Свеча зажигания устройство: Устройство и принцип работы автомобильной свечи зажигания

Свечи зажигания

Свеча зажигания (искровая свеча зажигания) – составной элемент системы зажигания, который обеспечивает образование искры для воспламенения топливно-воздушной смеси в камере сгорания. Смесь в цилиндре воспламеняется в строго заданный момент от электрической искры, которая проходит между электродами свечи зажигания.

Свечи зажигания устанавливаются на атмосферные и турбированные бензиновые двигатели внутреннего сгорания. В устройстве дизельных двигателей свечи зажигания отсутствуют.  Конструкция свечи зажигания включает в себя следующие основные элементы:

• контактный стержень;
• центральный электрод;
• изолятор;

Также устройство свечи зажигания предполагает наличие резистора, уплотнительной шайбы, корпуса, резьбы для вкручивания в ГБЦ и бокового электрода.

Свечи зажигания присутствуют во всех типах систем: контактной, бесконтактной и электронной системе зажигания.

Контактный стержень является местом соединения свечи зажигания с высоковольтным проводом или катушкой зажигания, что зависит от индивидуальных конструктивных особенностей реализации той или иной системы зажигания на конкретном двигателе.

Центральный электрод в устройстве свечи зажигания является катодом, материалом изготовления которого выступает легированная сталь. Для изготовления зачастую используется сплав хрома и никеля. В целях увеличения срока службы центральный электрод современной свечи зажигания также может изготавливаться из сплавов, в составе которых находятся редкие металлы: платина, иридий, вольфрам палладий и другие. Благодаря наличию таких металлов свеча зажигания называется платиновой, иридиевой и т.д. Ресурс свечей зажигания может сильно отличаться, что напрямую зависит от качества, особенностей и материалов изготовления. Обычные свечи служат порядка 25 тыс. километров, тогда как платиновые или иридиевые аналоги могут превышать по сроку службы данный показатель в 2-3 раза.

Соединение центрального электрода с контактным стержнем выполняется через резистор свечи зажигания. Резистор является материалом, который проводит ток. Указанным материалом заполняется свободное пространство между стержнем и электродом. Использование резистора продиктовано необходимостью создания защиты электрооборудования от электрических помех, которые возникают во время образования искры.

Изолятор свечи зажигания керамический и жаропрочный. Его внутренняя часть называется тепловой конус. Указанный конус служит для определения теплового режима свечи зажигания. Температурный режим свечей имеет определенные пороги. Минимальный порог является той температурой, при которой на тепловом конусе свечи начинают выгорать отложения. Максимальным порогом принято считать такой нагрев конуса, когда возникает эффект КЗ (калильного зажигания). Такое самопроизвольное воспламенение топливной смеси может вызывать детонацию двигателя, что является аномальным процессом горения топливного заряда во время работы силового агрегата и приводит к разрушительным последствиям для ДВС.

Зависимо от величины теплового конуса изолятора свечи зажигания имеют разное калильное число и делятся на так называемые «горячие» и «холодные». Также встречаются промежуточные значения. Горячие свечи имеют калильное число 11-14, средними свечами принято считать показатель 17-19, холодные свечи имеют показатель 20 и более. Универсальные или унифицированные свечи зажигания имеют показатель калильного числа на отметке 11-20.

Горячие свечи быстрее нагреваются, при этом отвод тепла происходит медленнее. По этой причине горячие свечи устанавливаются на моторы, которые имеют низкую степень сжатия и работают на топливе с низким октановым числом. Холодные свечи характеризуются медленным нагревом и быстрым отводом тепла. Ставятся указанные свечи на форсированные атмосферные и оснащенные турбонаддувом двигатели с высокой степенью сжатия, которые рассчитаны на бензин с высоким октановым числом. При подборе свечей зажигания необходимо отдельно учитывать тепловой режим работы двигателя и калильное число.

Корпус свечи зажигания изготовлен из металлических сплавов. В нем установлены базовые конструктивные элементы свечи.  Наружная часть корпуса имеет резьбу, благодаря чему свеча зажигания вкручивается в головку блока цилиндров. Для дополнительного уплотнения на корпусе часто присутствует специальная уплотнительная шайба.

Также на корпусе свечи присутствует шестигранник под свечной ключ. Закручивать свечу зажигания необходимо с рекомендуемым усилием при помощи свечного ключа. Недостаточный момент затяжки может привести к разгерметизации камеры сгорания, превышение часто заканчивается как повреждениями свечи зажигания, так и резьбы в свечном колодце ГБЦ.

Внизу корпуса находится один или несколько боковых электродов свечи зажигания. Указанный электрод может быть как никелевым, так и выполняться из сплавов редких металлов.  Свечи с несколькими электродами имеют увеличенный срок службы, так как после разрушения одного электрода свеча продолжает процесс искрообразования при помощи дополнительных боковых электродов.  Центральный и боковой электроды имеют между собой определенный искровой промежуток, который также известен как зазор свечи зажигания. Указанный зазор на разных свечах выставляется на заводе-изготовителе и может отличаться, что зависит от конструктивных особенностей свечи и соответствия конкретной модели двигателя.

Увеличенный зазор позволяет добиться лучшего искрообразования и более эффективного воспламенения смеси, но также требует большего напряжения. По этой причине слишком большой зазор на свечах может привести к пропускам зажигания, повышенному расходу топлива и т.д. Одновременно с этим значительное уменьшение зазора приводит к тому, что процесс воспламенения топливного заряда в камере сгорания становится менее эффективным, двигатель теряет мощность. С учетом вышесказанного самостоятельная регулировка зазоров свечей зажигания путем сгибания бокового электрода без надлежащего опыта подобных действий настоятельно не рекомендуется.

Читайте также

Свеча зажигания: устройство и принцип работы | Classic Garage

Система зажигания одна из главных систем автомобиля, обеспечивающая бесперебойную работу ДВС, его разгон и холостой ход, а в системе зажигания важнейшим элементом является свеча зажигания. Вот о ней давайте и поговорим сегодня, но сделайте скидку на то, что информация времен СССР.

Для начала, общие положения. Свеча обеспечивает возгорание смеси в цилиндрах путем появления искры высокого напряжения. Чуть ниже будет представлена схема общего устройства стандартной свечи зажигания:

корпус из стали (4), на одном конце которого имеется резьба для вкручивания в блок и боковой электрод (1). Внутри самой свечи имеется герметизированный изолятор (5) с металлическим стержнем (2). Вообще, скажем, что изолятор это основа свечи, от качества и материала которого зависит работа свечи. Для долгосрочной работы изолятор свечи должен разогреваться до 550-650 C, а попадающее на него масло должно сразу же сгорать без нагара — так называемая температура самоочищения. В случае, когда температура ниже, масло до конца не сгорает и создает на самом изоляторе крепкую корку нагара, а значит — появятся перебои в работе свечи и двигателя. Рассмотрим ситуацию, когда температура наоборот чересчур высока — в районе 800-900 C — появляется калильное зажигание, т. е. смесь в цилиндре возгорается не искрой, а раскаленными элементами свечи, которые продолжаются даже после того, как двигатель заглушен. При подобной аномалии не выйдет отрегулировать угол опережения зажигания, а игнорируя эти признаки — двигатель может попросту выйти из строя. Безусловно, такие факторы, как степень сжатия или число оборотов коленвала — непосредственно влияют на общую работу двигателя.

И при подборе свечей на определенную модель необходимо руководствоваться таким фактором как калильное число. Давайте разбираться — грубо говоря, это временной отрезок, за которой свеча будет давать калильное зажигание (про него мы говорили выше). Свечи можно условно разделить на 2 типа: горячие (для высокооборотистых спортивных двигателей) и холодные (для обычных гражданских автомобилей).

Мы постарались дать Вам наиболее общую и понятную информацию про свечи зажигания, их устройство и принцип работы.

свеча зажигания — это… Что такое свеча зажигания?

свеча зажигания

свеча́ зажига́ния

электрический прибор в составе системы зажигания автомобильного двигателя внутреннего сгорания, формирующий искровой разряд для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя. Размещается в головке цилиндра таким образом, что центральный и боковой электроды находятся внутри камеры сгорания. Снаружи имеется контакт с контактной гайкой, расположенный внутри изолятора. В конце такта сжатия рабочего цикла двигателя на свечу зажигания подаётся электрический импульс высокого напряжения (10 000—12 000 В), вызывающий появление искры в межэлектродном промежутке.

Устройство свечи зажигания:

1 – контактная гайка; 2 – изолятор; 3 – резистор; 4 – корпус; 5 – резьбовая часть; 6 – центральный электрод; 7 – боковой электрод; 8 – тепловой конус изолятора

Энциклопедия «Техника». — М.: Росмэн. 2006.

.

