Принцип работы свечей накаливания дизельного двигателя

Дизельный двигатель в отличие от традиционных бензиновых моторов внутреннего сгорания нуждается в специальных свечах накаливания. Что это за устройство, и какие принципы его работы в турбодизеле – об этом мы расскажем в данной статье.

Для чего нужна свеча накаливания в дизельном агрегате

Из физики мы знаем, что в бензиновом двигателе топливо в камере сгорания воспламеняется от искры, а в дизельном моторе – топливо самодетонирует от сжатия, при котором температура возрастает до 800 градусов Цельсия. Однако в холодное время года для детонации дизельного топлива недостаточно только лишь высокого давления. Для процесса детонации топлива необходимо его нагреть с помощью специальной свечи накаливания.

Принцип работы свечей накаливания в дизельном моторе

Запуск свечей накаливания в дизельном моторе происходит автоматически при проворачивании ключа в замке зажигания. Длительность работы свечей накаливания определяется датчиком температуры двигателя. Как только турбодизель полностью прогреется, свечи накаливания отключаются.

В таблице ниже указан алгоритм работы свечей накаливания в дизельном силовом агрегате.

Действие	Описание
Поворот ключа стартера	На свечу накаливания подается электрический ток
На панели приборов загорается контрольная лампа состояния свечей накаливания	В зимнее время года необходимо задержать ключ в замке зажигания на «массе» свечи накаливания разогрели камеру сгорания. Пока горит контрольная лампа – свечи накаливания греют, как только контрольная лампа гаснет – это означает, что можно заводить мотор стартером.
Запуск двигателя стартером	После 15-30-секундной работы свечей накаливания мы можем заводить турбодизель.
Трехминутная работа свечей накаливания после запуска двигателя	После запуска мотора стартером свечи накаливания работают в течение трех минут, чтобы обеспечить бесперебойную работу до полного прогрева двигателя.

Устройство свечи накаливания

Свеча накаливания имеет спираль накаливания, которая может быть защищена чехлом или быть открытой. Защитный чехол спирали обычно изготовлен из оболочки, которая заполнена керамическим порошком. Такая оболочка хорошо проводит тепло.

Выделяют несколько видов свечей накаливания для дизельных моторов:

— свечи открытого типа;

— другое название штифтовых свечей – стержневые свечи.

Штифтовые свечи устанавливаются непосредственно в камере сгорания мотора. Струя топливной смеси попадает прямо на раскаленную оболочку спирали свечи. Стержневые свечи служат намного дольше свечей открытого типа, но и стоят они дороже. Автомобильные производители практически отошли от использования свечей открытого типа в настоящее время. Ранее их еще использовали в дизельных моторах Mercedes.

Ресурс свечи накаливания

Современные штифтовые свечи накаливания могут служить до 60 000 километров, если не нарушаются условия эксплуатации дизельного двигателя. Свеча накаливания может выйти из строя раньше оговоренного интервала работы из-за повреждения оболочки спирали накаливания. Через трещину в оболочке поступают влага и грязь, от чего витки спирали просто замыкаются на корпус. К повреждению оболочки спирали свечи накаливания могут привести:

— неправильный или неаккуратный монтаж свечи накаливания в двигатель;

— электрохимическая коррозия, возникающая со временем;

— несоответствие модели свечи двигателю автомобиля.

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.

Принцип работы и функции свечи накаливания

Основное предназначение свечи накаливания – это прогрев внутреннего пространства камеры сгорания. А потому для каждого цилиндра устанавливается своя свеча. В отличие от бензиновых двигателей она не генерирует искру, а лишь прогревает воздух для запуска мотора.

В зависимости от конструкции самого дизельного двигателя, эти свечи могут устанавливаться в различных местах:

• в вихревой камере;
• в форкамере (предкамера);
• в камере сгорания.

При включении зажигания от аккумулятора на свечи накаливания поступает напряжение. Это позволяет разогреть воздушное пространство в зоне впрыска топлива до высоких значений температуры 850-1350°С. Когда происходит нагрев, на приборной панели автомобиля загорается индикатор состояния нагревателей (свечей).

