Устройство свечи зажигания: как устроена и работает свеча

В бензиновом двигателе топливо с воздухом сжимается в цилиндре и должно вспыхнуть точно в нужный момент, чуть раньше, чем поршень дойдёт до верхней точки. Само по себе смесь не воспламеняется, ей нужна искра. Эту искру и создаёт свеча зажигания: маленькая деталь, которая живёт в одном из самых тяжёлых мест двигателя. В камере сгорания газы нагреваются больше чем до двух тысяч градусов, давление резко скачет, а через свечу проходит ток высокого напряжения тысячи раз в минуту. Ниже — из чего состоит свеча, что происходит за долю секунды от команды до искры, что такое калильное число и почему свечи меняют по регламенту.

Из чего состоит свеча

Если разобрать свечу мысленно, получится три слоя: проводник, изолятор, оболочка.

Часть	Что делает
Контактная головка (клемма)	Верхний вывод, к которому подходит наконечник провода или катушка
Изолятор	Керамическая трубка, которая не пропускает ток наружу и выдерживает жар; часть изолятора снаружи ребристая
Центральный электрод	Металлический стержень внутри изолятора; несёт высокое напряжение вниз
Резистор	Сопротивление внутри свечи: подавляет радиопомехи от искры
Корпус с резьбой и шестигранником	Стальная оболочка, вкручивается в головку блока цилиндров; шестигранник — под ключ
Уплотнительное кольцо или конус	Не выпускает газы из камеры сгорания наружу
Боковой (массовый) электрод	Согнутая пластинка, приваренная к корпусу; замыкает цепь на «массу»
Искровой зазор	Пространство между электродами, которое пробивает искра

Снаружи виден только верх. Нижняя часть с электродами утоплена в камеру сгорания и омывается горящим топливом. Чтобы свеча работала правильно, кончик её изолятора должен держаться в пределах примерно от 500 до 850 градусов: холоднее — он зарастает нагаром, горячее — перегревается. Как выглядит весь двигатель, показано в статье об устройстве двигателя.

Как свеча даёт искру

1. Блок управления выбирает момент. Электроника по датчикам положения коленвала знает, где сейчас поршень, и подаёт команду на катушку чуть раньше верхней мёртвой точки. Это называется опережением зажигания.
2. Катушка накапливает энергию. Пока через первичную обмотку идёт ток, вокруг неё нарастает магнитное поле.
3. Ток прерывается. Поле резко исчезает, и во вторичной обмотке, где витков намного больше, возникает напряжение в десятки тысяч вольт. Так же работает трансформатор, только здесь ток прерывают намеренно.
4. Напряжение приходит на свечу. На старых машинах — по высоковольтному проводу от распределителя, на современных чаще у каждой свечи своя катушка, которая стоит прямо на ней, поэтому длинного высоковольтного провода нет.
5. Зазор пробивается. Воздух в норме не проводит ток, но при таком напряжении между электродами проскакивает искра. Она длится тысячные доли секунды.
6. Смесь загорается. Искра создаёт крошечный очаг горения, из которого фронт пламени расходится по камере и толкает поршень вниз.

Такое происходит в каждом цилиндре раз в два оборота коленвала: это один из четырёх тактов двигателя, рабочий ход. При 3000 оборотов в минуту каждая свеча искрит полторы тысячи раз в минуту.

Зазор и калильное число

Зазор — расстояние между электродами. Обычно около миллиметра, точное значение указывает производитель двигателя. Если зазор мал, искра слабая и её мало для поджига. Если велик, напряжения катушки может не хватить, и искра пропустит.

Калильное число — характеристика способности свечи отводить тепло. Свечи бывают «горячие» и «холодные». У горячей изолятор длинный, тепло уходит медленно, и она хорошо самоочищается, но при высоких нагрузках может перегреться. У холодной изолятор короче, тепло уходит быстро, что нужно форсированным моторам. Слишком горячая свеча начнёт сама поджигать смесь раскалённым изолятором — это называется калильным зажиганием, оно может повредить поршни. Слишком холодная не будет достаточно прогреваться и обрастёт нагаром. Поэтому ставят ту свечу, что рекомендует производитель.

