Свеча накаливания

Свеча накаливания

Свечи накаливания (также калильные свечи) — детали в дизельном двигателе, в предпусковом подогревателе двигателя, в автономном отопителе салона (кабины) и в калильном карбюраторном двигателе (широко распространены в авиа-, судо-, и автомоделировании), служащие для облегчения его холодного пуска. В отличие от свечей зажигания, они не дают искру, а представляют собой обычный электронагревательный элемент.

Содержание

• 1 Назначение
• 2 Принцип работы
• 3 Свечи накаливания в калильном карбюраторном двигателе
• 4 Свечи накаливания в автономных отопителях и подогревателях
• 5 Стандарты
• 6 Ссылки

Назначение [ править | править код ]

При нормальной работе дизеля горючее в цилиндрах поджигается путём самовоспламенения в момент впрыска его форсунками в предварительно сжатый поршнем воздух, нагретый до 700—900°С; соответственно, обычных искровых свечей зажигания, как в бензиновом двигателе, в его конструкции нет и не требуется.

Свечи накаливания являются по сути частью предпускового устройства двигателя и нужны по большому счёту только для облегчения пуска дизеля после долгого простоя («на холодную») за счёт улучшения условий образования рабочей смеси, особенно если температура воздуха низка (ниже +5°С). При такой температуре дизельное топливо испаряется неохотно, и не образует необходимой для работы двигателя смеси с воздухом.

Некоторые дизельные двигатели с непосредственным впрыском топлива в камеру сгорания (без предкамер) вообще не имеют свечей накаливания, в основном это сравнительно крупные и тихоходные тракторные двигатели или двигатели, приводящие в движение промышленное оборудование. Некоторые дизели вместо свечей накаливания используют предпусковой подогреватель в виде встроенной во впускной коллектор нагревательной решётки (grid heater) — как пример можно назвать 5,9-литровые дизели фирмы Cummins, устанавливаемые на автомобиле Dodge Ram. У некоторых тракторов свеча накаливания только одна, расположенная во впускном коллекторе и работающая в паре с дополнительной форсункой (при запуске непрерывно в небольшом количестве впрыскивается дизельное топливо); таким образом, перед пуском в камеры сгорания подаётся не холодный воздух, а горячий вместе с продуктами сгорания дизтоплива. Данное устройство называется электрофакельный подогреватель.

Принцип работы [ править | править код ]

Упрощённо говоря, калильные свечи представляют собой обычный погружной электронагреватель со спиральным резистором. Стержень свечи накаливания выступает в камеру сгорания (или предкамеру) дизеля, так, что его кончик расположен на границе создаваемого форсункой завихрения рабочей смеси.

Обычно свечи накаливания подключаются автоматически после поворота ключа зажигания в положение, непосредственно предшествующее тому, в котором включается стартер (III, Start или аналогичное). При этом на щитке приборов зажигается специальная лампа-индикатор (показана на иллюстрации), а свечи накаливания начинают нагреваться до высокой температуры (рабочий элемент становится красным), попутно прогревая камеры сгорания и поступающий в камеру сгорания воздух (кроме форкамерных моторов). Однако 2-5 секунд электронакала свечи с холодного состояния хватает только для её саморазогрева, нагреть воздух и холодный металл массивного блока цилиндров и его головки свеча не в состоянии, тем более что воздух при кручении стартером двигателя постоянно замещается извне на не подогретый. Таким образом, главная цель нагрева свечей — это подогрев впрыскиваемого топлива до температуры, при которой оно испарится, хорошо смешается с поступающим воздухом и легко воспламенится уже от компрессии.

После повышения температуры свечи до достаточного уровня (обычно это занимает от 2 до 5 секунд) индикатор гаснет, после чего двигатель можно запускать. Обычно индикатор гаснет тем быстрее, чем выше температура воздуха, но, как правило, напряжение на свечи продолжает подаваться довольно долго. Непосредственно перед пуском двигателя или, чаще всего, вскоре после него свечи накаливания отключаются.