• светофор
• связь

Смотреть что такое «свеча зажигания» в других словарях:

• СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ — (запальная свеча), составная часть ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ. Имеет два ЭЛЕКТРОДА, разделенных промежутком воздуха, в котором электрический ток, создаваемый механизмом зажигания, протекает, образуя искру. Свеча зажигания помещена в цилиндр… …   Научно-технический энциклопедический словарь

• свеча зажигания — прибор для воспламенения горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания при помощи электрической искры. Напряжение на центральном электроде свечи зажигания 10 30 кВ в поршневых и до 16 кВ в реактивных двигателях. * * * СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ СВЕЧА… …   Энциклопедический словарь

• свеча зажигания — свеча Электрическое устройство, в котором происходит выделение энергии, необходимой для воспламенения горючей смеси. [ГОСТ 22606 77] Тематики системы зажигания авиационных двигателей Синонимы свеча …   Справочник технического переводчика

• СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ — прибор для воспламенения горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания при помощи искры. Напряжение на центральном электроде свечи зажигания 10 30 кВ в поршневых и до 16 кВ в реактивных двигателях …   Большой Энциклопедический словарь

• свеча зажигания — Шестигранный керамический предмет с цилиндрическим отверстием, в которое вставлен стержень из светлого металла диаметром 2 мм с отводами, найденный 13 февраля 1961 г. американскими геологами в Калифорнии (США) под корой окаменевших ископаемых… …   Толковый уфологический словарь с эквивалентами на английском и немецком языках

• Свеча зажигания — Свечи зажигания Свеча зажигания  устройство для воспламенения топливо воздушной смеси в самых разнообразных тепловых двигателях. Бывают искровые, дуговые, накаливания, каталитические. В бензи …   Википедия

• Свеча зажигания —         искровая запальная свеча, устройство для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах карбюраторного двигателя внутреннего сгорания искрой, образующейся между её электродами. С. з., ввёртываемая в головку цилиндров, состоит из стального… …   Большая советская энциклопедия

• СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ — запальная свеча, прибор для воспламенения горючей смеси в двигателях внутр. сгорания при помощи искры. Электрич. напряжение на центр. электроде С. з. 10 30 кВ в поршневых и до 16 кВ в реактивных двигателях.

  См. рис. Свеча зажигания: 1 корпус… …   Большой энциклопедический политехнический словарь

• свеча зажигания — uždegimo žvakė statusas T sritis Energetika apibrėžtis Įtaisas vidaus degimo variklyje degiajam mišiniui elektros kibirkštimi uždegti. atitikmenys: angl. ignition plug; sparking plug vok. Zündkerze, f rus. запальная свеча, f; искровая свеча, f;… …   Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

• Свеча зажигания — прибор для воспламенения горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания при помощи искры. Напряжение на центральном электроде свечи зажигания 10 30 кВ в поршневых и до 16 кВ в реактивных двигателях …   Автомобильный словарь

Книги

• Абсолютные миротворцы, Дивов Олег Игоревич. Эта книга о скромных героях, которые не сдаются, потому что не умеют. Они тонут, падают с неба, пропадают в снегах, горят на работе. Давно бы им конец настал, но эти люди (и не только люди) -… Подробнее  Купить за 397 руб
• Абсолютные миротворцы, Дивов О. . Эта книга о скромных героях, которые не сдаются, потому что не умеют. Они тонут, падают с неба, пропадают в снегах, горят на работе. Давно бы им конец настал, но эти люди (и не только люди) -… Подробнее  Купить за 311 руб
• Абсолютные миротворцы, Дивов Олег. Эт a книга о скромных героях, которые не сдаются, потому что не умеют. Они тонут, падают с неба, пропадают в снегах, горят на работе. Давно бы им конец настал, но эти люди(и не только люди) —… Подробнее  Купить за 263 руб

Другие книги по запросу «свеча зажигания» >>

Что такое свеча зажигания? — 7 признаков неисправности свечи зажигания

Что такое свеча зажигания?

Свеча зажигания, также называемая свечой зажигания, устройство, которое вставляется в головку блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания и несет два электрода, разделенных воздушным зазором, через который проходит ток от высоковольтной системы зажигания, образуя искру для зажигание топливовоздушной смеси.

Электроды должны выдерживать высокие температуры, а разделяющий их изолятор должен выдерживать высокие температуры, а также электрическое напряжение до нескольких тысяч вольт.Длина искрового промежутка влияет на энергию искры, а форма изолятора влияет на рабочую температуру.

При слишком низкой температуре работа приводит к обугливанию и короткому замыканию зазора; когда слишком жарко, может быть преждевременное зажигание.

Как работает свеча зажигания?

Электрическая энергия передается через свечу зажигания, перепрыгивая через зазор в запальном конце свечи, если напряжение, подаваемое на свечу, достаточно высокое. Эта электрическая искра воспламеняет смесь бензина и воздуха в камере сгорания.Вилка подключается к высокому напряжению, создаваемому катушкой зажигания или магнето.

Свеча зажигания — это электрическое устройство, которое вставляется в головку блока цилиндров некоторых двигателей внутреннего сгорания и воспламеняет сжатый аэрозольный бензин с помощью электрической искры. Свечи зажигания имеют изолированный центральный электрод, соединенный сильно изолированным проводом с катушкой зажигания или магнито-цепью снаружи, образуя с заземленной клеммой на основании свечи искровой разрядник внутри цилиндра.

Двигатели внутреннего сгорания можно разделить на двигатели с искровым зажиганием, которым для начала сгорания требуются свечи зажигания, и двигатели с воспламенением от сжатия (дизельные двигатели), которые сжимают воздух, а затем впрыскивают дизельное топливо в нагретую смесь сжатого воздуха, где оно автоматически воспламеняется. . В двигателях с воспламенением от сжатия могут использоваться свечи накаливания для улучшения характеристик холодного пуска.

Свеча зажигания выполняет две основные функции: зажигание топливовоздушной смеси. Электрическая энергия передается через свечу зажигания, перепрыгивая через зазор в зажигающем конце свечи, если напряжение, подаваемое на свечу, достаточно высокое.Эта электрическая искра воспламеняет смесь бензина и воздуха в камере сгорания. Для отвода тепла от камеры сгорания.

Свечи зажигания не могут создавать тепло, они могут только отводить тепло. Температура конца запального конца свечи должна быть достаточно низкой, чтобы предотвратить преждевременное зажигание, но достаточно высокой, чтобы предотвратить засорение.

Свеча зажигания работает как теплообменник, отбирая нежелательную тепловую энергию из камеры сгорания и передавая тепло системе охлаждения двигателя.Диапазон нагрева свечи зажигания определяется ее способностью отводить тепло от наконечника.

Конструкция свечи зажигания:

1.

Изолятор

Изолирует клемму, центральный вал и центральный электрод от корпуса, предотвращая утечку высокого напряжения с электродов.

Поскольку нижняя часть изолятора выступает в камеру сгорания, это оксид алюминия высокой чистоты с превосходными термостойкими характеристиками, механической прочностью, отличной изоляцией и теплопроводностью при высоких температурах и т. Д.используется.

2.

Клемма

Клемма подключается к высоковольтному проводу, по которому протекает ток высокого напряжения от системы зажигания. Установлена ​​клеммная гайка, поэтому этот тип может выдерживать практически любой высоковольтный шнур в мире. Для автомобилей, не требующих клеммной гайки, клемму можно снять.

3.

Кольцо, уплотнительная шайба

Обеспечивает плотное прилегание изолятора и корпуса друг к другу и поддерживает герметичность.

4.

Центральный вал (шток)

Центральный вал, соединяющий клемму и центральный электрод. Этот вал сделан из стали и позволяет току высокого напряжения течь от вывода к центральному электроду без потерь.

5.

Корпус

Корпус образует внешнюю оболочку, которая окружает изолятор, поддерживает изолятор и устанавливает свечу зажигания в двигатель. Внизу расположен заземляющий электрод, поэтому ток может течь через двигатель к центральному электроду через зазор.

6.

Стеклянное уплотнение

Устанавливается между центральным валом и изолятором для обеспечения герметичности. Denso использует метод стеклянного уплотнения. Специальная смесь стеклянного порошка и медного порошка загружается в секцию установки изолятора, центрального вала и центрального электрода и расплавляется при высокой температуре. Это соединяет центральный вал и центральный электрод и соединяет изолятор с металлом.

Оба компонента имеют хорошее уплотнение и соответствующий коэффициент теплового расширения, поэтому даже в тяжелых условиях не возникает зазоров и можно обеспечить хорошую герметичность.

7.

Прокладка

Обеспечивает плотное прилегание корпуса и двигателя друг к другу и поддерживает герметичность камеры сгорания. Существует процедура затяжки, и необходимо обеспечить соответствующий запас затяжки.

8.

Электрод с медью

Для центрального электрода используется специальный никелевый сплав для уменьшения износа электрода. Медь впаяна в центральную часть для улучшения теплопроводности.

9.

Центральный электрод

Новый наконечник из сплава иридия диаметром 0.4 мм приваривается лазером к кончику центрального электрода, чтобы получился центральный электрод. Это снижает напряжение искры, обеспечивает надежную искру, снижает эффект гашения и улучшает характеристики зажигания.

Иридий, как и платина, является драгоценным металлом и обладает исключительно лучшими свойствами для электрода свечи зажигания, например, устойчивостью к высоким температурам, высокой прочностью и низким сопротивлением. Чтобы еще больше повысить стойкость к окислению при высоких температурах, Denso разработала новый уникальный сплав иридия, содержащий родий.

10.

Заземляющий электрод с U-образной канавкой

Никель-хромовый материал, используемый для заземляющего электрода, и различные меры были приняты с формой для улучшения характеристик зажигания.

Одной из таких мер является U-образная канавка.

• Поверхность, контактирующая с топливовоздушной смесью, большая,
• Имеется большое сечение края, и легко возникают искры.
• Сердечник пламени (размер пламени) легко расширяется.

Есть много других особенностей, которые позволяют получить большую энергию зажигания.Компания Denso получила патенты на U-образные канавки свечей с 1975 по 1992 год.

