Świece żarowe
Podstawy
Silnik diesla
Suwy pracy silnika wysokoprężnego odpowiadają zasadniczo suwom pracy silnika benzynowego. Jednakże do zapłonu mieszanki powietrza z paliwem nie są potrzebne świece zapłonowe.
Powód: w silnikach wysokoprężnych zapłon następuje samoczynnie. Powietrze jest zasysane z otoczenia i mocno sprężane w cylindrach. Stopień sprężania wynosi do 25:1.
Sprężenie to powoduje, że zassane powietrze osiąga temperaturę od 700 do 900 °C. Jeśli w tym momencie doda się paliwa, nastąpi samoczynny zapłon w tej wysokiej temperaturze.
Wymagania
żarzenie wstępne
W celu zapewnienia niezawodnego rozruchu zimnego silnika także w niskich temperaturach zewnętrznych silniki wysokoprężne korzystają ze świec żarowych.
Powód: Podczas rozruchu cylindry i silnik są mocno ochłodzone. Zimne powietrze dodatkowo chłodzi silnik. Samo sprężenie powietrza nie wystarcza więc do osiągnięcia temperatury potrzebnej do samozapłonu.
Tutaj do akcji wkracza świeca żarowa. Świeca żarowa wkręcona jest w głowicę silnika. Jej żarnik wystaje do komory spalania i wskutek przepływu prądu elektrycznego rozgrzewa się, w zależności od świecy żarowej, do temperatury ponad 1000 °C. Rozgrzewa także komorę spalania.
Ten proces przed właściwym rozruchem silnika określa się mianem "wstępnego żarzenia".
Budowa
Metalowe i ceramiczne świece żarowe
W świecach żarowych rozróżnia się zasadniczo świece żarowe z metalowym prętem grzewczym i świece ceramiczne.
Spirala żarowa w metalowym pręcie grzewczym świecy żarowej wytwarza odpowiednią temperaturę. Natomiast ceramiczne świece żarowe nie posiadają metalowej rurki grzejnej, ich element grzewczy jest otoczony specjalną ceramiką.
Ceramiczne świece żarowe osiągają z reguły wyższe temperatury żarzenia. Zapewniają tym samym bardziej wydajną pracę silnika i przyczyniają się do mniejszego wydzielania substancji szkodliwych.
Świeca żarowa z metalowym prętem grzewczym
Widok 360° świecy żarowej z metalowym prętem grzewczym
Samoregulująca się świeca żarowa należy do najczęściej stosowanych typów świec żarowych.
Spirala żarowa
Spirala grzewcza samoregulującej się świecy żarowej szybkiego rozruchu wykonana jest z metalu. Kiedy świeca żarowa jest zasilana prądem, zaczyna się żarzyć i ogrzewać swoje otoczenie.
Poprzez zastosowanie w spirali żarowej drutu o różnych średnicach lub długościach zmienia się ich zachowanie podczas rozgrzewania oraz szybkość rozpoczęcia żarzenia.
Spirala regulacyjna
Spirala regulacyjna jest zespawana z doprowadzającą prąd elektrodą środkową i ze spiralą żarową. Wraz ze wzrastającą temperaturą rośnie opór spirali regulacyjnej, przez co w zależności od temperatury reguluje ona dopływ prądu do spirali żarowej.
Metalowy korpus
Korpus metalowy świecy żarowej jest biegunem elektrycznym ujemnym (masa).
Wypełnienie izolacyjne
Wnętrze rurki grzejnej wypełnione jest specjalnym, bardzo zagęszczonym proszkiem - tlenkiem magnezu.
Tlenek magnezu jest izolatorem elektrycznym i znakomitym przewodnikiem ciepła. Wypełnienie izolacyjne spełnia dwie istotne funkcje: chroni spirale przed uderzeniami i wibracjami i zapewnia optymalne przewodzenie wytwarzanego ciepła.
Elektroda środkowa
Poprzez elektrodę środkową napięcie z akumulatora dociera do spiral.
Końcówka przyłączeniowa
Do końcówki przyłączeniowej podłączone jest napięcie zasilania.
