Калильное зажигание и самовоспламенение
Причины, признаки и выбор свечей

А.Дмитриевский, к.т.н., ГНЦ РФ НАМИ

В предыдущем номере нашего журнала было дано описание признаков и причин появления детонации. Но наиболее опасным аномальным процессом сгорания является калильное зажигание, возникающее еще до появления искры от перегретого источника воспламенения. Так начинается неуправляемый процесс сгорания. Преждевременное воспламенение приводит к увеличению давления и температуры в цилиндре. Из-за этого воспламенение в следующих циклах начинается все раньше и раньше и так до тех пор, пока что-то не выйдет из строя. В лучшем случае сгорит электрод свечи или расколется изолятор (при этом на короткий промежуток времени может появиться стук в двигателе, затем поршень раздробит осколок изолятора и стук прекратится). В худшем случае произойдет "задир" поршня или прогорит его днище (рис.1 и 2).

рис.1 «Задир» поршня
рис.2 Прогорание днища поршня

Вероятность появления калильного зажигания, так же как и других видов аномального сгорания, зависит от химического состава бензина, наличия в нем ароматических углеводородов, его фактического октанового числа (ФОЧ), степени сжатия конкретного двигателя, угла опережения зажигания, температурного режима двигателя, температуры и состава рабочей смеси. В отличие от детонации калильное зажигание возникает при высокой частоте вращения (конечно при большой нагрузке) и сопровождается глухими стуками, которые даже опытный водитель обычно не слышит из-за общего высокого уровня шума при движении с высокими скоростями. При этом на 10–15% снижается мощность. По падению мощности установить появление калильного зажигания можно только при движении с полностью открытой дроссельной заслонкой (при подъеме, движении с максимальной скоростью, когда скорость автомобиля неожиданно уменьшается). Но при движении по ровной дороге установить начало калильного зажигания сразу не удается.

Зависимость температуры электрода свечи от мощности двигателя

К числу аномальных процессов сгорания в бензиновых двигателях относится и работа двигателя с самовоспламенением всего заряда рабочей смеси при выключении зажигании (процесс аналогичен дизельному). Его часто неправильно называют калильным зажиганием (калилкой). Из-за низкой частоты вращения коленчатого вала (100-200 об/мин) работа происходит с резкими рывками и стуками. Появление такого рода воспламенения может косвенно свидетельствовать об ухудшении теплоотдачи, например из-за чрезмерного отложения нагара в камере сгорания или повышенной склонности топлива к самовоспламенению. Для устранения этого явления большинство зарубежных карбюраторов и некоторые отечественные (ДААЗ-2103, 2106) снабжены специальными электромагнитными клапанами (Антидизель), отключающими подачу топлива через систему холостого хода при выключении зажигания. Большинство отечественных карбюраторов, таких как К-131, К-151 ( малотоннажные автомобили ГАЗ и УАЗ), ДААЗ-2105, 2107, 2108 и их модификации оснащены экономайзером принудительного холостого хода (ЭПХХ) для отключения подачи смеси при торможении двигателем. При выключении зажигания клапан ЭПХХ также отключает подачу смеси, предотвращая работу двигателя с самовоспламенением. Если двигатель, оснащенный этой системой, все же работает с самовоспламенением, необходимо ее проверить (обычно заедает клапан ЭПХХ или бывает прорвана мембрана). В двигателях без клапана ЭПХХ или Антидизеля самовоспламенение иногда удается устранить путем регулирования карбюратора. Необходимо уменьшить частоту вращения на холостом ходу. За счет уменьшения количества подаваемой смеси ее температура и давление в цилиндре падают и самовоспламенения при работе на нормальном бензине не происходит.

Ну а теперь вернемся к калильному зажиганию. Чтобы предотвратить появление калильного зажигания, важно не допускать работы на топливе с октановым числом ниже рекомендованного инструкцией, систематически проверять, правильно ли установлено зажигание, устанавливать свечи, соответствующие только данному двигателю.

