0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Срок службы свечей накаливания в дизельных двигателях

Как работают и для чего нужны свечи накаливания в дизельном двигателе

В дизельном двигателе топливовоздушная смесь самовоспламеняется за счет сильного нагрева воздуха в процессе его сжатия в цилиндрах. Пока температура в камерах не достигнет нужного значения, мотор находится в режиме «холодного пуска». Если эксплуатационные условия при этом будут отличаться от нормальных (например, температура окружающей среды будет ниже +5 °С), двигатель будет запускаться слишком долго. Чтобы этого не произошло, применяются свечи накаливания, принцип работы которых аналогичен погружному электронагревателю. О том, как устроена свеча накаливания и какую функцию выполняет в дизельном двигателе и пойдет речь далее.

  1. Принцип работы и функции свечи накаливания
  2. Устройство и виды свечей накаливания
  3. Управление свечами накаливания
  4. Неисправности свечей накаливания в дизельных двигателях

Что такое свеча накаливания

Свеча накаливания в дизельном двигателе — это один из самых важных элементов. Именно свечи отвечают за то, чтобы топливо внутри системы, обладало нужной температурой. Проще говоря, без этого элемента холодный запуск стал бы просто невозможным.

Сразу нужно дать одно важное пояснение. Свечи накаливания для дизеля кардинально отличаются от свечей зажигания. Дело в том, что они не генерируют искру, а доводят топливо до нужной температуры. Это происходит благодаря реле.

Возгорание топлива в дизельном двигателе происходит посредством давления. Соответственно основная работа свечей накаливания заключается в обеспечении беспроблемного запуска устройства, когда температура внешней среды менее пяти градусов по Цельсию.

Типы свечей

С момента своего появления свечи накаливания дизельных моторов прошли существенный эволюционный путь. Основными его направлениями стали:

  • увеличение надёжности и долговечности, условия работы свечи можно считать чрезвычайно тяжёлыми;
  • максимальное сокращения времени нагрева для быстрого пуска холодного двигателя;
  • усложнение конструкции приданием свече свойств саморегулирования питающего тока;
  • повышение температуры рабочей зоны свечи, что особо важно для современных дизелей с пониженной степенью сжатия.

Выделяется два типа свечей, отличающихся по технологии изготовления.

Керамические

Наиболее современные изделия выполняются из керамики. Этот материал позволяет работать при значительно более высоких температурах, чем металлы, что даёт эффект качественного разогрева без снижения срока службы.

Для изготовления рабочего стержня свечи применяют соединение кремния с азотом. Этот материал обладает выдающимися свойствами именно применительно к его нахождению в цилиндре дизельного мотора.

Уникально сочетаются температурная стойкость, минимальная деформация при тепловом расширении и высокая сопротивляемость ударным нагрузкам за счёт вязкости, редко свойственной керамике. При этом он является электрическим изолятором, что упрощает конструкцию и повышает надёжность.

Современные керамические свечи способны разогреваться до полутора тысяч градусов, при этом служить более ста тысяч километров пробега. Это важный показатель, учитывая их высокую стоимость. Именно она стала единственным недостатком керамики.

Штифтовые

Более простые и дешёвые изделия состоят из одной или двух нитей накаливания, помещённых в металлический корпус (штифт). Для электрической изоляции пространство между металлом колпака и нитью заполняется веществом, хорошо проводящим тепло, но изолирующим корпус от электрического замыкания. Обычно это окись магния.

Характеристики таких свечей задаются количеством и материалом нагревательных спиралей. Возможны два варианта – единственная нить выполнена из материала с подобранным коэффициентом зависимости между сопротивлением и температурой, или более простая рабочая спираль дополняется регулирующей, нужным образом реагирующей на нагрев.

Таким образом обеспечивается расчётное время быстрого выхода на рабочий режим с последующим поддержанием температуры на сниженной мощности.

Металлические штифтовые свечи отличаются низкой стоимостью, но их тоже приходится усложнять ради регулируемости. В последние годы распространённость мощной и недорогой элементной базы для блоков управления позволяет эти функции переносить на источник питания свечи.

Клапан рециркуляции выхлопных газов (EGR)

Еще одна экологическая «примочка» для современных «зеленых» — клапан рециркуляции выхлопных газов (EGR).

Свечи накаливания, в том числе, служат для поддержания его работоспособности. Низкая температура картерных газов приводит к образованию нагара на клапане, что затем приведет к увеличению расхода топлива, повышению концентрации вредных соединений в выхлопных газах, снижению мощности двигателя.

В перспективе сам клапан сломается (EGR попросту заклинит). ЭБУ дает сигнал на подогрев свечей накаливания, чтобы температура в камере сгорания не падала ниже критической отметки, тем самым продлевая срок службы системы EGR.

