Безразличие к знаниям не стоит свеч

Продолжая развивать рубрику «Автокомпоненты», журнал «КУЗОВ» вновь обращается к представителям индустрии расходных материалов. Цель очередной публикации состоит в том, чтобы совместно с техническими представителями ведущих производителей сформировать у читателя целостную картину нюансов производства свечей зажигания и инноваций в этой крайне развитой технической сфере.

– Базовая конструкция свечи зажигания не претерпела практически никаких внешних изменений с момента выдачи на нее патента в 1860 году. Основные разработки связаны с совершенствованием внутреннего содержания и использованием новых материалов. Для увеличения срока службы свечи стали снабжать несколькими боковыми электродами, но это ухудшило характеристики воспламенения. Для действительного улучшения эффективности сгорания необходимо было делать электроды все тоньше и тоньше, а в качестве материалов для их изготовления использовать тугоплавкие металлы и сплавы платиновой группы, например, иридий.

– В 1902 году компания Bosch представила первую в мире автомобильную свечу зажигания, соединенную с магнето высокого напряжения. Это стало настоящей революцией, ведь до этого системы воспламенения топлива в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания были ненадежными и опасными. Применение свечи зажигания позволило решить одну из главных проблем в ранней истории автопрома, что привело к стремительному росту объемов выпуска транспортных средств.

Несмотря на то, что общий принцип работы свечи остался прежним, к настоящему моменту времени только Bosch разработал более 20 тысяч ее модификаций. Современные двигатели внутреннего сгорания представляют собой сложнейшие системы, в которых все элементы должны идеально соответствовать друг другу. Системы прямого впрыска последнего поколения предъявляют к свечам зажигания особые требования. Основой для их выполнения становится практически полное отсутствие допусков при производстве, а также новые разработки в области материалов, геометрии и технологических процессов.

– Принцип работы современной свечи зажигания в точности такой же, что у ее «предка» сто лет назад. От катушки к свече подводится импульс высокого напряжения, и между электродами возникает «маленькая молния» (искровой пробой), которая воспламеняет топливно-воздушную смесь.

– Конструкция современной свечи зажигания достаточно сильно отличается от первого ее проо­браза, запатентованного во второй половине 19 века. В дальнейшем конструкция свечи зажигания дорабатывалась и, начиная с начала 20 века, она уже приобрела современный вид.

– За последние годы все больше автопроизводителей стали устанавливать на своих конвейе­рах высокоэффективные свечи зажигания с увеличенным сроком службы. И для этого есть немало объективных причин.

Первая из них – это ужесточение экологических норм. Только высокоэффективные иридиевые и платиновые свечи могут обеспечить оптимальные параметры сгорания топливной смеси при одновременном снижении энергопотребления за счет уменьшения эффективной площади разряда. Лучшее сгорание ведет к снижению содержания вредных выбросов и экономии топлива, которое является второй причиной перехода автопроизводителей на новые типы свечей зажигания.

Третья причина в том, что процесс замены свечей стал более трудоемким, так как производители стремятся сделать двигатели более компактными и при этом функционально более сложными. Все это ведет к усложнению операций по замене и повышенным требованиям к исполнителю, который будет производить ремонт, а, следовательно, и к росту стоимости работ по замене свечей. Логично предположить, что автовладелец предпочтет свечи зажигания, интервал замены которых больше.

– Мощные компактные двигатели с высоким КПД нуждаются в большом количестве воздуха для оптимального сгорания топлива и, соответственно, в широких каналах впускного и выпускного клапанов. В результате остается все меньше места для свечи зажигания. Иными словам, чем меньше диаметр свечи, тем больше возможностей для конструкции двигателя. Кроме уменьшения диаметра свечи, наблюдает­ся также увеличение длины резьбы.

– Даунсайзинг, разумеется, сказывается на геометрии свечи. При прежнем рабочем объе­ме современные двигатели обладают повышенной мощностью и меньшими геометрическими размерами. Они оснащены более разветвленной̆ системой охлаждения, клапаны имеют больший диаметр. В головке блока цилиндров для свечи зажигания остается все меньше места. Отсюда необходимость прое­ктировать свечи с более тонкой резьбой. Кроме того, мощному мотору требуется более эффективный̆ отвод тепла от свечи, который осуществляется через резьбовую часть металлического корпуса. Поэтому у современных свечей резьба удлиненная – это увеличивает площадь контакта зоны теплоотведения с ГБЦ.

