Главная цель всей электросистемы автомобиля – подача заветной «искорки» на двигатель, так что свечу зажигания можно считать финальной деталью во всей цепи. В этой статье будут рассмотрены все вопросы, связанные со свечами зажигания (СЗ), их техническими характеристиками и методикой выбора. 

Общие понятия, назначение

Назначение свечи зажигания – создание искры (электрического разряда), поджигающей топливно-воздушную смесь в камере сгорания цилиндра мотора. То есть она должна вовремя и с должной мощностью срабатывать на каждом полном цикле двигателя. Нормальная (штатная) работа мотора зависит от качества искры: чем лучше поджигается топливо в камере сгорания, тем выше будет мощность двигателя. Некачественная работа СЗ приводит к проблемам: увеличению расхода топлива, неполному сгоранию (повышенный выброс СО), потерям мощности, быстрому износу. Так что контроль состояния и своевременная замена свечей зажигания – одна из важных составляющих регулярного техобслуживания.

Принцип действия свечи зажигания достаточно простой: на центральный электрод (катод) подается напряжение 25-30 тыс. вольт, в результате чего между ним и отрицательным электродом (анодом) происходит электрический разряд – высоковольтная дуга, поджигающая топливо в цилиндре двигателя. Все модификации и новинки, существующие на рынке сегодня, призваны улучшить определенные характеристики, но сама суть работы свечей не меняется.

Конструкция свечей зажигания

1. Контактная гайка. 2. Ребра изолятора. 3. Контактный стержень.
4. Изолятор. 5. Корпус. 6. Токопроводящий стеклогерметик (резистор).
7. Уплотнительное кольцо. 8. Теплоотводящая шайба. 9. Центральный электрод.
10. Тепловой конус изолятора. 11. Рабочая камера.
12. Боковой электрод. h – искровой зазор.

1. К контактной гайке подключаются высоковольтные провода, идущие от катушки зажигания или (в старых автомобилей) распределителя. Контактная гайка чаще всего выполняется с утолщениями под защелку (SAE, евростандарт) либо с резьбой (стандарт РФ).

2. Ребристая часть изолятора предохраняет от пробоев с контактного стержня на поверхность, образуя барьеры тока.

3. Контактный стержень вытачивается из стали, с нарезкой всех необходимых конструктивных элементов.

4. Изолятор выполняется чаще всего из керамики с добавлением оксида алюминия. Материал изолятора должен выдерживать колебания температур от 70° до 2500°С (в момент сгорания топлива), сохраняя при этом прочность и диэлектрические свойства. На данный момент каждый производитель использует собственные рецептуры для изготовления изоляторов, при этом основа остается неизменной.

 5. Корпус – металлическая часть свечи зажигания, с шестигранником под ключ и резьбой для фиксации в корпусе двигателя (свечном колодце). Материалом для корпуса служит легированная сталь, имеющая достаточную прочность (твердость 125-250 по Биннелю). Поверхность покрывается оксидированным или хромированным покрытием, препятствующем окислению.

6. Современные модели СЗ снабжаются резисторами, гасящими возникающие при работе радиопомехи. Для уплотнения стержня и электрода в пазу изолятора используется токопроводящий стеклогерметик, служащий подавителем помех.

7. Для герметизации свечи в корпусе двигателя используется уплотнитель: кольцевой или конусный. Для кольцевых используется дополнительная изолирующая прокладка, а конусная шайба сама по себе хорошо уплотняет свечу при вкручивании в корпус.

8. Теплоотводящая шайба предназначена для лучшего охлаждения свечи и расширения ее теплового диапазона. Чем лучше происходит процесс охлаждения, тем меньше оседает нагара на электродах и изоляторе, повышается надежность и долговечность свечи.

9. Центральный электрод – одна из основных деталей в свече зажигания. Изначально материалом изготовления служила сталь, в настоящее время он может иметь биметаллический состав, с проводящим сердечником и теплоотводящим непрогорающим покрытием. Состав и толщина центрального электрода – один из основных параметров, влияющих на продолжительность эксплуатации свечи.

10. Тепловой конус изолятора – выступающая в камеру сгорания часть изолятора, служащая для отвода тепла. От высоты конуса зависит калильное число свечи – будет она «теплой» или «холодной».

11. Рабочая камера – пустое пространство, благодаря которому легче происходит поджиг воздушно-топливной смеси. Существуют свечи со специальным расширением рабочей камеры (факельные), используемые в некоторых типах двигателей.

