Богатство и роскошь: свечи зажигания «надевают» благородные металлы

Свеча зажигания, так же как и многие другие составляющие автомобиля, отвечает сразу за несколько важных параметров. Уверенное искрообразование обеспечивает ровную работу двигателя, большая мощность искры лучше поджигает топливную смесь, соответственно, та быстрее и лучше сгорает, а двигатель выдает больше мощности. Опять же, чем качественнее сгорание топлива в цилиндрах, тем чище двигатель, а урон природе меньше.

Читаешь тесты и понимаешь, что даже схожие по конструкции свечи, но от разных производителей, могут существенно изменить поведение автомобиля и расход им топлива. А если рассматривать улучшенные конструкции? Производители свечей зажигания постоянно совершенствуют эту, казалось бы, простую деталь. Придумали U-образные выемки на боковом электроде, увеличили количество боковых электродов, уменьшили толщину центрального электрода, делают электроды из редких металлов... К чему все это приводит? Что из этих решений оправдано? Что выбрать автовладельцу, чтоб и толк был, и лишних денег не платить?

Как известно из физики, заряд, выходящий из точки, гораздо мощнее того же заряда, но выходящего с какой-либо площади. И, если нам надо получить максимальную мощность искры, надо сделать положительный электрод тонким, как иголка. В теории хорошо, на практике же в дело вмешивается температура. Ведь чем мощнее разряд, тем выше и температура. И в первую очередь – на источнике искры, на центральном электроде, который будет попросту сгорать, как это происходит при дуговой сварке. Соответственно, будет расти расстояние между центральным и боковым электродами, то есть искру с каждым циклом будет поджечь все труднее, и свечи будут выходить из строя чуть ли не сразу. В то же время для отрицательного электрода актуальнее проблема проводимости. Опять же, проводя аналогии со сваркой, зажечь искру над ржавой железякой гораздо сложнее, чем над полированной. Да и молния, как мы знаем, при прочих равных бьет в более проводимый объект. Площадь «приема» искры должна быть достаточно большой, чтобы сгусток энергии наверняка ударил в отрицательный электрод, а не «стек» по металлическим стенкам колодца центрального электрода.

И еще один важный момент: чем выше температура искры, тем выше температура на поверхностях свечи, расположенных внутри двигателя. Соответственно, лучше сгорает топливо и догорают твердые продукты его сгорания. А значит, и меньше нагара на свечах, поршнях и клапанах.

Именно поэтому центральный электрод делают тонким, а боковой – довольно широким и массивным. На первое место для центрального электрода выходит устойчивость к высоким температурам, а для бокового – разумное сочетание проводимости и площади поверхности. Хотя, конечно, чем выше температура его плавления/сгорания, тем лучше.

Игра с металлами

Было дело, боковые электроды в «продвинутых» свечах делали из меди (температура плавления 1083 °С), а центральные – из железных сплавов (температура плавления порядка 1500 °С). Ясно, что речь шла не о чистых металлах, а о сплавах, но принцип остается. У меди относительно высокая проводимость, у железа – относительно высокая теплостойкость. Вроде баланс соблюден. Для старых двигателей этого хватало, хотя периодически приходилось подгибать боковой электрод к центральному, регулируя таким образом свечной зазор – центральный электрод все равно выгорал, да и на боковом появлялась выработка. Еще один недостаток оценили, когда на смену карбюраторным двигателям пришли инжекторные. Недостаточная температура в условиях высокого давления плохо поджигала более бедную смесь, что заставило искать новые решения. 

Улучшить искрообразование пытались путем установки двух, трех и даже четырех боковых электродов, но это решение было полумерой: температуру искры оно все равно не повышало, хотя такие свечи действительно работали, да и работают, ровнее и точнее своих «одноэлектродных» собратьев. Ну и конечно, ресурс у них повыше: все-таки износ боковых электродов уменьшается пропорционально их количеству.

