Искра в свече

Можно поручиться: каждый автомобилист видел, как выглядит искра, вызванная высоким напряжением во вторичной цепи системы зажигания. Та самая искра, без которой мотор не оживает. И назначение ее хорошо известно: проскакивая в нужный момент между электродами свечи, она воспламеняет горючую смесь, сжатую в цилиндре. Но видеть-то все видели, а какова суть этого явления, большинство представляет слабо. Поэтому, вероятно, так легко множатся слухи о таинственных переделках системы зажигания, в результате которых получается "мощнейшая" искра, а бензин экономится чуть ли не на треть. По той же причине, отходя от прилавка с коробкой, в которой лежит комплект электронного зажигания, покупатель твердо верит, что теперь мотор заработает лучше. А если спросить, за счет чего произойдет это улучшение, многие ответят примерно так: "искра будет такая, что лошадь убьет".

О том, насколько правомерен для искры такой своеобразный идеал, и о других вполне серьезных проблемах зажигания мы беседуем с заведующим лабораторией свечей зажигания НИИ автоприборов Б. БАССОМ.

Начнем с "простейшего" вопроса: что такое искра и как происходит воспламенение горючей смеси?

Прежде всего вспомним, что в момент зажигания камера сгорания двигателя заполнена сжатой горючей смесью газов. А газы, как известно, хороший изолятор. Даже при атмосферном давлении для пробоя искрового промежутка свечи зажигания, имеющего величину 0,7-0,8 мм, необходимо напряжение 2-3 тысячи вольт. В конце сжатия давление в цилиндре значительно выше атмосферного и пробивное напряжение возрастает до 10-12 тысяч вольт. Для обеспечения надежного искрообра-зования система зажигания должна развивать напряжение примерно в полтора раза больше пробивного.

Стоит заметить, что столь большое напряжение не создает прямой опасности для жизни при случайном прикосновении к высоковольтным элементам системы зажигания - слишком мала величина запасаемой электроэнергии. Но ощущения это вызывает весьма болезненные.

С приложением необходимого напряжения к электродам свечи между ними возникает искра - столбик ионизированного газа (плазмы), который является проводником. По этому столбику, так называемому каналу, происходит разряд электроэнергии, накопленной во вторичной цепи системы зажигания. Температура газа в канале искрового разряда очень велика - свыше 2000° по шкале Кельвина (при такой температуре плавятся даже такие металлы, как хром и титан). Это в несколько раз выше температуры воспламенения бензовоздушной смеси. В связи в этим воспламеняется не только горючая смесь в самом канале искрового разряда, но и некоторый объем смеси вокруг него, поскольку он нагревается искрой до температуры воспламенения. Размеры такого первичного очага при прочих равных условиях будут зависеть от мощности и длительности искрового разряда.

Но очевидно также, что размеры очага воспламенения будут возрастать и с увеличением искрового промежутка. Значит, нужно стремиться сделать этот промежуток побольше, чтобы искра, попросту говоря, стала как можно длиннее?

В принципе верно. Увеличение промежутка между электродами положительно влияет на надежность воспламенения смеси от искры. Но при одном важнейшем условии: если надежно само искрообразование. А обеспечить его при большом зазоре трудно. Именно этот фактор ограничивает возможность использования увеличенных искровых промежутков.

Говорить же об этом приходится вот почему. В процессе работы электроды свечи под действием искрового разряда изнашиваются и промежуток между ними постепенно увеличивается. Опытные водители знают: при зазорах 1,2-1,4 мм начинаются неполадки в работе двигателя (плохой пуск, неустойчивая работа на холостом ходу и переходных режимах). Но самое неприятное заключается в том, что, когда искровые промежутки в свечах еще не достигли критической величины, появляются отдельные пропуски зажигания, не заметные для водителя. Возникает существенный, все возрастающий перерасход топлива, увеличивается токсичность выхлопных газов. Чтобы исключить эти неприятные явления, первоначальную, так называемую установочную величину искрового промежутка делают значительно меньше критической. На менее форсированных двигателях грузовых автомобилей, где электроды изнашиваются медленнее, принимают 0,8-0,9 мм. На более форсированных - меньше (например, у автомобилей ВАЗ - 0,5-0,6 мм). После определенного пробега свечи следует либо заменить, либо очистить от нагара и восстановить начальный искровой промежуток (соответствующие указания даются в инструкции к автомобилю или в сервисной книжке).

Увеличить установочную величину искрового промежутка можно при повышении напряжения, развиваемого системой зажигания. Например, на автомобиле ВАЗ-2108 устанавливают зазор 0,7-0,8 мм, ч*"о' обеспечено применением новой мощной электронной системы зажигания. Кстати, термином "электронные системы зажигания" мы будем обозначать такие, где роль механического прерывателя выполняет электронный коммутатор. Существуют системы, тоже называемые электронными, обязанность которых - автоматическая установка оптимальных углов опережения зажигания на всех режимах работы двигателя.

Хотелось бы уточнить: что же конкретно дает применение электронных систем зажигания? Этот вопрос актуален, поскольку в магазинах предлагается широкий ассортимент изделий с разными названиями: "Электроника", "Импульс", "Искра" и многие другие.

Подробный анализ особенностей каждой из этих систем выходит за рамки нашей беседы. Мы рассмотрим общие положения, которые позволят сделать нужные выводы.