12. Боковой электрод, на который идет разряд с центрального. Его часто называют «массой» (по аналогии с дуговым разрядом на массу). Производители предлагают свечи с разным количеством, формой и составом сплава боковых электродов, улучшая эксплуатационные характеристики и срок службы.

В магазинах можно найти десятки разновидностей свечей зажигания, и, чтобы не ошибиться с выбором, необходимо знать, какие характеристики подходят под каждый конкретный двигатель: размеры, калильное число, искровой зазор, материал и количество электродов и т.д.

Калильное число свечи зажигания: одна из основных характеристик.

Чтобы понимать, насколько важен точный подбор калильного числа, нужно понимать суть разницы калильного и искрового зажигания.

В бензиновых ДВС используется искровое зажигание: в момент сжатия топливно-воздушной смеси происходит ее поджиг искрой от СЗ. Правильный момент поджига обеспечивает оптимальную работу двигателя: при полном сжатии происходит полное сгорание, а значит, повышается мощность давления на поршень. Для этой цели и служит вся сложная система клапанов, датчиков и реле, тонко регулирующая происходящие процессы.

В случае, если свеча зажигания перегревается, ее электроды раскаляются настолько, что поджигают топливную смесь без искры – происходит калильное зажигание. Проблема этого процесса в том, что поджиг происходит не в нужный момент, а когда попало, вызывая вибрацию, падение мощности, повышенный расход топлива, неполное сгорание и т.д. Поэтому калильное зажигание – процесс, которого необходимо избегать, а значит, подбирать свечи с оптимальным калильным числом.

Казалось бы, нужно только позаботиться о качественном теплоотводе, чтобы устранить недостаток. Но при чрезмерном охлаждении свечи возникает другая проблема: на конус изолятора и электроды оседают продукты сгорания бензина, а недостаточная температура не дает свече самоочищаться, и это приводит к тому, что свеча вообще перестает работать. Другими словами, чрезмерно «горячая» свеча – плохо, но и слишком «холодная» не лучше. Именно оптимальный температурный показатель для каждой свечи, соответствующий определенным особенностям топлива и конструкции двигателя, и назвали калильным числом.

Калильное число зависит от типа и мощности двигателя: на, условно говоря, гоночные автомобили ставятся «холодные» свечи с коротким изолятором, усиленным теплоотводом и улучшенным искрообразованием. А вот на «тихоходах» они очень быстро зарастут нагаром и придут в негодность. На слабых двигателях лучше использовать «горячие» свечи, которые будут нагреваться до температуры самоочистки (500-550°С). Понятно, что чем больше оборотов делает двигатель (выше скорость езды), тем больше будет нагреваться свеча. Нагрев зависит и от топлива: чем выше октановое число, тем больше температура горения.

Условно свечи разделяют на «холодные», «средние» и «горячие». Для обычного автолюбителя оптимальным будет выбор «средних» либо же унифицированных свечей.

«Горячая» свеча (слева) с длинным путем отведения тепла
и «холодная» свеча (справа) с коротким конусом и хорошим охлаждением

Каждый производитель принимает собственный способ определения и маркировки калильного числа: у европейских и российских производителей это показатель времени, за которое свеча разогревается до калильного зажигания, так что, чем выше указываемая цифра – тем «холодней» свеча (долго разогревается), и наоборот, более низкие показатели говорят о том, что свеча «горячая» (греется быстро).

А вот американские свечи маркируются в обратном порядке: чем выше цифра – тем «горячей» свеча.

Чисто визуально тип свечи можно определить по выносу (длине) конуса изолятора: чем он длинней, тем дольше будет идти охлаждение, а значит, быстрей будет нагреваться. Длинный изолятор – «горячая» свеча, короткий – «холодная».

Искровой зазор и материал электродов: классические, платиновые и иридиевые свечи

Чем меньше расстояние между электродами, тем легче проходит разряд, а значит, для возникновения искры нужно меньше энергии. Казалось бы, установить зазор поменьше и экономить ресурс аккумулятора – верное решение.

Но задача свечи – поджечь топливную смесь, чтобы объем сгорания был максимальным, а для этого нужен… больший искровой зазор, дающий больше пространства для поджига и более мощную искру.

