Świeca zapłonowa to zwodniczo proste urządzenie, chociaż ma kilka różnych, ale kluczowych zadań. Przede wszystkim tworzy (dosłownie) sztuczne oświetlenie wewnątrz komory spalania silnika (głowicy). Przekazuje bardzo dużą energię elektryczną (napięcie), aby wytworzyć iskrę i „rozpalić ogień” w kontrolowanym chaosie komory spalania. W tym przypadku napięcie na świecy zapłonowej może wynosić od 20,000 do ponad 100,000 woltów.
Właściwości termiczne świecy zapłonowej
Chociaż inicjuje iskrę powodującą spalanie, świeca zapłonowa jej nie podtrzymuje. To naprawdę pomaga w przekazywaniu ciepła z komory spalania do płaszcza wodnego głowicy cylindrów.
Zdolność świecy zapłonowej do odprowadzania ciepła z komory spalania jest określona przez „zakres temperatur” świecy zapłonowej. Temperatura po stronie zapłonowej świecy zapłonowej musi być utrzymywana na wystarczająco wysokim poziomie, aby zapobiec zabrudzeniu, ale jednocześnie na tyle niskim, aby zapobiec przedwczesnemu zapłonowi. Producenci świec zapłonowych nazywają to „wydajnością cieplną”. Wydajność cieplna lub zakres temperatur świecy zapłonowej nie ma nic wspólnego z energią przekazywaną przez układ zapłonowy przez świecę zapłonową. Zakres temperatur świecy zapłonowej to obszar, na który oddziałuje ciepło świecy zapłonowej.
Zimne świece zapłonowe i gorące świece zapłonowe
„Zimne” świece zapłonowe mają zazwyczaj krótszą drogę przepływu ciepła. Skutkuje to bardzo dużą szybkością wymiany ciepła. Dodatkowo krótki nosek izolatora zimnej świecy zapłonowej ma mniejszą powierzchnię i nie pozwala na pochłanianie znacznej ilości ciepła.
Z drugiej strony „gorąca” świeca zapłonowa ma dłuższą końcówkę izolatora i dłuższą drogę wymiany ciepła. Powoduje to znacznie wolniejsze przekazywanie ciepła do otaczającej głowicy cylindra (a tym samym do płaszcza wodnego).
Aby uzyskać optymalną wydajność cieplną, należy starannie dobrać zakres temperatur świecy zapłonowej. Jeśli zakres ogrzewania jest nieprawidłowy, możesz napotkać poważne problemy. Zazwyczaj odpowiednia temperatura końca płomienia wynosi (w przybliżeniu) 900-1 450 stopni. Poniżej 900 stopni może wystąpić nagromadzenie węgla. Powyżej problemem staje się przegrzanie.
Wzrasta napięcie świecy zapłonowej
Jeśli chodzi o działanie, świeca zapłonowa jest podłączona do wysokiego napięcia generowanego przez cewkę zapłonową (albo przez konwencjonalny rozdzielacz, albo przez elektronikę). Gdy z cewki płynie prąd, powstaje różnica napięcia pomiędzy elektrodą środkową a elektrodą masową świecy zapłonowej.
Świeca zapłonowa nie zapali się natychmiast ze względu na „przerwę” świecy zapłonowej i mieszankę paliwowo-powietrzną w szczelinie (działającą jak izolator).
Kiedy napięcie wzrasta do około 20,000 woltów, szczelina wewnątrz świecy zapłonowej „pęka” i zapala się. Po wyjęciu świecy zapłonowej z głowicy cylindrów i prawidłowym jej uziemieniu w celu zapłonu, powinien być słyszalny wyraźny dźwięk kliknięcia. Jeśli warunki są wystarczająco ciemne, można zobaczyć iskry.
Kliknięcia, które słyszysz, to w zasadzie miniaturowe grzmoty, a obserwowane iskry przypominają miniaturowe błyskawice.
W komorze spalania intensywne ciepło wytwarzane przez świecę zapłonową tworzy w szczelinie małą kulę ognia. Kula ognia, czyli „jądro” spalania, rozszerza się i cylinder (przynajmniej teoretycznie) ulega całkowitemu spalaniu.
