пуска двигателя). В подобных исключительных случаях величина за-зора может быть уменьшена до 0,8 мм; однако следует соблю-дать особую осторожность при изменении заводского зазора свечей зажигания с иридиевыми электродами — необходимо использовать специальный инструмент, чтобы не повредить тонкий центральный электрод свечи.

9.4. Равномерный холостой ход, пропуски зажигания и пуск

Повышение плавности работы на холостом ходуДвигатели внутреннего сгорания предназначены для создания мощности, однако двигатели могут работать продолжительное время в режиме холостого хода без передачи мощности на колеса. Для снижения расхода топлива и количества выбросов в режиме холостого хода двигатель работает с низкой частотой вращения коленчатого вала; тем не менее на холостом ходу в камеры сгорания поступает очень незначительное количе-ство воздуха и топлива, в результате чего снижается скорость вихревого движения воздуха. Небольшое количество топли-вовоздушной смеси и низкая скорость вихревого движения затрудняют воспламенение смеси, что часто приводит к про-пускам зажигания и, соответственно, к неравномерной работе двигателя на холостом ходу.

Некоторые производители двигателей допускают до 30 % пропу-сков зажигания в режиме низкой частоты вращения холостого хода (особенно для двигателей, имеющих 4 цилиндра и более). Низкая частота вращения холостого хода приводит к снижению выбросов по сравнению с более высокой частотой вращения холостого хода без пропусков зажигания.

Замена свечей зажигания более высокотехнологичными, та-кими как Iridium TT, позволяет добиться улучшенного искрооб-разования и, за счет электродов меньшего размера, снижения количества пропусков зажигания, что повышает плавность работы двигателя на холостом ходу. Меньшее количество про-пусков зажигания и более плавная работа двигателя приводят к снижению количества несгоревшего топлива, попадающего в выпускную трубу, что означает снижение количества выбро-сов углеводородов и угарного газа. Плавная работа двигателя также позволяет снизить частоту вращения в режиме холо-стого хода, еще больше снижая тем самым расход топлива и количество вредных выбросов.

Заметно значительное улучшение для режима холостого хода дви-гателей с 1, 2 или 3 цилиндрами, в особенности для мотоциклетных двигателей в компоновке V2.

Проблемы при запускеПроблемы, аналогичные тем, что возникают на холостом ходу, также могут возникнуть при запуске двигателя — это связано с очень низкой частотой вращения коленчатого вала двигателя. При запуске двигателя в его камеру сгорания попадает еще меньшее количество топливовоздушной смеси, чем на холостом ходу, при этом все поверхности двигателя очень холодные, поток и скорость потока воздуха очень низкие, что опять же затрудняет воспламенение смеси. Дополнительной проблемой является сни-жение напряжения аккумуляторной батареи во время прокрутки коленчатого вала стартером, что также снижает способность катушки зажигания по выработке требуемого напряжения зажигания и энергии. Данная проблема более ярко проявляется на двигателях, оснащенных устаревшими системами зажигания, которые не позволяют увеличить время накопления энергии для компенсации снижения напряжения аккумуляторной батареи.

Но даже в современных системах зажигания, если коленчатый вал двигателя вращается медленно, а напряжение аккумулятор-ной батареи продолжает снижаться или уже достаточно низкое на момент запуска, то возможности системы зажигания по формированию хорошей искры также снижаются.

Облегчить холодный пуск двигателя можно путем установки более высокотехнологичных свечей зажигания, например DENSO Iridium, которые требуют менее высокого напряжения и обеспечивают лучшее искрообразование.

Улучшенное искрообразование на холостом ходу. На рис. 9.3 показаны результаты сравнительных испытаний работы дви-гателя на холостом ходу при использовании никелевых свечей зажигания DENSO и свечей зажигания, выпущенных двумя кон-курирующими компаниями, а также при использовании свечей зажигания DENSO Nickel TT, Iridium Power и Iridium TT.

На графике показаны результаты измерений для угла поворота коленчатого вала после прохождения ВМТ, когда сгорело 50 % топлива, от поступившего в камеру сгорания (угол E50). Когда установлена свеча зажигания одной из конкурирующих фирм, то сгорание 50 % топлива происходит при угле поворота ко-ленчатого вала 20° после ВМТ, что означает, что поршень уже достаточно низко опустился в цилиндре. При этом расширение газов и повышение давления, вызванные сгоранием топлива, не оказывают максимального воздействия на поршень.