– Уменьшение размеров двигателя – основной способ снизить расход топлива и вредные выбросы. Эта новая технология ставит перед разработчиками системы зажигания новые задачи, так как в двигателях со сниженными габаритами меньше места для установки компонентов, в камере сгорания создается более высокое давление, напряжение зажигания становится выше, что резко увеличивает опасность высоковольтного пробоя на свече зажигания. В новых двигателях с искровым зажиганием и непосредственным впрыском для свечи зажигания остается меньше места в головке цилиндра. В свою очередь это приводит к необходимости удлинять резьбу для установки и/или изменять геометрию свечи зажигания. Новые свечи зажигания CHAMPION и BERU с двусторонним шестигранником под ключ Bi-Hex с уменьшенным диаметром резьбы М12 и увеличенной длиной резьбы получают все большее распространение и прекрасно подходят для более узких свечных колодцев двигателей семейства «Prince», установленных в Citroen, Peugeot, BMW и Mini. Эти свечи выдерживают такие же электрические и механические нагрузки, как и свечи со «стандартной» резьбой М14, а зажигание остается одинаково надежным в любых условиях. Противоположные требования – меньшая толщина стенки изолятора и повышенные требования к диэлектрической стойкости и прочности изолятора определяют необходимость разработки новых материалов, модификации конструкции и оптимизации технологических процессов.

– DENSO устанавливает стандарты в технологии производства свечей зажигания с 1959 года, компании принадлежит множество запатентованных ноу-хау. К новейшим разработкам относится технология свечей суперзажигания, которые имеют два встречных сверхтонких износостойких электрода. Эти электроды обеспечивают стабильное эффективное искроо­бразование и улучшают рабочие показатели двигателей.

– Надежное воспламенение смеси в двигателях с непосредственным впрыском топлива достигается благодаря прецизионным качествам свечей с направленным боковым электродом, зазор которого регулируется еще на заводе. В зависимости от типа двигателя определяются монтажный угол электродов и их положение относительно инжектора. Строжайшие производственные допуски, передовое оборудование и, конечно, тесное сотрудничество с автомобильными производителями обеспечивают свечам Bosch оптимальное положение бокового электрода.

– Для производства высокотехнологичных LPG свечей применяются изоляторы, выполненные по специальной технологии. Расширенное калильное число LPG свечей позволяет одинаково эффективно отводить тепло при разных термических нагрузках. Такая свеча не перегревается при работе на газе, когда при сгорании выделяется большое количество тепла, при этом свеча «не обрастает» проводящим нагаром при работе двигателя на бензине, а также в режимах с небольшой нагрузкой.

– Для увеличения сопротивления пробою был разработан новый высоковольтный соединитель, который при тех же размерах свечи зажигания обеспечивает большую изолирующую поверхность благодаря удлиненной на 8,5 мм шейке изолятора, что увеличивает сопротивление пробою до 9 000 В. От пробоя изоляции защищает не только увеличенная поверхность изолятора, но и новый вид соединения. Вместо внешней контактной поверхности (как в SAE или М4) теперь контакт происходит внутри с помощью нажимной пружины. Этот инновационный конический соединитель с нажимной пружиной разработан таким образом, чтобы контактный наконечник надежно входил в чашеобразное углубление запального штифта свечи зажигания. Это предотвращает образование полей с чрезмерным напряжением и, несмотря на возросшую мощность зажигания, существенно увеличивает сопротивление пробою.

CHAMPION предлагает патентованную премиум­-технологию с использованием оребренного керамического изолятора центрального электрода «Ribbed Core Nose», предотвращающую пробой свечи.

Вот некоторые примеры инновационных свечей зажигания CHAMPION:

• свечи с двойным шестигранником под ключ Bi-Hex для PSA и BMW/Mini;
• свечи «бокового воспламенения» «Sidefire» для VW OEM;
• свечи с коническим высоковольтным соединителем «Cup Terminal» для VW OEM;
• новые свечи для малогабаритных двигателей.

– Эффективность свечей зажигания и срок их службы зависят от размеров электродов и материалов их изготовления. Наибольшей эффективностью и сроком службы обладают свечи зажигания, электроды которых выполнены из платины и иридия.

Компания DENSO постоянно стремится совершенствовать свои продукты. Например, при разработке свечей ТТ было перепробовано множество вариантов добавок и присадок к никелю, которые позволили бы сохранить такие же показатели износостойкости при уменьшении диаметра электрода. Результатом стали свечи из никелевого сплава с улучшенными, по сравнению с обычной никелевой свечой, характеристиками и высокой стабильностью зажигания.