Rurka grzewcza
Rurka grzewcza świecy żarowej z metalowym prętem grzewczym jest wykonana z odpornego na wysokie temperatury stopu. Wraz z wypełnieniem izolacyjnym chroni ona znajdujące się wewnątrz spirale przed gazami i falami uderzeniowymi powstałymi przy spalaniu.
Gwint wkręcany
Gwint wkręcany świecy żarowej wysokiej jakości jest zawsze walcowany, a nie nacinany, dzięki czemu zapobiega się uszkodzeniu otworów na świece w głowicy silnika.
Pierścień izolacyjny
Pierścień izolacyjny oddziela bieguny świecy żarowej i zapobiega przedostawaniu się płynów do świecy (woda, oleje silnikowe itp.)
Ceramiczna świeca żarowa
Element grzewczy
W przeciwieństwie do świec żarowych z metalowym prętem grzewczym, świece żarowe ceramiczne posiadają element grzewczy z ceramiki.
Gwint wkręcany
Gwint wkręcany świecy żarowej wysokiej jakości jest zawsze walcowany, a nie nacinany, dzięki czemu zapobiega się uszkodzeniu otworów na świece w głowicy silnika.
Pierścień izolacyjny
Pierścień izolacyjny oddziela bieguny świecy żarowej i zapobiega przedostawaniu się płynów do świecy (woda, oleje silnikowe itp.)
Rurka grzewcza
Spirala żarowa lub element grzewczy ceramicznej świecy żarowej otoczony jest materiałem ceramicznym o dużej oporności: azotkiem krzemu. Chroni on spiralę przed wysokimi temperaturami i wibracjami, a zarazem jest znakomitym przewodnikiem ciepła, więc powstające ciepło jest szybko oddawane do komory spalania.
Korpus metalowy
Korpus metalowy świecy żarowej jest biegunem elektrycznym ujemnym (masa).
Szczelne gniazdo
Szczelne gniazdo zapobiega wydostawaniu się spalin z komory spalania i zawiera ujemne elektrycznie połączenie (masę).
Elektroda środkowa
Poprzez elektrodę środkową napięcie zasilające dociera do elementu grzewczego.
Końcówka przyłączeniowa
Do końcówki przyłączeniowej podłączone jest napięcie zasilania i przedstawia biegun dodatni.
Pierścień kontaktujący
Pierścień kontaktujący zapewnia połączenie elektryczne elektrody środkowej i elementu grzewczego.
Wymagania specjalne
Wymagania szczególne
Przez lata świece żarowe były udoskonalane, aby sprostać zarówno wymaganiom kierowców, jak i ustawodawcy. W nowoczesnych świecach żarowych czas wstępnego żarzenia jest prawie niezauważalny, a rozruch upodabnia się do rozruchu silnika benzynowego.
Również w dziedzinie ochrony środowiska wzrosły wymagania stawiane świecom żarowym. Aby sprostać aktualnej normie substancji szkodliwych (EURO 5), świece żarowe muszą podczas pierwszych kilometrów jazdy „dożarzać” aż do momentu osiągnięcia przez silnik temperatury pracy. Służy to efektywniejszej pracy silnika i mniejszemu wydzielaniu substancji szkodliwych. Wydzielanie białego i niebieskiego dymu spada prawie o 50%. Ponadto świece żarowe muszą coraz częściej „żarzyć w międzyczasie”. To żarzenie pośrednie zapobiega możliwemu wychłodzeniu filtra cząsteczek w fazach suwu.
Typy świec żarowych firmy NGK SPARK PLUG
Typy świec żarowych NGK
Każdy z typów świec żarowych spełnia na swój sposób wzrastające wymagania co do jakości spalania. Oto przegląd tych świec:
Standardowe świece żarowe z prętem grzewczym
Standardowe świece żarowe z prętem grzewczym mają tylko jedną spiralę żarową. Nie posiadają spirali regulacyjnej. Ponieważ ich spirale żarowe charakteryzują się stałą opornością elektryczną, te świece żarowe zużywają dużo prądu i wymagają sterownika, który reguluje przepływ prądu w zależności od temperatury silnika.
Te świece żarowe w ciągu 20-25 sekund osiągają temperaturę pracy wynoszącą 800 °C.
