Закрыть
Войдите используя аккаунт ДП:
Запомнить меня
Вы можете войти как участник:

Мы вышлем его на почту:

Свечи накаливания. Часть 1.

07.07.11

Рабочий ход дизельного двигателя соответствует рабочему ходу двигателя с принудительным зажиганием. Однако для воспламенения смеси воздуха и топлива не требуются свечи зажигания.

Причина: Дизельные двигатели являются двигателями с воспламенением от сжатия. Окружающий воздух всасывается и сильно сжимается в цилиндрах. Степень сжатия составляет до 25:1.

Вследствие сжатия воздух достигает температуры от 700 до 900 °C. Если происходит впрыскивание топлива, оно сразу воспламеняется по причине этого нагрева.

Действие свеч накаливания

Главной задачей свеч накаливания является вырабатывание дополнительной энергии для запуска. Свечи накаливания NGK поставляют необходимую энергию. Перед запуском двигателя на свечу накаливания воздействует напряжение, вследствие чего калильная трубка нагревается до более чем 800 °C. Этот нагрев значительно улучшает способность двигателя к холодному запуску. Кроме того, тепловыделение свечи накаливания оптимизирует процесс сгорания, благодаря чему уменьшается выделение дыма, а также сокращаются другие выбросы.

Расположение в двигателе

Свечи накаливания встраиваются в головку цилиндра. Штифт накаливания выступает в калильный отсек или в предкамеры. Штифт накаливания должен находиться точно на кромке завихрения смеси. Таким путём он производит тепло именно там, где оно необходимо. Однако, штифт не должен слишком далеко выдаваться в камеру сгорания, иначе не гарантируется подготовка топлива и, следовательно, образование возгорающейся смеси топлива и воздуха.

 

 

Принцип действия дизельного двигателя

 В отличие от двигателя с принудительным зажиганием, дизельный двигатель является двигателем с воспламенением от сжатия. Всасываемый воздух нагревается в цилиндрах путём сжатия до температуры ок. 700-900 °C , что при впрыскивании топлива приводит к самовозгоранию. Поэтому дизельный двигатель требует более сильной компрессии (степень сжатия 20-24:1) и соответствующей, более прочной конструкции, чем двигатель с принудительным зажиганием. Для достижения необходимых температур, также при неблагоприятных условиях эксплуатации, таких, как холодный запуск или мороз, в камеру сгорания должно подаваться дополнительное тепло.


Роль свечи накаливания в дизельном двигателе

В принципе, свеча накаливания работает как погружной нагреватель: Электрическая энергия проводится через спиральное сопротивление, которое при этом сильно нагревается (до 1000 °C).

При эксплуатации этот простой принцип создавал некоторые проблемы в отношении срока службы, защиты от перегрева и потребления тока. В 60-е годы процессы запуска длились до 30 секунд. В 80-е годы время запуска сократилось до 3-5 секунд. С введением двигателей TDI, при температуре выше 0 °C, различие по сравнению с двигателем с принудительным зажиганием практически исчезло. Только, если температура падает ниже 0 °C, по-прежнему требуется разогрев.

Будущие разработки двигателя и свечи накаливания.

Развитие технологий никогда не прекращается. Промышленности необходимы свечи вторичного накаливания. Свечи накаливания должны действовать не только во время запуска, но также и в течение около 3 минут во время периода прогрева, в зависимости от температуры. Таким образом, с самого начала обеспечиваются высокие показатели хода и низкая степень эмиссии. Это неизбежно повышает требования к долговечности свеч накаливания.

В будущем будут использоваться дизельные двигатели с низкой компрессией, которые вследствие увеличенного наддува достигают большой мощности, при одновременно низкой эмиссии. Правда, подобные концепции имеют слабые пусковые характеристики, обусловленные конструкцией. Высокотемпературные свечи накаливания из керамики имеют в этом смысле некоторые преимущества, поскольку они нагреваются значительно сильнее, чем металлические свечи накаливания, а также имеют продолжительный срок службы.

Благодаря прогрессивной технологии свеч накаливания, различия в процессах запуска дизельного двигателя и двигателя с принудительным зажиганием в будущем будут практически не заметны.

Разогрев

В холодное время года дизельные двигатели не всегда легко заводятся. Зачастую только одного нагрева недостаточно для того, чтобы завести двигатель. В камерах сгорания отсутствует необходимое тепло. Потеря тепла из-за холодного цилиндра и всасываемого воздуха препятствует самовозгоранию. Без притока тепла дизельный двигатель не достигает необходимой температуры.

Чтобы выполнить надёжный холодный запуск, прежде всего, при низкой температуре окружающего воздуха, дизельные двигатели должны быть оснащены свечами накаливания.

Причина: На момент запуска цилиндры и двигатель сильно охлаждены. Они забирают дополнительную энергию из без того уже холодного окружающего воздуха. Посредством только сжатия воздуха не может быть достигнута температура, необходимая для самовоспламенения.

Теперь в дело вступает свеча накаливания. Она вкручена в головку цилиндра. Её калильная трубка выступает в камеру сгорания и нагревается, как только включается питание. В зависимости от типа свечи накаливания, её температура повышается до 1000 °C. При этом свеча также нагревает камеру сгорания. Этот процесс перед собственно запуском двигателя называется "разогревом".

В ходе процесса разогрева ток сначала проходит через болт клеммы и регулировочную спираль к нагревательной спирали, которая вследствие этого быстро нагревается и вызывает накаливание конца штифта. В зависимости от типа двигателя, конец штифта нагревается с различной скоростью. При этом дополнительно повышается температура регулировочной спирали, уже нагретой проходящим током. Как следствие, увеличивается электрическое сопротивление, а ток уменьшается, чтобы предотвратить повреждение штифта накаливания.