В то же время, когда установлена свеча зажигания DENSO Iridium TT, 50 % топлива сгорают при угле поворота 12° после ВМТ, что означает, что поршень расположен ближе к ВМТ и рост давления газов оказывает намного большее воздействие на поршень, заставляя его опускаться в нижнюю часть цилиндра. Следовательно, свечи зажигания Iridium TT повышают эффек-тивность сгорания топлива, обеспечивая более плавную работу на холостом ходу и значительно облегчая пуск двигателя.

На диаграмме также видно снижение количества выбросов угле-водорода (CH) в процессе сгорания топлива (CH6), когда в двига-теле была установлена свеча зажигания DENSO Nickel TT; однако уровень содержания CH в отработавших газах снизился еще больше, когда была установлена свеча DENSO Iridium. Подобное сокращение выбросов CH было достигнуто в значительной степе-ни за счет снижения процента пропусков зажигания (отношение пропусков зажигания %) с 25 % для свечи зажигания конкуриру-ющей фирмы почти до нуля для свечей зажигания DENSO Nickel TT. В то же время, после установки свечей зажигания Iridium Power или Iridium TT, пропуски зажигания прекратились.

60

Воспламенение топливовоздушной смеси в двигателях, работающих на сжиженном природном газе (СНГ) и компри-мированном природном газе (КПГ), еще более затруднено, чем в двигателях, работающих на бензине. Подобные затруднения связаны с тем, что СНГ и КПГ впрыскиваются в камеру сгора-ния в газообразной форме, в то время как бензин впрыскива-ется в камеру сгорания в жидком состоянии. Для ионизации газов и, соответственно, образования искры, требуется более высокое напряжение, чем для жидкостей. Газ также занимает больший объем, чем жидкость, поэтому в камеру сгорания подается меньшее количество свежего воздуха; как резуль-тат, снижается количество молекул топливовоздушной смеси в пространстве вокруг электродов. Это увеличивает вероят-ность пропусков зажигания.

Потребность в создании более высокого напряжения для воспламенения смеси воздуха с СНГ/КПГ приводит к повыше-нию нагрузки на катушку зажигания и на свечи зажигания. По этой причине на такие двигатели чаще всего устанавливают свечи зажигания с меньшим зазором между электродами, что позволяет снизить потребность в высоком напряжении, одна-ко меньший зазор снижает эффективность искрообразования такой свечи. Альтернативным способом снижения нагрузки на катушки зажигания и свечи зажигания является применение свечей зажигания с тонкими электродами, таких как линейка иридиевых свечей зажигания DENSO, которые требуют менее высокого напряжения и позволяют сохранить увеличенный зазор между электродами.

В некоторых случаях, например при установке в турбированные двига-тели, зазор между электродами должен быть уменьшен до 0,8 мм.

Сгорание газов СНГ и КПГ сопровождается выделением боль-шего количества теплоты, чем сгорание бензина, в результате чего электроды подвержены более значительным перепадам температуры во время работы двигателя. Вследствие значи-тельных колебаний температуры срок службы свечей зажи-гания снижается примерно на 20–30 %; замена иридиевыми свечами зажигания с увеличенным сроком службы позволяет продлить срок службы свечей в таких условиях и сократить тем самым общие расходы.

С помощью электронного каталога DENSO вы можете найти наилучший вариант иридиевых свечей зажигания для своего двигателя, работающего на СНГ или КПГ.


Нап

ряж

ение

, кВ

27,5

25

22,5

20

17,5

15

12,5

10 8 10 12 14

Стандартный никелевый электрод (диаметром 2,5 мм)

Иридиевый электрод (диаметром 0,4 мм с U-образным пазом на боковом электроде)

Iridium SIP (центральный электрод диаметром 0,4 мм, боковой электрод диаметром 0,7 мм)

Рис. 9.4. Требуемое напряжение для различных типов свечей зажигания

16 18 20

9.5. Перевод двигателя на сжиженный природный газ (СНГ) и компримированный природный газ (КПГ)