Świece żarowe szybkiego rozruchu
Również świece żarowe szybkiego rozruchu wyposażone są tylko w jedną spiralę żarową. Jednakże opór spirali żarowej zmienia się wraz z temperaturą. Na początku procesu podgrzewania opór jest mały, co powoduje przepływ większego prądu i szybkie nagrzewanie się spirali. Zmniejsza to niezbędny czas podgrzewania. Te świece żarowe osiągają w ciągu 13-17 sekund temperaturę pracy wynoszącą 800 °C.
Świece żarowe prętowe QGS
QGS pochodzi od ang. Quick Glow System - 'system szybkiego żarzenia'. Istnieją dwa różne typy świec żarowych QGS:
Świece QGS z jedną spiralą żarową przeznaczone są do przepływu bardzo dużych prądów i regulowane są przez specjalny sterownik.
Świece QGS ze spiralą żarową i regulacyjną ograniczają samoczynnie przepływ prądu w określonym stopniu, gdyż opór elektryczny spirali regulacyjnej wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Zabezpiecza to spiralę grzewczą świecy żarowej przed możliwym przegrzaniem. Wszystkie świece żarowe typu QGS nagrzewają się bardzo szybko i osiągają w ciągu 6-10 sekund temperaturę 900 °C.
Świece żarowe z prętem grzewczym samoregulujące
Te świece żarowe nadają się szczególnie do konstrukcji silników, które wymagają dogrzewania.
Wewnątrz świecy żarowej prętowej samoregulującej (także 'świece żarowe prętowe oznaczone symbolem SRM' z ang. 'Self Regulating Metal') znajduje się jedna spirala żarowa i jedna spirala regulacyjna. Spirala żarowa nagrzewa się bardzo szybko.
Opór spirali regulacyjnej zwiększa się przy wzroście temperatury i minimalizuje przez to dopływ prądu do spirali żarowej. Takie świece żarowe osiągają w ciągu 4 sekund temperaturę 900 °C. Spirala regulacyjna wykonana ze specjalnego materiału umożliwia wydłużenie okresu użytkowania świec żarowych typu SRM.
Świece żarowe prętowe AQGS
AQGS pochodzi od ang. Advanced Quick Glow System - 'system szybkiego żarzenia'. Ta modyfikacja typów QGS posiada również jedną spiralę żarową i jedną spiralę regulującą. Spirala żarowa nagrzewa się niezwykle szybko.
Ponieważ rurka grzewcza świecy żarowej AQGS ma tylko 3,5 mm średnicy, a więc znacznie mniej niż rurka grzewcza tradycyjnej świecy żarowej z metalowym prętem grzewczym, ten typ świecy osiąga temperaturę 1.000 °C zaledwie w 2 sekundy i zapewnia szczególnie pewny samozapłon mieszanki dieslowskiej. Emisja podczas fazy rozgrzewania zostaje zminimalizowana już przez osiągnięciem temperatury roboczej silnika.
Świece żarowe ceramiczne samoregulujące
Samoregulujące świece żarowe ceramiczne (również świece SRC – z ang. ”Self Regulating Ceramic”), podobnie jak świece żarowe z metalowym prętem grzewczym, są wyposażone w jedną spiralę żarową i jedną spiralę regulacyjną. Ponieważ opór elektryczny spirali regulacyjnej zwiększa się wraz ze wzrastającą temperaturą i ogranicza przepływ prądu, świeca ta prawie nie potrzebuje zewnętrznego sterowania. Ten typ świecy rozgrzewa się w ciągu 3 sekund do temperatury powyżej 1100 °C, a następnie samoczynnie reguluje temperaturę do poziomu poniżej 1000 °C.
Nowa ceramiczna świeca żarowa wysokotemperaturowa (NHTC)
Nowa ceramiczna świeca żarowa wysokotemperaturowa nowa ceramiczna świeca wysokotemperaturowa (świeca żarowa NHTC, z ang.„New High Temperature Ceramic“) posiada w całości ceramiczny element grzewczy. W ciągu 2 sekund osiąga temperaturę pracy 1000 °C i może żarzyć się do 10 minut w temperaturze 1350 °C.
