Свеча накаливания: нагрев и поджиг топлива без искры

В современной автомобильной и тракторной технике широко применяются свечи накаливания — нагревательные элементы особой конструкции, обеспечивающие подогрев и воспламенение топливной смеси без искры. О том, что такое свечи накаливания, каких видов они бывают, как устроены и работают — читайте в статье.

Что такое свечи накаливания и где они применяются

Свечи накаливания — электрический нагревательный прибор, установленный в камере сгорания дизельного двигателя и различных вспомогательных агрегатов автомобиля для подогрева или воспламенения топливно-воздушной смеси. Свечи накаливания, в отличие от свечей зажигания, во время работы не дают искры, а нагреваются до высокой температуры (до желтого или белого каления), обеспечивая быстрый прогрев или воспламенение горючей смеси.

Свечи накаливания находят следующее применение:

• В дизельных силовых агрегатах — для подогрева топливно-воздушной смеси в камерах сгорания перед пуском двигателя при температурах окружающей среды ниже +5°C; для стабилизации режима работы двигателя в первые минуты после запуска;
• В предпусковых подогревателях и автономных отопителях салона — для воспламенения топливно-воздушной смеси при запуске устройства.

Также свечи накаливания (но уже не электрические) работают в калильных двигателях малого объема, используемых в моделизме. О данных свечах здесь мы говорить не будем.

Типы свечей накаливания

Свечи накаливания делятся на две основных группы:

• С открытой спиралью (или просто открытые) — в данных свечах спираль вовсе не имеет защитного наконечника (чехла) или окружена открытым кожухом («юбкой»);
• С закрытой спиралью (или просто закрытые) — в таких свечах спираль помещена внутрь защитного наконечника (чехла).

Также свечи делятся на два типа по конструкции нагревательного элемента:

• Обычные — с широким цилиндрическим кожухом или юбкой;
• Стержневые или штифтовые — с удлиненным наконечником, выполненным в форме стержня или штифта.

Закрытые стержневые свечи делятся на два типа по материалу изготовления нагревательного элемента:

• Металлические — наконечник, в который помещена спираль, изготавливается из жаропрочных сплавов;
• Керамические — нагревательная спираль помещена в керамическую оболочку (как правило, из нитрида кремния).

Металлические свечи работают при температурах 850-1000°C, керамические свечи могут нагреваться до температуры 1350°C. Керамические свечи благодаря высокой теплопроводности нитрида кремния очень быстро разогреваются и на протяжении длительного времени могут работать при высоких температурах.

Также свечи накаливания делятся на два типа по количеству спиралей:

• С одной нагревательной спиралью;
• С двумя соединенными последовательно спиралями, одна из них является нагревательной (основной), вторая — регулировочной.

Свечи с одной спиралью более просты конструктивно, однако для их оптимального разогрева и поддержания определенной температуры необходимо использовать автоматические системы контроля и управления.

Свечи с регулировочной спиралью являются саморегулирующимися. Регулировочная спираль изготавливается из сплавов, удельное электрическое сопротивление которых повышается с ростом температуры. Такая зависимость обеспечивает падение тока на спирали при ее нагреве и автоматическое поддержание температуры в заданных пределах без сложных систем управления. Металлические саморегулирующиеся свечи обозначаются SRM (Self-Regulating Metal), керамические — SRC (Self-Regulating Ceramic).

Важно заметить, что свечи с одной и двумя спиралями не взаимозаменяемы, так как они требуют различных систем управления и имеют неодинаковые режимы работы.

Наконец, все свечи накаливания можно разделить на группы по назначению — для дизельных двигателей различных конструкций, для автономных предпусковых подогревателей, автономных отопителей и т.д.

Конструкция свечей накаливания

Основу свечи накаливания составляет металлический корпус с резьбой для монтажа в головку двигателя. В верхней части корпуса установлена клемма, она может быть гладкой (наконечник DIN или иного стандарта) или резьбовой. В нижней части корпуса располагается нагревательный элемент, подача тока от клеммы до нагревательного элемента осуществляется по пропущенному через весь корпус контактному стержню.

Конструкция нагревательного элемента зависит от типа свечи.

Свечи накаливания открытого типа. Нагреватель представляет собой спираль из сплава с высоким удельным сопротивлением, которая может быть покрыта защитным слоем и помещена в открытый чехол. Сам чехол может выполняться в виде юбки или иметь перфорацию.