9. ЗАМЕНА ВАШИХ СВЕЧЕЙ ЗАЖИГАНИЯ НА БОЛЕЕ СОВЕРШЕННЫЕ

Давление, бар

61

Свеча Iridium Power. Идеально подходит для транспортных средств, эксплуатирующихся на дорогах общего пользования и периодически выезжающих на трек

Свеча Iridium Racing. Специально разработана для гоночных автомобилей или автомобилей для трек-дней. В представленном образце применяется наклонный электрод — данная свеча предназначена для двигателей без наддува и турбированных двигателей с низким давлением наддува

Рис. 9.5. Свечи зажигания Iridium Power и Iridium Racing

Кал

ильн

ое ч

исло

Предотвращение перегрева свечи

31

27

24

22

Предотвращение образования углеродистых отложений20

Уровень тюнинга

Рис. 9.6. Требования к выбору калильного числа

9.6. Тюнинг и автоспорт

При тюнинге двигателя в целях повышения его мощности вам потребуются свечи зажигания, которые будут соответствовать обновленным эксплуатационным характеристикам двигателя (см. разделы 8.3 и 8.4). При выборе подходящей свечи зажига-ния необходимо обратить внимание на следующие моменты.

Прежде всего, размеры свечи зажигания должны соответство-вать размерам головки блока цилиндров — в большинстве случаев в качестве ориентира можно использовать оригиналь-ные свечи зажигания.

Тип свечи зажиганияВысокотехнологичные свечи зажигания, такие как DENSO Iridium Power, отличаются универсальными эксплуатационными характеристиками. Они обеспечивают хорошее искрообразо-вание и позволяют добиться надежной работы практически любого двигателя. В большинстве случаев свечи DENSO Iridium Power являются идеальным выбором, в особенности если ав-томобиль или мотоцикл постоянно эксплуатируется на дорогах общего пользования или иногда выезжает на трек.

Для высокофорсированных двигателей, которые устанавлива-ются только на спортивные автомобили, наилучшим выбором могут быть специальные свечи зажигания для гонок — DENSO Iridium Racing. Свечи зажигания для гоночных автомобилей изготовлены с применением самых износостойких материа-лов, способных противостоять пиковым скачкам давления, возникающим в цилиндрах двигателя. Эти свечи имеют иридие-вый центральный электрод и платиновый боковой электрод и обеспечивают самое надежное искрообразование среди всех свечей, представленных на рынке.

Свечи зажигания Iridium Racing выпускаются в двух вариантах: с наклонным боковым электродом и с горизонтальным боко-вым электродом (рис. 9.5). В свечах зажигания первого типа боковой электрод установлен под наклоном — решение для двигателей без наддува и турбированных двигателей с низким давлением наддува до 1,3 бар (19 фунт/кв. дюйм).

Свеча с горизонтально расположенным боковым электродом предназначена для двигателей с более высоким давлением наддува, а также двигателей, оснащенных системой закиси азота.

Тепловая характеристикаВ камерах сгорания двигателей повышенной мощности тем-пературы достигают значительной величины. Как результат, свечи зажигания необходимо подбирать с учетом тепловой характеристики, поскольку в двигателях большей мощности применяются свечи зажигания с более высоким калильным числом (рис. 9.6). Условия эксплуатации также имеют важное значение, поскольку температура внутри двигателей дорожных автомобилей не достигает таких величин, как внутри двига-телей гоночных автомобилей; следовательно, для двигателя автомобиля, эксплуатирующегося на дорогах общего поль-зования, требуется установка свечей с более низким калиль-ным числом. В некоторых случаях для облегчения холодного запуска в условиях низких температур может потребоваться установка свечей с еще более низким калильным числом.

ВысокийНизкий

Оптимальная тепловая характеристика

Инженеры компании DENSO с готовностью окажут вам помощь в выборе подходящих свечей зажигания. Дополнительную информацию можно найти на сайте: denso-am.ru/produkty/zapasnye-chasti/zazhiganie/svechi-zazhiganiia/

Также можно обратиться напрямую к специалистам DENSO по следующему электронному адресу: [email protected]

62

10.1. Часто задаваемые вопросы

10. ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ, МОНТАЖ, ПОИСК И УСТРАНЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ

Как подобрать подходящие свечи зажигания?Следует принимать во внимание множество факторов, например размеры, выступание электродов и тепловую характеристику. Наиболее простой способ определения подходящего типа свечи зажигания — использование электронного каталога DENSO (см. рис. 10.1 и 10.2). В нем вы найдете каталожный номер детали DENSO по наименованию автопроизводителя и модели автомобиля или по перекрестным каталожным номерам.