Типы свечей накаливания

Штифтовые

Свечи накаливания для дизеля бывают двух типов:

  • штифтовые;
  • керамические.

Они имеют схожую конструкцию, отличие заключается в рабочем элементе. В штифтовых, рабочим элементом является штифт накаливания из термокоррозийного стержня, плотно запрессованный в корпус свечи. Внутри него находится уплотненный порошок оксида магния и спиральная нить.

Электрическая схема такой свечи довольно проста. Ток подается на головку, от нее по токопроводящему стержню к металлической нити накаливания, состоящей из двух резисторов — нагревательной и регулирующей спиралей.

  1. Сопротивление первой постоянное, не зависящее от температуры;
  2. вторая спираль имеет положительный температурный коэффициент.

Принцип ее работы заключается в том, что чем выше температура мотора, тем меньше температура нагрева свечи (когда регулирующая спираль нагревается, ее сопротивление растет, и на нагревательную спираль подается меньший ток). Такая свеча нагревается до 850 градусов, время ее работы составляет от 4 секунд до двух минут и зависит от температуры мотора и параметров самой свечи.

Продолжительность подогрева горючего регулирует блок управления, контролирующий показания датчика температуры охлаждающей жидкости. На панели приборов имеется контрольная лампа, сигнализирующая о том, что работает подогрев. Когда она гаснет – двигатель готов к запуску. Существует два варианта включения свечей накаливания: ключ зажигания поворачивается во второе положение, либо предпусковой подогрев включается, когда открыта водительская дверца. Свечи, продолжающие работать после запуска мотора, помогают сократить время прогрева и обеспечивают более полное сгорания топлива, снижая тем самым выбросы вредных веществ.

Керамические

Керамические свечи накаливания – это второй тип подогревающих устройств. Ее электрическая схема не отличается от предыдущей. Рабочим элементом такой свечи является керамический стержень, внутри которого находится керамический нагревательный элемент. В течение двух секунд происходит нагрев стержня до 1000 градусов, в результате чего обеспечивается быстрый запуск дизеля, как у бензинового силового агрегата, без характерной для большинства дизельных моторов «раскачки».

Напряжение разогрева не постоянно, оно имеет три фазы. На этапе быстрого прогрева оно составляет от 9,8 до 11,5 В, стержень при этом нагревается до максимально возможной температуры. Когда заводится двигатель, подаваемое напряжение постепенно снижается до уровня, ниже напряжения бортовой сети автомобиля: во второй фазе до 7 В, в третьей – до 5.

Помимо этих трех фаз существует режим промежуточного накаливания, предназначенный для восстановления сажевого фильтра. Это помогает улучшить условия сгорания в процессе восстановления.

Керамические свечи накаливания имеют ряд преимуществ перед штифтовыми с нагреваемой спиралью. Наиболее значимые – это более высокая температура нагрева, которая обеспечивает лучшую работу свечей при холодном пуске, меньшая токсичность отработавших газов, более долгий срок службы, большая эффективность (их температура нагрева при равном напряжении значительно выше).

Часто производители устанавливают на дизельные моторы свечи с встроенным датчиком давления. Его показания помогают скорректировать температуру нагрева свечи и повысить ее эффективность.

Свечи накаливания

Топливо в дизельном моторе, в отличие от бензинового, воспламеняется не от искры, а под воздействием температуры +800°С, получаемой в камере сгорания при высоком давлении в конце такта сжатия. Впрыскивается топливо в момент приближения поршня к верхней мертвой точке. При пуске дизеля в зимнее время разогреть воздух до температуры самовоспламенения солярки только высоким давлением нельзя, поэтому для облегчения пуска в камеру сгорания (реже – во впускной тракт) дизелей устанавливается свеча накаливания – электрический нагревательный элемент в виде спирали.

Режим работы

Свечи накаливания включаются не какой-то определенной кнопкой, а поворотом ключа стартера перед пуском двигателя. Продолжительность их работы определяется электронным блоком управления на основе информации датчика температуры.

О работе свечи накаливания информирует желтая сигнальная лампа с символом спирали на щитке приборов. После разогрева лампа гаснет, давая водителю сигнал к включению стартера. Чтобы поддержать устойчивую работу дизеля сразу после его пуска, в некоторых системах предварительного разогрева свечи накала остаются включенными еще какое-то время (до 180 секунд). Так обеспечивается более устойчивая работа мотора, ускоряется его прогрев, снижаются токсичность выхлопа и уровень шумности.

