Содержание
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
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:
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.
Топливный насос высокого давления (далее — ТНВД) предназначен для подачи топлива в камеру сгорания дизельных двигателей, а также бензиновых двигателей, которые оборудованы системой непосредственного впрыска.
ТНВД является крайне важным и конструктивно довольно сложным элементом автомобильной системы подачи топлива. ТНВД вынужден выполнять большое количество задач. Первоначально ТНВД применялись только в дизельных двигателях, однако, с изобретением систем непосредственного впрыска, стали применяться и в системе подачи топлива бензиновых силовых агрегатов. В обоих случаях ТНВД служит двум главным целям – подаёт топлива под высоким давлением в режиме реального времени, или же создаёт высокое давление в накопительной части топливной системы или аккумуляторе.
В зависимости от особенностей конструкции системы впрыска топлива, ТНВД подразделяются на:
— насосы непосредственного действия
— насосы с аккумуляторным впрыском.
Говорить об очевидных достоинствах ТНВД сложно, ведь его конструкция уникально и поэтому не поддается сравнению. Легче перечислить недостатки, которых несколько и практически все они являются следствием достаточно сложной конструкции ТНВД. Из-за непосредственного контакта с топливом большинства деталей ТНВД, срок службы насоса напрямую зависит от качества топлива. Попадание абразивных примесей и воды значительно увеличивают износ.
Форсунки
Из всех элементов топливной системы дизельного двигателя именно форсунки наиболее подвержены образованию нагара и смолистых отложений в процессе эксплуатации автомобиля. Это связано с тем, что расположены они в зоне непосредственного воздействия высоких температур камеры сгорания и работают при большом давлении топлива. Не стоит забывать и о качестве топлива, повышенное содержание смол в котором еще больше усугубляет условия работы форсунок и увеличивает образование отложений на них. Надо отметить, что форсунки современных дизельных систем Common Rail и насос-форсунка еще более чувствительны к смолообразующим соединениям, находящимся в топливе.
Закоксовывание распылителей дизельных форсунок приводит к неравномерному впрыскиванию топлива в камеру сгорания и очень часто является причиной поломки форсунок. В свою очередь, это грозит дорогостоящим ремонтом или их заменой. Отложения на форсунках негативно сказываются и на работе двигателя – снижается его мощность, а возникающие сбои приводят к его преждевременному износу.
Для того, чтобы избежать поломки форсунок эксперты рекомендуют проводить регулярные мероприятия по очистке дизельных форсунок. Наиболее простой и эффективный способ – промывка форсунок очищающими присадками.
Свечи накаливания
Современные свечи "ходят" до 30 тыс.км, а некоторые и больше до 60 тыс. км. — эти показатели заявлены производителем, на практике срок службы свечи зависит не только от качества топлива, состояния двигателя и манеры езды, но и от материалов самой свечи. На изношенных двигателях в цилиндры попадает чуть большее количество масла, чем нужно, соответственно на электродах свечи образуется больше нагара, что приводит к снижению ресурса свечей зажигания, и перебоям в работе двигателя. Неисправности в системе охлаждения, ведут к перегреву двигателя и как следствие к нарушению режима теплоотвода от свечей зажигания, они чрезмерно перегреваются, материалы электродов теряют свои свойства, что приводит к раннему "старению" свечей зажигания и преждевременному выходу их из строя.
Манера езды тоже ощутимо влияет на ресурс свечей зажигания, езда при больших и длительных нагрузках приводит к локальному перегреву электродов свечей зажигания, отложению значительных слоев нагара и в результате к снижению срока их работы.
Увеличение ресурса свечей зажигания основная задача производителя в конкурентной борьбе за наши с Вами кошельки. В этой борьбе фирмы преуспели. Главное направление – материалы электродов. Сейчас для изготовления центрального электрода свечей зажигания производитель старается применять различные жаростойкие сплавы с высокой теплопроводностью (никелевые, иридиевые, золото-палладий) и различные покрытия золотое, платиновое, серебряное. К материалу центрального электрода предъявляются жесткие требования по теплопроводности, коррозионной, эрозионной и жаростойкости.
Центральный электрод, изготовленный из иридиевых сплавов, позволяет, уменьшить диаметр самого электрода, что положительно сказывается при работе на обедненной смеси, а также улучшает холодный пуск двигателя, удлиняя ресурс свечи и снижая токсичность отработанных газов, за счет этого увеличивается срок службы катализатора выхлопной системы. Существуют свечи с чисто серебряным центральным электродом, заявленный ресурс которых в районе 50 тыс.км.
Требования к боковому электроду свечи аналогичные, но дополнительно он должен хорошо свариваться со стальным корпусом свечи и быть пластичным для регулировки зазора.
Помимо традиционных одно электродных, есть свечи разных производителей с двумя, тремя, четырьмя электродами и даже вообще без боковых электродов. В этом случае боковым электродом служит вся нижняя часть юбки свечи. Количество боковых электродов оказывает влияние на фронт распространения пламени и позволяет изготавливать так называемые, самоочищающиеся свечи, что естественно увеличивает ресурс работы свечи зажигания.
Свечи накала представляют собой расходный элемент. Качественные свечи имеют рабочий ресурс около 100 тысяч км. пробега автомобиля, но замена свечей накаливания при работе дизельного двигателя в тяжелых условиях является плановой процедурой, которую рекомендуется осуществлять через каждые 20-30 тыс. пройденных километров. От их исправности напрямую зависит эффективность холодного запуска дизельного двигателя и стабильность работы агрегата до полного выхода мотора на рабочие температуры.