Разрешить это противоречие можно путем уменьшения толщины центрального электрода: чем он тоньше, тем меньше нужно энергии для преодоления большего расстояния. Чистая сталь или никелевый сплав с медным сердечником для этой цели не подходит: тонкий электрод быстро прогорает, выводя свечу из строя. Поэтому в новейших конструкциях используются сплавы инертных металлов: платины, золота, серебра, иридия, палладия. Эта инновация привела к появлению на рынке свечей зажигания с особо тонким центральным электродом: например, свечи зажигания NGK (производства японской компании NGK Spark Plug Co. Ltd) имеют толщину центрального электрода всего 0,4 мм. Многие производители наносят «островок» драгоценного сплава и на боковой электрод, что позволяет увеличить искровой зазор в 3,5 раза при сохранении прежнего уровня энергозатрат.

Автолюбители, решив приобрести качественные и долговечные свечи зажигания, делают выбор между платиновыми и иридиевыми.

Преимущества платиновых свечей:

• очень долгий ресурс (до 100 000 км), позволяющий не беспокоиться о замене свечей;

• тонкий электрод дает большую искру, а значит, улучшает качество поджига топливной смеси;

• электроды не выгорают, зазор между ними не меняется;

• на основной электрод подается меньшее напряжение, а значит, он работает более стабильно в течение длительного времени;

• выше температура искры, что позволяет поджигать даже обедненную воздушно-топливную смесь и может использоваться в двигателях с нагнетателями воздуха.

Преимущества иридиевых свечей практически полностью дублируют платиновые плюс еще несколько моментов:

• еще больше стойкость материала к окислению и выгоранию;

• прочность иридия выше, чем у других металлов;

• температура плавления значительно выше, чем у платины;

• иридиевая свеча может стабильно работать в большом диапазоне нагрузок.

Некоторые компании (например, японская копания, производящая свечи зажигания DENSO) продолжают разработку различных присадок к сплавам, повышающим эксплуатационные характеристики. Одна из последних новинок – иридиево-родиевый сплав, используемый в запатентованной продукции.

Использование высокотехнологичных свечей зажигания не только позволяет надолго забыть о проблеме замены, но и является одним из факторов экономии топлива в ближайшем времени и увеличения ресурса двигателя в долгосрочной перспективе.

Однако в некоторых случаях будет более целесообразным использование простых никелевых свечей: при большом износе двигателя на свечах будет оседать масло, а значит, даже дорогие свечи не отслужат положенный ресурс. Также использование некачественного бензина делает покупку дорогих свечей просто бесполезной: даже на иридиевом электроде будет образовываться нагар, дестабилизирующий работу свечи.

Количество, форма и расположение электродов. Два или больше?

Какой бы качественной ни была свеча зажигания, а дополнительная надежность никогда не повредит. Сейчас в продаже есть множество вариантов свечей с двумя, тремя или четырьмя электродами массы, часто имеющими не гладкую, а ребристую внутреннюю поверхность. Для чего это делается и какие преимущества они дают? 

Несколько электродов являются своеобразной страховкой от не-возгорания: во время работы свечи разряд будет проходить между наиболее близкой парой электродов. И, конечно, при этом они будут постепенно деградировать (окисляться, выгорать). При наличии одного электрода массы свечу приходится периодически калибровать, устанавливая нормальный искровой зазор. А вот несколько электродов становятся более надежной гарантией зажигания: когда один выходит из строя, следующий продолжает функционировать.

Вопреки распространенному мнению, четыре электрода не дадут четыре искры вместо одной, но в четыре раза повысят надежность свечи, даже при выработанном ресурсе.

С этой же целью на электродах делаются V-образные или U-образные распилы: разряд на одну сторону электрода повышает срок его службы.

U-образный распил основного электрода

В большинстве случаев один боковой электрод располагается над центральным, то есть разряд идет по центральной оси. Несколько электродов так разместить невозможно, и они окружают центральный с боков, благодаря чему искра проходит перпендикулярно оси свечи. В чем тонкость?

Боковое расположение электродов выгодней тем, что пространство под свечой (камера сгорания) остается полностью открытым: ничто не мешает равномерному распределению пламени от искры. А чем равномерней происходит сгорание, тем лучше распределяется нагрузка на поршень, обеспечивая оптимальную балансировку и снижая вибрацию при работе.

Свечи зажигания с V-образным распилом центрального электрода (слева) 
и с тремя электродами массы (справа)

Таким образом, несколько боковых электродов увеличивают ресурс и стабильность работы как самой свечи, так и двигателя в целом.