Какие свечи зажигания следует использовать для двигателя, работающего на сжиженном природном газе?Двигатели, работающие на СНГ и КПГ, предъявляют к свечам зажигания более высокие требования, чем двигатели, работаю-щие на бензине. В качестве замены для свечей, установленных на двигателях, работающих на газе СНГ/КПГ, мы рекомендуем свечи из линейки TT. Дополнительную информацию см. в гла-ве 9, раздел 9.4.

Нужно ли регулировать искровой зазор?Искровой зазор свечей зажигания DENSO устанавливается на заводе. Для никелевых свечей, в частности предназначенных

для мотоциклов, может потребоваться регулировка зазора. Для регулировки зазора используйте специальный инструмент. Не пытайтесь регулировать зазор на платиновых и иридиевых свечах зажигания и на свечах Twin Tip, так как существует риск повреждения тонких электродов.

Что такое калильное зажигание?Калильное зажигание или автоматическое зажигание проявля-ется в виде самопроизвольного воспламенения топливовоздуш-ной смеси до возникновения искры между электродами свечи зажигания. Это может произойти по причине высокой темпе-ратуры внутри камеры сгорания. Калильное зажигание может быть вызвано следующими причинами:

(1) Перегрев электродов свечи зажигания (вследствие непра-вильного выбора теплового коэффициента).

(2) Недостаточное охлаждение выпускного клапана.(3) Накопление углеродистых отложений в результате предыду-

щих циклов сгорания топлива.

Подробные сведения по калильному зажиганию приведены в разделе 5.3.

Что представляет собой детонация?Стуки в двигателе часто возникают в результате проявления калильного зажигания. Топливовоздушная смесь вместо посте-пенного сгорания сгорает взрывообразно неконтролируемым образом. Детонация может иметь фатальные последствия для свечей зажигания и может привести к серьезному поврежде-нию двигателя. Подробные сведения по детонации двигателя приведены в разделе 5.3.

Чтобы определить наиболее подходящую свечу зажигания для вашего автомоби-ля, обратитесь к электронному каталогу DENSO (см. рис. 10.1 и 10.2) по ссылке:


Также вы можете обратиться напрямую к специалистам DENSO по следующему адресу: [email protected]

Рис. 10.1. Электронный каталог DENSO: поиск по модели транспортного средства

Рис. 10.2. Результаты поиска по электронному каталогу DENSO в целях подбора варианта свечей зажигания

Рис. 10.3. Преимущества дополнительных боковых электродов

63

а. Углеродистые отложения на кончике изолятора служат в качестве альтернативного пути для электрического разряда на корпус свечи, в результате искра не образуется между электродами

b. Боковой электрод отводит электрический разряд от изолятора, в результате чего он проходит на корпус свечи через дополнительный боковой электрод в форме полезной искры

Свечи с одним боковым электродом отличаются лучшими характеристиками искрообразования.

Свечи с несколькими боковыми электродами отличаются увеличенным сроком службы.

Рис. 10.4. Сравнительные характеристики свечей с одним и несколькими боковыми электродами

Как часто требуется менять свечи зажигания?Обычно интервал замены устанавливается автопроизводите-лем. Для свечей зажигания DENSO применим такой же интер-вал замены. При использовании более современных свечей зажигания интервал замены может быть изменен.

Использование в качестве топлива сжиженного природного газа или компримированного природного газа сокращает срок службы свечей зажигания на 25–30 %. Мы рекомендуем регулярно проверять состояние свечей зажигания и менять их в случае обнаружения каких-либо дефектов.

Нужно ли наносить смазку на резьбовую часть свечи зажигания?Если резьба покрыта смазкой, то усилие затягивания свечи зажигания при заданном моменте затяжки увеличивается; это может привести к повреждению свечи зажигания. Кроме того, вибрация может привести к ослаблению свечи. По этим при-чинам компания DENSO не рекомендует смазывать резьбовую часть свечи.