Устройство и разновидности

Свечи накаливания делятся на два типа – открытые и закрытые. У открытых спираль накаливания не имеет защитного чехла, у закрытых она находится внутри оболочки, которая заполнена изолятором – керамическим порошком (например, оксидом магния) с высокой теплопроводностью. Оптимальное распределение температуры на поверхности оболочки достигается путем подбора сопротивления спирали и расположением ее витков. Из-за формы нагревательного элемента эти свечи иногда называют штифтовыми или стержневыми. В камеру сгорания они устанавливаются таким образом, чтобы конус струи топлива попадал на раскаленную часть. Преимуществом штифтовых свечей перед свечами открытого типа является большая механическая прочность и увеличенный вследствие отсутствия окисления спирали срок службы. Нагреватель свечи не должен препятствовать свободной циркуляции топливовоздушной смеси в камере сгорания. В связи с этим диаметр оболочки нагревателей не превышает 5-6 мм.

Для предотвращения проникания влаги и загрязнений вовнутрь оболочки контактный стержень уплотняется манжетой из специальной резины или силиконового герметика.

В качестве материала для спирали свечей накаливания используют никель, железокобальтовые или железохромалюминиевые сплавы, а корпус обычно делают из железохромоникелиевого сплава Iconel 601.

Существуют два способа подключения электропитания к свечам накаливания – однополюсный, когда «массой» является ее корпус, и двухполюсный (два вывода – «плюс» и «минус»). Однополюсные штифтовые свечи потребляют токи 5 – 18 А, величина напряжения их питания зависит от типа автомобиля и составляет 5 … 24 В. Двухполюсные свечи при напряжении питания 1,7 В потребляют токи силой до 50 А, а их мощность может быть от 40 до 150 Вт.

Свечи накаливания открытого типа сегодня встречаются редко. Ими оснащались в основном старые дизели Mercedes.

Несколько слов следует сказать о факельных свечах накаливания, которые являются разновидностью свечей открытого типа и устанавливаются во впускных коллекторах дизелей с большим рабочим объемом. Работают эти свечи иначе, чем описанные выше. Они предназначены для воспламенения топлива, поступающего к ним по специальным трубопроводам. Создаваемый при этом факел подогревает воздух во впускном коллекторе, обеспечивая повышение температуры в цилиндрах.

Быстродействие

По времени нагрева различают обычные свечи накаливания – их рабочая температура достигается менее чем за 60 секунд, быстродействующие – до 10 секунд и саморегулируемые – до 5 секунд. В быстродействующих свечах конструкция спирали позволяет ей быстрее выходить на рабочую температуру. А в саморегулируемых свечах типа Duraterm имеются две последовательно соединенные спирали. Нижняя (никелевая) быстро нагревается, благодаря чему обеспечивается ускоренный выход свечи на рабочий режим. Верхняя железохромалюминиевая спираль является регулирующей – нагреваясь медленнее, она ограничивает ток в зависимости от температуры и предохраняет свечу от перегрева свыше 1000° С.

После выключения саморегулируемая свеча еще на протяжении трех минут сохраняет свою температуру (так называемые свечи послепускового подогрева Post-heating). За счет этого облегчается воспламенение смеси, пока двигатель еще холодный.

Благодаря своим характеристикам саморегулируемые свечи наиболее перспективны и постепенно вытесняют обычные и быстродействующие.

Ресурс

Свечи накаливания со спиралью в оболочке имеют неразборную конструкцию, не требуют технического обслуживания и отличаются высокой надежностью. При нормальных условиях эксплуатации их срок службы составляет не менее 60 тыс. км пробега автомобиля. Возможные неисправности свечей накаливания обуславливаются разными причинами:

  • механическими повреждениями свечи (трещины в корпусе, срыв резьбовых соединений) из-за нарушений правил монтажа. В результате влага и грязь попадают в порошковый уплотнитель, что приводит к замыканию витков спирали на «массу»;
  • трещинами, вздутиями и оплавлением рабочей части нагревателя из-за электрохимической коррозии;
  • повреждением нагревателя вследствие перегрева чрезмерно выступающей в камеру сгорания рабочей части нагревателя; возникает при использовании свечи, не соответствующей данному двигателю.

Свечи могут не работать из-за поломки реле времени блока управления или одного из датчиков (температуры охлаждающей жидкости, скорости движения, оборотов двигателя).

Отказы свечей накаливания могут быть вызваны неисправностями в системе топливо-подачи – при увеличении дозировки, плохом распыле, отклонении угла опережения впрыска топлива, а также завышении напряжения в системе электропитания.

Свечи накаливания разных типов могут различаться по размерам, времени нагрева до рабочей температуры и мощности, поэтому при выходе из строя свечи ее следует заменить такой же – исправной. В противном случае свечи будут разогреваться лишь частично или вообще не будут работать. Если в результате длительной эксплуатации комплекта свечей накаливания из строя выходит одна из них, менять желательно все, так как ресурс остальных уже исчерпан и долго они не прослужат.