Еще одна попытка обойтись «малой кровью» была предпринята, когда придумали делать на одном из электродов V (или U)-образную выемку на рабочей части. Искра появлялась на краю электрода, где смесь богаче, нежели в зоне между электродами, что также улучшало поведение двигателя. Но для радикальных изменений надо было уменьшать толщину источника искры и величину зазора.

Добиться этого разработчики смогли, применив на центральном электроде металл иридий с температурой плавления уже 2450 °С. Но ни железо, ни тем более медь не могли выдержать улучшенную искру, растекаясь в лужицу. Так что для бокового электрода стали применять платину (1769 °С). В целом соотношение по температурам получилось оправданное, что и доказала последующая эксплуатация таких свечей.

Скажем, тесты показывают, что срок службы платиновых и иридиевых свечей, по сравнению с продолжительностью «жизни» обычных, больше в пять раз, а расход горючего уменьшается, если сменить классику на «драгоценность» примерно на 3%. Понятно, что тесты делаются в идеальных условиях, но, тем не менее, разница есть, так что высокая стоимость при больших пробегах окупается увеличенным интервалом замены и экономией топлива. Ну и рост динамики, конечно, является приятным дополнением.

Изделия с благородными металлами получились не дешевыми, и далеко не у всех увеличение стоимости окупалось, так что сейчас некоторые компании стали разрабатывать тему никеля. Но это уже было, скажут знатоки и будут правы, хотя и частично. Потому что нынешние решения позволяют уменьшить диаметр центрального электрода до 1,5 мм, что значительно ниже 2,5 мм у классики, и при этом, по словам производителя, у них «параметры воспламенения близки к иридиевым свечам», но. конечно, цена значительно ниже. При этом утверждается, что использование «никелевых» свечей приводит к почти пятипроцентной экономии топлива, облегчает холодный пуск и снижает выброс СО-СН. Конечно, в сравнении с обычными свечами. О ресурсе производитель тактично умалчивает. Впрочем, положенный интервал до плановой замены они наверняка отходят.

На нашем рынке изобретатель свечей зажигания – концерн Bosch, представляет сразу три бренда.

Торговая марка ЭЗ – чисто российские изделия. Они производятся на заводе в г. Энгельс и поставляются на конвейер ВАЗа. Свечи зажигания ЭЗ включают в себя четыре линейки:

• Standard с медным сердечником в износостойком корпусе из хрома и никеля, что способствует его защите от тепловых перегрузок, коррозии и электроискровой эрозии, а также позволяет быстро достигать температуры самоочистки.
• Standard с тремя боковыми электродами служат дольше свечей с одним электродом и обеспечивают более четкое искрообразование.
• Yttrium с электродами, легированными иттрием, и с V-образной канавкой на боковом электроде, характеризуются длительным сроком службы, отсутствием эрозии электродов, а особый состав керамического изолятора предотвращает пробои по поверхности свечи и улучшает работу в условиях высокой влажности.
• Standard LPG, специально разработанные для газовых двигателей и спокойно относящиеся к высокотемпературным режимам работы.

В серии APS Приоритет основной упор сделан на составе изолятора, который предотвращает утечку токов на корпусе свечи, хорошо отводит тепло и устойчив к перегреву и механическим повреждениям. Никелевое покрытие корпуса предотвращает прикипание свечи в алюминиевой головке блока цилиндров и гарантирует легкое снятие и установку свечей как на «холодном», так и на «горячем» двигателе. Биметаллический центральный электрод повышает способность отводить тепло и гарантирует оптимальную работу двигателя, значительное снижая потери топлива по сравнению со свечами конкурентов классической конструкции.

И заглавный бренд концерна Bosch представлен во всех вариантах, начиная от классической свечи до моделей с иридием и платиной. Среди огромного количества моделей хотелось бы особо отметить Bosch Super 4 – свечи зажигания с четырьмя боковыми электродами и заостренным, покрытым серебром центральным электродом. В зависимости от нагрузки на двигатель и степени изношенности свечи зажигания искра определяет наиболее подходящий для надежного зажигания путь от одного из четырех боковых электродов к центральному – как воздушная искра либо как поверхностная искра. Это позволяет в несколько раз увеличить срок службы свечи, избежать появления нагара во время работы при малых температурах и оптимизировать работу двигателя.