Только в редких, исключительных случаях (например, для некоторых вилочных погрузчиков, работающих на сжиженном природном газе) может потребоваться незначительное коли-чество смазки. В таких случаях свечи зажигания поставляются уже смазанными (см. раздел 10.2).

В чем заключается отличие свечи зажигания с одним боковым электродом от свечи зажигания с несколькими боковыми электродами?В двигателях с непосредственным впрыском топлива рядом со свечой зажигания локально формируется очень богатая топливовоздушная смесь. Это может привести к образованию углеродистых отложений на керамическом изоляторе. Углеро-дистые отложения могут служить в качестве альтернативного пути прохождения электрического разряда вдоль изолятора на корпус свечи зажигания (рис. 10.3a), что приведет к пропускам зажигания.

При увеличенном количестве боковых электродов (рис. 10.3b) энергия искрового разряда отводится от изолятора и пропуск зажигания предотвращается. Воспламенение начинается возле боковых электродов, и теплота, образующаяся при сгорании топлива, выжигает углеродистые отложения. При

следующем цикле изолятор свечи будет чистым, а искровой разряд будет происходить между центральным и основным боковым электродами.

На какое увеличение мощности можно рассчитывать при использовании более высокотехнологичных свечей зажигания?При использовании более высокотехнологичных свечей зажи-гания, например Iridium TT или Iridium Power, было зафикси-ровано увеличение мощности двигателя до 5 %. Тем не менее это зависит от конкретного двигателя. Современные двигатели зачастую уже оснащаются высокоэффективными свечами зажигания, поэтому разница не будет такой значительной. К главным преимуществам относятся улучшенный пуск и более равномерная работа двигателя. Подробные сведения по заме-не свечей зажигания более высокотехнологичными приведены в главе 9.

Можно ли производить замену свечи с несколькими боковыми электродами свечой с одним боковым электродом?Некоторые производители двигателей и автомобилей предпо-читают устанавливать свечи зажигания с несколькими боковы-ми электродами, поскольку они обладают увеличенным сроком службы (рис. 10.4). Это очень эффективное решение с точки зрения соотношения цены и качества, поскольку обеспечивает увеличенные интервалы между заменами свечей зажигания без использования драгоценных металлов.

Однако свечи зажигания с несколькими боковыми электро-дами отличаются только увеличенным сроком службы, но не высокими эксплуатационными характеристиками. Замена свечи зажигания с несколькими боковыми электродами свечой зажигания с одним боковым электродом позволяет повысить эксплуатационные параметры, но за счет сокращения срока службы.

При замене свечей зажигания с несколькими боковыми электродами иридиевой свечой зажигания, например свечой DENSO Iridium TT, срок службы свечи даже увеличится. При этом данная свеча обеспечит улучшенные эксплуатационные характеристики.


10.1. Часто задаваемые вопросы 6210.2. Монтаж 6410.3. Поиск и устранение неисправностей 65

64

Осторожно! Запрещенное использование свечей зажигания> Никогда не используйте свечи зажигания DENSO с двигателями любых летательных аппаратов, включая самоле-

ты, вертолеты, планеры и дроны. Свечи DENSO не предназначены и не производятся для самолетных двигателей: их использование может привести к авиакатастрофе или другим несчастным случаям, произошедшим из-за неисправности двигателя.

> Никогда не используйте свечи зажигания DENSO в двигателях для генераторов и газовых теплонасосных систем кондиционирования воздуха. Эти свечи не предназначены и не производятся для такого использования — это может привести к несчастному случаю, в том числе к остановке работы двигателя или прекращению выработки тепла.

В наличии имеются отдельные каталоги DENSO со свечами зажигания для газотурбинной установки (для газовых двигателей). Пожалуйста, обратитесь к представителю DENSO для получения дополнительной информации.

> Запрещается использовать свечи зажигания DENSO в газовых горелках. Эти свечи не предназначены и не производятся для такого использования, т. к. это может привести к неисправностям зажигания или повреж-дению оборудования из-за перегрева двигателя. Невыполнение данного требования может привести к отказу зажигания или повреждению оборудования вследствие перегрева.