Свечи накаливания – достаточно хрупкий элемент, поэтому снимать их с двигателя желательно только для замены. Затяжку при установке следует проводить с помощью динамометрического ключа Используют при сборке ответственных винтовых соединений (приборов, двигателей, и др.). Такие ключи имеют указатель значения крутящего момента. , не превышая усилие в 20 Нм. Если изготовителем предусмотрена круглая специальная гайка крепления электрического провода, ее необходимо затягивать только вручную; если шестигранная – воспользоваться ключом (без нажима).

Диагностика

Проверяют свечи накаливания омметром (у исправной свечи сопротивление спирали составляет 0,7… 1,8 Ом), а в режиме прогрева – с помощью бесконтактного амперметра. Ток потребления исправной свечи в зависимости от типа должен составлять 5-18 А. Если необходимых приборов под рукой нет, проверить свечу на предмет разогрева в некоторых дизелях можно визуально. Для этого снимают форсунки и через их установочные отверстия в головке блока цилиндров определяют разогрев свечи (при установке ключа стартера в первое положение) по изменению цвета стержня.

Проверку реле времени и датчиков лучше доверить специалистам. Следует помнить, что система подогрева работает только на «холодном» двигателе, температура которого не превышает + 60° С.

Стандартизация

Каждый производитель имеет свою систему условного обозначения производимых свечей. Кроме типа, на свечах указывают название фирмы, напряжение источника питания, иногда – страну-производитель и дату выпуска. Все эти данные выдавлены на корпусе. Некоторые свечи накаливания производства разных фирм являются взаимозаменяемыми, о чем можно узнать из специальных каталогов.

Размеры штифтовых свечей накаливания различных типов регламентированы стандартами ISO/DIN 6550-1, 6550-2 и 6550-3 и определяются:

  • резьбой крепления: от М10 x 1,0 до М18 x 1,5;
  • размером шестигранника «под ключ» – 12, 14,17, 21 мм;
  • углом конического посадочного места – 63, 93, 123 градуса;
  • общей длиной (L1) – от 58 до 137 мм;
  • длиной рабочей части нагревателя (L2) – от 17 до 35 мм;
  • диаметром рабочей части нагревателя (D) – от 5 до 6 мм.

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.

Конструктивные особенности различных видов свечей

Данные конструкции могут быть выполнены как из керамики закрытого типа, так и из металла — открытые. Нагревательный элемент изготовлен в виде спирали.

В металлических штифтовых конструкциях имеются спирали: нагревательная и регулировочная. Благодаря первой происходит быстрое нагревание, вторая служит для защиты конструкции от перегрева.

Состав керамических деталей более сложен:

  1. Корпус из металла.
  2. Трубка нагревательная.
  3. Болт с гайкой соединительные.
  4. Спираль регулировочная.
  5. Керамическое наполнение.
  6. Электрод центральный.
  7. Резьбовая часть.

Керамические детали более предпочтительны, благодаря их способности быстро производить нагрев и обеспечивать очень высокую температуру.

Под воздействием электрического тока происходит нагревание спирали. Высокая температура в моторе не дает элементу нагреваться выше 850°С, подогрев длится в течение короткого времени: от 4 сек до 2 мин. За продолжительностью подогрева ведет наблюдение электронный блок управления, который отслеживает температуру жидкости охлаждения через специальные датчики.

Пока подогрев продолжается, горит контрольная лампочка, расположенная на приборной панели. Выключение лампы свидетельствует о полной готовности движка к запуску.

Свечи накаливания продолжают работать и после включения мотора, продолжая прогрев и обеспечивая наиболее полное сгорание воздушно-топливной смеси, уменьшая вредные выбросы.

Какие свечи накала может иметь дизельный мотор?

Чтобы всегда знать, в каком состоянии свечи накала, дизель оснащают соответствующим датчиком. Такой индикатор покажет неисправность, он загорается в случае наличия проблемы и гаснет, если достигнута необходимая температура нагрева. Не всегда стоит беспрекословно доверять этим приборам. Все же необходимо обезопасить себя, и перед началом зимнего сезона стоит все проверить самостоятельно. Если хотя бы один элемент в дизельном двигателе неисправен, целесообразно будет его заменить.

Не каждый знает, что этих элементов накаливания существует два вида – это открытые и закрытые. Свечи закрытого типа, в отличие от представителей открытого типа, отличаются высокой механической прочностью и долговечностью в эксплуатации, так как они не окисляются. В основу устройства данного типа входит спираль, которая защищена специальной оболочкой, заполненной керамическим порошком.

Свечи открытого типа еще называют штифтовыми или стержневыми. Они устанавливаются в камере сгорания. При этом обязательным условием является попадание топлива на раскаленную часть. Работоспособность их зависит от отсутствия загрязнений и влаги на поверхности. Чтобы этого не допустить, необходимо плотно закреплять стержень манжеты, которую производят из силиконового герметика или резины. Когда вы выбрали нужные свечи накаливания на дизель, замена на СТО предпочтительней.

0 0 голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector