В меру огня

/ЗАЖИГАЙ

В МЕРУ ОГНЯ

НЕ ОШИБИСЬ В КАЛИЛЬНОМ ЧИСЛЕ, ПОДБИРАЯ СВЕЧУ ЗАЖИГАНИЯ

ТЕКСТ / ЕВГЕНИЙ БАЙБОРИН, ЗАМЕСТИТЕЛЬ НАЧАЛЬНИКА ОТДЕЛА ИСПЫТАНИЙ И ДОВОДКИ ДВИГАТЕЛЕЙ АВТОВАЗА

Утверждение, что свеча – главный элемент системы зажигания, – неверное. Отказ катушки зажигания или датчика Холла даст тот же результат: вспышки не будет. Но свеча – очень ответственная часть всей системы: рядом поршень с кольцами и клапаны, для которых неправильная свеча – как бомба!

Заводы–изготовители автомобилей (мы имеем в виду отечественные) рекомендуют для них одну-две марки свечей, обычно используемых на конвейере. Как правило, недорогих, но добротных: таковы требования экономики производства. Владелец затем сам решает, когда и чем их заменить.

С чего начать выбор? Первое – марка свечи. Отечественные производители – Энгельс (ЭЗАЗС), Ульяновск (УМЗ), Уфа (УАПО) пока предлагают ограниченный ассортимент. Выбор богаче у именитых фирм – BRISK, BOSCH, BERU, CHAMPION, NGK, ROCHESTER, EYQUEM, AUTOLITE, DENSO. Ассортимент и качество у них сопоставимы, а различия в деталях обычно объясняются необходимостью «обойти» патент конкурента или особенностями технологии. Но цены!

Второе – геометрические параметры свечи. Например, владельцу «Самары» нужны свечи с резьбой М14х1,25, длиной резьбовой части 19 мм и плоским уплотнительным кольцом. Не ошибитесь, свечи с коническим уплотнением, короткой резьбой и т. д. для «восьмого» мотора не годятся. Размер свечи под ключ, как правило, 21 мм для восьмиклапанных моторов и 16 мм – для шестнадцатиклапанных. Для первых подходят и малоразмерные свечи, но они дороже, да и на ключ придется потратиться. К тому же и диаметр изолятора «малогабаритки» меньше – понадобятся соответствующие наконечники высоковольтных проводов.

Третье – калильное число, важнейшая характеристика свечей зажигания. Это требует более подробного пояснения.

Крайне опасно для двигателя «калильное зажигание» – неуправляемое самовоспламенение топливно-воздушной смеси, начавшееся до момента искрообразования в результате контакта с «тлеющим» нагаром или очень горячими деталями двигателя (рис. 1). В этих случаях температура деталей в камере сгорания, включая поршень, достигает критических значений – детали оплавляются и разрушаются. Залитые алюминием свечи уже не работают, но многие водители этого не замечают и продолжают «давить на железку», пока разрушение не завершится остановкой мотора.

Специалисты различают калильное зажигание от тлеющего нагара (КЗН) и от перегретых поверхностей деталей в камере сгорания (КЗП). Первое характерно для ситуации, когда двигатель, долго работавший с малыми нагрузками (при этом происходит дополнительное отложение нагара на деталях), внезапно получил полную нагрузку. Представьте: после длительного движения в уличных пробках вы вырвались на простор и нажали педаль газа «в пол». Частицы раскаленного нагара, отслаиваясь от стенок, окисляются, «тлеют», превращаясь в очаги воспламенения смеси. Это явление выдает себя характерным рокочущим звуком – «грохотом».

Источником же КЗП служат перегретые (примерно до 1000°С) тепловые конусы изоляторов или центральные электроды свечей и (или) сильно нагретые тарелки выпускных клапанов и поршни. Температура последних может быть и несколько ниже (но достаточной для поджига), так как способность рабочей смеси воспламеняться зависит не только от температуры деталей, но и от площади поверхностей, контактирующих со смесью.

КЗН быстро прекращается по мере выгорания отложений нагара. КЗП, напротив, склонно к самоусилению – и возникает все раньше и раньше на такте сжатия – ведь в каждом последующем цикле все больше тепла получают и без того перегретые детали (увеличивается время пребывания горячих газов в цилиндре).

КЗП – опаснейшее явление, так как детали двигателя быстро разрушаются, причем, в отличие от детонации, без явных акустических проявлений. Вместе с тем, КЗП, вызывая рост температуры «заряда» при такте сжатия, провоцирует и детонацию. Существует и обратная связь, из-за чего иногда трудно установить первопричину разрушения двигателя. Отмечу еще: неверно подобранная свеча – главная виновница калильного зажигания.

