За что отвечают свечи накаливания в дизельном двигателе
Свечи накаливания: нужны не только для запуска
Для запуска дизельного двигателя необходимо, чтобы сжатый поршнем воздух достиг температуры, достаточной для самовоспламенения топлива. Если поступающий в двигатель воздух изначально холодный, а компоненты двигателя еще не разогрелись, велика вероятность, что запуск просто-напросто не произойдет.
Для решения проблемы холодного пуска дизеля его конструкцией предусмотрены свечи накаливания, задача которых состоит в прогреве воздуха в камере сгорания до необходимой температуры. Собственно, этим и исчерпывается функционал свечей накаливания, по мнению большинства автолюбителей. Однако есть у них и другая функция.
Чем ниже температура в камере сгорания, тем менее равномерно происходит процесс горения, а значит, образуется больше сажи. Сажа — это мелкие частички углерода, который не успевает окислиться (сгореть) до конца.
Сажевые частицы имеют мелкопористую структуру, и в этих порах могут скапливаться другие (помимо углерода или CO) продукты горения. Например, окислы азота (NOx). Мелкопористый углерод, наполненный окислами азота — сильнейший канцероген. Этот факт был доказан многолетними клиническими исследованиями всемирной организации здравоохранения (ВОЗ). Следовательно, «дизельная» сажа (впрочем, как и любая другая), образующаяся в процессе неполного сгорания топлива, крайне вредна для здоровья человека.
Для защиты от сажи в выхлопной системе современных дизельных автомобилей установлен специальный фильтр, который способен задерживать частицы сажи, а затем, по мере накопления, дожигать их, превращая в СО. Процесс дожига скопившихся сажевых частиц называется регенерацией сажевого фильтра.
Защита фильтра и регенерация
Для того чтобы фильтр меньше забивался сажей, необходимо ограничить ее образование в цилиндре, особенно в процессе прогрева после холодного пуска. В этом и заключается вторая функция свечей накаливания. Обеспечив сам пуск, современные свечи не перестают работать. Они продолжают нагревать камеру сгорания в течение определенного времени — три минуты и более, в зависимости от внешних условий. Благодаря этому удается поддерживать высокую температуру в камере сгорания сразу после пуска, что благотворно влияет на сгорание топлива. Более полное сгорание топлива снижает интенсивность процесса образования сажи и тем самым увеличивает ресурс сажевого фильтра.
Помимо послепускового подогрева свечи накаливания задействованы и в процессе регенерации «сажевика». Как известно, для запуска процесса дожига необходимо, чтобы выхлопные газы достигли определенной температуры. Обычно это становится возможным при длительной работе двигателя под средней или высокой нагрузкой, например при длительной езде по трассе. Однако в городском режиме эксплуатации не всегда удается достичь условий, необходимых для регенерации. Тем не менее данная процедура является обязательной для обеспечения долговечности фильтра.
Принудительная очистка и свечи
Принудительная регенерация — это процедура, при которой искусственно создаются условия для поднятия температуры выхлопных газов. Как раз здесь и помогают свечи накаливания, такова очередная функция данных изделий. Для принудительной регенерации ЭБУ двигателя отдает команду на впрыск дополнительного топлива, перепускает часть отработанных газов через клапан ЕГР, прикрывает дроссель (на тех дизелях, где он установлен) и включает свечи накаливания. Все это в совокупности позволяет быстро поднять температуру выхлопных газов, чтобы мог начаться процесс регенерации фильтра. Исправные свечи накаливания играют в этом очень важную роль.
Качественные и современные свечи накаливания увеличивают эффективность процесса регенерации, а также способствуют уменьшению количества сажи в выбросах посредством поддержания высокой температуры в камере сгорания после холодного пуска.
Выбор качественных свечей
Свечи накаливания бывают разными. Керамические свечи быстро нагреваются, обладают высокой термостойкостью и эффективно справляются с дополнительными экологическими функциями. Свечи мгновенного нагрева с двумя металлическими спиралями также хорошо выполняют свою работу благодаря быстрому выходу на рабочую температуру и низкому потреблению тока в процессе нагрева. Оба типа современных свечей производятся DENSO с учетом необходимости обеспечения работы нужных функций: свечи накаливания DENSO способствуют быстрому и надежному пуску и обеспечивают соответствие автомобиля актуальным экологическим требованиям.