Oznacza to, że żarzy ona w fazach suwu lub fazie regeneracji filtra cząsteczek i minimalizuje w tym czasie emisję cząsteczek. Dzięki temu nowoczesne silniki Diesla mogą spełnić wysokie wymagania aktualnych norm emisji substancji szkodliwych.
Montaż
Właściwy moment dokręcenia
Do fachowego montażu świecy zapłonowej konieczny jest klucz dynamometryczny, ponieważ mechnicy warsztatowi nie są w stanie dokładnie ocenić momentu dokręcenia.
Wynika to z tego, że moment dokręcenia oblicza się na podstawie dwóch wielkości, które wzajemnie mnoży się: siły, która działa w danym punkcie obrotu oraz długości dźwigni.
Jeśli wybierzemy nieprawidłowy moment dokrę-cenia, może nastąpić utrata sprężenia. Z powodu drgań może także dojść do pęknięcia świecy ceramicznej. Również użycie zbyt dużego momentu dokręcenia może doprowadzić do zwarcia szczeliny pierścieniowej pomiędzy korpusem metalowym a rurką grzewczą. W takim przypadku świeca przegrzewa się i ulega awarii.
Przegląd momentów dokręcenia
Moment dokręcenia jaki należy zastosować zależny jest od średnicy gwintu świecy i średnicy nakrętki łączącej.
Usuwanie sadzy rozwiertakiem
W zależności od typu, silniki Diesla mają skłonność do zwiększonego wytwarzania nagaru z sadzy. Podczas wymiany świec żarowych otwór montażowy świecy powinien być oczyszczony za pomocą specjalnego narzędzia. W przeciwnym wypadku nagromadzony nagar może doprowadzić do nagromadzenia ciepła i tym samym do przegrzania się świecy żarowej.
Zaleca się stosowanie rozwiertaków Hazet opracowanych wspólnie z firmą NGK SPARK PLUG.
- Wyszukać rozwiertak pasujący do świecy żarowej.
- Nałożyć trochę smaru na przednią część (ostrze) rozwiertaka.
- Rozwiertak wkręcić ręcznie w głowicę silnika.
- Rozwiertak wykręcić i dokładnie oczyścić.
Film – użycie rozwiertaka
Film – użycie rozwiertaka
Diagnoza
Diagnoza
Przyczynę uszkodzenia można wywnioskować z wyglądu świecy żarowej.
Tu zobaczysz najczęstsze uszkodzenia i dowiesz się o czym one świadczą.
Przegrzanie
Do tego uszkodzenia dochodzi zazwyczaj z powodu źle ustawionego momentu wtrysku lub rozproszenia mieszanki, wtrysku nieprawidłowej ilości paliwa lub dostania się oleju do komory spalania.
Uszkodzenie przepięciem
Uszkodzenie przepięciem do uszkodzenia przepięciem dochodzi, kiedy zamontujemy nieprawidłową świecę żarową
(12 zamiast 24 V). Możliwe jest również, że urządzenie sterujące wytwarza zbyt duże napięcie lub strumień prądu został odcięty zbyt późno. Należy sprawdzić urządzenie sterujące i prądnicę.
Pęknięcia korpusu lub złącza
Prawdopodobnie zastosowano niewłaściwy moment dokręcenia lub nieprawidłowo użyto klucza.
Pęknięcia korpusu i złącza takie
Pęknięcia korpusu i złącza takie uszkodzenia powstają, jeśli zastosujemy nieprawidłowy moment dokręcenia lub jeśli klucz został niefachowo nałożony.
Złamany pręt grzewczy
Jeśli pręt grzewczy jest odłamany, przyczyną może być niewłaściwy moment wtrysku, niewłaściwe rozproszenie paliwa lub źle ustawiona szybkość przepływu.
Przegrzanie / pękniecie
Do pęknięcia wskutek przegrzania może dojść z powodu nieprawidłowego momentu wtrysku, nieprawidłowego rozproszenia lub ilości paliwa. Również nieszczelne tłoki i zawory mogą być przyczyną, jeśli olej dostanie się do komory spalania.
Przepięcie
Rurka grzewcza jest „rozdęta”, jeśli zamontowano nieprawidłową świecę żarową (12 zamiast 24 Volt), urządzenie sterujące jest uszkodzone lub prądnica wytwarza zbyt duże napięcie.