11.

Заземляющий электрод с конической резкой

Заземляющий электрод имеет форму, в которой кончик электрода имеет тонко заостренную форму. Это снижает эффект гашения и улучшает характеристики зажигания.

Что делают свечи зажигания?

Ваш двигатель — замечательная машина, предназначенная для превращения источника энергии (бензина) в реальное движение. Но как это сделать? Ответ — принцип, известный как внутреннее сгорание. Чтобы превратить топливо в вашем автомобиле из источника потенциальной энергии в источник кинетической энергии, ваш двигатель должен найти способ его высвобождать, и это происходит в процессе сгорания.

Цикл двигателя — это то, что заставляет этот процесс происходить. В вашем двигательном цикле ваши клапаны заполняют ваш цилиндр смесью воздуха и топлива, которые в сочетании являются очень взрывоопасными. Когда поршень в вашем двигателе движется вверх, он сжимает эту смесь до тех пор, пока она не оказывается в очень маленьком пространстве, создавая еще больше потенциальной энергии.

На пике этого сжатия ваш двигатель воспламеняет эту смесь с помощью небольшой искры, создавая взрыв, который заставляет поршень опускаться вниз, поворачивая коленчатый вал в вашем двигателе и создавая мощность, которая заставляет ваш автомобиль двигаться вперед.

Свечи зажигания — это источник искры, которая воспламеняет топливно-воздушную смесь, создавая взрыв, который заставляет ваш двигатель вырабатывать мощность. Эти небольшие, но простые вилки создают электрическую дугу между двумя выводами, которые не соприкасаются, но достаточно близко друг к другу, чтобы электричество могло преодолеть разрыв между ними.Свечи зажигания, а также электрическое и синхронизирующее оборудование, которое их питает, являются частью так называемой системы зажигания.

Как правило, свечи зажигания изготавливаются из чрезвычайно прочного материала и способны выдерживать миллионы и миллионы взрывов, прежде чем они изнашиваются или требуют замены. Но верно, что со временем взрывы и коррозия приводят к меньшим или более слабым искрам, что приводит к снижению эффективности вашего двигателя и может привести к другим проблемам, включая пропуски зажигания или отказ зажигания.

Каковы симптомы неисправных свечей зажигания?

1.

Двигатель не работает на холостом ходу

Если ваши свечи зажигания выходят из строя, ваш двигатель будет звучать грубо и нервно при работе на холостом ходу. Это может вызвать резонансную вибрацию в автомобиле, что может привести к дополнительным дорогостоящим повреждениям.

2.

Проблемы с запуском

Автомобиль не заводится, и вы опаздываете на работу … Разрядился аккумулятор? Малый запас топлива? Одна из причин, о которой часто забывают, — это отказ свечи зажигания.Без этой решающей искры зажигания вы застрянете там, где находитесь.

3.

Пропуски зажигания в двигателе

При пропуске зажигания в двигателе он на мгновение выключается и возникает резкая дрожь из-за неправильной работы цилиндров. Это может привести к дискомфортной поездке и увеличению выбросов.

4.

Пик двигателя

Опять же, это может привести к неудобной и потенциально опасной поездке. Двигатель работает неэффективно, всасывая больше воздуха, чем обычно требуется в процессе сгорания, вызывая постоянные движения стоп-старт.

5.

Высокий расход топлива

Вы заправляете больше, чем привыкли? Неисправные свечи зажигания действительно могут снизить вашу топливную экономичность. Решением может стать простая замена свечей зажигания.

6. Отсутствие ускорения

Если ваш автомобиль не реагирует и акселератор потерял свою чувствительность, вы можете подумать об услуге по замене свечей зажигания, чтобы снова набрать скорость.

Сколько стоит замена свечей зажигания?

Стоимость полностью зависит от марки вашего автомобиля.У некоторых цилиндров больше, чем у других. Один из способов подсчитать количество свечей зажигания в вашем автомобиле — это подсчитать количество цилиндров. Однако в некоторых автомобилях есть система двойного искрения. Примером может служить двигатель V4 с четырьмя цилиндрами. В каждом цилиндре по две свечи зажигания.

Независимо от количества цилиндров в вашем автомобиле замена свечей зажигания обычно обходится недорого. Одна свеча зажигания стоит менее 10 долларов. Замена всех свечей плюс работа механика должна стоить от 40 до 150 долларов. Это несложный процесс; следовательно, это займет у механика час или меньше.

Когда мне заменять свечи зажигания?

Свечи зажигания прослужат вам долгие годы и мили без необходимости их замены. Однако производители двигателей рекомендуют менять их через каждые 30 000 миль.

Срок службы свечи зажигания зависит от типа свечи. Свечи зажигания из меди имеют меньший срок службы по сравнению с платиновыми или иридиевыми свечами.

Всегда заменяйте свечи зажигания на свечи зажигания, выбранные производителем. Если вы не можете найти такую ​​же свечу зажигания, то замените ее на качественные свечи зажигания.Медные свечи не соответствуют стандартам и быстро изнашиваются.

Как заменить свечи зажигания?

Замена свечей зажигания занимает около часа (для четырехцилиндрового двигателя) и сэкономит вам как минимум сотню долларов на трудозатратах, если вы сделаете это самостоятельно. В большинстве случаев это простая работа, которая помогает поддерживать максимальную производительность и максимально возможный расход топлива.

Необходимые инструменты

• Датчик зазора
• Игольчатые плоскогубцы
• Тряпки
• Набор головок / трещоток
• Съемник для проводов свечей зажигания
• Поворотное гнездо.
• Динамометрический ключ

Шаг 1: Сделать сам или отнести к профессионалам?

Ответ зависит от типа двигателя вашего автомобиля. Некоторые модели V-6 требуют удаления частей впускного коллектора для замены свечей зажигания. Если вам это не нравится, обратитесь к профессионалу.

Но если у вашего двигателя есть легкий доступ к заднему берегу, вы, вероятно, сможете выполнить эту работу самостоятельно. Просто убедитесь, что вы правильно зажали свечи зажигания, и используйте динамометрический ключ.

Показанные инструменты доступны у онлайн-поставщиков и в магазинах автозапчастей. Пока вы там, спросите у продавца технические характеристики зазора свечи зажигания и крутящего момента для вашего автомобиля.

И купите небольшой пакет диэлектрической смазки. Также важно спросить о затратах на замену свечей зажигания, прежде чем записываться на прием.

Шаг 2: Откройте и очистите рабочее место

Начните со снятия пластиковой крышки «тщеславия» (если она есть) и узла воздушного фильтра с верхней части двигателя.

• Пометьте все снятые вакуумные шланги, чтобы их можно было установить на место.
• Совет от профессионала: Изучите верхнюю часть четырехцилиндрового двигателя или ряды V-образного двигателя, прежде чем снимать другие детали.
• Обдуйте катушки зажигания сжатым воздухом, чтобы предотвратить попадание грязи в цилиндры. Затем сдуйте всю оставшуюся рыхлую грязь с двигателя, прежде чем устанавливать инструменты и новые свечи.

Шаг 3: Снимите катушку зажигания и / или пыльник

• Отсоедините электрический разъем катушки зажигания, нажав (или потянув вверх) фиксатор.
• Отсоедините разъем от катушки.
• Удалите прижимной болт катушки и вытащите всю катушку и пыльник в сборе.
• Наконечник Pro : Некоторые системы COP имеют съемный резиновый чехол и пружину. Если они не выходят с катушкой, извлеките их плоскогубцами и замените их новыми деталями. Затем снимите старую свечу зажигания.

Если в вашем автомобиле нет системы зажигания COP, провод свечи зажигания будет заканчиваться в чехле, который прикрепляется к свече зажигания.Съемник для проводов свечей зажигания позволяет легко снять пыльник.

Шаг 4: Отвинтите заглушку

• Сдуйте грязь и сажу, которая осела на заглушке и вокруг нее с момента ее установки.
• Наденьте свечу зажигания подходящего размера на свечу.
• Pro tip: Головка свечи зажигания с поворотной головкой значительно упрощает работу. Возможно, вам понадобится удлинитель некоторой длины, чтобы достать вилку.
• Поверните пробку против часовой стрелки, чтобы ослабить ее.
• Совет для профессионалов: Не все двигатели оставляют свечи таким образом доступными, как показано здесь. Чем компактнее моторный отсек, тем сложнее будет добраться до пробок. Но все заглушки можно снять.

Шаг 5: Как установить зазор в свече зажигания

Закройте все свечи перед установкой в ​​соответствии со спецификациями производителя. Перед установкой всегда проверяйте зазор свечи зажигания.

• Вставьте проволоку правильного калибра (или толщину зазора) между электродами. Проволока должна слегка тянуться между ними.
• Если зазор слишком мал, откройте его с помощью щупа, приподняв.
• Если зазор слишком велик, слегка постучите боковым электродом по твердой поверхности.
• Нанесите небольшое количество противозадирного состава на резьбу плунжера и вручную ввинтите плунжер в головку блока цилиндров.

Шаг 6: Установите новую свечу

Правильный крутящий момент свечи зажигания имеет решающее значение в современных двигателях.

• Всегда используйте динамометрический ключ и характеристики крутящего момента свечи зажигания, указанные производителем.Недостаточный крутящий момент может привести к тому, что свеча вылетит прямо из головки блока цилиндров, увлекая за собой резьбу. Слишком большой крутящий момент деформирует свечу.
• Если вы нанесли противозадирный состав на резьбу плунжера, уменьшите крутящий момент на 10 процентов. Если у вас нет динамометрического ключа, посетите веб-сайт производителя свечей зажигания, чтобы найти методы затяжки вручную и характеристики крутящего момента свечи зажигания.