Читайте в этой статье
Что нужно знать перед началом работ
Острая необходимость замены свечей накаливания своими руками может возникнуть в холодное время года, так как свечи повышают температуру внутри цилиндра для эффективного самовоспламенения смеси солярки и сжатого воздуха в момент прогрева ДВС. При выходе из строя более одной свечи дизель зимой уже не заводится. Также калильные свечи влияют на эффективность распыла топлива в цилиндрах.
Для самостоятельной замены необходимо иметь минимальный набор подручного инструмента: гаечный ключ, торцевой ключ-трещетку и отвертку. Полный набор подразумевает наличие перчаток, гаечные и торцевые ключи (которые имеют удлинители и замки-трещотки), развертку и плоскогубцы. Также понадобится немного графитовой и высокотемпературной смазки.
Стоит добавить, что свечи накала достаточно хрупкие. В процессе замены их можно сломать в результате неосторожной работы с ключами. Поломка свечи внутри свечного колодца приведет к тому, что возникнет необходимость высверливания остатков контактного стержня при помощи сверла и дрели. Также могут потребоваться дополнительные инструменты для восстановления поврежденной резьбы.
Самостоятельная замена
Обратите внимание, что при замене желательно менять сразу все свечи на новые независимо от их визуального состояния. Свечи накала подбираются согласно их соответствию для установки на тот или иной тип дизельного двигателя.
Снятие защиты
Свечи накаливания зачастую располагаются в верхней части головки блока цилиндров (обычно рядом с дизельными форсунками). Их может быть не видно в том случае, если мотор сверху прикрыт пластиковой крышкой или защитным кожухом. Данную защиту необходимо демонтировать для обеспечения доступа.
Отсоединение клемм АКБ
Так как свечи накала представляют собой электрический нагревательный элемент, потребуется осуществить отсоединение от АКБ минусовой клеммы. Затем производится откручивание небольших гаек, которые фиксируют наконечники высоковольтных проводов на контактных стержнях калильных свечей. Провод подключается к верхней части свечи. Указанную гайку необходимо отвернуть при помощи гаечного ключа, а сам провод можно немного сдвинуть, чтобы он не мешал дальнейшему снятию свечей накаливания.
Выкручивание калильных свечей
Следующим шагом становится выкручивание свечей при помощи ключа-трещотки. Выкручивать необходимо предельно аккуратно, чтобы не повредить резьбу в ГБЦ. Также существует риск сломать саму свечу, в результате чего могут возникнуть дополнительные сложности с последующим высверливанием стрежня и восстановлением резьбы.
Зачистка контактов
Далее необходимо произвести зачистку от загрязнений контактов на каждом высоковольтном проводе свечи накала. Это необходимо для полной работоспособности новых свечей после их установки на дизельный двигатель. Если контакт «прикипел», тогда его можно без особых затруднений снять при помощи плоской отвертки.
Удаление грязи из свечных отверстий
Отдельно стоит отметить процедуру очистки от нагара отверстий для установки свечей. Для этого понадобится специальная развертка, длинна которой позволит эффективно очистить свечные колодцы. Перед вкручиванием на развертку необходимо нанести смазку. Указанную развертку нужно вкрутить в каждое отверстие. Для процедуры лучше использовать не универсальную, а штатную развертку. Если имеется такая возможность, дополнительно необходимо удалить отложения из каналов при помощи сжатого воздуха.
Установка новых свечей накала
После очистки производится установка новых и/или заранее проверенных на работоспособность калильных свечей на дизельный двигатель. Затягивать свечи необходимо до появления небольшого сопротивления. Момент затяжки регулируется динамометрическим ключом и составляет 15 Нм. Перетяжка может привести к тому, что в процессе следующей замены будет присутствовать риск поломки свечи в колодце при попытке демонтажа.
Когда установка новых элементов на все цилиндры завершена, очищенные наконечники свечных проводов ставятся обратно на посадочное место, осуществляется их фиксация при помощи гайки и гаечного ключа. Необходимо убедиться в том, что наконечники проводов плотно закреплены, а также реализовано полное закрытие контактов свечей.
Затем можно присоединить минусовую клемму к АКБ. Дальнейшим шагом будет проверка установленных свечей. Проверять следует в штатном порядке: повернуть ключ зажигания, осуществить запуск дизеля, а после оценить работу ДВС в режиме прогрева. Если мотор уверенно запустился, работает ровно и без сбоев, тогда свечи накала полностью работоспособны. В противном случае необходимо провести повторную диагностику дизельного ДВС для поиска потенциальной неисправности.
Доступные способы самостоятельной проверки свечей накала дизельного двигателя. Диагностика калильных свечей со снятием, проверка тестером, на искру.
Причины затрудненного "холодного" пуска дизельного двигателя. Компрессия, свечи накаливания, дизельные форсунки, ТНВД, парафин или вода в топливной системе.
Признаки неработающего цилиндра (троение и вибрации) дизельного двигателя. Поиск неисправности: компрессия, дизельные форсунки, свечи накала, ТНВД и другие.
Синий выхлоп дизельного мотора, неисправности и причины появления сизого выхлопа дизеля. Износ цилиндропоршневой группы, компрессия, подача дизтоплива.
Запуск дизельного мотора зимой. Присадки-антигели в солярку, керосин и замена топливного фильтра. Обогрев топливного бака, свечи накаливания, аккумулятор.
Главные причины затрудненного пуска горячего дизельного двигателя. Проблемы с плунжерной парой ТНВД, перелив топлива через дизельные форсунки, датчики.