Используя качественные свечи накаливания DENSO, вы не только облегчаете запуск дизеля при низкой температуре, но и значительно продлеваете жизненный цикл дорогостоящего сажевого фильтра. За счет снижения интенсивности процесса образования сажи во время прогрева двигателя и облегчения процесса регенерации свечи накаливания способствуют продлению ресурса работы сажевого фильтра. А это значит, что вероятность незапланированного и дорогостоящего ремонта уменьшается. Подобрать надежные свечи накаливания DENSO для вашего дизельного автомобиля вы можете в нашем электронном каталоге.
Свечи накаливания дизельных двигателей, устройство и принцип работы
Свечи накаливания дизельных двигателей это специальные нагревательные элементы, которые находятся внутри камеры сгорания ДВЗ. При повороте ключа до первого щелчка, на приборной панели загорается на несколько секунд специальный знак. Он информирует водителя о том что включился подогрев камеры и нужного немного подождать. Как только она тухнет, смело можно заводить мотор.
Почему же так? Все достаточно просто, при относительно низких температурах, двигатель на дизельном топливе очень трудно запустить из-за другой системы работы. Топливо в нем зажигается не свечей зажигания как в «Бензинке», а путем сжатия воздуха. Поэтому при каждом холодном пуске требуется подогревать пространство над поршнем. Свеча накала с этим справляется и нагревает его от 800 до 1300 градусов.
Принцип работы свечи накаливания дизельных двигателей
По конструкции и принципу роботы, свечи очень сильно похожи на погружные нагревательные элементы. При подаче на них питания, спираль нагревается до высоких температур, отдавая свое тепло. Сама спираль накрыта керамическим либо металлическим наконечником. На самых первых дизелях устанавливались свечи с голыми спиралями. Особой надежностью они не обладали. Полностью она отключается когда температура двигателя достигает примерно 75 градусов. На каждом автомобиле по-разному.
Конструкция свечи накаливания
В современных моторах устанавливают накал с двумя спиралями. Это дает возможность ЭБУ более точно регулировать температуру. Пропадает риск перегрева, и увеличивается срок службы в несколько раз.
Свеча накаливания с двумя спиралями
Неисправности
Главная проблема с которой сталкивается нагреватель это его перегрев. Он наступает при не стабильной работе двигателя. При проблеме со впрыском топлива, свеча очень быстро перегорает, тем самым не прослужив и половины срока службы. Поэтому при замене данных деталей следует разобраться почему они вышли из строя. Возможно проблема кроется совершенно в другом месте.
Замена
Браться за замену Свечи накаливания дизельных двигателей которую не выкручивали со своего посадочного места больше трех лет мало кто хочет. На это есть свои причины. Резьба прикипает к колодцам, тем самым создавая прочное соединение. Ко всему еще добавляется длина и тонкость стержня. Так сразу взять ключ и выкрутить вряд-ли получится. Нужно будет обрабатывать резьбу проникающими смазками и растворителями. Поэтому делать нужно все осторожно и без спешки.
8 вопросов и ответов о свечах накаливания
Хорошая свеча накаливания хоть и маленькая, но очень сложная в производстве деталь с высокой себестоимостью. Хорошие свечи помогут завести дизельный авто за пару секунд даже в условиях бескрайнего севера. Плохие превратят добротную иномарку в чадящий вонючим синим дымом кошмар Греты Тунберг. Мы ответим на восемь популярных вопросов о калильных свечах. С этими знаниями вы сможете не только подобрать и смонтировать свечи самостоятельно, но даже раздавать советы друзьям.
1. Зачем нужна свеча накаливания?
Если очень коротко — чтобы нагревать дизельное топливо и облегчать старт холодного двигателя при при близких к нулю и отрицательных температурах. Без дополнительного подогрева дизельный движок для запуска в мороз придётся «крутить» десятки секунд, высаживая заряд аккумулятора и насилуя стартёр.
Дизельное топливо, как мы недавно рассказывали, горит не так, как бензин (дизель-воздушная смесь самовоспламеняется при сжатии, но для этого ей нужна плюсовая температура), и следовательно, дизельные двигатели устроены в силу этого несколько иначе.