Если лампочка индикатора гаснет, это означает, что требуемая температура достигнута и двигатель может быть запущен. После запуска силового агрегата свечи накаливания продолжают цикл разогрева, пока датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя не покажет 75 °С. В стандартном режиме это занимает не более 3 минут с момента запуска мотора.

Схема подключения свечей накаливания

Основными характеристиками свечей накаливания являются следующие параметры:

• скорость нагрева;
• объем нагрева;
• габаритные размеры;
• адаптация к параметрам камеры сгорания.

Устройство и виды свечей накаливания

Конструктивно эти свечи состоят из: корпуса, нагревательного элемента и клеммы подключения к питанию.

В верхней части корпуса присутствует резьба, позволяющая зафиксировать нагреватель на двигателе. Нагревательный элемент состоит из спирали с защитной оболочкой, которая может быть выполнена из металла или керамики. Ранее применялись конструкции с открытой спиралью, которые сегодня можно встретить в старых моделях авто. Такая система не отличалась долговечностью.

Устройство свечи накаливания

В конструкции с металлической защитной оболочкой наконечник нагревателя выполняется из сплава железа, хрома и никеля, устойчивого к воздействию высоких температур. Внутри него находятся нагревательная и регулировочная спирали.

Нагревательная спираль выполняет разогрев воздуха, и ее сопротивление не зависит от температуры. Регулировочная спираль путем повышения сопротивления выполняет регулировку интенсивности накаливания, предотвращая перегрев. Внутреннее пространство наконечника заполняется изолятором из оксида магния.

Кроме классических конструкций существуют турбосвечи, которые имеют специфическую форму корпуса и конический наконечник, что позволяет сократить утечки. Применяются такие модели в гоночных автомобилях.

Керамические свечи накаливания имеют аналогичную конструкцию, но вместо металла и защитная оболочка, и нагревательный элемент выполняются из керамики.

Спираль в нагревателе может быть целостной (моноспираль) или двойной. В первом случае она одновременно выполняет и функции накаливания, и при этом самостоятельно регулируется, препятствуя разогреву до критических температур. Конструкции с двойной спиралью применяются сравнительно недавно. Они позволяют более точно регулировать температурный режим нагревательного элемента на всех режимах работы двигателя.

Управление свечами накаливания

Охлаждение нагревательного стержня осуществляется за счет потока топливно-воздушной смеси на такте подачи и потока воздуха на такте сжатия. Снижение температуры происходит при увеличении скорости, а повышение – при стабильной работе двигателя. Для компенсации и регулирования этих процессов в современных автомобилях задействуется электронный блок управления двигателем (ЭБУ), который подает на свечу такое напряжение, которое оптимально соответствует текущему режиму работы мотора.

Помимо этого ЭБУ может осуществлять экстремальный разогрев свечи накаливания (за максимально короткие промежутки времени до 2 секунд). Наиболее прогрессивные системы предусматривают возможность независимого управления каждой свечой с помощью полупроводниковых элементов, что также упрощает процесс диагностики их состояния.

Неисправности свечей накаливания в дизельных двигателях

Срок службы свечи зависит от ее конструктивных особенностей, материала электрода и условий эксплуатации. Штифтовые конструкции в среднем имеют ресурс до 30 тысяч километров пробега, но некоторые наиболее качественные способны обеспечивать бесперебойную работу до 60 тысяч километров эксплуатации.

Выполнять проверку неисправности свечей в дизельном двигателе лучше всего до наступления холодов, поскольку летом проблемы могут вовсе не проявляться. Наиболее распространенными неполадками этого элемента являются:

• обрыв спирали;
• разрушение или оплавление нагревательного стержня;
• повреждение резьбы монтажного соединения.

Причинами неполадок могут служить как естественные процессы, так и нарушения правил эксплуатации. В их числе:

• перегрев нагревательного элемента при подаче слишком высокого напряжения;
• неисправность двигателя и нарушение режимов впрыска топлива;
• загрязнение форсунок мотора;
• повреждение корпуса наконечника;
• некорректная установка свечи в двигатель;
• электрохимическая коррозия;
• неисправность электронного блока управления.