10.2. Монтаж


Снятие старых свечей зажиганияВ системах зажигания, где к свечам зажигания подключе-ны высоковольтные провода/кабели, следует отсоединять провода/кабели от свечей зажигания, берясь за изолирующий колпачок, а не за сам провод/кабель. В отдельных случаях, когда свеча зажигания глубоко погружена в головку блока ци-линдров, может потребоваться специальный инструмент для отсоединения высоковольтных проводов от свечей зажигания. Также необходимо проверить высоковольтные провода на предмет трещин, разрывов или загрязнений, которые могут стать причиной утечки разрядов высокого напряжения. Повре-жденные высоковольтные провода подлежат замене.

Если катушки зажигания расположены непосредственно над свечами зажигания, необходимо руководствоваться соот-ветствующими инструкциями по снятию катушек зажигания, относящимися к конкретной модели автомобиля.

Прежде чем снимать старую свечу зажигания, необходимо очистить прилегающие к ней поверхности от масла, песка и других загрязнений, чтобы предотвратить их попадание внутрь двигателя, когда свеча зажигания будет снята. Снимите старую свечу, используя свечной ключ или головку подходя-щего размера.

Установка, момент и угол затяжкиВ большинстве свечей зажигания, применяемых в совре-менных двигателях, искровой зазор выставляется на заводе; в тех случаях, когда требуется изменить величину искрового зазора свечи, следует применять специальный инструмент для регулировки искрового зазора. Следует соблюдать особую осторожность при регулировке искрового зазора в свечах зажигания с платиновыми или иридиевыми электродами; элек-троды могут быть легко повреждены.

При установке свечи следует правильно совместить резьбо-вую часть свечи зажигания с резьбовым отверстием, затем завернуть рукой до упора.

Теоретически следует использовать динамометрический ключ и подходящую по размеру головку для затяжки свечи зажигания рекомендованным моментом затяжки (как указано в таблице моментов затяжки, приведенной на рис. 10.5). При отсутствии динамометрического ключа следует затянуть свечу на указанный угол затяжки.

Соблюдение указанного момента затяжки имеет очень важное значение для правильной установки свечи. Если свеча зажи-гания затянута недостаточным моментом, это может приве-сти к прорыву газов из камеры сгорания и, соответственно, к снижению давления в ней в тактах сжатия и рабочего хода. Если свеча зажигания затянута чрезмерным моментом, это может стать причиной удлинения корпуса, и, соответственно, увеличения нагрева и механических нагрузок внутри свечи зажигания, что может привести к поломке керамического изо-лятора. Повреждение или поломка изолятора может привести к прорыву газов из камеры сгорания через свечу зажигания или к снижению термостойкости свечи, что, в свою очередь, способно вызвать перегрев и, в отдельных случаях, поврежде-ние двигателя.

Подсоединить катушки зажигания или защитные колпачки высоковольтных проводов к свечам зажигания, обеспечив их плотную посадку на выводе.

Компания DENSO не рекомендует применять какие-либо смазки для резьбы. Затяжка свечи зажигания номинальным моментом после предварительного нанесения на ее резьбовую часть какой-либо смаз-ки приведет к чрезмерной затяжке и, как следствие, к нарушению герметичности уплотнения. Смазка свечей зажигания допускается только в исключительных случаях. В таких случаях свечи зажигания DENSO поставляются со смазанной резьбовой частью с завода и гото-вы к установке.

Затяжка свечи зажигания с неправильным моментом является осно-ванием для отмены гарантии производителя на свечу зажигания.

Размер резьбы Модификация Рекомендуемый

момент затяжкиРекомендованный угол затяжки

Новая свеча Использованная свечаM8 Все типы 8–10 Н·м 1 оборот 1/12 оборотаM10 Кроме типов, представленных далее 10–15 Н·м 1/3 оборота 1/12 оборотаM10 Типы UFE, IUH, VUH, VNH 10–15 Н·м 2/3 оборота 1/12 оборота

M10 Тип уплотнительного кольца из нержавеющей стали (в конце обозначения указано «S») 10–15 Н·м 3/4 оборота 1/12 оборота

M12 Все типы 15–20 Н·м 1/3 оборота 1/12 оборотаM14 Все типы, кроме представленных далее 20–30 Н·м 1/2 оборота 1/12 оборота

M14 Тип уплотнительного кольца из нержавеющей стали (в конце обозначения указано «S» или «G») 20–30 Н·м 2/3 оборота 1/12 оборота

M14 Конусное седло для всех типов 20–30 Н·м 1/16 оборота 1/16 оборотаM18 Все типы 30–40 Н·м 1/4 оборота 1/12 оборота

Рис. 10.5. Моменты и углы затяжки свечей зажигания

Норма

Перегрев

Углеродистые отложения

Калильное зажигание

Отложения свинца

Красный налет

По внешнему виду свечи зажигания можно определить некоторые неисправности двигателя, топливной системы или системы зажигания. Наличие пятна коронарного разряда на изоляторе, в особенности если используется более высокое напряжение зажигания, является нормой.