Главный рабочий элемент свечи накаливания — кончик нагревательного стержня, температура которого за несколько секунд при подаче тока доходит до 800-1000 °C. Стержень находится в цилиндре в точно рассчитанном месте — там, где образуются завихрения топливовоздушной смеси в результате её распыления форсунками. Нагревается смесь, хотя существует ошибочное мнение, что свеча греет сам цилиндр (спросите себя, учтя, что запуск современных двигателей занимает несколько секунд, возможно ли, чтобы свеча успевала нагреть массив металла).
Этапы накаливания свечи NGK с технологией быстрого накаливания Advanced Quick Glow System (AQGS; сверху) и саморегулируемой свечи (SRM; снизу). Такой разогрев происходит всего за несколько секунд. Источник (здесь и далее, если не указано иное): NGK Spark Plugs Eurasia
После запуска мотора свеча продолжает нагреваться несколько минут, помогая солярке полностью догорать в пока ещё холодных цилиндрах — это так называемое послепусковое накаливание. Без него значительно увеличились бы выбросы вредных веществ (в том числе в форме белого и голубого дыма), а двигатель не работал бы плавно, а издавал бы характерный стук. Послепусковое накаливание значительно уменьшает износ двигателя в первые минуты работы.
Оно важно и для состояния сажевого фильтра, очищающего выхлоп от сажевых частиц и установленного почти во всех дизельных авто после 2000 года (стал обязательным с 2011-го). Фильтр имеет ограниченную ёмкость для улавливания и хранения сажевых частиц, и чтобы он дольше обеспечивал полноценную фильтрацию, необходима периодическая регенерация — сжигание отложений.
Для регенерации сажевого фильтра необходимо прогреть его до температуры выше 600 °С в течение примерно 10 минут. Для этого электронный блок управления (ЭБУ) запускает ряд процедур, среди который «регенерационный накал» свечами при температуре более 1000 °C даже при прогретом двигателе. Это повышает температуру внутри камеры сгорания, растёт температура выхлопных газов, и отложения в сажевом фильтре сгорают. Цикл регенерации запускается раз в 1500-5000 км.
Ещё свечи накаливания поддерживают работоспособность клапана системы рециркуляции отработанных газов EGR за счёт так называемого «промежуточного накала». Низкая температура отработанных газов может привести к образованию нагара на клапане EGR, а это вызовет не только увеличение вредности выхлопа, но и повышение расхода топлива и падение мощности двигателя. ЭБУ включает накал свечей, предотвращающий резкое снижение температуры отработанных газов ниже критического уровня.
Тут всё очень плохо — забитый отложениями клапан EGR не может до конца закрыться. Свечи накаливания не выполнили свой долг по предотвращению образования отложений из-за недостаточной температуры выхлопа. Источник: cobra831 / DRIVE2
2. Какие бывают свечи накаливания?
В современных легковых автомобилях встречаются два типа свечей накаливания: металлические и керамические. Первые живут меньше, разогреваются дольше, но и стоят дешевле. Вторые, керамические, имеют малое время нагрева, живут в 2-3 раза дольше металлических, но при покупке обходятся дороже.
Создавая новые типы свечей накаливания, инженеры решают не только задачу сделать нагрев свечей быстрее, но и подстраиваются под новые экологические требования, которые заставляют автопроизводителей уменьшать компрессию в дизельных двигателях. Чем ниже компрессия, тем бóльшую температуру должна давать свеча, чтобы сохранялась простота запуска. И вот тут старые добрые металлические свечи проигрывают керамике вчистую.
Выбор типа свечей для двигателя вашего автомобиля остаётся на совести автопроизводителя: одному дизелю будет достаточно недорогой металлической свечи, а другому для стабильного запуска требуется самая современная керамическая модель, да не простая, а рассчитанная на применение особых технологий (о них см. вопрос 3).
Металлические стержневые свечи
Это самый простой и дешёвый тип из существующих сейчас свечей. Внутри стержня металлической свечи расположена как минимум одна обязательная спираль — нагревательная, сделанная из сплава железа, никеля и хрома (сплав Inconel 601). Температура металлического стержня на стадии послепускового накаливания редко превышает 1000°C из-за того, что сплав имеет температуру плавления около 1360°C.