Компания DENSO первой использовала и запатентовала технологии самого маленького в мире центрального электрода из иридия радиусом 0.4 мм, который обеспечивает отличную воспламеняемость, улучшенные показатели двигателя, а также сниженный расход топлива в крейсерских режимах и уменьшение вредных выбросов выхлопных газов. При этом срок службы таких свечей зажигания DENSO составляет до 100 000 км.

– Современные двигатели работают при особо высоких температурах в камерах сгорания, и свечи зажигания испытывают сверхвысокие нагрузки. Электроды подвергаются большему износу, что необходимо компенсировать применением более термоустойчивых материалов. Сегодня в свечах зажигания Bosch помимо привычных материалов, таких как никель или медь, используются платиновые, иридиевые и родиевые сплавы. Помимо устойчивости к нагрузкам, это влечет за собой и практическую выгоду для автомобилистов – а именно, возможность продлить интервал замены свечи до 100 000 км.

– В автомобилях среднего и дорогого ценового сегментов повсеместно применяются свечи с использованием сплавов на основе платины и иридия. Благодаря этому электроды удается сделать чрезвычайно тонкими, чтобы минимизировать их влияние на процессы сгорания топливно-воздушной смеси. На боковом электроде многих наших свечей применяется не обычная, а игольчатая платиновая напайка. Она также уменьшает влияние самого электрода на качество воспламенения. Сжигая топливо эффективней, мы снимаем с мотора повышенную мощность при меньшем расходе бензина.

– Алюмооксидная керамика, использующаяся как материал изолятора в свечах зажигания для легковых автомобилей, заслужила доверие, поскольку этот материал соответствует всем электрическим и механическим требованиям касательно диэлектрической стойкости, даже при температурах до 1 000 °C. Остаточная пористость является основным фактором, определяющим свойства керамики. Для существенного снижения остаточной пористости, способствующей еще большему увеличению диэлектрической стойкости и механической прочности свечи зажигания, инженеры-конструкторы CHAMPION и BERU среди прочего модифицировали добавки в керамику.

Для подавления высокочастотных помех в электрическом соединении запального штифта и центрального электрода используется резистор из стекломассы, получаемый методом высокотемпературного спекания внутри свечи «F.I.S.S.», обеспечивающий более стабильные резистивные характеристики. Стекломасса имеет определенное сопротивление благодаря специальным добавкам, что гарантирует требуемую устойчивость к коррозии и характеристики помехоподавления. Применение такой технологии способствует плавной работе на холостых оборотах, а также улучшает рассеивание тепла. Стабильность резистивных характеристик делает такие свечи идеальными для применения на двигателях, оснащенных системами бортовой диагностики.

CHAMPION и BERU предлагают широкий ассортимент свечей зажигания с охватом более 95% деталей для автомобилей в Европе. Для изготовления центрального и заземляющих электродов используются различные материалы. Особые сплавы на основе никеля и электроды с медным сердечником отличаются хорошей теплопроводностью и высокой устойчивостью к коррозии. Армирование электродов платиной или иридием обеспечивает прекрасную устойчивость к коррозии, что увеличивает рекомендуемый интервал замены, который для платиновых свечей зажигания составляет 100 000 км, а для иридиевых – 120 00 км пробега.

– Безусловно, революционной стала технология свечей суперзажигания. Эти новаторские свечи имеют иридиевый центральный электрод диаметром 0.4 мм и платиновый электрод диаметром 0.7 мм, которые обеспечивают превосходное воспламенение, увеличение мощности двигателя, снижение расхода топлива и выбросов вредных газов. А срок службы таких свечей составляет 100 000 км.

– Компания Bosch разработала новые свечи зажигания с высокими эксплуатационными характеристиками для мощных бензиновых двигателей с непосредственным впрыском топлива. Благодаря новой конструкции изолятора эти свечи зажигания обладают большей механической прочностью и выдержи­вают давление в камере сгорания до 250 бар, которое может достигаться с современными системами прямого впрыска. Использование новых керамических материалов позволило увеличить электрическую прочность до 45 кВ. Улучшенная благодаря высокотехнологичным свечам воспламеняемость топливно-воздушной смеси позволяет в любых условиях повысить эффективность работы двигателя и при этом сократить расход топлива.