рис.3. Свеча с сгоревшим электродом
рис.4. Свеча с треснутым изолятором

При слишком раннем зажигании во время разгона на низкой частоте работы двигателя появляется детонация, которую водитель хорошо слышит и переходит на понижающую передачу. Но это является одновременно предупреждением о низком качестве бензина, перегреве двигателя или неправильно установленном зажигании, что при высоких числах оборотов может привести к появлению калильного зажигания. Поэтому необходимо установить более позднее зажигание. Бывают случаи неожиданного перехода на слишком раннее зажигание, например, если отваливается контактная пластина у прерывателя, угол опережения зажигания увеличивается на 10–15 градусов, а двигатель может продолжать работать некоторое время, достаточное для сгорания свечи или прогара поршня.

Определение появления калильного зажигания в лабораторных условиях производится специальным прибором, фиксирующим изменение сопротивления искрового промежутка свечи за счет ионизации при воспламенении смеси еще до появления искры от катушки зажигания. Но в отличие от датчика детонации таких приборов в эксплуатации еще нет.

Одной из наиболее вероятных причин появления калильного зажигания является слишком высокая температура центрального электрода свечи или ее изолятора. Их температура зависит прежде всего от поверхности (длины) юбки изолятора - чем больше поверхность, тем "горячее" свеча. В двигателях с высокой литровой мощностью, особенно с турбонаддувом, а также в двигателях с воздушным охлаждением и в двухтактных двигателях приходится ставить более "холодные" свечи.

рис 5. Свеча соответствует двигателю
рис.7. Двигатель требует ремонта (масло попадает в камеру сгорания)

Для надежной работы двигателя необходимо устанавливать свечи в соответствии с рекомендацией завода-изготовителя двигателя. Но при эксплуатации автомобиля часто возникают ситуации, требующие квалифицированного подбора ее марки. Прежде всего – это желание поставить более надежные свечи специализированных зарубежных фирм. Второе – это вынужденная необходимость использовать время от времени бензин с пониженным против рекомендованного октановым числом. Наконец, нельзя не учитывать эксплуатационные условия, приводящие к работе двигателей длительное время на повышенных оборотах.

Причиной появления калильного зажигания может быть производственный разнобой в фактических степенях сжатия. Степень сжатия часто увеличивается в процессе капитального ремонта двигателей, например, при расточке цилиндров, при фрезеровании нижней плоскости головки цилиндров. Кроме того, за счет появления накипи в системе охлаждения повышается температурный режим поверхности камеры сгорания. Все это приводит к увеличению вероятности появления не только детонации, но и калильного зажигания. А следовательно, необходимо установить и более «холодные» свечи.

Как же разобраться во всем многообразии свечей, появившихся последнее время в продаже? Для выбора свечи следует воспользоваться каталогом ведущих фирм, в котором приводятся марки свечей для всех основных моделей автомобилей (включая и отечественные), мотоциклов, двигателей для сельхозтехники и даже для снегоходов и моторных лодок. Ну а если каталога нет, можно воспользоваться приведенной ниже таблицей 1 и расшифровкой обозначений свечей отечественного и зарубежного производства, приведенной в конце статьи.

рис 6. Свеча слишком холодная
рис.8. Слишком горячая свеча

Основным параметром, характеризующим тепловой режим работы свечи, а, следовательно, и склонность к калильному зажиганию, является ее калильное число. Наиболее удобное обозначение калильного числа, которое раньше было принято большинством европейских фирм, по времени в секундах, после которого начинается калильное зажигание при испытании свечи на специальной одноцилиндровой установке. Чем больше калильное число, тем свеча "холоднее" и может устанавливаться на форсированные двигатели. Последние годы большинство фирм все запутало, перейдя на условные обозначения свечей. Калильное число отечественных свечей маркируется по среднему индикаторному давлению в цилиндре специальной установки, при котором начинается калильное зажигание (от 9 до 26 кгс/см2). Это число примерно в 10 раз меньше, чем старое обозначение в секундах.