Строение типичной двухспиральной металлической саморегулирующейся свечи накаливания
Пространство между спиралью и металлическим корпусом заполнено тугоплавким оксидом магния, также известным как магнезия, с температурой плавления 2825°C. В свече магнезия фиксирует спираль и защищает её от вибраций, повреждения и короткого замыкания.
Металлическая свеча без технологий, ускоряющих нагрев, добирается до рабочих 800 °C за 20-25 секунд. Но сейчас чаще используются свечи быстрого пуска. У них особая нагревательная спираль, сопротивление которой меняется в зависимости от температуры. Сопротивление в таких свечах при температуре окружающей среды очень низкое, гораздо ниже, чем стандартных свечах, поэтому при подаче тока они разогреваются за 13-15 секунд.
Керамические свечи
Переход от металла к тугоплавкой керамике позволил увеличить температуру накала и скорость нагрева свечи. Быстрее накал — меньше ожидание перед запуском автомобиля. Использование керамики и проводников с низким сопротивлением снижает время предпускового накала до 2-3 секунд.
Главное отличие этого типа свечей от металлических заключается в керамическом наконечнике из нитрида кремния с температурой плавления 1900 °C, внутри которого проложена никелевая спираль. За счёт высокой точки плавления керамические свечи работают с более высокой штатной температурой — до 1350 °C, — недоступной для металлических свечей. Спечённый нитрид кремния отличается необычайно высоким для керамики сопротивлением возникновению микротрещин. Наконец, керамика быстрее проводит тепло от нагревающей спирали, чем «бутерброд» из магнезии и металлического стержня, поэтому время разогрева у керамических свечей значительно меньше.
Свечи для дизельного двигателя тонкие, длинные и весьма хрупкие, что не мешает им разогреваться до температуры выше 1300 °C, как в случае керамических моделей (на фото)
Высокотемпературные керамические свечи HTC и NHTC
Керамика оказалось настолько перспективным материалом для свечей накаливания, что дальнейшие исследования привели к созданию высокотемпературных свечей (High Temperature Ceramic, или HTC) и новых высокотемпературных керамических свечей (New-High Temperature Ceramic, или NHTC), самых продвинутых. Разработчики смогли ещё больше увеличить температуру и снизить время накаливания.
В HTC металлическая нагревательная спираль в наконечнике заменена на керамический элемент, к которому подведены металлические электроды. Использование керамики позволило подавать на свечу более высокий ток, чем прежде. А чем выше ток, тем быстрее нагревается свеча.
Но NGK пошли дальше, разработав свечи NHTC, нагревательный элемент которых целиком выполнен из керамики, — металл как проводник используется только в месте подсоединения питающего кабеля. Цельнокерамическая структура обеспечила еще большую тепловую стойкость, поэтому свечи NGK NHTC выдерживают самые высокие токи, нагреваются до 1000°C всего за 2 секунды, а затем в течение нескольких минут поддерживают температуру 1350°C для дожига дизеля.
Стержень становится всё тоньше, металла в свечах всё меньше, а температуры всё выше: 1 — первое поколение керамических свечей SRC, 2 — второе поколение HTC, 3 — третье поколение NHTC
3. Какие технологии применяются в современных свечах накаливания?
На сегодняшний день описанные выше высокотемпературные керамические свечи накаливания — это самый продвинутый коммерчески доступный продукт. А чтобы дать вторую жизнь металлическим свечам, были разработаны технологии ускорения их нагрева с помощью дополнительных реле и внутренних регулирующих спиралей.
Саморегулирующиеся свечи (SRM/SRC)
Современные стержневые и керамические свечи накала являются саморегулируемыми (Self Regulating Metal/Ceramic — «саморегулирующийся из металла/керамики»), то есть сама свеча управляет своим температурным режимом без помощи электронного блока управления двигателем.
В саморегулирующейся свече последовательно соединены сразу две спирали — никелевая накаливающаяся и спираль регулировки, которая меняет свойства электропроводности в зависимости от температуры: чем выше температура сплава управляющей спирали, тем выше удельное сопротивление в материале и тем меньший ток доходит до нагревательного элемента.