Распространение пламени при вертикальном (а)
и боковом (б) расположении электродов массы

Обобщая информацию о применении материалов и инноваций в изготовлении свечей зажигания, можно сделать вывод: использование драгоценных металлов и передовых технологий обеспечивает более высокую надежность, лучшую защиту от перегрева и эрозии, более продолжительный ресурс использования. Но и цена будет соответственно выше.

Линейные размеры: что важно учитывать при выборе

Если в вопросе материалов и особенности конструкции можно делать выбор на свое усмотрение, то размерность свечи должна точно соответствовать техническим требованиям двигателя. При подборе учитываются такие характеристики:

• Тип (форма) контактной гайки – резьба М4 или SAE-подключение (евростандарт). Некоторые производители (например, NGK) делают съемный евро-контакт, накручивающийся на резьбу;

• Длина резьбовой части. Точное соответствие важно при установке свечи: слишком длинная свеча будет слишком глубоко вкручена в камеру сгорания, что нарушит расчетное распределение пламени. Кроме того, поршень может ударяться о свечу, что в кратчайшие сроки выведет его из строя. Короткая свеча не обеспечит качественный поджиг: искра будет слишком далеко от максимальной концентрации топливно-воздушной смеси, а значит, будет происходить неполное сгорание со всеми вытекающими последствиями;

• Диаметр резьбовой части. Здесь всё понятно: он должен соответствовать диаметру резьбы свечного колодца, без малейших отклонений;

• Шаг резьбы – те же требования, что и к диаметру;

• Размер под ключ (диаметр шестигранного расширения корпуса) учитывается при установке для подбора подходящего инструмента;

• Момент затяжки (L) – показатель для динамометрического ключа. Слишком слабая затяжка не даст достаточной герметизации в корпусе, а слишком сильная как минимум сломает свечу, а как максимум выведет из строя резьбу свечного колодца. При отсутствии динамометрического ключа используется показатель угла затяжки: на указанный угол подкручивается свеча простым ключом;

• Вид уплотнителя: конус или кольцо. Также определяется конструкцией двигателя, и установка «неродной» свечи не позволит мотору нормально работать.

Взаимозаменяемость и методика выбора свечей

Автовладельцев часто интересует вопрос: можно ли ставить на автомобиль свечи разных производителей, и как определить, подходит ли та или иная свеча для данного двигателя?

Габаритно-присоединительные размеры – это то, что должно учитываться в первую очередь. Здесь отклонения недопустимы, и ориентироваться нужно в первую очередь на них. Свечи с неподходящим шагом резьбы или диаметром шестигранника не получится установить на место.

Второй критерий – калильное число свечи, которое должно соответствовать типу двигателя, режиму использования автомобиля и качеству топлива. Как правило, в процессе эксплуатации владелец автомобиля сам определяет, какие свечи лучше всего работают в его машине (либо получает консультацию специалиста).

Производители выпускают свечи с разными характеристиками, что позволяет выбрать для своего автомобиля изделия той фирмы, которой доверяет автолюбитель. Информация о том, какие свечи соответствуют определенной модели двигателя, всегда есть у официальных представителей, и если хочется приобрести новейшие «супер-свечи», можно всегда проконсультироваться у продавца.

Ресурс свечей зажигания

Каждый производитель указывает ресурс службы свечи зажигания – определенное количество километров пробега. Если речь идет об импортных свечах, то и ресурс рассчитан на европейские дороги и европейский же бензин. А что у нас?

В украинских реалиях ресурс СЗ можно смело делить на два: сложные дороги, некачественный бензин, холодная и влажная зима. Поэтому, если на свече указан ресурс, например, 20 тыс. км, то при тяжелых условиях эксплуатации они могут уже через 10 тыс. км быть совершенно непригодными к использованию. Поэтому ориентироваться лучше не на километраж, а на техническое состояние самой свечи.

Владельцам автомобилей на газу нужно учитывать, что использование газа снижает срок эксплуатации свечей: температура сгорания газа выше, чем бензина, а значит, и нагрузка на свечи будет больше.

С другой стороны, на новом автомобиле со всеми отлично работающими узлами свеча вполне может отслужить заявленный ресурс. Тем более что новые машины редко заправляют дешевым бензином или заливают некачественное моторное масло.

В любом случае, свечи зажигания необходимо регулярно осматривать, чтобы вовремя выявлять возникающие проблемы, а если они отслужили своё – менять, не дожидаясь серьезных поломок.