Шаг 7: Смажьте пыльник свечи зажигания и застегните его кнопку

• Перед установкой катушки нанесите тонкий слой диэлектрической смазки на внутреннюю часть чехла свечи зажигания.Смазка предотвращает пропуски зажигания и облегчает снятие пыльника в будущем.
• Установите на место катушку зажигания, прижимной болт и электрический разъем катушки.
• Установите на место воздушный фильтр и крышку умывальника и запустите ее.

Советы по уходу за свечами зажигания

Здесь вам следует подумать о профилактическом обслуживании. Внимательно следите за автомобилем, чтобы отмечать изменения. Следите за симптомами. На этом все не заканчивается. Выполните дальнейшую диагностику, используя эти простые методы.

Проверьте провода

Найдите место с достаточным освещением и открытым под капотом вашего автомобиля. Найдите провода свечи зажигания и произведите визуальный осмотр. Ищите повреждения кабелей. Следы ожогов и порезы. Проверить на признаки коррозии.

Запустите двигатель

Обратите внимание на электрические звуки. Послушайте звук вашего двигателя. Шумы могут быть вызваны утечкой высокого напряжения.

Используйте воду для опрыскивания проводов.

Обрызгайте участки крепления башмаков к свечам зажигания.В случае возникновения дуги или наличия тумана выключите двигатель. Выньте свечу зажигания из чехла и осмотрите багажник на наличие следов углерода. Наличие сажи означает, что вам нужно будет заменить свечу зажигания.

Используйте тестер свечей зажигания

Пропуск искры или пропуск зажигания могут привести к потере мощности двигателя и появлению следов черного дыма из выхлопных газов. Запустите этот контрольный список, чтобы узнать, есть ли у вас пропуски зажигания в вилке.

• Отсоедините свечу зажигания от провода свечи зажигания
• Подключите провод свечи зажигания к тестеру свечи зажигания
• Подключите свечу зажигания к тестеру свечи зажигания и создайте связь от свечи зажигания к проводу.
• Перезапустите двигатель и прислушайтесь к сбоям во времени.

Убедитесь, что провода к свече зажигания проложены правильно.

Поперечная резка снижает мощность вашего автомобиля. Если у вашего автомобиля есть руководство, используйте его, чтобы определить, какой провод к какому порту ведет.

Очистите свечи зажигания.

Отсоедините свечу зажигания от провода свечи зажигания. Тщательно очистите свечу зажигания, чтобы мусор не попал в камеру сгорания.Не применяйте силу и не вынимайте свечу зажигания руками. Используйте торцевой ключ для свечей зажигания.

Используйте спрей и металлическую щетку для удаления отложений. Никогда не используйте абразивные материалы для чистки свечей зажигания.

СВЯЗАННЫЕ СООБЩЕНИЯ

Свеча зажигания | Инженерное дело | Фэндом

Свеча зажигания (иногда в британском английском [1], свеча зажигания ) представляет собой электрическое устройство, которое вставляется в головку блока цилиндров некоторых двигателей внутреннего сгорания и воспламеняет сжатые частицы [2] аэрозольного бензина [3] посредством электрической искры.

Системное соединение []

Изолированный центральный электрод свечи зажигания соединен сильно изолированным проводом с катушкой зажигания или цепью магнето, установленной снаружи двигателя. Корпус свечи зажигания образует заземленную клемму на основании свечи на головке цилиндра с искровым промежутком внутри цилиндра. Ранние патенты на свечи зажигания включали Николы Тесла [4] (в патенте США 609 250 на систему опережения зажигания, 1898), Ричарда Симмса (GB 24859/1898, 1898) и Роберта Боша (GB 26907/1898).Карлу Бенцу [5] также приписывают изобретение.

Горение внутри цилиндра []

Двигатели внутреннего сгорания можно разделить на двигатели с искровым зажиганием , которым для начала сгорания требуются свечи зажигания, и двигатели с воспламенением от сжатия (дизельные двигатели), которые сжимают топливно-воздушную смесь до тех пор, пока она не самовозгорается. В двигателях с воспламенением от сжатия могут использоваться свечи накаливания для улучшения характеристик холодного пуска.

Использует []

Свечи зажигания необходимы в двигателях с искровым зажиганием .Его также можно использовать в других приложениях, например, в печах, где необходимо воспламенить горючую смесь. В этом случае их иногда называют запальниками .

Как это работает []

Свеча зажигания подключена к тысячам вольт, генерируемым катушкой зажигания. По мере того, как электроны постепенно поступают из катушки, возникает разница напряжений между активным центральным электродом и заземленным боковым электродом или телом. Между ними не может протекать ток, поскольку топливно-воздушная смесь в зазоре является изолятором.При дальнейшем повышении напряжения начинает изменяться структура газов между электродами. Как только напряжение превышает электрическую прочность [6] газов, газы становятся ионизированными [7]. Ионизированный газ становится проводником, а ионизированный газ может пропускать электроны.

Когда ток электронов проходит через зазор, он повышает температуру искрового канала до 60 000 К. Сильное тепло в искровом канале вызывает очень быстрое расширение ионизированного газа, как при небольшом взрыве.Это «щелчок», который вы слышите, наблюдая за искрой, похожий на молнию [8] и гром [9].

Тепло и давление заставляют газы вступать в реакцию друг с другом, и в конце искры в искровом промежутке должен образоваться небольшой огненный шар, поскольку газы горят сами по себе. Размер этого огненного шара или ядра зависит от точного состава смеси между электродами и уровня турбулентности камеры сгорания во время искры. Маленькое ядро ​​заставит двигатель работать, как если бы время зажигания было замедлено, а большое, как если бы синхронизация была увеличена для этого отдельного цикла.

Конструкция свечи зажигания []

Свеча зажигания состоит из оболочки, изолятора и проводника. Он протыкает стенку камеры сгорания и, следовательно, должен также герметизировать камеру сгорания от высоких давлений и температур, без ухудшения качества в течение длительных периодов времени и продолжительного использования.

Детали вилки []

Терминал []

В верхней части свечи зажигания находится вывод для подключения к системе зажигания. Точная конструкция клеммы зависит от использования свечи зажигания.Большинство проводов свечей зажигания легковых автомобилей защелкиваются на клеммах свечи, но у некоторых проводов есть лопаточные разъемы, которые крепятся на свечу под гайкой. Заглушки, которые используются для этих целей, часто имеют конец клеммы, служащего двойной цели, как гайка на тонком резьбовом валу, так что их можно использовать для любого типа соединения.

Ребра []

Физическая форма ребер служит для улучшения изолятора и предотвращения утечки электрической энергии от вывода к металлическому корпусу вдоль стороны изолятора.Прерывистый и более длинный путь заставляет электричество встречаться с большим сопротивлением на поверхности свечи зажигания.

Изолятор []

Изолятор, как правило, изготавливается из оксида алюминия [10] керамики [11], который выдерживает 550 ° C и 60 000 В. Он выходит из металлического корпуса в камеру сгорания. Точный состав и длина изолятора частично определяют диапазон нагрева вилки.

Уплотнения []

Поскольку свеча зажигания также герметизирует камеру сгорания двигателя при установке, уплотнения гарантируют отсутствие утечки из камеры сгорания.Уплотнения обычно изготавливаются из меди в виде шайбы, чтобы она могла сжиматься и обеспечивать хорошее уплотнение.

Металлический корпус []

Металлический корпус свечи зажигания выдерживает момент затяжки свечи, служит для отвода тепла от изолятора и передачи его на головку блока цилиндров. Он также действует как заземление для искр, проходящих через центральный электрод к боковому электроду и телу.

Наконечник изолятора []

Конец изолятора, окружающего центральный электрод, находится внутри камеры сгорания и напрямую влияет на характеристики свечи зажигания, особенно на диапазон нагрева.

Боковой электрод или заземляющий электрод []

Боковой электрод изготовлен из высоконикелевой стали и приварен к боковой стороне металлического корпуса. Боковой электрод также сильно нагревается, особенно на выступающих носовых заглушках. В некоторых конструкциях свечей зажигания используется несколько боковых электродов, которые не перекрывают центральный электрод.