 Различные стадии накаливания свечей

Вторичное накаливание

Накаливание после запуска, при работе двигателя, сокращает образование белого/голубого дыма и устраняет детонационный стук, характерный для холодного запуска. Калильное устройство состоит из саморегулирующихся свеч накаливания из металла или керамики, электронного реле времени накаливания свечи и температурного датчика.

Саморегулирующиеся штифтовые свечи накаливания имеют защиту от перегрева, действие которой выражается в ограничении подачи тока от батарей к свече, в случае повышения температуры. Но при работе двигателя напряжение увеличивается. При этом некоторые свечи накаливания могут перегореть. Это происходит в связи с тем, что после запуска токопроводящие свечи подвергаются ещё и воздействию температуры сгорания, т.е. свечи нагреваются изнути и снаружи.

Строение свечи накаливания

Как правило, различают свечи накаливания с металлическим штифтом и керамические свечи накаливания. В штифте накаливания свечи с металлическим штифтом нагревательная спираль вырабатывается необходимое тепло. В отличие от этого, керамические свечи накаливания работают без калильной трубки из металла. Вместо этого, их нагревательный элемент покрыт специальной керамикой. Поэтому керамические свечи накаливания, как правило, очень быстро достигают необходимую рабочую температуру. Кроме того, они более компактные, что особенно важно в современных двигателях.

Cвечи накаливания с металлическим штифтом

Саморегулирующаяся свеча накаливания облегчения пуска (штифтовая свеча накаливания SRM) относится к наиболее часто применяемым типам свечей накаливания. Она состоит из следующих элементов.

Нагревательная спираль
Нагревательная спираль саморегулирующейся свечи накаливания для облегчения пуска изготовлена из металла. При подаче тока на свечу накаливания, она начинает накаливаться и нагревает окружающую среду. Путём использования различного диаметра и длины проволоки при изготовлении нагревательной спирали можно изменять характеристики действия свечи и скорость её накаливания.

Изолирующий наполнитель
Внутренность калильной трубки заполнена сверхплотным, специальным порошком: оксидом магния. Оксид магния электрически изолирован и является отличным проводником тепла. Изолирующий наполнитель выполняет две важные задачи: Он защищает спирали от ударов и вибраций и гарантирует оптимальную передачу выработанного тепла.

Нагревательная трубка
Нагревательная трубка свечи накаливания с металлическим штифтом изготовлена из термостойкого сплава. Так же, как и изолирующий наполнитель, трубка защищает спирали от воздействия процесса сгорания и ударных волн, возникающих при сгорании.

Регулировочная спираль
Регулировочная спираль приварена к токопроводящему центральному электроду и нагревательной спирали. При повышении температуры также повышается сопротивление регулировочной спирали. Таким образом, в зависимости от температуры, спираль снижает прохождение тока к нагревательной спирали.

Центральный электрод
Через центральный электрод напряжение батареи попадает в спирали.

Резьба для ввёртывания
Резьба для ввёртывания высококачественной свечи накаливания всегда накатанная, а не нарезанная. Таким путём предотвращается повреждение отверстия свечи накаливания в головке цилиндра.

Присоединение
В точке присоединения к источнику тока проходит напряжение батареи.

Керамические свечи накаливания

 Нагревательная спираль керамической свечи накаливания имеет особо высокую температуру плавления. Кроме того, она покрыта силиконовым нитритом, чрезвычайно прочным керамическим материалом.

Комбинация нагревательной спирали с керамической оболочкой позволяет достигать высоких температур и имеет очень короткое время разорева, благодаря отличной теплопроводности.

К тому же, керамические свечи накаливания тоньше. Это важно, поскольку в современных двигателях мало места.

Нагревательная спираль
Так же, как и в свече накаливания с металлическим штифтом, в керамической свече накаливания есть нагревательная спираль из металла. Однако, её точка плавления очень высока и это позволяет добиваться более высоких температур накаливания и быстрого нагрева.

Керамическая оболочка
Нагревательная спираль или нагревательный элемент керамической свечи накаливания имеет покрытие из особенно прочного, керамического материала: силиконового нитрита. Этот материал защищает спираль от высокой температуры и вибрации и одновременно является хорошим проводником тепла, поэтому возникающее тепло быстро выделяется в камеру сгорания.

Регулировочная спираль
Металлическая регулировочная спираль, применяемая в саморегулирующихся свечах накаливания, увеличивает своё электрическое сопротивление при повышении температуры. Таким путём сокращается прохождение тока и свеча накаливания защищается от перегрева.

Центральный электрод
Через центральный электрод напряжение батареи попадает в спирали.

Изолятор
Резьба для ввёртывания высококачественной свечи накаливания всегда накатанная, а не нарезанная. Таким путём предотвращается повреждение отверстия свечи накаливания в головке цилиндра.

Болт клеммы
В точке присоединения к источнику тока проходит напряжение батареи.

 
 
  * * * * * 

Это материал был предоставлен для публикации  компанией NGK.

Исправно действующие и надёжные свечи накаливаения играют решающую роль при каждом холодном запуске. Благодаря интенсивной исследовательской и целенаправленной опытно-конструкторской деятельности, компания NGK всегда работает в соответствии с современным уровнем развития техники и является лидером в разработке технологий свеч накаливания.

Свечи накаливания NGK обеспечивают быстрое зажигание и, таким образом, экологически безопасное сгорание, даже при температурах ниже точки замерзания, при этом они создают оптимальные условия зажигания впрыскиваемого топлива посредством тепловой энергии, транспортируемой в камеру сгорания.

Понравилось?

Ликбез