Проблемы свечей зажигания и двигателя

На состояние СЗ нужно обратить внимание при таких проблемах:

• двигатель плохо запускается;

• мотор «троит» - продолжает работать при выключенном зажигании, подергивается на холостом ходу;

• уменьшилась мощность, что заметно при подъемах и резких наборах скорости;

• увеличился расход бензина;

• увеличился процент СО в выхлопе.

Часто причиной преждевременного выхода из строя свечи зажигания является неправильный выбор свечи относительно параметров автомобиля.

Слишком «холодная» свеча быстро покроется нагаром, закрывающим электроды. Как следствие – пробои искры, несвоевременный поджиг. Такая свеча визуально будет темной, закопченной, с черным слоем на корпусе, изоляторе и электродах.

Чрезмерно «горячая» свеча хорошо очищается, но увеличивает риск калильного зажигания. Визуально ее можно определить по светлому (белому) изолятору и черным окислам на электродах.

 При длительном перегреве свечи существует опасность полного прогорания электродов, перегрева и повреждения керамического изолятора. В случае попадания осколков керамического изолятора в камеру сгорания, они насмерть стирают двигатель, приводя его в полную негодность.

Правильно работающая СЗ будет чистой, без налета масла или нагара, конус изолятора желтый или светло-коричневый, с полностью рабочими электродами, сохраняющими свою форму и искровой зазор.

Состояние свечи зажигания после 1000 км пробега:
1. Свеча оптимально подобрана под характеристики двигателя и топлива.
2. Перегрев свечи: белый изолятор и окисленные электроды. 3. Недогрев свечи: налет продуктов сгорания.
4. Налет моторного масла. 5. Выгорание центрального и бокового электродов. 6. Разрушение конуса изолятора.

Замена свечей зажигания: где лучше делать?

Замена свечей – процедура не слишком сложная, и при наличии инструмента и минимальных навыков вполне по силам самому автовладельцу. Но при желании замену сделают на любом СТО в кратчайшие сроки.

Меняя свечи самостоятельно, нужно последовательно проходить все этапы проведения работы:

1. Отсоединить от аккумулятора минусовую клемму.

2. Отключить контактные провода, тщательно помечая их порядок маркером или любым другим способом.

3. Осторожно ослабить ключом и выкрутить свечи зажигания.

4. Осмотреть свечи. Внешний вид является показателем правильности их работы.

5. Установить новые свечи, закрутив их руками до предела и дотянув до нужной плотности прилегания с помощью ключа.

6. Подключить контактные провода, соблюдая прежний порядок.

Ошибки при установке свечи зажигания: 1. Правильно установленная свеча.
2. Отсутствует уплотнительное кольцо. 3. Установлены два уплотнительных кольца.
4. Резьбовая часть слишком короткая. 5. Резьбовая часть слишком длинная.

Совет: если из всего комплекта свечей только одна вышла из строя, менять лучше весь набор: разбалансировка в работе двигателя приведет к его преждевременному износу.

Как не купить подделку

Хоть цена СЗ и не слишком велика, по сравнению с другими запчастями, мошенники все же изготавливают дешевые подделки, которые в лучшем случае просто не будут работать, а в худшем – быстро «убьют» двигатель.

Признаки поддельных свечей зажигания обнаружить несложно:

• Цена. Стоимость оригинальных свечей — это не только «доплата за бренд», но и высокие технологии, гарантия точности, качественные материалы. Хорошее редко бывает дешевым;

• Упаковка. Известные производители не жалеют денег на разработку дизайна и качество упаковки. На ней не должно быть ни малейших погрешностей;

• Форма и расположение центрального электрода. Это один из самых сложных технологических этапов: изготовление идеально круглого в сечении электрода (особенно при маленьком диаметре) и точное размещение вутри изолятора. Малейшее смещение или погрешность – признак подделки;

• Изолятор. Поверхность изолятора должна быть абсолютно гладкой, с ровно пропечатанным логотипом изготовителя. Наличие царапин говорит о некачественном товаре;

• Корпус всегда изготавливается из высококачественной стали. В оригинальных свечах при нарезке резьбы используются инструменты, соответствующие твердости металла. В подделках на резьбе будут сколы и зазубрины;

• Маркировка. Каждый производитель маркирует свою продукцию, и отсутствие напечатанного кода говорит о фальшивом товаре.

Страховка от приобретения подделки – покупка запчастей только у официального дилера, сотрудничающего с крупнейшими мировыми производителями.

Свечи зажигания – деталь на первый взгляд мелкая, но они тоже вносят свою лепту в долгую и благополучную «жизнь» вашего автомобиля.