Struktura świecy zapłonowej:
Strukturalnie świece zapłonowe mogą nie być tak proste, jak myślisz. W rzeczywistości są to urządzenia precyzyjne.
Żeberka: Żebra izolatora zapewniają dodatkową ochronę przed napięciem wtórnym lub przeskokiem iskry, a także pomagają poprawić przyczepność gumowej osłony świecy zapłonowej do korpusu świecy.
Izolator: Korpus izolatora jest uformowany z ceramiki z tlenku glinu. Do produkcji tej części świecy zapłonowej stosuje się wysokociśnieniowy system formowania na sucho. Po uformowaniu izolator jest wypalany w piecu do temperatury przekraczającej temperaturę topnienia stali. W procesie powstają komponenty o doskonałej wytrzymałości dielektrycznej, wysokiej przewodności cieplnej i doskonałej odporności na uderzenia.
Wskaźnik pokazuje izolator świecy zapłonowej. Jak wspomniano powyżej, jest on wykonany z ceramiki z tlenku glinu. Zewnętrzna powierzchnia jest żebrowana, aby zapewnić przyczepność osłony świecy zapłonowej, jednocześnie zapewniając ochronę przed przeskokiem świecy zapłonowej (pożarem krzyżowym).
Sześciokątny: Sześciokątny kształt stanowi punkt styku klucza nasadowego. Rozmiar sześciokątny jest zasadniczo ujednolicony w branży i jest ogólnie powiązany z rozmiarem gwintu świecy zapłonowej.
Mieszkania: Obudowa stalowa jest produkowana z zachowaniem dokładnych tolerancji przy użyciu specjalnego procesu wytłaczania na zimno. W niektórych typach świec zapłonowych do budowy obudowy wykorzystuje się kęsy stalowe (pręty).
Platerowanie: Osłonka jest prawie zawsze platerowana. Zwiększa to trwałość i zapewnia ochronę przed rdzą i korozją. Stalowa skorupa jest produkowana z zachowaniem dokładnych tolerancji przy użyciu specjalnego procesu wytłaczania na zimno lub, w innych specjalnych przypadkach, jest obrabiana maszynowo ze stali kęsów. Obrobiony sześciokąt na obudowie umożliwia montaż lub demontaż wtyczki za pomocą klucza nasadowego.
Podkładki: Niektóre świece zapłonowe mają podkładki, podczas gdy inne są „bezuszczelkowe”. Uszczelki stosowane w świecach zapłonowych mają konstrukcję ze stali giętej, która zapewnia gładką powierzchnię do celów uszczelniających. W bezuszczelkowych świecach zapłonowych zastosowano stożkową obudowę gniazda, która zapewnia uszczelnienie świecy zapłonowej z zachowaniem wąskich tolerancji.
Wątki: Gwinty świec zapłonowych są zwykle walcowane, a nie wycinane. Jest to zgodne ze specyfikacjami ustalonymi przez SAE i Międzynarodowy Instytut Normalizacyjny.
Elektrody uziemiające: Istnieje wiele różnych kształtów i konfiguracji elektrod uziemiających, ale najczęściej są one wykonane ze stali stopowej niklu. Elektrody uziemiające muszą być odporne na korozję iskrową i chemiczną w ekstremalnych temperaturach.
Elektroda środkowa: Elektroda środkowa musi być wykonana ze specjalnego stopu odpornego na korozję iskrową i chemiczną. Należy pamiętać, że temperatury w komorze spalania będą się zmieniać (czasami bardzo). Elektroda środkowa musi działać w ramach tych parametrów.
Szczelina elektrody zapłonowej: Obszar pomiędzy elektrodą masową a elektrodą środkową nazywany jest szczeliną. Elektroda środkowa musi być wykonana ze specjalnego stopu odpornego na korozję iskrową i chemiczną.
Nos izolatora: Dostępnych jest wiele kształtów i rozmiarów końcówek izolatorów, ale zasadniczo końcówka izolatora musi być w stanie usuwać osady węgla, oleju i paliwa przy niskich prędkościach. Przy wyższych prędkościach obrotowych silnika przedni koniec izolatora jest zwykle chłodzony, co zmniejsza temperaturę i korozję elektrody.