Как проверить, соответствует ли поставленная свеча вашему двигателю? После пробега примерно 1000 километров, следует вывернуть свечи, пометив, из какого цилиндра каждая из них. Они много расскажут вам о состоянии двигателя. Когда изолятор светло-коричневый, бурый или светло-серый – значит калильное число выбрано правильно (рис.5). Черный матовый нагар на изоляторе и корпусе (рис.6) – признак работы на переобогащенной смеси или калильное число свечи слишком высокое. В этом случае необходимо проверить регулировку карбюратора или системы впрыска (например по газоанализатору). Если с регулировкой все в порядке – вашему двигателю требуется более «горячая» свеча. Блестящий маслянистый черный нагар (рис.7) свидетельствует о попадании в цилиндр смазки через поршневые кольца, направляющие втулки впускного клапана или систему вентиляции картера. Увы! Двигателю необходим ремонт. Изолятор снежно-белой окраски (рис.8) – признак работы свечи на предельно допустимом тепловом режиме. Причина: слишком раннее зажигание, очень горячая свеча или переобеднение смеси. Проверьте регулировки системы питания, характеристики автомата опережения зажигания и, если они в норме, подберите более холодную свечу.

Таблица 1 Момент затяжки свечей
Диаметр
резьбы
Материал головки
  Чугун Алюминий
мм Нм кгсм фунт•сила•фут Нм кгсм фунт•сила•фут
Плоское седло
18 35-45 3,5-4,5 25,3-32,5 25-35 2,0-3,5 14,5-25,3
14 25-35 2,5-3,5 18,0-25,3 25-30 2,5-3,0 18,0-21,6
12 15-25 1,5-2,5 10,8-18,0 15-20 1,5-2,0 10,8-14,5
10 10-15 1,0-1,5 7,2-10,8 10-12 1,0-1,2 7,2-8,7
Коническое седло
18 20-30 2,0-3,0 14,5-21,6 20-30 2,0-3,0 14,5-21,6
14 10-20 1,0-2,0 7,2-14,5 10-20 1,0-2,0 7,2-14,5

Но даже в одном двигателе свечи могут оказаться в различном состоянии. Это бывает от неравномерного распределения смеси по цилиндрам, повышенного износа в одном из цилиндров, перегрева (обычно последнего цилиндра), "разброса" между цилиндрами углов опережения зажигания и фактической величины степени сжатия. Чтобы иметь запас по калильному числу, можно посоветовать иметь два комплекта свечей: для лета – более холодные, для зимы – горячие.

А почему бы не поставить заведомо более «холодные» свечи? Дело в том, что у «холодной» свечи, имеющей короткий конус изолятора и, следовательно, низкую температуру, не происходит его самоочищения. Постепенно изолятор покрывается нагаром, при пуске, прогреве и после длительной работы на режиме торможения двигателем, например при спуске с горы, на нем выпадает конденсат, он шунтируется, и начинаются перебои зажигания. Результат – повышенный выброс углеводородов и увеличенный расход топлива.

Температура центрального электрода свечи, вызывающего калильное зажигание, зависит от длины конуса изолятора, длины резьбы, материала головки (алюминий или чугун), способа охлаждения (жидкостное или воздушное) и особенностей конструкции свечи. Последнее время большинство фирм выпускают свечи с биметаллическим центральным, а иногда и боковыми электродами свечи (медный электрод, покрытый жаростойким материалом)(рис.9). Это позволяет снизить температуру электрода при достаточно большой поверхности конуса изолятора и его повышенной температуре, обеспе-чивающей самоочищение при работе. В результате одна марка такой свечи охватывает по тепловым характеристикам две-три марки свечей старой конструкции. Другим оригинальным решением является изготовление миниатюрного центрального электрода из платины, не выступающего из изолятора. Особо холодные свечи с калильным числом от 300 и выше для форсированных двигателей изготавливаются с серебряным (а иногда и золотым) электродом и очень короткой юбкой изолятора.