Центральный электрод []

Центральный электрод соединен с выводом через внутренний провод и обычно через керамическое последовательное сопротивление для уменьшения излучения радиошумов от искрения.Наконечник может быть изготовлен из комбинации меди [12], никеля [13] и железа [14], хрома [15] или драгоценных металлов [16]. Центральный электрод обычно предназначен для выброса электронов (катод), потому что это самая горячая (обычно) часть свечи; легче испускать электроны с горячей поверхности из-за тех же физических законов, которые увеличивают выбросы пара с горячих поверхностей. Кроме того, электроны испускаются там, где напряженность электрического поля наибольшая; это оттуда, где радиус кривизны поверхности наименьший, i.е. с острого края или края, а не с плоской поверхности. Проще всего было бы вытащить электроны из заостренного электрода, но заостренный электрод разрушится уже через несколько секунд. Вместо этого электроны выходят из острых краев конца электрода; по мере того, как эти края размываются, искра становится слабее и менее надежной. Когда-то было обычным делом снимать свечи зажигания, очищать отложения с концов вручную или с помощью специального пескоструйного оборудования и подпиливать конец электрода для восстановления острых краев, но эта практика стала менее частой, поскольку свечи зажигания теперь используются. просто заменяли через гораздо более длительные промежутки времени.Разработка высокотемпературных электродов из драгоценных металлов (с использованием таких металлов, как иттрий [17], иридий [18], платина [19], вольфрам [20] или палладий [21], а также относительно прозаичное серебро [22] или gold] [23]) позволяет использовать центральную проволоку меньшего размера, которая имеет более острые края, но не плавится и не подвергается коррозии. Меньший электрод также поглощает меньше тепла от искры и энергии начального пламени. В какой-то момент Firestone продавала свечи с полонием [24] в наконечнике в соответствии с сомнительной теорией, согласно которой радиоактивность ионизирует воздух в зазоре, ослабляя искрообразование.(См. Внешнюю ссылку ниже)

Зазор свечи зажигания []

Свечи зажигания

обычно имеют искровой промежуток, который может регулироваться техником, устанавливающим свечу зажигания, с помощью простого механизма легкого изгиба заземляющего электрода, чтобы подвести его ближе к центральному электроду или дальше от него. Довольно распространенное мнение о том, что свечи имеют надлежащие зазоры при поставке в коробке с завода, неверно, что подтверждается тем фактом, что одна и та же свеча может быть указана для нескольких разных двигателей, требуя разного зазора для каждого.Датчик зазора свечи зажигания с круглыми проволоками точного диаметра используется для измерения зазора; Использование щупа с плоскими лезвиями вместо круглой проволоки, как это используется на распределительных точках или зазоре клапана, даст ошибочные результаты из-за формы электродов свечи зажигания. Простейшие калибры представляют собой набор ключей разной толщины, которые соответствуют желаемым зазорам, и зазор регулируется до тех пор, пока ключ не будет плотно прилегать. При современной технологии двигателей, повсеместно включающих твердотельное зажигание и компьютеризированный впрыск топлива, используемые зазоры намного больше, чем в эпоху карбюраторов и распределителей точки прерывания, до такой степени, что датчики свечей зажигания той эпохи слишком малы для измерения зазоров. текущих автомобилей.

Эта регулировка может быть довольно критичной, и если она неправильно отрегулирована, двигатель может работать плохо или вообще не работать. Узкий зазор может дать слишком маленькую и слабую искру для эффективного воспламенения топливно-воздушной смеси, а слишком широкий зазор может оказаться слишком широким для того, чтобы искра вообще загорелась. В любом случае искра, которая лишь периодически не зажигает топливно-воздушную смесь, может быть незаметна напрямую, но проявится как снижение мощности двигателя и топливной экономичности. По мере старения пробки и эрозии металла наконечника зазор будет увеличиваться; поэтому опытные механики часто устанавливают зазор в наборе новых свечей на уровне минимального рекомендованного производителем двигателя зазора, а не в центре указанного допустимого диапазона, чтобы обеспечить более длительный срок службы между заменами свечей.С другой стороны, поскольку больший зазор дает более «горячую» или «более толстую» искру и более надежное зажигание топливно-воздушной смеси, и поскольку новая свеча с острыми краями на центральном электроде будет давать искру более надежно, чем старая, эродированная свеча, опытные механики также понимают, что максимальный зазор, указанный производителем двигателя, является самым большим, что обеспечивает надежное зажигание даже со старыми свечами, и на самом деле он будет немного уже, чем необходимо для обеспечения искрения с новыми свечами; следовательно, можно установить свечи с очень большим зазором для более надежного зажигания в высокопроизводительных приложениях за счет более частой замены и / или повторного закрывания свечей, как только наконечник начинает разрушаться.

Варианты базовой конструкции []

На протяжении многих лет пытались изменить базовую конструкцию свечи зажигания, чтобы обеспечить либо лучшее зажигание, либо более длительный срок службы, либо и то, и другое. Такие варианты включают использование двух, трех или четырех заземляющих электродов, расположенных на равном расстоянии друг от друга, окружающих центральный электрод. Другие варианты включают использование утопленного центрального электрода, окруженного резьбой свечи зажигания, которая фактически становится заземляющим электродом. Также есть использование V-образной выемки на кончике заземляющего электрода.

Уплотнение к головке блока цилиндров []

Большинство свечей зажигания плотно прилегают к головке блока цилиндров с помощью полой металлической шайбы, которая слегка раздавлена ​​между плоской поверхностью головки и поверхностью свечи, чуть выше резьбы. Если крутящий момент, использованный для установки заглушек, не является чрезмерным, шайбу можно использовать повторно, когда заглушка снята и вставлена ​​повторно, хотя такая практика, строго говоря, не рекомендуется, и доступны сменные шайбы.

Двигатели Ford, однако, когда-то отличались тем, что использовали коническое отверстие и соответствующий конус в нижней части заглушки над резьбой для герметизации заглушки.Крутящий момент для установки и снятия этих заглушек был выше, и их было легче сломать, если гаечный ключ прикладывался частично со смещением оси.

Совсем недавно некоторые типы Ford Fiesta и Ka также имели аналогичную систему уплотнения. Крутящий момент, необходимый для установки этих заглушек, меньше, чем у заглушек вышеупомянутого типа, и крайне важно, чтобы они не были чрезмерно затянуты, поскольку чрезмерная затяжка может привести к их затруднительному или невозможному снятию. Кроме того, известно, что они разъедают головку блока цилиндров, особенно если оставлять их слишком долго между заменами.В такой ситуации нередко заглушка щелкает под шестигранной гайкой, оставляя только резьбовую часть (и внешний электрод) в головке блока цилиндров. Компания Ford время от времени выпускала Бюллетени технического обслуживания, напоминающие техническим специалистам о правильных методах установки.

Выступ наконечника []

Свечи зажигания трех разных размеров

.

Крайняя левая заглушка и центральная заглушка идентичны по резьбе и электродам и могут использоваться как взаимозаменяемые; однако центральная пробка представляет собой компактный вариант с меньшими шестигранниками и керамическими частями снаружи головки, которые можно использовать там, где пространство ограничено.Самая правая заглушка имеет более длинную резьбовую часть, которая может использоваться в более толстой головке]] Длина резьбовой части заглушки должна точно соответствовать толщине головки. Если свеча зайдет слишком далеко в камеру сгорания, она может удариться о поршень, повредив двигатель изнутри. Менее драматично, если резьба свечи выходит в камеру сгорания, острые края резьбы действуют как точечные источники тепла, которые могут вызвать преждевременное зажигание; кроме того, отложения, образующиеся между открытой резьбой, могут затруднить снятие заглушек и даже повредить резьбу на алюминиевых головках в процессе снятия.Однако выступание наконечника в камеру также влияет на характеристики заглушки; чем ближе к центру расположен искровой разрядник, тем лучше будет воспламенение топливовоздушной смеси, хотя эксперты полагают, что этот процесс на самом деле намного сложнее и зависит от формы камеры сгорания. С другой стороны, если двигатель «сжигает масло», избыточное масло, просачивающееся в камеру сгорания, имеет тенденцию загрязнять наконечник свечи и препятствовать возникновению искры; в таких случаях свеча с меньшим выступом, чем обычно требует двигатель, часто собирает меньше загрязнений и работает лучше в течение более длительного периода.Фактически, продаются специальные переходники «против обрастания», которые устанавливаются между свечой и головкой, чтобы уменьшить выступ свечи именно по этой причине на старых двигателях с серьезными проблемами сгорания масла; это приведет к тому, что воспламенение топливно-воздушной смеси будет менее эффективным, но в таких случаях это имеет меньшее значение.

Диапазон нагрева []

Рабочая температура свечи зажигания — это фактическая физическая температура на кончике свечи зажигания в работающем двигателе. Это определяется рядом факторов, но в первую очередь фактической температурой в камере сгорания.Нет прямой зависимости между фактической рабочей температурой свечи зажигания и напряжением искры. Однако уровень крутящего момента, производимого в настоящее время двигателем, будет сильно влиять на рабочую температуру свечи зажигания, потому что максимальная температура и давление возникают, когда двигатель работает около максимального выходного крутящего момента (крутящий момент и частота вращения напрямую определяют выходную мощность). Температура изолятора зависит от тепловых условий, которым он подвергается в камере сгорания, но не наоборот.Если кончик свечи зажигания слишком горячий, это может вызвать преждевременное зажигание, ведущее к детонации / детонации и повреждению. Если слишком холодно, на изоляторе могут образоваться электропроводящие отложения. вызывая потерю энергии искры или фактическое короткое замыкание искрового тока.

Свеча зажигания считается «горячей», если она является лучшим теплоизолятором, сохраняя больше тепла на кончике свечи. Свеча зажигания считается «холодной», если она может отводить больше тепла от наконечника свечи зажигания и понижать температуру наконечника.»Горячая» или «холодная» свеча зажигания известна как тепловой диапазон свечи зажигания. Диапазон нагрева свечи зажигания обычно указывается в виде числа, при этом некоторые производители используют восходящие числа для более горячих свечей, а другие делают наоборот, используя убывающие числа для более горячих свечей.