Электроды делают из разных материалов: никелевые сплавы у обычных свечей, платина и иридий у долгоживущих. Твёрдые металлы медленнее выгорают под искрой, поэтому у иридиевых свечей ресурс больше.

Какие бывают свечи

По материалу электродов свечи делят на никелевые (обычные), платиновые и иридиевые. Чем твёрже и тугоплавче металл, тем тоньше можно сделать электрод: тонкий электрод выпускает искру легче, требует меньше напряжения и медленнее выгорает. Ещё есть свечи с несколькими боковыми электродами: искра выбирает, где ей пробить зазор, а изношенный электрод не сразу приводит к пропуску.

Есть и механические различия, которые нельзя игнорировать. У свечи свои диаметр резьбы, её длина и размер шестигранника. Слишком длинная резьба может упереться в поршень или клапан, слишком короткая оставит в отверстии головки лишний нагар. Поэтому по внешнему виду на глаз свечу не подбирают: смотрят каталог или руководство к машине.

Чем отличается то, что путают

Свеча зажигания и свеча накала. Свечи зажигания стоят в бензиновых моторах и дают искру. Свечи накала стоят в дизелях, греют воздух в камере при холодном пуске и искры не дают. Про дизель — в статье об устройстве дизельного двигателя.

Свеча и катушка зажигания. Катушка создаёт напряжение, свеча его использует. Иногда их путают: если один цилиндр «троит», причина бывает как в свече, так и в катушке.

Свеча и карбюратор. Свеча поджигает смесь, а смесь готовит другой узел: карбюратор или форсунка. Как устроен первый из них, рассказано в статье об устройстве карбюратора.

Интересные факты

• Цвет нагара — история цилиндра. У исправного двигателя на нижней части изолятора светло-коричневый или серый налёт. Чёрная сажа говорит о слишком богатой смеси, белый налёт — о бедной или перегретой, маслянистый — о том, что масло попало в камеру.
• Почему свечу нельзя затягивать «от души». Резьба в алюминиевой головке блока мягкая, и перетянутая свеча может её сорвать. Для этого у механиков есть динамометрические ключи: момент затяжки указывает производитель.
• Почему искру дают раньше верхней точки. Смесь горит не мгновенно: фронт пламени должен пройти по камере. Поэтому искру подают заранее, чтобы давление достигло максимума, когда поршень уже пошёл вниз. С ростом оборотов опережение увеличивают. Слишком раннее зажигание вызывает детонацию, слишком позднее — потерю мощности.
• Почему слабую свечу выдаёт мороз. Холодный бензин хуже испаряется, и смесь воспламеняется труднее. Свеча с выгоревшими электродами, которая летом справлялась, зимой пропускает искры, и двигатель заводится с трудом.
• Такая же свеча стоит не только в машине. Её вкручивают в мотоцикл, бензопилу, газонокосилку и лодочный мотор, только там она меньше и проще.

Почему свеча изнашивается и на что смотреть

Каждая искра уносит с электродов микроскопические частицы металла. Кромки округляются, зазор растёт, и катушке приходится создавать всё большее напряжение. Пока запас есть, двигатель работает нормально. Когда запас кончается, начинаются симптомы:

• Мотор «троит». Цилиндр перестаёт воспламенять смесь, машина дёргается, мигает лампа неисправности.
• Трудный запуск, особенно в холод: слабой искре нужны лишние секунды.
• Растёт расход топлива и падает мощность. Часть смеси сгорает не полностью.
• Свеча в масле или в бензине. Свидетельствует о другой неисправности: течёт масло через колпачки или цилиндр заливает топливом.
• Треснувший изолятор или подгоревший электрод. Следствие перегрева, неправильного калильного числа или детонации.

Свечи меняют по регламенту, указанному в сервисной книжке. Заменить их самостоятельно можно, но при работающем двигателе трогать провода, катушки и наконечники нельзя: на них десятки тысяч вольт. Причину пропусков зажигания находит диагностика: новые свечи не вылечат то, что вызвано катушкой, форсункой или износом самого двигателя. Работу с высоковольтной частью лучше отдавать сервису. Как клапаны впускают смесь и выпускают газы, показано в статье о ГРМ.