SRM бережет нагревательную спираль от перегрева и расплавления, снижая ток до наступления критической температуры. Такой «предохранитель» позволяет безопасно подавать на свечу на старте очень высокий ток, чтобы ускорить её нагрев. Благодаря этому, а заодно и применению в центральном электроде серебра с максимальной из всех металлов электро- и теплопроводностью, стержневые металлические свечи с SRM прогреваются до рабочей температуры запуска всего за 4-5 секунд.
Системы быстрого накаливания (QGS)
Quick Glow System — система быстрого накаливания — представляет собой блок управления с реле, которое регулирует подаваемые на свечи напряжение и ток. Свечи для QGS могут быть как саморегулирующиеся, так и обычные, с одной спиралью. Нагревательная спираль в них также имеет малое сопротивление для прохождения высокого тока и быстрого предпускового нагрева. Сочетание реле QGS и саморегуляции SRM позволяет металлическим свечам нагреваться до 900 °C за 4-5 секунд, а керамическим — за 2 секунды и меньше.
Блоки QGS совместимы только с QGS-свечами, причем строго с односпиральными или SRM. Использовать свечу попроще, подешевле или, наоборот, потехнологичней нельзя.
Время выхода на рабочие температуры разных типов свечей
Как видно на графике выше, SRM-свечи достигают рабочей температуры за 3-4 секунды. Можно ли ещё быстрее? Да, свечи NGK с технологией Advanced Quick Glow System (AQGS) нагреваются до 1000 °C всего за 2 секунды благодаря уменьшенному до 3,5 мм в диаметре металлическому наконечнику. Меньше диаметр — меньше масса металла и быстрее её нагрев: чистая физика.
4. Почему выходят из строя свечи накаливания?
Начнём с того, что у свечи есть свой срок службы, по истечении которого она может попросту перегореть из-за истончения нагревательной спирали, как старая лампочка. Это не значит, что можно забыть рекомендации производителя авто и игнорировать интервал замены свечей.
Если вам попалась поддельная свеча, в изолирующей магнезии может оставаться влага или даже масло. После нескольких запусков наконечник вздуется. Если такое случилось, вы точно будете знать, какому продавцу доверять не стоит. Честные свечи от настоящих производителей, даже самые бюджетные, таким не страдают.
Вздутый наконечник свечи — признак некачественного производства. Дело в том, что для свечей требуется оксид магния (магнезия) высокой очистки, мельчайшей фракции и, что особенно важно, полностью обезвоженный. Присутствие в изоляторе остаточной влаги из воздуха, приведет к её — влаги — испарению и разрыву металлического наконечника свечи. Когда речь идет о подделках, вместо магнезии криворукие мастера используют любые сыпучие материалы, вплоть до подножного песка. Источник: Alxan / DRIVE2
Свечу может испортить некачественное топливо — частая история в наших краях: если дизель был разбавлен бензином, то температура сгорания смеси может превысить штатную, из-за чего оплавится кончик металлической свечи. Низкокачественная солярка, выгнанная «у дедушки на деревне через самогонный аппарат», оставит на свече живописные сажевые наросты, отлично выполняющие роль теплоизолятора. Запуск с такой закоксованной свечой равносилен запуску без свечи.
Если автомобиль в первые секунды дымит короткими частыми импульсами, а затем дым пропадает, то проблема в одной из свечей.
Мёртвую свечу легко обнаружить, если завести двигатель: из-за отсутствия нагрева в одном из цилиндров сразу после запуска в моторе появится вибрация, а из выхлопной трубы пойдёт сизый или белый дым с очень резким запахом несгоревшего до конца топлива. По мере прогрева движка вибрации и дым исчезают.
А вот если двигатель в мороз не заводится совсем, то свечи не виноваты — вряд ли все они разом решили испортиться. Проблема может быть в блоке накаливания, аккумуляторе, топливе, пропавшей компрессии, но не в свечах.
О рекомендованных способах диагностики читайте в нашей статье о проверке свечей накаливания.
Для проверки исправности свечи ее даже не придется выкручивать из двигателя, потребуется только мультиметр и наша статья
6. Как не надо диагностировать свечи накаливания?