– Одна из новейших разработок NGK реализована в свече зажигания для двигателей семейства TFSI группы VAG – речь идет о моторах последнего поколения с рабочим объе­мом 1,8 и 2,0 л. Особенность заключается в применении платины как в центральном, так и в боковом электродах свечи. Этот металл обеспечивает высокую стойкость к воздействию разрушительных факторов, действующих в камере сгорания двигателя, на протяжении всего срока службы свечи. Применение платины в качестве материала центрального электрода позволяет делать его тонким, что положительно сказывается на надежности воспламенения. Кроме того, вместо традицион­ного SAE-соединения с высоковольтными проводами, свеча имеет инновационный чашеобразный терминал. Плотность электрического контакта поддерживается в нем с помощью внутренней пружины. Такая конструкция дает возможность удлинить керамический изолятор свечи на несколько миллиметров. Это способствует улучшению электрического сопротивления высоковольтного пробоя.

– Технология Advanced Corona Ignition System (ASIS). В отличие от стандартных систем зажигания, когда воспламенение инициируется нагревом, эта запатентованная технология высокочастотного зажигания использует мощное высокочастотное электрическое поле для получения повторяющейся контролируемой ионизации, создающей множество потоков ионов для воспламенения топливной смеси в камере сгорания. Это существенно повы­шает эффективность и скорость воспламенения, и даже крайне бедные воздушно-топливные смеси воспламеняются стабильно. Для дополнительного улучшения функциональности двигателя эта система предлагает электронное регулирование различных параметров цикла сгорания, еще больше снижая вредные выбросы, увеличивая эффективность и мощность двигателя. По результатам тестирования, ACIS обеспечивает экономию топлива до 10% по сравнению со стандартной искровой системой зажигания. Высокочастотное зажигание может стать революционным решением в технологии зажигания. Ожидается, что данная технология будет внедрена в массовое производство в течение нескольких ближайших лет.

– Для профессионалов рынка наши представители регулярно проводят тренинги и семинары. Мы предоставляем своим партнерам максимально полную и актуальную информацию о продукции, которая включает основные виды неисправностей, рекомендации по установке и замене, а также новости о расширении ассортимента.

В январе 2015 мы запустили официальный канал DENSO Russia на Youtube на русском языке, где публикуются различные видеоматериалы о компании, применяемых технологиях, новых разработках DENSO, интервью, советы специалистов и другие интересные материалы. Например, 3D-ролик о различиях стандартных никелевых свечей зажигания и свечей DENSO TT уже посмотрели более 48 000 автовладельцев.

В качестве еще одного канала коммуникации с клиентами мы создали официальное сообщество в ВКонтакте «DENSO: качество, инновации, поддержка». Участники могут найти в нем интересные новости автомобильного мира и полезную информацию о разработках и новых технологиях, увлекательные видео- и фото подборки, а также могут задать вопрос техническому специа­листу компании DENSO.

– Мы постоянно проводим технические тренинги для сотрудников СТО и розничных магазинов по всей России. Обычно они проходят в формате четырехчасовых семинаров c использованием интерактива и видеоматериалов. А для небольших групп органи­зуем вебинары. Дистанционное образование обеспечивает и модуль E-learning: изучить учебные материалы, пройти тестирование и получить сертификат можно в онлайн-режиме на официальном сайте NGK. Год назад в Google Play и Apple App Store появилось наше мобильное приложение «Поисковик продукции NGK». Помимо доступа к фирменным каталогам, с его помощью можно сканировать штрих-код на упаковке и получить полную информацию о товаре на свое мобильное устройство. Обновляются фирменные каталоги и на сайте www.ngk.ru. Также мы выпускаем статьи с советами по эксплуатации и замене свечей, через видеоблогеров прививаем потребителям грамотный подход к эксплуатации нашей продукции.

– Компания Federal-Mogul регулярно проводит технические семинары по продукции Champion/BERU. В ближайшее время на бесплатном обучающем интернет-портале FM Campus www.fmcampus.eu планируется добавить новый обучающий модуль по системам зажигания. На данный момент времени там размещены русскоязычные обучающие модули разного уровня сложности по деталям рулевого управления и подвески, тормозной системы и деталям двигателя. В 2016 году планируется реализовать программу по «перезапуску» бренда CHAMPION, в рамках которой будет разработан новый интернет-сайт на русском языке по всей продукции CHAMPION. На данный момент подбор свечей зажигания CHAMPION доступен на сайте www.fmecat.eu по продукции Federal-Mogul, а по продукции BERU – www.beru.federalmogul.com. На этих сайтах также возможно скачать каталоги по свечам зажигания в электронном виде.