Рис. 10.6. Диагностика неисправностей по внешнему виду свечей зажигания

10.3. Поиск и устранение неисправностей

Существует множество признаков неполадок системы зажигания, которые можно отнести на счет неисправности свечей зажигания; однако многие из этих неполадок могут быть вызваны неисправностями других систем автомобиля или другими неполадками, которые снижают эффективность работы свечей зажигания.

При появлении каких-либо неполадок необходимо, во-первых, убедиться, что установлены подходящие для данного двигателя свечи зажигания, а также что не истек срок службы свечей зажигания. Необходимо проверить состояние электродов и изолятора (наличие трещин или повреждений).

Далее перечислены основные неисправности, вызванные неполадками в работе системы зажигания, которые можно определить по состоянию электродов, наконечника изолятора и корпуса свечи зажигания.

Нормальная работаВнешний вид: светло-серые отложения и небольшой износ электрода.

Углеродистые отложенияВнешний вид: сухой черный налет на изоляторе и электродах.

Влияние: затрудненный пуск, пропуски зажигания, в особенности при разгоне и под действием высокой нагрузки.

Возможные причины: переобогащенная топливовоздушная смесь, неисправные высоковольтные провода, слишком высокое калильное число («холодная свеча»). В старых моделях автомобилей или в автомобилях с регулируемым углом опережения зажигания и карбюраторным смесеобразованием данные симптомы могут быть вызваны поздним зажиганием и неисправностью карбюратора, например выходом из строя воздушной заслонки холодного пуска / выключением двигателя.

Отложения свинцаВнешний вид: желтые или коричневатые отложения в виде золы или блестящего налета на изоляторе.

Влияние: пропуски зажигания при резком ускорении или в условиях значительной нагрузки, но без заметного влияния в условиях нормальной эксплуатации.

Возможные причины: использование бензина с высоким содержанием свинца.

ПерегревВнешний вид: ярко-белый изолятор с небольшими черными отложениями и следами преждевременного износа или расплавления электрода.

Влияние: потеря мощности на высоких оборотах и при больших нагрузках.

Возможные причины: свеча недостаточно плотно затянута, двигатель недостаточно эффективно охлаждается, слишком низкое калильное число («горячая» свеча), значительная детонация. В старых автомобилях или в автомобилях с регулируемым углом опережения зажигания установлено слишком раннее зажигание.

Калильное зажигание Внешний вид: расплавленный или обожженный центральный электрод и/или боковой электрод, вздувшийся изолятор, отложения алюминия или другого металла на изоляторе

Влияние: потери мощности, приводящая затем к повреждению двигателя

Возможные причины: в значительной степени то же самое, что и перегрев. Калильное зажигание происходит, когда возгорание начинается до того, как проскочит искра.

Красный налет Внешний вид: красный боковой электрод и конус изолятора.

Влияние: плохой запуск, осечки, отказы при ускорении и потеря мощности.

Возможные причины: загрязнение присадками к топливу, использование бензина с ферроценовыми добавками, которые используются для повышения октанового числа.

65

СВЕЧ

И ЗА

ЖИГ

АНИЯ

Зна

комс

тво

с те

хнол

огия

ми D

ENSO

ООО «Денсо Рус»Бизнес-центр «Водный»Головинское шоссе, д. 5, к. 1,125212, Москва, Россия

Тел.: +7 495 970 57 [email protected]

www.denso-am.ru

Denso - СВЕЧИ ЗАЖИГАНИЯ · 2019-11-30 · DENSO Aftermarket Europe — это...

Documents

Transcript of Denso - СВЕЧИ ЗАЖИГАНИЯ · 2019-11-30 · DENSO Aftermarket Europe — это...