Диапазон нагрева свечи зажигания (то есть, с научной точки зрения, ее характеристики теплопроводности [25]) зависит от конструкции свечи зажигания: типов используемых материалов, длины изолятора и площади поверхности свечи. внутри камеры сгорания.Для нормального использования выбор диапазона нагрева свечи зажигания — это баланс между поддержанием наконечника достаточно горячим на холостом ходу, чтобы предотвратить засорение, и достаточно холодным при максимальной мощности, чтобы предотвратить преждевременное зажигание, ведущее к детонации двигателя. Если рассмотреть «более горячие» и «более холодные» свечи зажигания одного и того же производителя бок о бок, можно очень ясно увидеть суть этого принципа; более теплые свечи имеют более прочные керамические изоляторы, заполняющие зазор между центральным электродом и кожухом, эффективно отводя тепло, в то время как более горячие свечи имеют меньше керамического материала, так что наконечник более изолирован от тела свечи и сохраняет тепло лучше.

Тепло из камеры сгорания уходит через выхлопные газы, боковые стенки цилиндра и саму свечу зажигания. Диапазон нагрева свечи зажигания лишь незначительно влияет на температуру в камере сгорания и общую температуру двигателя. Холодная свеча существенно не снизит рабочую температуру двигателя. (Слишком высокая температура свечи может, однако, косвенно привести к неконтролируемому преждевременному зажиганию, которое может повысить температуру двигателя ). Скорее, основной эффект «горячей» или «холодной» свечи заключается в воздействии на температуру свечи. наконечник свечи зажигания.

До современной эры компьютеризированного впрыска топлива было принято указывать по крайней мере пару различных диапазонов нагрева для свечей автомобильного двигателя; более горячая вилка для автомобилей, которые в основном ездили по городу, и более холодная вилка для длительного использования на высокоскоростных шоссе. Однако эта практика в значительной степени устарела сейчас, когда топливно-воздушные смеси автомобилей и температура цилиндров поддерживаются в узком диапазоне с целью ограничения выбросов. Однако гоночные двигатели по-прежнему выигрывают от выбора правильного диапазона нагрева свечей.Очень старые гоночные двигатели иногда имеют два набора свечей, одна только для запуска, а другая устанавливается после прогрева двигателя для фактического вождения автомобиля.

Считывание свечей зажигания []

На запальный конец свечи зажигания влияет внутренняя среда камеры сгорания. Поскольку свечу зажигания можно снять для проверки, можно изучить влияние горения на свечу. Осмотр или «считывание» характерных меток на запальном конце свечи зажигания может указывать на условия в работающем двигателе.На наконечнике свечи зажигания будут отметки, свидетельствующие о том, что происходит внутри двигателя. Обычно нет другого способа узнать, что происходит внутри двигателя, работающего на максимальной мощности. Производители двигателей и свечей зажигания публикуют информацию о характерных обозначениях в таблицах показаний свечей зажигания (например, общую таблицу показаний свечей зажигания).

Легкое коричневатое изменение цвета кончика блока указывает на правильную работу; другие условия могут указывать на неисправность. Например, пескоструйная обработка кончика свечи зажигания означает, что происходит постоянная легкая детонация, часто неслышная.Повреждение наконечника свечи зажигания также происходит внутри цилиндра. Сильная детонация может привести к полному разрушению изолятора свечи зажигания и внутренних деталей двигателя, прежде чем это проявится в виде пескоструйной эрозии, но ее легко услышать. В качестве другого примера, если свеча слишком холодная, на передней части пробки будут отложения. И наоборот, если вилка слишком горячая, фарфор будет выглядеть пористым, почти как сахар. Материал, которым центральный электрод прикреплен к изолятору, выкипит.Иногда конец заглушки может быть глянцевым, так как отложения растаяли.

Двигатель, работающий на холостом ходу, будет оказывать иное воздействие на свечи зажигания, чем двигатель, работающий на полностью открытой дроссельной заслонке. Показания свечей зажигания действительны только для самых последних условий эксплуатации двигателя, и работа двигателя в других условиях может стереть или скрыть характерные следы, ранее оставленные на свечах зажигания. Таким образом, наиболее ценная информация собирается при запуске двигателя на высоких оборотах и ​​полной нагрузке, немедленном выключении зажигания и остановке без работы на холостом ходу или низких оборотах и ​​снятии свечей для чтения.

Сканеры для чтения свечей зажигания, которые представляют собой просто комбинацию фонарика / лупы, доступны для улучшения чтения свечей зажигания.

Два средства просмотра свечей зажигания

Однако снова практика считывания данных свечей зажигания в значительной степени устарела, поскольку топливно-воздушные смеси автомобилей и температура цилиндров поддерживаются в узком диапазоне, но по-прежнему ценны для гоночных приложений.

Индексные свечи зажигания []

Предметом некоторых споров является «индексация» разъемов при установке, обычно только для высокопроизводительных или гоночных приложений; для этого необходимо установить их таким образом, чтобы открытая часть искрового промежутка, не закрытая заземляющим электродом, была обращена к центру камеры сгорания к впускному клапану, а не к стене.Многие специалисты считают, что это позволит максимально увеличить воздействие искры на топливно-воздушную смесь и, следовательно, улучшить воспламенение; другие, однако, полагают, что это полезно только для того, чтобы заземляющий электрод не мешал контакту поршня в двигателях со сверхвысокой степенью сжатия, если зазор недостаточен. В любом случае это достигается путем отметки места зазора на внешней стороне пробки, ее установки и отметки направления, в котором обращена отметка; затем заглушка удаляется и добавляются дополнительные шайбы, чтобы изменить ориентацию затянутой заглушки.Это нужно делать индивидуально для каждой заглушки, так как ориентация зазора относительно резьбы оболочка случайна [26].

См. Также []

Внешние ссылки []

* [ [http://www.gsparkplug.com/extras/fault_diagnosis/ Диагностика неисправности свечи зажигания]]

Введение в MQTT + Sparkplug для IIOT

Eclipse недавно объявила о создании рабочей группы по внедрению спецификации Eclipse Sparkplug для стандартизации взаимодействия в области промышленного Интернета вещей.

Протокол MQTT быстро стал стандартом de facto для обмена сообщениями в приложениях IOT.

Однако MQTT был разработан, чтобы быть максимально открытым и не предусматривал каких-либо ограничений для названий тем и структур сообщений.

Спецификация свечи зажигания была представлена ​​Cirrus link в 2016 году как версия A и вскоре после этого была обновлена ​​до версии B.

В спецификации указано:

1. Структура пространства имен темы, как показано ниже:

пространство имен / group_id / message_type / edge_node_id / [device_id]

2.Механизм управления состоянием, который использует сообщений о рождении и существующее сообщение l ast will and testament .

3. Структура полезной нагрузки с использованием буферов протокола Google.

Что это значит?

Это означает, что разработчики и планировщики имеют четкие руководящие принципы при проектировании пространства имен тем, упаковке полезных данных сообщений, а также поддержке и передаче состояния клиента, что будет способствовать взаимодействию систем.

Состояние клиента важно и было неотъемлемой особенностью систем с опросом, которые заменил MQTT.

MQTT частично обслуживает это с последними сообщениями и сообщениями поддержки активности, но Sparkplug расширяет это, чтобы включить сообщения о рождении.

Компоненты сетевой инфраструктуры Sparkplug

Схема эталонной инфраструктуры показана ниже:

Всего 4 компонента

• Брокер MQTT (сервер)
• Управляющее приложение или приложения
• MQTT Edge сетевых узлов (MQTT EON)
• Устройства

Брокер MQTT (сервер)

Стандартный брокер MQTT, работающий со стандартом MQTT v3.1.1 . Все коммуникации между приложениями и узлами Sparkplug проходят через этого брокера / сервера.

Брокер должен поддерживать

• Сохраненные сообщения
• QOS
• Последняя воля и Завещание

Обратите внимание, что для обеспечения устойчивости вы можете использовать несколько брокеров MQTT, но мы пока ограничимся обсуждением одного брокера.

Управляющее приложение или приложения

Хост-узел SCADA / IIoT

Это часто называется первичным приложением и должно присутствовать.Другие приложения, например регистраторы данных и т. д. также могут получить доступ к брокеру для извлечения данных, не затрагивая хост-узел SCADA / IIoT.

Хост-узел SCADA / IIoT получает данные от узлов Sparkplug и отправляет управляющую информацию узлам Sparkplug.

Опять же, для обеспечения устойчивости у вас может быть несколько SCADA / IIoT Host Nodes , но только один может управлять сетью в любой момент времени ( Primary Application ).

MQTT Edge сетевых узлов (MQTT EON)

На схеме показаны два типа.

Устройство шлюза , которое отправляет и принимает данные от устройств, не поддерживающих протокол MQTT, и отправляет их брокеру MQTT.

Устройство с поддержкой MQTT, которое поддерживает Sparkplug и напрямую взаимодействует с брокером MQTT, как узел EON. Если устройство не поддерживает Sparkplug, ему необходимо использовать узел Sparkplug EON.

План адресации тем устройства и иерархия тем

Как упоминалось ранее, пространство имен Sparkplug выглядит так:

пространство имен / group_id / message_type / edge_node_id / [device_id]

Пространство имен

Вариантов всего два spAv1.0 или spBv1.0

group_id

Можно разделить устройства на группы для управления

message_type

Это может быть один из нескольких

• NBIRTH — Свидетельство о рождении для узлов MQTT EoN.
• NDEATH — Свидетельство о смерти для узлов MQTT EoN.
• DBIRTH — Свидетельство о рождении для устройств.
• DDEATH — Свидетельство о смерти для устройств.
• NDATA — сообщение с данными узла.
• DDATA — Сообщение с данными устройства.
• NCMD — командное сообщение узла.
• DCMD — командное сообщение устройства.
• STATE — сообщение о критическом состоянии приложения.

edge_node_id

Идентифицирует узел EON и должен быть уникальным.

device_id

Идентифицирует устройство, но может отсутствовать, когда сообщения предназначены для узла EON. При использовании он должен быть уникальным.