Во время пуска двигателя впрыскиваемое через форсунки топливо сильно нагревается и испаряется, хорошо смешивается с воздухом. Далее, за счёт компрессии, топливо-воздушная смесь самовоспламеняется. Если свечи неисправны или на них не поступает ток, то компрессии холодного дизельного двигателя оказывается недостаточно для уверенного воспламенения смеси — либо двигатель заведётся после продолжительного кручения стартера, либо не заведётся вовсе. Чем ниже окружающая температура, тем более затруднителен старт такого мотора. Исправный же дизельный мотор как правило заводится при минусовых значениях воздуха так же быстро, как и при плюсовых, что обеспечивается свечами накала и компрессией в пределах допуска.

В большинстве современных двигателей они могут продолжать работать до нескольких минут после пуска для снижения уровня вредных выбросов в атмосферу при работе холодного двигателя, а также для стабилизации процесса горения в ещё не полностью прогретом двигателе. Часто для этого напряжение не снимается совсем, но ступенчато снижается (например, +12В или + 24В при первичном прогреве, и +7В далее для поддержания температуры свечей). Затем подача тока на свечи полностью прерывается.

В ходе установившейся работы двигателя, свечи начинают играть другую роль, уже вспомогательную — становятся элементом системы распыления топлива, улучшающим приготовление рабочей смести (поток топлива постоянно «разбивается» о кончик свечи, что способствует созданию завихрений в камере сгорания). Также, представляя собою твёрдое тело с хорошей теплопроводностью, свечи накала продолжают подогревать впрыскиваемое топливо, будучи нагреваемыми уже процессами сгорания внутри двигателя.

Таким образом, от правильной работы свечей накала напрямую зависит зимний запуск дизельного двигателя и его дальнейшая работа.

Следует отметить, что схематика реализации системы свечей накала непосредственно зависит от производителя двигателя — могут подаваться различные напряжения, сами свечи могут быть выполнены из различных материалов, схема управления может учитывать и температуру воздуха, топлива, изменение сопротивления свечей в зависимости от их нагрева, температуру антифриза (по достижению которой заданной отметки отключать подогрев свечей) и так далее.

Свечи накаливания в калильном карбюраторном двигателе [ править | править код ]

Калильные свечи также применяются в двухтактных и четырёхтактных калильных карбюраторных двигателях, где они необходимы для начального и последующего (вначале на спираль подается электрический ток для разогрева спирали, воспламенителя, затем раскалённая спираль сама поддерживает температуру) воспламенения топливо-воздушной смеси.

Подразделяются на несколько видов:

1. холодная
2. средняя
3. горячая
4. очень горячая

Это необходимо для оптимального подбора температуры воспламенения горючей смеси, относительно климатического воздействия температуры окружающего воздуха.

Свечи накаливания в автономных отопителях и подогревателях [ править | править код ]

Свечи накаливания применяются также в автономных (работающих на дизельном топливе или бензине) предпусковых подогревателях двигателя и в автономных отопителях салона (кабины) автотранспорта. Назначение всё то же — воспламенить подаваемое форсункой топливо в камере сгорания.

На автомобилях «Запорожец» в расположенном спереди багажнике стоял автономный бензиновый отопитель салона, на ЛУАЗ-969 (двигатель спереди) этот же отопитель зимой подогревал холодный двигатель перед запуском. Бензин в камере сгорания отопителя воспламенялся при помощи свечи накаливания, после ро́зжига горение поддерживалось самостоятельно.

Автономные отопители салона устанавливались на автобусах семейства «Ikarus», самосвалах Tatra 138, Tatra 148, Tatra T815.

Подобные агрегаты получили самое широкое распространение для обогрева унифицированных герметизированных армейских кузовов типа КУНГ — обогреватели ОВ-65 и ОВ-95, работающие на дизельном топливе. Аналогично устроен обогреватель салона вертолёта Ми-8.

Стандарты [ править | править код ]

Размеры для свечей с закрытыми спиралями:

• ISO/DIS 6550-1, 6550-2, 6550-3
• ОСТ 37.003.091-92 «Свечи накаливания со спиралью в оболочке автотракторных дизелей. Технические требования. Методы испытаний».