Для более эффективной работы свеча должна устанавливаться точно на периферии воронки топливовоздушной смеси. При этом она должна быть продвинута достаточно глубоко в камеру сгорания или в форкамеру. Диагностику и замену этого элемента следует доверять профессионалам.

Принцип работы свечей накаливания, срок службы, как проверить их работу

Принцип работы дизельного двигателя немного отличается от бензинового. Воспламенение топливно-воздушной смеси у него происходит не от искры свечи зажигания, а от сжатия. Чтобы завести мотор, особенно зимой (а у дизельного силового агрегата «зима» начинается при температуре около + 5 градусов), необходимо прогреть камеру сгорания. Для этой цели служат штифтовые и керамические свечи накаливания.

Эти устройства способны в течение нескольких секунд разогреть воздух в зоне впрыска до температуры от 850 до 1000 градусов Цельсия. Когда мотор запустился, они продолжают работать до тех пор, пока температура охлаждающей жидкости не поднимется до 75 градусов по Цельсию.

Типы свечей накаливания

Штифтовые

Свечи накаливания для дизеля бывают двух типов:

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.

Проверка состояния свечей накаливания

За состоянием свечей накаливания необходимо тщательно следить и своевременно их менять, особенно если автомобиль эксплуатируется зимой (насколько часто менять укажет автопроизводитель). Во-первых, перед зимой нужно проверить их работоспособность, поскольку даже одна неработающая свеча не позволит завести мотор при отрицательной температуре. Если проверка таковую выявила, то лучше менять весь комплект, поскольку и остальные в скором времени могут выйти из строя.

Существует два безопасных способа проверить свечи. Первый требует участия двух человек. Потребуется вывернуть форсунки, после чего один человек будет смотреть в колодцы, а второй повернет ключ в предстартовое положение. Работающие свечи станут красными от нагрева. Однако такой метод подойдет не всем, т.к. на некоторых двигателях через колодцы форсунок свечи попросту не видны.

Второй способ проверить исправность свечей – при помощи мультиметра. Нужно выбрать режим проверки замыкания цепи, после чего одним щупом прикоснуться к корпусу свечи, а другим – к ее шляпке. Если цепь окажется замкнутой, то она работает, в противном случае ее необходимо менять.

На многих современных автомобилях проверка свечей накала выполняется в режиме самодиагностики, а схема электропроводки дополняется индикатором на приборной панели, сигнализирующем о поломке.

В нормальных условиях эксплуатации менять свечи накала необходимо в среднем раз в 60 тысяч км. Если же машина постоянно эксплуатируется в предельных режимах, то не лишним будет проверить их работоспособность, хотя бы раз в сезон, а менять или с учащенным интервалом, или по выходу из строя.

Менять свечи накала нужно с осторожностью. Они довольно хрупкие и часто ломаются при попытке вывернуть. Если такое случится, то придется везти автомобиль на СТО или самостоятельно снимать головку блока, чтобы высверлить сломанную свечу и нарезать новую резьбу.

Признаки и причины неисправности свечей накаливания

Часто бывает так, что двигатель ни с того ни с сего, начинает запускаться с трудом и неровно работает, будучи холодным. Попутным симптомом может быть выхлоп белого цвета. Как правило, причина кроется в поломке свечей накала. Если они недавно менялись, и их срок службы не подошел к концу, скорее всего, дело в заводском браке, и перестала работать одна из свечей. Нужно проверить все и заменить неисправную. Заметить неисправность летом довольно сложно. Она начинает проявляться с понижением температуры окружающей среды.

Если откажут сразу две, то двигатель, скорее всего, совсем не удастся запустить. Одновременный отказ большего количества свечей маловероятен, и придется проверить электропроводку или блок управления.

Свеча может перестать работать в нескольких случаях: она выработала свой ресурс, есть неполадки в топливной аппаратуре или электропроводке. В первом случае выполняется проверка и замена всего комплекта свечей, в остальных потребуется поочередно проверить форсунки, реле управления, провода.
» alt=»»>