Что же такое «калильное число»? Это – условная величина, характеризующая максимально допустимую термическую нагрузку свечи зажигания и, следовательно, ее стойкость к перегреву и калильному зажиганию. Знать его необходимо не только для того, чтобы не «спалить» мотор. Дело в том, что при небольших нагрузках двигателя температура теплового конуса изолятора не поднимается выше 400°С. Если все время эксплуатировать мотор в таком режиме, конус покрывается отложениями, содержащими электропроводный углерод. В результате между центральным электродом и корпусом свечи (рис. 2) образуется «шунт» – параллельная цепь, через которую ток утекает, ослабляя или полностью исключая искрообразование.

При более высокой температуре отложения сгорают – свеча самоочищается. Для нормальной работы температура вершины теплового конуса должна быть между 400 и 850°С, а центрального электрода – не более 850°С. Так как порог калильного зажигания – 1000°С, зона температур 850–1000°С не что иное, как температурный резерв (рис. 3), необходимый для надежной работы двигателя в тяжелых условиях. Но нагрев элементов свечи выше 850°С в любом случае снижает срок ее службы.

Двигатели, как известно, различаются по организации рабочего процесса, мощности, степени сжатия, частоте вращения, охлаждению и т. д. Сегодня нет свечей, пригодных и для «Мерседеса», и для «Запорожца». В одном случае они слишком сильно нагреваются, в другом – слабо, но и то, и другое неприемлемо. Автомобилисту предоставляется возможность выбора свечей – каждый производитель выпускает их гамму с различными калильными числами.

От чего они зависят? Три свечи, показанные на рис. 3, в одном и том же двигателе ведут себя по-разному: а – «горячая» свеча (с низким калильным числом), в – «холодная» (с высоким), а между ними – б, некая «нормальная». Каждой свече соответствует своя характеристика. У «горячей» уже при половинной мощности двигателя температура теплового конуса будет выше 850°С. С повышением нагрузки она сразу же вызовет калильное зажигание. «Холодная» лишь при 50% мощности (и более) начинает самоочищаться, а при меньших нагрузках тепловой конус покрывается токопроводящим шунтом. Правильный выбор – свеча б.

Если свечи сделаны из одинаковых материалов, то различия только конструктивные. У «горячей» – длинный тепловой конус 4, с большей поверхностью. У «холодной» – очень короткий. Первый примет больше теплоты от сгорающего топлива, второй – меньше. Избыточную теплоту конус передаст к корпусу через внутреннее уплотнительное кольцо 1 – у «горячей» свечи оно расположено дальше от самой нагретой части конуса, чем у «холодной». В первом случае меньше теплоты уходит в систему охлаждения, чем во втором.

Калильное число наносят на корпус свечи – ведь по внешнему виду характеристик с достаточной точностью не определить. В маркировках современных отечественных свечей используют числа: 10, 11, 14, 17, 20, 23, 26. Чем больше это число, тем холоднее свеча. Но любая, если правильно подобрана, должна работать, как это показывает характеристика б на рис. 3.

Правомерен вопрос: можно ли на собственном автомобиле подобрать свечи, не зная их характеристик? В литературе встречаются «рекомендации» в отношении внешнего вида теплового конуса и электродов после контрольного пробега с большой нагрузкой на двигатель. Вроде бы все просто: нужно, чтобы тепловой конус и электроды были светлыми, но без следов перегрева. Последнее – самое главное! Если экспериментатор не заметит начавшегося калильного зажигания, мотор будет разрушен!

Определение калильного числа свечей и их правильный подбор к двигателю едва ли выполним в гараже. Калильное число определяется на специальной установке. А на автомобильном заводе свечи к мотору подбирают так, что температура кончика теплового конуса при полной нагрузке двигателя приближается к 850°С, но не выше. А характеристика б (рис. 3) переходит из зоны шунтирования в зону рабочих температур при меньших нагрузках двигателя. Иначе говоря, улучшается «самоочистка» теплового конуса. Но основное – вовремя установить сам факт начала калильного зажигания. Это делают специальные приборы. Ошибка в калильном числе может стать роковой, так как переход от нормального зажигания к калильному практически не определяется на слух, а перегретые до оплавления поршни разрушаются в считанные минуты. Стоит ли напоминать о стоимости

последующего ремонта?

Рис. 1. Осциллограммы ионного тока в межэлектродном зазоре свечи, записанные специальной аппаратурой: а – нормальное сгорание; б – самовоспламенение при выключенном зажигании, но после момента искрообразования; в – самовоспламенение до момента искрообразования (калильное зажигание); МИ – момент искрообразования.

Рис. 2. Утечка тока (красная прерывистая линия) от центрального электрода на корпус свечи по шунтирующему слою отложений продуктов сгорания.

Рис. 3. Свечи зажигания с различными тепловыми характеристиками:

а – «горячая»; б – «нормальная»; в – «холодная»; 1, 3 – уплотнительное кольцо;

2 – корпус свечи; 4 – изолятор центрального электрода; 5 – центральный электрод; 6 – боковой («массовый») электрод. Красная прерывистая линия – путь отвода тепла от изолятора к корпусу.