Как работают и для чего нужны свечи накаливания в дизельном двигателе

В дизельном двигателе топливовоздушная смесь самовоспламеняется за счет сильного нагрева воздуха в процессе его сжатия в цилиндрах. Пока температура в камерах не достигнет нужного значения, мотор находится в режиме «холодного пуска». Если эксплуатационные условия при этом будут отличаться от нормальных (например, температура окружающей среды будет ниже +5 °С), двигатель будет запускаться слишком долго. Чтобы этого не произошло, применяются свечи накаливания, принцип работы которых аналогичен погружному электронагревателю. О том, как устроена свеча накаливания и какую функцию выполняет в дизельном двигателе и пойдет речь далее.

1. Принцип работы и функции свечи накаливания
2. Устройство и виды свечей накаливания
3. Управление свечами накаливания
4. Неисправности свечей накаливания в дизельных двигателях

Принцип работы и функции свечи накаливания

Основное предназначение свечи накаливания – это прогрев внутреннего пространства камеры сгорания. А потому для каждого цилиндра устанавливается своя свеча. В отличие от бензиновых двигателей она не генерирует искру, а лишь прогревает воздух для запуска мотора.

В зависимости от конструкции самого дизельного двигателя, эти свечи могут устанавливаться в различных местах:

• в вихревой камере;
• в форкамере (предкамера);
• в камере сгорания.

При включении зажигания от аккумулятора на свечи накаливания поступает напряжение. Это позволяет разогреть воздушное пространство в зоне впрыска топлива до высоких значений температуры 850-1350°С. Когда происходит нагрев, на приборной панели автомобиля загорается индикатор состояния нагревателей (свечей).

Если лампочка индикатора гаснет, это означает, что требуемая температура достигнута и двигатель может быть запущен. После запуска силового агрегата свечи накаливания продолжают цикл разогрева, пока датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя не покажет 75 °С. В стандартном режиме это занимает не более 3 минут с момента запуска мотора.

Схема подключения свечей накаливания

Основными характеристиками свечей накаливания являются следующие параметры:

• скорость нагрева;
• объем нагрева;
• габаритные размеры;
• адаптация к параметрам камеры сгорания.

Устройство и виды свечей накаливания

Конструктивно эти свечи состоят из: корпуса, нагревательного элемента и клеммы подключения к питанию.

В верхней части корпуса присутствует резьба, позволяющая зафиксировать нагреватель на двигателе. Нагревательный элемент состоит из спирали с защитной оболочкой, которая может быть выполнена из металла или керамики. Ранее применялись конструкции с открытой спиралью, которые сегодня можно встретить в старых моделях авто. Такая система не отличалась долговечностью.

Устройство свечи накаливания

В конструкции с металлической защитной оболочкой наконечник нагревателя выполняется из сплава железа, хрома и никеля, устойчивого к воздействию высоких температур. Внутри него находятся нагревательная и регулировочная спирали.

Нагревательная спираль выполняет разогрев воздуха, и ее сопротивление не зависит от температуры. Регулировочная спираль путем повышения сопротивления выполняет регулировку интенсивности накаливания, предотвращая перегрев. Внутреннее пространство наконечника заполняется изолятором из оксида магния.

Кроме классических конструкций существуют турбосвечи, которые имеют специфическую форму корпуса и конический наконечник, что позволяет сократить утечки. Применяются такие модели в гоночных автомобилях.

Керамические свечи накаливания имеют аналогичную конструкцию, но вместо металла и защитная оболочка, и нагревательный элемент выполняются из керамики.

Спираль в нагревателе может быть целостной (моноспираль) или двойной. В первом случае она одновременно выполняет и функции накаливания, и при этом самостоятельно регулируется, препятствуя разогреву до критических температур. Конструкции с двойной спиралью применяются сравнительно недавно. Они позволяют более точно регулировать температурный режим нагревательного элемента на всех режимах работы двигателя.

Управление свечами накаливания

Охлаждение нагревательного стержня осуществляется за счет потока топливно-воздушной смеси на такте подачи и потока воздуха на такте сжатия. Снижение температуры происходит при увеличении скорости, а повышение – при стабильной работе двигателя. Для компенсации и регулирования этих процессов в современных автомобилях задействуется электронный блок управления двигателем (ЭБУ), который подает на свечу такое напряжение, которое оптимально соответствует текущему режиму работы мотора.