Пример тематического плана

Описание — Металлургический завод с прокатными станами и другими предприятиями.Я использовал термин «завод1», но в реальной жизни это было бы что-то более описательное, например, мельницы, печи, мастерские и т. Д., А устройства — токарный, полировальный и т. Д.

spBv1.0 / plant1 / message_type / Rolling_mill_1 / device1
spBv1.0 / plant1 / message_type / Rolling_mill_1 / device2
/ message_type
spBv1.0 / spBv1.0 / Rolling_mill_2 / device1
spBv1.0 / plant1 / message_type / Rolling_mill_2 / device2

и т. Д.

В следующей статье этой серии будут рассмотрены полезные нагрузки и сообщения Sparkplug.

Не забудьте подписаться на рассылку новостей и получать обучающие материалы, советы и новости прямо на свой почтовый ящик.

Ресурсы

Связанные руководства

MQTT Курс для начинающих

Оцените? И используйте Комментарии, чтобы сообщить мне больше

MQTT Sparkplug / Tahu — MQTT Server MQTT Broker

The Need to Define Data

Потребность в определении MQTT для IIoT была критически назрела с появлением больших данных и аналитики для выполнения таких функций, как профилактическое обслуживание или машинное обучение.Приложения для больших данных не могут использовать закрытые типы данных, как это определено в операционных технологиях (OT), а скорее нуждаются в объектах данных, как это видится в информационных технологиях (ИТ). OT использует загадочные протоколы из многих различных сегментов рынка, каждый с разными типами данных и механизмами для операций. MQTT требовался способ определения информации, поступающей от OT, и ее доставки в ИТ.

Видение MQTT в действии и необходимость определения информации — вот что привело Cirrus Link к разработке Sparkplug. Обладая 20-летним опытом использования MQTT в операционных приложениях реального времени, Cirrus Link создала спецификацию для определения структуры темы и определения полезной нагрузки для промышленных приложений реального времени.

MQTT с Sparkplug

MQTT и Sparkplug создают инфраструктуру публикации / подписки, которая является более простой и универсальной, чем унаследованный подход. С помощью MQTT и Sparkplug любое приложение или устройство, которым требуется доступ к данным, может подписаться. Sparkplug предоставляет определение пространства имен темы, ориентированное на OT, определение полезной нагрузки, ориентированное на ИТ, и определяет управление состоянием MQTT. Модель публикации / подписки:

• Простая: Спецификация MQTT составляет 80 страниц, а Sparkplug добавляет еще 60.
• Открытый исходный код: Sparkplug — это открытый стандарт, который не требует лицензии на использование и является отличной отправной точкой для использования MQTT.
• Гибкость: MQTT основан на модели публикации / подписки, которая отделяет издателей данных от потребителей, что означает, что подписчикам не нужно знать, кто предоставляет информацию, на которую они подписаны.
• Облегченный: MQTT создает отчеты по исключениям, сводя к минимуму объем данных и обеспечивая более эффективную связь.
• Рентабельность: IIoT на базе MQTT обеспечивает экономичное решение для доступа к данным на старых устройствах.
• Поддержка поставщиков: Число поставщиков, изначально реализующих MQTT-Sparkplug как на аппаратной, так и на программной стороне, быстро растет. Все ведущие облачные поставщики, платформы IoT, платформы пограничных вычислений, большие данные и другие сторонние приложения поддерживают MQTT
• Поддерживает неограниченное количество потребителей данных: Переход к модели публикации / подписки с MQTT позволяет перейти от модели Подход от индивидуального к индивидуальному подходу, поощряющий инновации и упрощающий внедрение новых технологий.

Архитектурная диаграмма, показывающая устройства и приложения с поддержкой MQTT / Sparkplug

Рабочая группа Eclipse Foundation и Sparkplug

Проект Eclipse Tahu основан на спецификации Sparkplug и предоставляет членам сотрудничать и связываться с командой Cirrus Link с любыми вопросами. Перечислены реализации клиентских библиотек, чтобы OEM-производители могли получить доступ к используемому ими языку программирования и использовать его.Этот проект побуждает большее количество участников отрасли внедрять Sparkplug, чтобы получить доступ к возможностям MQTT.

Из-за различных типов OEM-производителей и компаний, которые внедряют или планируют внедрить Sparkplug, была создана рабочая группа Sparkplug, чтобы предоставить пространство для сотрудничества.

Преимущества MQTT

• Простой и открытый
• Эффективная пропускная способность с уменьшением пропускной способности до 90%. Подробнее здесь .
• С учетом состояния
• Отключает устройства от приложений
• Использует новейшие средства безопасности TCP / IP.Прочтите технический документ здесь .

Преимущества Sparkplug

• Теги с полным автоматическим обнаружением
• Включает все метаданные тегов — источник достоверной информации на границе
• С учетом состояния
• Обеспечивает отраслевую совместимость с открытым стандартом
• Стандарт Store and Forward

Сопутствующие продукты

Сервер Chariot MQTT

Cirrus Link предлагает сервер Chariot MQTT, который представляет собой OASSyS MQTT 3.1.1 совместимый сервер для использования в крупномасштабных развертываниях. Узнайте больше о Chariot MQTT Server здесь .

Модули MQTT / Sparkplug для платформы Ignition

Cirrus Link предлагает полный спектр модулей MQTT, которые используют Sparkplug для платформы индуктивной автоматизации, обеспечивая полные возможности IIoT для новых или существующих приложений. Архитектурам MQTT требуются три компонента: клиенты MQTT, которые производят данные, клиенты MQTT, которые потребляют данные, и серверы MQTT (брокер), которые распространяют данные.

Посмотрите наши модули, использующие Sparkplug , здесь .

Схема, на которой показаны модули MQTT / свечи зажигания для системы зажигания

Свеча зажигания — основные детали, типы, работа с приложением

Свеча зажигания — это устройство, которое используется для зажигания топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя. Обычно они используются в бензиновых двигателях. Для сгорания топлива нам нужна искра, чтобы инициировать процесс сгорания в бензиновом двигателе (бензиновый двигатель)

Требования к свече зажигания

1. Она должна быть надежной при передаче высокого напряжения i.е. до 40 000 В.
2. Он должен иметь хорошую изоляцию даже при температуре 1000 0C, а также предотвращать искрение и перекрытие.
3. Должен обладать стойкостью к тепловому удару (Горячие выхлопные газы — холодные всасываемые смеси)
4. Он должен герметично и газонепроницаемо уплотняться с камерой сгорания.
5. Он должен выдерживать колебательное давление прибл. 100 бар.
6. Он должен иметь высокую механическую прочность для надежной установки.
7. Он должен иметь хорошую теплопроводность через наконечник изолятора и электроды.
8. Должен обладать стойкостью к искровой эрозии, дымовым газам и остаткам.
9. Он должен предотвращать образование отложений на изоляторе.

Они изготовлены из высококачественных материалов, отвечающих вышеуказанным требованиям.

Основные части

Источник изображения

Основные части свечи зажигания:

1.Клемма штекера:

Это часть, которая подключается к кабелю высокого напряжения, идущему от крышки распределителя. Он проводит высокое напряжение к центральному электроду.

2. Керамический изолятор:

Он состоит из керамики на основе оксида алюминия и действует как изолятор. Он отделяет центральный электрод от земли при напряжении до 40000 вольт. Он может быть изготовлен в простой форме или с профилями для предотвращения пробоя.

3. Металлический корпус:

Это стальной корпус, изготовленный с прецизионной накатанной резьбой для надежной посадки, а также простой установки и снятия.Он обеспечивает электрическое заземление головки блока цилиндров и помогает охлаждать свечу, передавая тепло головке блока цилиндров.

4. Центральный электрод:

Изготавливается из сплавов на основе никеля, состоит из заключенного в него медного сердечника. В зависимости от типа центральный электрод может быть из платины или иридия. Высокое напряжение подается на центральный электрод от вторичной обмотки через распределитель.

5. Заземляющий электрод:

Он приварен к металлическому корпусу SP.Создает искровой путь с центральным электродом. Он изготовлен из сплавов на основе никеля (или армированного иридия или титана).

6. Уплотнительная шайба / прокладка:

Она обеспечивает уплотнение головки блока цилиндров и способствует отводу тепла.

7. Наконечник изолятора:

Выдвинут в камеру сгорания. Он имеет большее влияние на тепловые характеристики свечи зажигания.

8. Зазор между электродами:

Это расстояние между центральным электродом и заземляющим электродом.Электрод играет решающую роль в образовании искры. Если на свече не предусмотрен соответствующий зазор, то искра не может произвести достаточную искру для воспламенения топлива и может привести к пропуску зажигания.

Также читайте:

Типы свечей зажигания

Исходя из относительного диапазона рабочих температур кончика электрода высокого напряжения, они делятся на два типа.

1. Свеча зажигания с подогревом:

Она имеет длинный путь теплопередачи и большую площадь, подверженную воздействию продуктов сгорания.

2. Холодная свеча зажигания:

Она имеет короткий путь теплопередачи и небольшую площадь, подверженную воздействию дымовых газов.