Распространено мнение, что наиболее мощный искровой разряд требуется на режиме работы двигателя, близком к максимальной нагрузке. Все обстоит как раз наоборот: на этом режиме самые благоприятные условия для воспламенения, поэтому требования к мощности разряда минимальны. Судите сами: дроссельная заслонка открыта, смесь обогащена, поскольку работает экономайзер или эконостат, а наполнение цилиндра свежей смесью максимальное. С уменьшением нагрузки (мощности) двигателя дроссельная заслонка закрывается. Наполнение цилиндра уменьшается, смесь все больше разбавляется остаточными газами, давление и температура в момент зажигания падают. Воспламенить такую смесь труднее. Но самые худшие условия воспламенения горючей смеси оказываются на холостом ходу, а тем более при пуске. Именно тут прежде всего проявляют себя неполадки в работе системы зажигания.

Здесь уместно предостеречь читателей от преувеличения роли систем зажигания. Для воспламенения горючей смеси в современном двигателе мощность обычных, "классических" систем зажигания более чем достаточна. В связи с этим увеличение мощности искрового разряда не может повлиять на топливную экономичность. Исключение составляют, да и то далеко не всегда, режим пуска, холостого хода и очень небольших нагрузок. Однако сказанное относится к случаю, когда в двигателе все исправно и отрегулировано, в том числе сама система зажигания и система электропитания. Другое дело, когда возникают какие-то неполадки. Тогда требования к зажиганию возрастают. Электронная система исключает слабое место "классических" систем зажигания - механический прерыватель (в большинстве конструкций сам прерыватель сохранен, но условия его работы существенно облегчены). Надежность системы зажигания резко возрастает по двум причинам: во-первых, прекращаются отказы из-за эрозии контактов прерывателя, а во-вторых - появляется реальная возможность увеличить ток в первичной цепи системы зажигания, что ранее было невозможно из-за низкой стойкости контактов. Вторичное напряжение, развиваемое системой, повышается, а это главный фактор, обеспечивающий бесперебойность искрообразования. Таким образом, именно повышение надежности искрообразования - главная цель применения электронных систем зажигания.

Практически преимущества электронных систем зажигания проявляются в следующем. Двигатель надежно пускается при падении напряжения в первичной цепи до 8 В, а у некоторых систем - даже до 6 В. Предельно допустимая величина искрового промежутка в свечах возрастает, что снижает вероятность перебоев в зажигании при длительном пробеге автомобиля без обслуживания. А отсутствие перебоев - это, как мы уже отмечали, отсутствие перерасхода топлива.

Из сказанного выше следует и такой вывод: нужно осторожно относиться к рекомендациям увеличивать искровой промежуток в свечах при установке электронных систем зажигания взамен "классических". Увеличить зазор, вроде бы, заманчиво, поскольку это способствует улучшению воспламенения смеси. Но в то же время возрастает пробивное напряжение искрового промежутка. В результате запас по вторичному напряжению останется на прежнем уровне. А это значит, что одно из основных преимуществ, которое дает электронная система зажигания, окажется сведенным на нет.

Итак, мощность исправной "классической" системы зажигания достаточна для нынешних автомобилей, а применение электронных систем зажигания прежде всего направлено на обеспечение надежного искрообразования благодаря увеличенному вторичному напряжению. Почему же в новых разработках конструкторы все-таки настойчиво стремятся не только повысить вторичное напряжение, но и увеличивают мощность искрового разряда? Нет ли здесь противоречия?

Никакого противоречия здесь нет. Дело в том, что совершенствование двигателей и систем зажигания к ним шло параллельно. Осуществлялась взаимная "подгонка" системы зажигания к двигателю и наоборот - двигателя к ее возможностям. Если на каком-то режиме работы двигателя система не обеспечивала надежного воспламенения, то соответствующим образом изменялась его регулировка. Чаще всего горючая смесь обогащалась топливом сверх экономически необходимого уровня или угол опережения зажигания выбирался несколько позже оптимального.

Но сегодня важнейшей задачей является повышение топливной экономичности двигателей и снижение токсичности отработавших газов. Для этого стремятся предельно обеднить смесь на всех режимах работы двигателя. Некоторую возможность в этом плане (на режимах холостого хода и частичных нагрузок) дает увеличение мощности искрового разряда. Так как эти режимы достаточно часты, особенно при городской езде, пренебрегать возможностью их улучшения уже нельзя. Но действительный эффект, когда применяются мощные электронные системы зажигания, возможен только при проведении комплекса мероприятий, таких, как изменение регулировок системы питания и углов опережения зажигания. Такой комплексный подход возможен при разработке новых двигателей. Для двигателей, находящихся в эксплуатации, картина иная. Серьезная переделка карбюраторов и автоматов изменения угла опережения зажигания в этом случае практически невозможна. Именно поэтому, рассматривая в данном случае преимущества применения электронных систем зажигания, мы говорим лишь о повышенной надежности искрообразования, а не о прямой экономии топлива. Только от установки иной-системы зажигания, без других переделок, она не достигается.

И последний вопрос. В прессе появились сообщения о разработке принципиально новых систем зажигания: плазменных, фотохимических н даже лазерных. Как вы можете прокомментировать эту информацию?

Цель исследований, о которых идет речь, та же - повышение топливной экономичности и снижение токсичности отработавших газов применением смесей обедненного состава. Суть этих работ сводится либо к увеличению энергии зажигания, либо к улучшению использования этой энергии для нужд воспламенения (например, "плазменными" называют электронные системы зажигания с мощностью разряда в десятки раз большей, чем у существующих).

В настоящее время все эти работы находятся в стадии поиска. Предварительные результаты не всегда обнадеживают: эффект по топливной экономичности относительно мал, но много побочных отрицательных последствий. Сильно возрастает выброс токсичных окислов азота в отработавших газах, увеличиваются помехи радиоприему, велико потребление электроэнергии, критическим становится износ электродов свечи зажигания. Сами системы пока еще получаются очень дорогими, громоздкими и недостаточно надежными. Видимо, рано делать какие-либо выводы и прогнозы о перспективности данного направления для использования на массовых моделях автомобилей.