Urządzenie świecy zapłonowej

W benzynowych silnikach spalinowych świece zapłonowe służą do zapalania mieszanki paliwowo-powietrznej. Wyładowanie elektryczne o napięciu tysiąca woltów zachodzi między elektrodami świec zapłonowych w każdym cyklu silnika i w określonych momentach zapala mieszankę paliwowo-powietrzną wewnątrz cylindra.

Po raz pierwszy świeca zapłonowa, jaką znamy do dziś, została opracowana w 1902 r. Przez naukowca Roberta Boscha, aby była zasilana przez magneto wysokiego napięcia, zaprojektowane w warsztacie jego tytułowej firmy. Od tego momentu świece zapłonowe zaczęły być szeroko stosowane w silnikach spalinowych, a urządzenie świecy zapłonowej wciąż nie zostało zmienione strukturalnie, ewoluowały tylko użyte w nim materiały.

Zasadniczo świeca zapłonowa zawiera następujące główne elementy: metalową obudowę, izolator i centralny przewodnik. Niektóre świece zawierają dodatkowo wbudowany rezystor między elektrodą środkową a stykiem. W każdym razie trzy zmodyfikowane elementy są podstawą każdej świecy zapłonowej.

Na górze świecy znajduje się zacisk kontaktowy, do którego podłączone są przewody wysokiego napięcia układu zapłonowego lub oddzielna cewka wysokiego napięcia. Wzory mogą się różnić, ale częściej kontakt zatrzaskowy jest mocowany na świecy lub mocowany nakrętką. Zwykle wyjście centralnego przewodu do zacisku stykowego jest uniwersalne: styk zatrzaskowy jest montowany na gwincie i, jeśli to konieczne, można go łatwo odkręcić.

Izolator świec jest zwykle wykonany z ceramiki tlenku glinu, której odporność termiczna osiąga 1000 ° C, a napięcie przebicia wynosi co najmniej 60 kV. To skład izolatora i jego wymiary determinują znakowanie termiczne danej świecy. Najważniejsza jest górna część izolatora, która ma bezpośredni kontakt z elektrodą, decyduje o tym, jak dobrze będzie działać ta świeca.

Na krawędziach izolatora wykonano przedłużenie ścieżki żeber prądowych, aby skomplikować awarię elektryczną na jego powierzchni. To rozwiązanie jest równoważne z wydłużeniem izolatora. Pomysł zastosowania ceramiki w konstrukcji wysokonapięciowej świecy zapłonowej należy do niemieckiego inżyniera Gottloba Honolda.

Podstawą korpusu świecy jest tak zwana „osłona”, która służy do instalowania i mocowania świecy na gwincie w głowicy cylindra, a także do usuwania ciepła zarówno z izolatora, jak i elektrod. Spódnica przewodzi prąd elektryczny między elektrodą boczną świecy a „masą” układu elektrycznego pojazdu. Nad płaszczem zainstalowana jest uszczelka chroniąca przed przebiciem gazów palnych z komory spalania na zewnątrz.

Boczna elektroda świecy wykonana jest ze stali stopowej z manganem i niklem. Jest przyspawany do korpusu świecy przez zgrzewanie oporowe. Elektroda ta jest zawsze bardzo gorąca podczas pracy silnika spalinowego, co może prowadzić do zapłonu jarzeniowego. Niektóre świece mają kilka bocznych elektrod.

Trwałość tych elektrod można uzyskać, jeśli są one pokryte powłoką z metali szlachetnych, takich jak platyna - w ten sposób powstają droższe świece, które mogą wytrzymać 100 000 kilometrów, co czasami jest korzystne, ponieważ w silnikach w kształcie litery V wymiana świecy jest bardzo czasochłonnym procesem.

Sam korpus świecy może również pełnić rolę elektrody bocznej; od 1999 r. Takie świece pojawiły się na rynku pod nazwą świec zapłonowych z komorą plazmową. Są wyposażone w specjalną żaroodporną dyszę kulistą.

Iskiernik w takich świecach jest okrągły, a wyładowanie elektryczne porusza się tutaj po okrągłej ścieżce, a pierwotny zapłon mieszaniny powietrze-gaz zachodzi w komorze wstępnej. To rozwiązanie zapewnia samoczyszczenie elektrod, ponieważ są one stale dmuchane, co zapewnia przedłużenie żywotności świecy. Jak skuteczne świece przedkomorowe są nadal kwestią sporną.

Rdzeniem świecy zapłonowej jest elektroda środkowa. Jest on podłączony do styku produktu za pomocą szklanego szczeliwa z rezystorem. Ma to na celu zmniejszenie zakłóceń radiowych powodowanych przez układ zapłonowy. Elektroda centralna jest wyposażona w końcówkę wykonaną ze stopów żelazo-nikiel z dodatkiem chromu i miedzi. Itr może być natryskiwany, czasami może również wystąpić lutowanie platynowe lub elektroda może być rafinowana i wykonana w całości z irydu.

Centralna elektroda świecy zapłonowej jest w zasadzie jej najgorętszą częścią. Ponadto musi zapewnić odpowiedni poziom emisji elektronów, aby iskra pojawiła się na nim, podobnie jak na katodzie, z łatwością.

Ponieważ pole elektryczne ma maksymalne natężenie na krawędziach elektrody, iskra powstaje dokładnie między ostrą krawędzią elektrody środkowej a krawędzią elektrody bocznej, dlatego w tych miejscach obserwuje się największy efekt erozji elektrycznej.

W dawnych czasach kierowcy od czasu do czasu zdejmowali świece i usuwali ślady erozji z elektrod. Teraz problemowi temu zapobiegają stopy stosowane w końcówkach (platyna, itr, iryd), które zapewniają elektrodom dłuższą żywotność.

Odległość między elektrodą boczną obudowy a elektrodą środkową świecy tworzy szczelinę dla iskry. Rozmiar szczeliny jest kompromisem między zdolnością do przebicia się przez szczelinę w mieszaninie sprężonego powietrza i benzyny a objętością plazmy, która występuje podczas rozpadu. Im większa szczelina - im większa iskra, tym większe prawdopodobieństwo zapłonu mieszanki paliwowej, tym niższe wymagania dotyczące jakości paliwa.

Ale zbyt duży prześwit może doprowadzić do uszkodzenia suwaka, przewodów i innych części samochodu. Szersza szczelina jest trudniejsza do przebicia przez iskrę i będzie miała tendencję do przenikania przez izolację.

Większa przerwa wymaga większego napięcia do normalnego iskrzenia. Jednak układ zapłonowy ma stałą wartość napięcia, ale szczelinę na świecy zapłonowej można zasadniczo zmienić. Ponadto, im ostrzejsze elektrody, tym łatwiej jest przebić wysokie napięcie przez szczelinę. Ale im wyższe ciśnienie w mieszance paliwowej, tym trudniej jest przebić się przez szczelinę. Potrzebny jest również kompromis.

Luz świec zapłonowych nie jest jednokrotnie ustawianą stałą wartością. Musi być dostosowany do konkretnego bieżącego trybu pracy silnika. Podczas konwersji samochodu na skroplony i sprężony gaz iskiernik zmniejsza się z powodu wyższego napięcia przebicia niż mieszanina powietrze-gaz.