Стержневые/штифтовые металлические свечи накаливания. Нагревательный элемент собран из нескольких компонентов, и в сборе эта конструкция называется нагревательной трубкой. Внутри трубки располагается одна или две спирали, внутреннее пространство трубки заполнено спрессованным изолирующим порошком (обычно окисью магния), который удерживает спираль в необходимом положении и предотвращает ее контакт с кожухом.

Стержневые/штифтовые керамические свечи накаливания. В целом конструкция нагревательной трубки аналогична описанной выше. Однако спираль керамических свечей изготавливается из более теплостойких сплавов, она помещена в запрессованный керамический наполнитель и окружена керамическим кожухом из нитрида кремния.

В открытых и в закрытых металлических свечах нагревательный элемент выполнен в виде плоской спирали с различным числом витков, а в керамических свечах нагревательный элемент чаще выполняется в виде прямого или U-образного стержня. Однако во всех свечах этот элемент по традиции называется спиралью.

Во время работы свечи по ее нагревательному элементу и электродам протекают высокие токи, поэтому нагревательная трубка и другие детали устанавливаются в корпус через изоляторы, сам корпус внутри также имеет изолирующий наполнитель.

Принцип работы и применение свечей накаливания

Принципиально работа свечей накаливания крайне проста: при подаче тока на свечу ее нагревательный элемент, имеющий высокое удельное сопротивление, быстро нагревается, обеспечивая подогрев воздуха и топлива в двигателе, или воспламеняя топливо в подогревателях и отопителях. Однако работа свечей в дизельных двигателях имеет несколько особенностей.

Ток на свечи накаливания подается при переводе ключа зажигания в положение II — включение электросистемы автомобиля. О работе свечей говорит соответствующий индикатор на приборной панели, обычно он имеет вид спирали. За время от 2 до 25 секунд свечи накаляются до рабочей температуры, об этом сигнализирует выключение индикатора — теперь двигатель готов к пуску.

Время разогрева свечей накаливания до рабочей температуры зависит от их типа и конструкции:

• Керамические свечи с быстрым нагревом — 2-3 секунды;
• Керамические свечи с двумя спиралями — около 4 секунд;
• Металлические свечи с двумя спиралями — 4-6 секунд;
• Металлические свечи с быстрым нагревом — от 6 до 17 секунд;
• Металлические свечи стандартные 20-25 секунд.

При включении стартера свечи продолжают работать, решая важную задачу — они подогревают поступающие в камеру сгорания воздух и топливо, облегчая разогрев и воспламенение горючей смеси в конце такта сжатия. В некоторых моторах наконечник свечи расположен таким образом, что в нее ударяет струя топлива, поэтому топливо более равномерно распыляется по цилиндру, а процесс смесеобразования улучшается.

После успешного запуска двигателя свечи могут отключаться, однако в современных двигателях свечи накаливания работают до 3-5 минут на пониженном напряжении — данный режим обычно называется остаточным накалом. В первые минуты мотор выходит на стабильный рабочий режим, и в этом ему помогают свечи накаливания. При включенных свечах накаливания в таком режиме улучшается не только работа двигателя, но и его экономические и экологические показатели. Также остаточный накал вследствие более полного сжигания топлива в начальный период работы двигателя повышает ресурс сажевого фильтра в выхлопной системе.

Расположение свечей накаливания в двигателе зависит от его конструкции. В двигателях с нераздельными камерами сгорания свеча накаливания выходит непосредственно в камеру сгорания. В двигателях с форкамерой (предкамерой) или вихревой камерой свеча накаливания располагается в данных камерах. Во всех этих случаях число свечей накаливания соответствует числу цилиндров.

Управление свечами накаливания осуществляется с помощью отдельного электронного блока или системой управления двигателя. Обычно свечи подключаются через собственные реле. Также блок управления берет на себя и защитные функции — он регулировкой тока предотвращает перегорание спиралей в свечах при запущенном двигателе, когда напряжение в бортовой сети автомобиля повышается за счет включения в работу генератора.

Свечи накаливания в процессе эксплуатации не требуют специального обслуживания и обладают значительным ресурсом. При выходе из строя свечи необходимо менять, так как это нарушает условия запуска и работы двигателя в начальный период. При правильной эксплуатации двигателя и своевременной замене свечей накаливания автомобиль будет работать надежно в любых условиях.