Рис.9 Свечи различных конструкций: а - свеча для экранированной проводки и водонепроницаемая; б - свеча с платиновым электродом; в - свеча с биметаллическими электродами;

Зачем делают несколько боковых электродов? Дело в том, что при этом упрощается обслуживание двигателя за счет увеличения пробега между регулировками искровых промежутков свечей. Например, при исходном искровом промежутке 0,5 мм перебои в зажигании начинаются лишь при его увеличении до 0,9–1,0 мм. У свечей с несколькими электродами пробег до достижения такого же зазора увеличивается в несколько раз. Поэтому можно сразу устанавливать больший исходный зазор (0,8 мм), что улучшит работу двигателя на режимах пуска и прогрева. Заметных улучшений мощностных и экономических показателей не наблюдается.

При боковом расположении электрода массы, его рабочая поверхность часто выполняется цилиндрической, чтобы искровой промежуток имел постоянную величину.

Несколько практических советов

Не рекомендуется очищать свечи в пескоструйном аппарате, так как при этом разрушается поверхность изолятора. Лучше опустить ее на некоторое время в растворитель, бензин или применить специальный аэрозоль. Затем деревянной палочкой очистить изолятор, электроды, корпус и продуть их сжатым воздухом.

При регулировке искрового промежутка свечей следует пользоваться только круглыми щупами, ведь из-за неравномерного выгорания электродов или при цилиндрической поверхности электродов от пользования плоскими щупами фактический зазор может оказаться больше замеренного (рис.10).

Не стоит слишком сильно затягивать свечу. Для свечей с резьбой 14х1,25, устанавливаемых в алюминиевую головку цилиндров, момент затяжки должен быть в пределах 20–30 Н•м (2–3 кгс•м) – при плоском седле и 10–20 Н•м – при коническом. При короткой резьбе (9,5–12,7 мм) момент затяжки берут ближе к нижнему пределу, при длине резьбы 19 мм – ближе к верхнему. Если нет под рукой динамометрического ключа, то свечу с новой прокладкой заворачивают до упора без усилия, а затем поворачивают ключом с усилием на 80–90 градусов. При старой прокладке угол поворота ключа с усилием должен быть меньше. У свечей с коническим уплотнением поворот ее с усилием производится только на 15 градусов. При затягивании и отворачивании свечей желательно пользоваться ключами, имеющими приспособления для захвата ее за верхний контакт и карданное сочленение, предупреждающее поломку изолятора.

Рис. 10. Проверка и регулировка искрового промежутка свечей: 1 – щуп; 2 – приспособление для регулировки искрового промежутка; 3 – бородок для уменьшения искрового промежутка; ØS – диаметр цилиндрического щупа

Длина резьбы корпуса свечи и способ его уплотнения (по торцу с прокладкой или по конической поверхности) должны соответствовать конструкции головки цилиндров.

При покупке следует опасаться свечей, выпускаемых "по лицензии ведущих фирм" в других странах или просто подделок под известные марки. Как правило, такие свечи имеют меньший ресурс работы и большой разброс по калильным числам, что может привести к выходу из строя всего двигателя.

По внешнему виду отличить подделку можно по плохо выполненной упаковке, смазанному рисунку на ней, плохо обработанному шестиграннику свечи, чуть перекошенной надписи. Но лучше всего покупать свечи в "солидных" магазинах и всегда иметь пару надежных свечей в запасе.

Таблица 2
ПРАКТИКА И СОВЕТЫ УЗЛЫ, АГРЕГАТЫ, КОМПОНЕНТЫ ЧИТАЛЬНЫЙ ЗАЛ Двигатель Наука
А. Дмитриевский, к.т.н. Основные Средства 06'1998 22 марта 2016

Комментарии (5)

Алексей
А я думал, что знаю про свечи все. Полезная статья.
30 сентября 2016 – 21:52 Ответить
Андрей, Серпухов.
Отличная статья! наконец-то восполнил пробелы в знаниях о свечах.
14 сентября 2012 – 09:01 Ответить
Андрей. Витебск
Спасибо, почерпнул массу нового, теперь отношение к свечам стало более серьезным.
21 мая 2012 – 22:36 Ответить
Денис
Новый взгляд на свечи зажигания
7 марта 2012 – 07:18 Ответить
Саша,Севастополь
Очень обширно,доходчиво и познавательно.Я нашел что меня интересовало.
14 сентября 2011 – 00:31 Ответить