Нижняя граница указанного температурного диапазона определяется условием самоочищения теплового конуса изолятора свечи от нагара. Для быстрого прогрева до температуры самоочищения при пуске двигателя и достаточного нагрева при работе двигателя на режимах холостого хода и частичных нагрузок тепловой конус изолятора свечи должен иметь максимально допустимую длину. В то же время тепловой конус изолятора и центральный электрод не должны нагреваться до температуры свыше 850—900°C при работе двигателя с полной нагрузкой во избежание воспламенения топливовоздушной смеси от накаленных частей свечи до появления искры между электродами.
Калильное зажигание характеризуется падением развиваемой двигателем мощности, а также резким повышением температуры и давления газов в цилиндре, приводящим к серьезным неисправностям: прогару поршня, разрушению деталей кривошипно-шатунного механизма, оплавлению выпускного клапана, изолятора и электродов свечи зажигания. В связи с тем, что при раннем воспламенении топливовоздушной смеси газы находятся в цилиндре больше времени при высокой температуре, резко возрастает температура стенок камеры сгорания. Оплавление электродов не обязательно свидетельствует о том, что именно свеча была причиной калильного зажигания. Часто электроды свечи, и без того испытывающие высокие тепловые нагрузки, выгорают в результате калильного зажигания от каких-либо деталей, находящихся в камере сгорания.
Условия работы свечей зажигания на различных двигателях существенно отличаются, тогда как температурные пределы нормальной ее работоспособности практически одинаковы. Поэтому невозможно создать свечу, одинаково хорошо работающую на всех двигателях. Свечи различают, в основном, по тепловой характеристике, под которой понимается ее способность воспринимать теплоту от рабочих газов в цилиндре и передавать ее в окружающую среду, нагреваясь до температур, находящихся в определенном диапазоне. Тепловую характеристику изменяют за счет уменьшения или увеличения количества теплоты, поступающей в свечу, добиваясь наилучшего теплоотвода от нее.
Количество теплоты, передаваемой свече, зависит от степени сжатия, формы камеры сгорания, материала поршня и головки блока цилиндров, способа охлаждения, нагрузки и частоты вращения коленчатого вала двигателя. Чем больше количество теплоты, выделяемой в камере сгорания, тем больше должна быть теплоотдача свечи.
Теплоотдача от свечи в окружающую среду осуществляется через ее корпус, изолятор, центральный и боковой электроды (рис. 3) часть теплоты (около 20 %) отводится от свечи поступающей в камеру сгорания свежей топливовоздушной смесью.
Рис. 3. Свеча зажигания и ее тепловой баланс
Теплоотдача свечи зависит от длины теплового конуса изолятора. При наличии длинного теплового конуса изолятора отвод теплоты от него затрудняется. Свеча с длинным тепловым конусом получает большое количество теплоты и плохо охлаждается. Такую свечу принято называть «горячей» (рис. 4). Короткий тепловой конус изолятора, обеспечивающий хорошую теплопередачу, характерен для «холодных свечей». При установке «горячей» свечи на форсированный быстроходный двигатель возникнет калильное зажигание, тогда как на изоляторе «холодной» свечи, установленной на тихоходном двигателе с низкой степенью сжатия, будет откладываться нагар, шунтирующий искровой промежуток.
Рис. 4. Конструкции свечей с различными тепловыми характеристиками
Тепловую характеристику свечи зажигания оценивают калильным числом — величиной, пропорциональной среднему индикаторному давлению, при котором во время испытания свечи на специальной двигательной установке с одноцилиндровым двигателем возникает калильное зажигание. Калильное число выбирается из следующего ряда чисел: 8, 11, 14, 17, 20, 23 и 26. Малые значения калильных чисел относятся к «горячим» свечам, высокие значения — к «холодным» свечам.
В некоторых странах за калильное число принимают время, в течение которого эталонный двигатель работает до начала калильного зажигания. Так, калильные числа свечей зажигания фирмы «Bosch» находятся в пределах 45—260 условных единиц.
«Холодная» свеча с высоким калильным числом не обеспечивает необходимый тепловой режим изолятора при работе двигателя в режиме холостого хода и малых нагрузках (рис. 5, кривая 2). Очевидно, что на этих режимах обеспечивается нормальная работа «горячей» свечи с меньшим калильным числом (кривая 1). Однако при этом существует опасность перегрева изолятора и центрального электрода и даже возникновения калильного зажигания при работе двигателя с полной нагрузкой. Применением свечи «термопластик» (кривая 4) обеспечивается нормальная ее работа в более широком диапазоне нагрузок двигателя.
Рис. 5. Зависимости температуры Тк тепловых конусов изоляторов свечей от нагрузки Р двигателя: 1 - «горячей»; 2 - «холодной»; 3 - «нормальной»; 4 - типа «термопластик»
Комментарии посетителей