Как выбрать свечи накала

Свеча накаливания – один из важнейших компонентов дизельного двигателя. В отличие от бензиновых и газовых автомобилей, в которых используются свечи зажигания, в дизельном транспорте топливо зажигается само при соблюдении нескольких условиях.

Эксперты Avto.pro отмечают, что у дизельного топлива есть один серьезный минус: оно густеет. Стоит наступить холодам, как экономичный дизельный агрегат перестает работать – стартовать, имея в системе густую топливную смесь, практически невозможно. На помощь приходят свечи накаливания, регулирующие температуру смеси.

Принцип работы

Работает система так: свеча накаливания прогревает дизельное топливо , которое затем попадает в камеру сгорания, и, смешиваясь с воздухом, сгорает. По сути, разогрев требуется только на старте и еще в течение 3 минут после него. Однако это не означает, что работа свечей по своей сути очень проста.

Нагревающийся элемент свечи (он может быть и в корпусе, и вне его) выходит в камеру сгорания . Поток дизельного топлива не только разогревается, но и турбулизируется, за счет чего происходит его равномерное распределение и ровное горение в камере. Это полезно даже в летнее время, когда особых перепадов температур не наблюдается. В автоматизированных автомобилях свечи накаливания отключаются, когда температура двигателя достигает отметки в 60°C – температура топлива регулируется естественным образом.

Ресурс свечей и причины выхода из строя

По словам экспертов, ясно говорить о ресурсе свечей накаливания очень сложно. Меняют их каждые год-два, в зависимости от качества самого изделия. Если рассуждать о ресурсе свечей опираясь на километраж, можно прийти к следующей закономерности:

• Изделия с металлической спиралью становятся непригодными после 50-80 тысяч километров пробега;
• Изделия с керамической спиралью служат вдвое дольше металлических – до 160 тысяч километров;
• Некоторые японские свечи накаливания для автомобилей премиум-класса могут «отъездить» 240 тысяч километров.

Отметим лишь, что поломка одной свечи особого эффекта на двигатель не окажет. Две рабочие свечи гарантируют работу в теплое время года. Однако во всех случаях желательно менять их целым комплектом , поскольку даже одна нерабочая деталь скажется на консистенции дизельного топлива, и, соответственно, работе двигателя.

Свеча накаливания будет работать достаточно долго при соблюдении следующих условий:

• Топливные форсунки исправны. Засоренная форсунка не распыляет топливо, а подает его струей прямо на свечу, из-за чего она перегорает;
• Свеча чистая. Продукты сгорания могут откладываться на рабочей части, из-за чего деталь со временем может замкнуться на « минусе », то есть корпусе автомобиля, и выйти из строя навсегда;
• Установка была проведена неправильно. Свеча – деталь достаточно нежная. Чрезмерное усилие на ключ ее попросту сломает;
• Герметичность узлов двигателя. Загрязнение маслом является нередкой причиной выхода из строя многих деталей автомобиля. К примеру, от утечек масло сгорают и свечи зажигания в бензиновых/газовых двигателях.

Исправная деталь чистая, ее наконечник не имеет вздутий. Внешние повреждения обычно говорят о сильной затяжке при монтаже, а обломанный наконечник говорит о проблемах с впрыском топлива. Советуем проверять свечи каждый год на предмет указанных изменений.

Как показывает практика, чаще всего выход из строя происходит из-за неправильного их подбора и следующего за ним перегрева. Этот пункт мы не описали выше просто потому, что для всех потребителей энергии из бортовой электросети автомобиля справедливо правило: всегда выбирайте запчасть, которая удовлетворяет параметрам автомобиля. Если правило не соблюдается, любая свеча выходит из строя очень рано.

Делаем выбор правильно

Свечи накала выбираются исходя из характеристик двигателя автомобиля и его электронного блока. Проще всего вести поиски, имея VIN-код транспортного средства . Можно обойтись и без него, руководствуясь следующими данными:

• Марка вашего авто;
• Объем двигателя;
• Год выпуска;
• Тип кузова.

Из основных характеристик изделия нужно обращать внимание на следующее:

• Диаметр , шаг резьбы , а также размер под ключ ;
• Линейный размер рабочей части;
• Тип подключения . Могут быть два полюса или один. Если полюс один, то свеча выводится на корпус автомобиля. Двухполюсные подключаются к отдельному проводу;
• Номинальное напряжение ;
• Скорость , с которой происходит нагрев. Электроника автомобиля «подогнана» под определенную скорость нагрева;
• Материал свечи . Исходит из предыдущего пункта. Быстро греющимися являются керамические свечи, но если время нагрева, которое зафиксировано в управляющем электронном узле, равняется, скажем, 25 секундам, даже керамика окажется непригодной.