Помимо этого ЭБУ может осуществлять экстремальный разогрев свечи накаливания (за максимально короткие промежутки времени до 2 секунд). Наиболее прогрессивные системы предусматривают возможность независимого управления каждой свечой с помощью полупроводниковых элементов, что также упрощает процесс диагностики их состояния.

Неисправности свечей накаливания в дизельных двигателях

Срок службы свечи зависит от ее конструктивных особенностей, материала электрода и условий эксплуатации. Штифтовые конструкции в среднем имеют ресурс до 30 тысяч километров пробега, но некоторые наиболее качественные способны обеспечивать бесперебойную работу до 60 тысяч километров эксплуатации.

Выполнять проверку неисправности свечей в дизельном двигателе лучше всего до наступления холодов, поскольку летом проблемы могут вовсе не проявляться. Наиболее распространенными неполадками этого элемента являются:

• обрыв спирали;
• разрушение или оплавление нагревательного стержня;
• повреждение резьбы монтажного соединения.

Причинами неполадок могут служить как естественные процессы, так и нарушения правил эксплуатации. В их числе:

• перегрев нагревательного элемента при подаче слишком высокого напряжения;
• неисправность двигателя и нарушение режимов впрыска топлива;
• загрязнение форсунок мотора;
• повреждение корпуса наконечника;
• некорректная установка свечи в двигатель;
• электрохимическая коррозия;
• неисправность электронного блока управления.

Для более эффективной работы свеча должна устанавливаться точно на периферии воронки топливовоздушной смеси. При этом она должна быть продвинута достаточно глубоко в камеру сгорания или в форкамеру. Диагностику и замену этого элемента следует доверять профессионалам.

Свечи накала на дизеле

Свеча накаливания, или калильная свеча — важная деталь дизельного двигателя, облегчающая его холодный пуск. Основное отличие от свечи зажигания представлено отсутствием искры, поэтому конструктивно свеча накаливания является обычным электронагревательным элементом.

Назначение свечей накала

Свечи накала используются в дизельных двигателях внутреннего сгорания с целью нагрева воздушных масс в цилиндрах до момента запуска. Работоспособная калильная свеча заметно увеличивает ресурс силовых агрегатов и предотвращает чрезмерные нагрузки, возникающие при запуске двигателя в холодное время года. Запуск и прогрев дизеля сменяется распылением топлива, подающегося через форсунки, а контакт со свечой способствует улучшению процесса подготовки топливной смеси.

ВАЖНО: Запуск дизеля в холодных погодных условиях и дальнейшая стабильная работа двигателя напрямую зависят от работоспособности свечей накаливания.

Особенности принципа работы

Стандартная свеча накаливания – электронагревательный элемент погружного типа со спиральным резистором. Внутри камеры сгорания располагается стержневая часть свечи, а её конец находится на границе рабочей топливной смеси. При повороте ключа и включении стартера, свеча накаливания подключается в автоматическом режиме, а на приборном щитке загорается лампочка-индикатор. В процессе нагрева калильной свечи до высоких температурных показателей, происходит прогрев камеры сгорания и поступающих воздушных масс.

Пяти секунд свечного накала, в условиях непрогретого состояния, хватает исключительно для самостоятельного разогрева элемента, а проблема нагрева воздуха в этом случае обусловлена поступающими извне холодными воздушными массами. Основной задачей нагрева свечи накаливания является топливный подогрев до оптимальных показателей, необходимых для воспламенения от компрессии. Как только температурный режим повышается до заданного уровня – индикаторная лампочка на панели сразу гаснет, но подача напряжения на свечу сохраняется.

В момент двигательного запуска впрыскиваемое через форсунки топливо сильно нагревается и в процессе смешивания с воздушными массами легко испаряется, а компрессия позволяет топливо-воздушной смеси самовоспламеняться. Неисправность свечных элементов сопровождается отсутствием такого воспламенения, поэтому дизельный двигатель заводится не сразу, или может вообще не завестись. В условиях заведенного двигателя, свечам накала отводится второстепенная роль элемента системы топливного распыления и улучшения подготавливаемой рабочей смеси.