На DRIVE2 часто упоминается еще один способ, при котором свечи выкручиваются из двигателя и подключаются к аккумулятору «крокодилами». В результате можно наблюдать раскалившийся кончик свечи и так оценить её работу. NGK крайне не рекомендует так делать, потому что при прямом подключении за работой свечи не следит блок управления.
Как перегорает свеча накаливания? Эффектно!
Без контроля силы тока спираль накаливания может перегреться раньше, чем стержень накалится и начнёт светиться. Особенно этому подвержены свечи быстрого пуска. Такая проверка может закончиться известным заключением: «Вскрытие показало, что пациент умер от вскрытия». Не говоря уже о том, что при неловком движении можно неслабо обжечься или что-нибудь опалить.
7. Как подобрать свечу накаливания для моего автомобиля?
Свечи накаливания — не масло, не колодки и не шины, альтернатив, совместимых с вашим автомобилем, будет немного. Скорее всего, каждый производитель сможет предложить вам всего по одному артикулу. Подобрать подходящую свечу только по геометрии не получится — если не угадать с типом свечи, она не будет работать нормально. Для упрощения поисков можно воспользоваться сайтом NGK для подбора продукции: просто выберите свою машину и модель двигателя, а сайт назовет вам конкретную совместимую свечу.
Если же вы обращаетесь к каталогам онлайн-магазинов или продавцам, то рекомендуем сверяться с нашим руководством по маркировке свечей накаливания NGK. С её помощью вы сможете расшифровать комбинацию цифр и букв и наверняка узнать все характеристики свечи.
Исчерпывающая таблица с информацией о маркировке металлических стержневых свечей поможет наверняка узнать, продают ли вам нужную запчасть или подсовывают что попало
Иногда на упаковке может попадаться упрощенная маркировка, которая, на первый взгляд, может показаться очень путанной из-за трёх разных цифр в номере серии, указывающей на рабочее напряжение
Ещё один вариант маркировки металлических свечей накаливания от NGK
А вот маркировка керамических свечей NGK очень лаконична
8. Как правильно снять и установить свечи накаливания?
Современные свечи накаливания — это боль и слёзы автомастеров: из-за уменьшения рабочего объёма двигателей свечи приходится делать всё тоньше и тоньше. Доходит до того, что QGS- и SRM-версии имеют диаметр резьбы всего 8 мм, а толщина головки составляет несколько миллиметров. Повредить такую свечу при неосторожной установке очень просто, а демонтировать — целая эпопея.
Не стоит браться за установку любых свечей — зажигания или накаливания — без динамометрического ключа, потому что весьма вероятно, что вы установите их неправильно. Для каждой резьбы необходим свой регламентированный момент затяжки. Вот рекомендации по монтажу свечей накаливания NGK:
Новые свечи NGK при установке должны затягиваться со строго рекомендуемым моментом, выставленном на динамометрическом ключе
Если установка свечи в очищенное посадочное место относительно проста, то её демонтаж после нескольких лет использования часто превращается в проблему. Резьба прикипает, а излишнее усилие на ключе легко ломает хрупкий корпус, оставляя половину свечи в двигателе. Если вы понимаете, что свеча не поддается, не нужно прилагать титанические усилия, просто капните в место установки свечи в головке блока немного моторного масла, подождите день-другой, а лучше всего поездите на машине около недели и попробуйте снова. Масло проникнет по резьбе, и демонтаж пройдёт безболезненно.
Последствия решительного выкручивания прикипевших свечей. Источник: Gudron / DRIVE2
Если свеча таки обломилась, а в сервисах отказываются от выполнения опасной работы по изъятию обломков, то воспользуйтесь советами драйвовчанина volver-xc90 о демонтаже сломанной свечи.
Визуально лаконичные свечи накаливания для дизельных двигателей фактически устроены гораздо сложнее свечей зажигания. Прогресс стирает разницу в запуске бензиновых и дизельных автомобилей, делая дизель даже более экологичным, чем бензин. Качественная оригинальная свеча накаливания надежно прослужит несколько лет, помогая запускать двигатель в самые суровые морозы. Она потребует от вас внимательного подбора и квалифицированной установки, но взамен даст надёжную работу двигателя с чистым выхлопом.
Наверняка у вас появились вопросы и замечания к написанному — оставляйте их в комментариях!