По сути, в выборе вы должны опираться на геометрию, марку производителя авто, характеристики двигателя и ЭБУ. Скрупулезным должен быть выбор свечи для автомобиля, в автоматике которого нет датчика нагрева. Ситуация для владельцев новых автомобилей без модификаций проще: сразу берите OEM-запчасть или близкий к ней аналог.

Краткий экскурс по брендам

Как уже было сказано, оригинальные свечи являются приоритетными. Вы купите именно то, что подойдет вашему транспорту.

Ощутимо сэкономить можно купив свечи японских брендов Denso и NGK или немецкого Beru . Все три варианта очень хороши. Особенно радуют изделия NGK – эта компания производит самые совершенные детали для систем зажигания, причем значительная их часть поставляется прямо на заводы крупных автоконцернов.

Нельзя не обратить внимание также на американскую фирму Champion и немецкую Bosch . Это однозначные призеры «з рительских симпатий », ведь их продукция составляют большую часть рынка свечей накала в России и Украине.

Также если вы решили сэкономить обратите внимание на датскую фирму JP Group и польскую Maxgear – их продукция уступает таковой от вышеперечисленных брендов, но соответствует всем стандартам качества. Лучший вариант для неновых дизельных автомобилей.

Можно ли экономить на подделке

Запомните : покупка поддельных свечей накаливания по факту оказывается дороже, чем покупка оригинальных. Такие изделия не обеспечивают качественный нагрев топлива, быстро выходят из строя и могут повредить вашему мотору.

Дабы не купить поддельную свечу, лучше лишний раз воспользоваться благами нашего времени. Найдите оригинальную свечу и сфотографируйте ее. Наверняка на вашем авто уже стоит такая, а значит, далеко идти не придется. Сравнив потенциальную покупку с фото, можно быстро вычислить фальсификат:

• Металл оригинальной запчасти хорошо обработан : нет сколов, заусениц, плохо проработанных деталей, как-то некачественной гравировки и т.п.;
• Размеры обеих деталей идентичны.

Также не забывайте изучать упаковку . Крупные фирмы тратят немалые деньги на материалы и дизайн упаковок. На упаковке с оригинальной свечой всегда можно найти информацию об изделии, проверочные коды, причем все хорошо пропечатано и не содержит в себе ошибок.

Как проверить изделие

Для проверки нужен только вольтметр, омметр, а лучше мультиметр в соответствующем режиме работы. Свечи накала при этом выкручивать не надо. Теперь можно изучить свечу даже с отключенным от бортовой электросети автомобиля аккумулятором. Подсоедините минусовой щуп к корпусу раме авто или блоку двигателя, а плюсовой к электроду. Наблюдайте за показаниями. Сопротивление нерабочего изделия очень мало, но оно все-таки есть. Если показаний нет , свеча неисправна.

Существует и другой вариант. Свечу нужно демонтировать, подключить к ней провод, и этот же провод подсоединить к плюсовой клемме аккумуляторной батареи. Корпус свечи соединяется другим проводом с минусовой клеммой вашего аккумулятора. Спустя считанные секунды свеча начнет раскаляться. Если нагревается вся поверхность элемента, то поводов для беспокойства нет. Раскалился только кончик элемента – придется менять всю свечу.

Также в некоторых инструкциях описан способ проверки, которые заключается в наблюдении за элементами через отверстия, которые предназначены для форсунок. Если их выкрутить, можно увидеть раскаленные от нагрева штифты во время работы свечей. Проблемной здесь является та, что не горит так же ярко, как и остальные, или не горит вовсе.

Вывод

Свечи зажигания не относятся к той категории запчастей, которые требуют частой и дорогостоящей замены. Купить и поменять их можно самостоятельно. Причем, если вы приобрели качественную японскую свечу, о проблемах с ней можно будет забыть очень надолго. Частые замены указывают или на подделку, или на возможные неполадки двигателя. Во втором случае без помощи работников СТО обойтись будет сложно. Мы же рекомендуем не экономить на своем транспорте и покупать для него самое лучшее. Экономия, как ни странно, здесь очень сомнительна.

С полной версией статьи можете ознакомиться здесь .