ВАЖНО: Свеча накаливания – твердое тело, отличающееся очень хорошими показателями теплопроводности, а конструктивные особенности и материал такого элемента дизеля напрямую зависят от типовых характеристик двигателя, параметров напряжения и сопротивления, уровня нагрева и некоторых других важных критериев.

Виды и их устройство

Выделяется несколько основных видов калильных свечей для моторов дизельного типа:

• открытые элементы, отличающиеся отсутствием на спирали защитного чехла;
• закрытые или штифтовые свечи накаливания с защитной оболочкой и керамическим порошком в виде оксида магния.

Второй вариант имеет хорошие показатели тепловой отдачи, а теплообменные процессы на защищенной поверхности обеспечиваются подбором спирального сопротивления. Расположение свечи внутри дизеля таково, что топливо попадает непосредственно на нагретую свечную часть, поэтому элементы штифтового типа обладают лучшей прочностью и не окисляются, а также гарантированно долговечны. Для изготовления спирали используются никель, а стандартное основание выполняется на основе железо-хромо-никелевого сплава.

В зависимости от используемого для рабочей части материала, свечи накала могут быть:

• металлическими, с наличием «начинки» из оксида магния. При производстве применяются железо-кобальтовые или железо-хром-алюминиевые сплавы;
• керамического типа. Нагревательный элемент, выполненный из высокопрочной керамики, обладает особой устойчивостью к температурным перепадам. Для изготовления защитной оболочки применяется особый керамический материал в виде силиконового нитрита.

Керамический свечной элемент рассчитан на очень большие токовые показатели, что позволяет дизельному топливу разогреваться за пару секунд. Оба варианта могут использоваться при разных показателях сопротивления – от 0,5 до 1,8 Ом.

ВАЖНО: Свечи накаливания открытого типа – достаточно редкий в настоящее время вариант, массово применяемый исключительно на дизельных двигателях старого типа (Mersedes).

Как проверить свечи накала

Самостоятельно проверить работоспособность свечей накала можно несколькими способами, с участием двигателя или без него. Тестирование после демонтажа свечей осуществляется омметром или вольтметром в режиме напряжения. Для проверки, свеча подключается к аккумулятору – при этом «плюс» выводится на клемму, а «минус» – на свечной корпус. У исправного элемента наблюдается быстрый нагрев, сопровождающийся заметным свечением.

Не менее удобным и информативным является вариант тестирования работоспособности демонтированного элемента на шине, куда свечи устанавливаются концами вверх. В этом случае «масса» замыкается проводами с большим сечением на корпусе всех элементов.

ВАЖНО: При необходимости, проверка работоспособности калильных свечей может быть выполнена посредством отверстий форсунок, штифты которых после выкручивания элементов раскаляются в процессе нагрева, что свидетельствует об их исправном состоянии.

Правила выбора калильной свечи

Выбор свечей накала базируется на характеристиках автомобильного двигателя и технических параметрах электронного блока, что определяется:

• маркой автотранспортного средства;
• объемом дизельного двигателя;
• годом выпуска автомобиля;
• типом кузова.

Особое внимание при выборе необходимо уделять основным характеристикам свечи накала, представленным:

• диаметром, шагом резьбы;
• размерами под ключ;
• линейным размером рабочей части;
• типом подключения и количеством полюсов;
• показателями номинального напряжения;
• скоростью нагрева;
• материалом изготовления свечи.

Особенно востребованными являются три пусковые системы свечей:

• Suреr Quiсk Glоw с быстрым срабатыванием пуска/нагрева – элемент обладает парой реле для быстрого нагрева при запуске мотора и последующей постоянной работы;
• Sеlf-Rеgulаr Glоw и Аuto Glоw с регулируемым, автоматическим срабатыванием пуска/нагрева – элемент имеет единичное реле, которое отвечает за пусковой прогрев и последующую работоспособность.