Новая тенденция – удлинять изолятор, тоже не осталась без внимания концерна. В свечах зажигания Bosch с клеммным соединением нового типа клемма выполнена в виде чаши, что позволило удлинить изолятор почти на 9 мм, сохранив при этом прежнюю длину самой свечи. В результате повысилась устойчивость свечи зажигания к пробою по внешней части изолятора даже при возросшем давлении в цилиндре.

Ну и конечно, иридий с платиной, как же без них. У Bosch такие изделия называются «выполненные по технологии Pin to Pin». У них есть дополнительные «игольчатые контакты» из сплава платины с иридием на центральном и боковом электродах (диаметром 0,8 и 0,6 мм).

Компания Denso, которая разработала свечи с электродом из иридия, сейчас активно развивает направление благородных металлов. Достаточно сказать, что у нее есть серии:

• Platinum – с обоими платиновыми электродами,
• Iridium Power – с центральным электродом толщиной всего 0,4 мм и боковым электродом с выемкой U-образной формы,
• Iridium Tough – с платиновой накладкой на боковом электроде,
• Iridium Racing с полностью платиновым боковым электродом,
• SIP – с центральным иридиевым и платиновым боковым электродом толщиной всего 0,7 мм.

При этом выпускается и стандартная серия. 

Серия TwinTip, или ТТ, занимает промежуточное место по цене между классикой и свечами с применением благородных металлов. Искра проскакивает между штырьками диаметром 1,5 мм из никелевого сплава. Один штырек расположен на конце центрального электрода, второй выходит прямо напротив него из бокового. Свечи этой серии производитель рекомендует и для двигателей, работающих на газу: способность выдерживать высокие температуры и образовывать мощную искру отлично сочетается с такими моторами.

Внутри серий используются решения с несколькими боковыми электродами, с выемками на электродах, с удлиненными центральными электродами. В общем, в той или иной степени реализованы все современные разработки для улучшения зажигания смеси и ее сгорания. Есть даже свеча с центральным электродом звездчатой формы.

Компания делает ставку на благородные металлы. Модели с напайками из иридия и серебра множатся, как грибы. То и дело приходит информация, что очередной автомобиль не устоял перед блеском драгоценностей и пожелал сходить с конвейера именно с такими свечами. И им ведь все равно, что драгметалла там маленькая капелька, да и ту никто не увидит, кроме, пожалуй, механика, проводящего соответствующее ТО. Но, шутки в сторону. На самом деле, присутствие благородных металлов позволяет создать почти безупречное искрообразование на весь срок службы свечи, свести износ электродов практически к нулю и, соответственно, исключить из жизни автомобилиста такое понятие, как регулировка зазора.

Не забывают инженеры NGK и про проверенные временем технологии. V-образный вырез на центральном электроде улучшает воспламенение горючей смеси со всеми вытекающими отсюда последствиями и при этом не сильно удорожает само изделие.

Интересные варианты дает экспериментирование с увеличением площади боковых электродов. Чаще – путем увеличения их количества, но есть решения, где роль электрода выполняет резьбовой колодец.

Специальный материал изоляторов, удлиняющий вершину теплового конуса, и особый медный сердечник внутри центрального электрода способствуют лучшему отводу тепла, что обеспечивает надежный пуск и стабильность работы. В серии применяются различные технические решения, включая использование благородных металлов, несколько боковых электродов и размещение выемок на центральном электроде.

Специальные свечи для двигателей, работающих на природном газе.

В этих свечах используются иридиевая напайка на центральный электрод и платиновая – на боковой. Способность этих металлов выдерживать высокие температуры особенно актуальна при работе с газом, для поджига которого требуются более высокие мощности и температуры, чем для поджига бензина. Толщина центрального электрода 0,6 мм, что позволяет уменьшить напряжение зажигания и не перенапрягать катушки. Медный стержень бокового электрода улучшает отвод тепла, а корпус покрыт специальным сплавом, защищающим его от высоких температур.