Наибольшее распространение получили керамические калильные свечи стандарта Евро-5 и Евро-6 с улучшенной конструкцией и максимально быстрым прогревом.

ВАЖНО: К категории приоритетных для выбора и приобретения относятся керамические калильные свечи, что обусловлено удобством в работе и их максимальной надежностью.

Самостоятельная замена

Технология и этапы самостоятельной замены свечей накала на дизеле:

• дать автомобильному двигателю полностью остыть;
• открыть капот, после чего снять кожух;
• отсоединить провод с минусовой клеммы;
• демонтировать впускной коллектор;
• произвести визуальный осмотр и определить место расположения форсунок;
• открутить фиксирующие крепежи;
• снять кабельные наконечники;
• выполнить очистку отверстий форкамеры;
• прочистить свечные каналы;
• нанести на канавки смазочный состав;
• специальным ключом выкрутить свечи накала;
• динамометрическим ключом заменить неисправные элементы;
• надеть наконечники свечных проводов, после чего зафиксировать гайки;
• убедиться в оптимальной плотности установки элементов;
• подсоединить аккумуляторный провод-«минус».

На заключительном этапе работ осуществляется установка впускного коллектора и тестовый запуск двигателя. Стабильная работа мотора свидетельствует о правильной замене калильных свечей.

Как определить неисправность дизельного двигателя по состоянию свечи накала

Дизельные двигатели считаются наиболее эффективными с точки зрения КПД и расхода топлива. Экономичность двигателя, надёжность всех клапанов и цилиндро-поршневой группы полностью зависит от работы топливной аппаратуры. Продлить безупречную работу двигателя можно с помощью качественного технического обслуживания и своевременной диагностике неполадок.

Преждевременный ремонт двигателя необходим, если нарушаются параметры впрыска горючей смеси в цилиндры. Из-за этого происходит перегрев клапанов, поршней, гильз, поршневых колец и т.д. В таком случае двигателю необходим капитальный ремонт, при котором обязательно проводится точная шлифовка коленвала, восстановление геометрии цилиндров, регулировка зазоров и т.д.

Неполадки в дизельном двигателе

Моторы TDI содержат огромное количество датчиков, проводов, штекеров, магнитных клапанов, электронных элементов управления и т.д. Сложные технические особенности не позволяют сразу же определить причины неисправности мотора. Многие симптомы могут указывать на проблемы различного характера.

Чаще всего неудовлетворительная работа двигателя связана с увеличением расхода топлива, снижением мощности, неисправностью форсунок, неправильной регулировкой впрыска топлива, плохим техническим состоянием и т.д.

Как определить неисправность дизеля по состоянию свечи накала?

1. Если наконечник свечи расширен или сломан, наблюдается избыточная влажность, чрезмерное напряжение, неисправность регулятора и генератора.

2. Если наконечник отсутствует, неисправен блок управления, форсунки работают с перебоями, нарушена герметичность, а значит, точка распыления топлива выбрана неверно.

3. Деформация наконечника появляется при перегреве. Причиной может быть неправильная работа блока управления, сбой работы форсунок, нарушение герметичности, избыточное напряжение, проблемы с генератором и регулятором.

4. Вздутое кольцо на свече говорит про утечку масла и износ двигателя.

5. Если наконечник свечи касается её корпуса, то значит, свеча чрезмерно затянута или нужно проверить отверстие головки блока цилиндров на повреждение резьбы.

6. Трещины и любые повреждения наконечника указывают на функциональный сбой синхронизации, повреждение резьбы, плохую работу блока управления, неправильное направление форсунки или нарушение герметичности.

7. Слой нагара между корпусом и наконечником свидетельствует о неисправности форсунок, блока управления, нарушении герметичности.

8. Изогнутый контактный стержень говорит о том, что при затяжке использовался неподходящий инструмент. Также может быть повреждена резьба головки блока цилиндров.

Недостатки работы дизельных двигателей проявляются в тяжёлых условиях эксплуатации, при большом пробеге, невыполнении регламента эксплуатации и при использовании некачественного топлива. Своевременная диагностика и ремонт помогут избежать многих проблем с двигателем.