Работа свечи зажигания

• Когда ток высокого напряжения от распределителя проходит к свече зажигания.
• На центральный электрод и заземляющий электрод подается очень высокое напряжение до 40000 В.
• Из-за этой большой разницы напряжений между центральным электродом и заземляющим электродом воздух между межэлектродным зазором ионизируется.
• Ионизированный газ становится проводником и проводит ток от центрального электрода к заземляющему электроду, образуя искру.
• Возникающая искра используется для воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя.

Для лучшего объяснения работы посмотрите видео, приведенное ниже:

Приложение

Он используется во всех бензиновых двигателях скутеров, мотоциклов, автомобилей и т. Д., Где сжигается бензин. с помощью искры.

Как определить, что пора заменить свечу зажигания в газонокосилке | Домашняя страница Руководства

Роберт Корпелла Обновлено 14 декабря 2018 г.

Свеча зажигания является источником воспламенения для небольшого двигателя, такого как двигатель газонокосилки. Свеча зажигания — довольно простое устройство. Он имеет центральный электрод, заключенный в защитную фарфоровую оболочку, запальный электрод — металлический язычок, выступающий над центральным электродом — и стержень с резьбой для его установки в блок цилиндров.Когда свеча зажигания газонокосилки выходит из строя, кошение может быть затруднено. Несколько симптомов указывают на то, что пора менять свечу зажигания.

Hard Start

Самая распространенная проблема, связанная с неисправной свечой зажигания в газонокосилке, заключается в том, что газонокосилку труднее, чем обычно, запустить. Косилка-толкач может потянуть за шнур стартера еще несколько раз, прежде чем ее двигатель запустится, а трактор для газонов не запускается поворотом ключа. Искра, создаваемая свечой зажигания, может быть слишком слабой для воспламенения смеси топлива и воздуха, которую карбюратор уже подал в цилиндр.В результате двигатель имеет тенденцию переполняться по мере того, как в цилиндр поступает больше смеси.

Низкая производительность двигателя

После того, как двигатель наконец начнет запускаться, он может сразу же заглохнуть, если что-то не так со свечой зажигания. В некоторых случаях двигатель может работать некоторое время, а затем останавливаться во время кошения. Каждый раз, когда двигатель выходит из строя, его необходимо перезапускать, что обычно оказывается более трудным, когда двигатель нагревается. Тепло вызывает расширение, которое может увеличить зазор между центром свечи зажигания и запальными электродами, еще больше ослабляя искру зажигания.Неисправная свеча зажигания также может вызвать пропуски зажигания, приводящие к разбрызгиванию, отсутствию или лопанию двигателя.

Чрезмерный расход топлива

Если вы заправляете бензин в бак газонокосилки чаще, чем обычно, во время или между сеансами стрижки, то причиной может быть свеча зажигания. При плохой искре бензин горит не полностью или горит неэффективно. В результате увеличивается расход топлива газонокосилки и резко падает ее топливная эффективность. Поскольку топливо может сгореть не полностью, плохое горение также может привести к появлению запаха сырого бензина во время работы газонокосилки.

Внешний вид

Удаление свечи зажигания и проверка ее внешнего вида могут дать вам дополнительные сведения о том, пора ли заменять свечу зажигания. Его центральный электрод должен иметь плоскую вершину. Если ее верхушка закруглена, то свечу зажигания необходимо заменить. Обратите внимание на трещины или сколы на фарфоровой оболочке свечи зажигания, а также на точечную коррозию запального электрода. Любое повреждение свечи зажигания требует ее замены. Если свеча зажигания в хорошем состоянии, но черная от нагара или мокрая от бензина, то хорошая очистка проволочной щеткой и регулировка зазора между электродами могут быть всем, что нужно, чтобы свеча зажигания восстановила питание газонокосилки.

Процесс сборки и оптические характеристики золотого лазерного свечного устройства

1.

Введение

Забота об окружающей среде, которая ухудшается из-за загрязнения углеводородами и выбросами парниковых газов в результате постоянного использования двигателей внутреннего сгорания, требует разработка методов, альтернативных силовым двигателям, или исследование методов, которые могут улучшить характеристики существующих двигателей. Очевидно, что доказанные преимущества транспортных средств с электрическими двигателями повлекут за собой дальнейшие разработки в этой области.С другой стороны, также широко признано, что горение в течение многих лет останется доминирующим процессом преобразования, обеспечивающим энергию для общества. Следовательно, улучшенные методы зажигания, такие как зажигание свечи зажигания высокой энергии (емкостный разряд, непрерывный разряд или высокочастотное многозарядное зажигание), импульсное зажигание (повторяющееся импульсное зажигание или кратковременное зажигание плазмы), радиочастотное зажигание (искра, Корона или микроволновое зажигание плазмы) или лазерное зажигание (LI) исследуются, чтобы инициировать более быстрое, надежное и эффективное горение.

LI может иметь ряд преимуществ по сравнению с зажиганием, осуществляемым классическими электрическими свечами зажигания (ESP). ^{1 — 4} С LI нет эффекта гашения на ядро ​​пламени горения, лазерный луч может быть доставлен в любое место в камере сгорания, воспламенение может быть получено одновременно в разных точках внутри цилиндра, или возможно сжигание обедненных топливовоздушных смесей. LI был впервые использован для управления двигателем (одноцилиндровым двигателем ASTM-CFR) в 1978 году Дейлом и др. ⁵ Для экспериментов использовался большой CO2-лазер с импульсами с энергией 0,3 Дж и длительностью 50 нс на длине волны 10,6 мкм. Кроме того, настоящий четырехцилиндровый двигатель Ford Mondeo был запущен через LI в Ливерпульском университете в 2008 году Mullet et al. ⁶ Здесь использовались Nd: YAG-лазеры с электрооптической модуляцией добротности с излучением 1,06 мкм. Все эти эксперименты проводились с коммерческими лазерами, расположенными рядом с двигателем; Обычно лазерные лучи направлялись зеркалами и затем фокусировались внутри цилиндра двигателя через прозрачное окно.Однако реальная реализация LI требует компактных лазерных источников, которые могут надежно работать в неблагоприятных условиях давления, вибрации и температуры и которые могут быть установлены непосредственно на двигателе, как ESP. Эта нецентральная схема источника зажигания с одним лазером на каждом цилиндре двигателя и источником накачки, расположенным дальше, была введена в 2005 году Weinrotter et al. ⁷

Решение для реализации компактного устройства с лазерной свечой зажигания (LSP) было предложено в 2007 году Кофлером и др. ⁸ Система включала лазерный кристалл Nd: YAG с пассивной модуляцией добротности с помощью насыщающегося поглотителя (SA) Cr4 +: YAG. Лазер был построен из дискретных элементов; Среда Nd: YAG продольно накачивалась диодным лазером с волоконной связью и выдавала импульсы 1,06 мкм с энергией до 6,0 мДж и длительностью импульса 1,5 нс. Боковая накачка с помощью диодно-матричных лазеров была еще одной схемой, использованной в 2009 году Кроупой и др., ⁹ для реализации компактного и надежного Nd: YAG-Cr4 +: YAG-лазера с пассивной модуляцией добротности с энергией 25 мДж в импульсе и 3 длительность нс с частотой следования до 150 Гц.Этот лазер, получивший название HiPoLas ^® , также состоял из дискретных элементов. Один из первых компактных лазеров с пассивной модуляцией добротности, напоминающих ESP, был описан в 2010 году Tsunekane et al. ¹⁰ Лазер снова состоит из отдельных элементов; кристалл Nd: YAG с концентрацией 1,1 ат.%, SA Cr4 +: YAG с начальным пропусканием T0 = 0,30 и выходное зеркало (OCM) с коэффициентом отражения R = 0,50, дающее импульсы с энергией 3 мДж и длительностью 1,2 нс. продолжительность. Композитная керамическая среда Nd: YAG / Cr4 +: YAG в конструкции монолитного резонатора была использована той же исследовательской группой для демонстрации в 2011 году первого устройства LSP с многолучевым выходом. ¹¹ На основе разработки таких компактных LSP, LI был успешно применен для управления настоящими автомобилями в 2013 году Taira et al. ¹² и в 2015-2017 гг. Павлом и соавт. ^{13 , 14} Устройства LI также использовались в двигателях, работающих на природном газе. ¹⁵

Как и ожидалось, имеется довольно мало общедоступной информации о внутренней конструкции устройства LSP. Однако очевидно, что размещение оптических компонентов и их крепление к корпусу свечи зажигания должно обеспечивать работу в сложных условиях давления, вибрации и температуры.В своей предыдущей работе Pavel et al. ¹³ использовал эпоксидный клей с высокой прочностью на сдвиг и отслаивание для фиксации оптических компонентов (то есть линз, сапфирового окна и керамической среды Nd: YAG / Cr4 +: YAG). В этой статье мы сообщаем о реализации устройства LSP, в котором сборка оптических компонентов выполнялась с использованием техники пайки Solderjet Bumping с низким напряжением. ¹⁶ Адаптированное устройство LI, в котором используются мягкие припои из неорганических сплавов, в отличие от обычно используемых органических клеев.Он обещает более высокую надежность ^{17 , 18} и гарантирует совместимость с пространством устройств ¹⁸ , избегая при этом повреждения оптических компонентов. ^{19 , 20} Оптическая конструкция LSP была разработана для получения устройства, которое может вызвать пробой воздуха на расстоянии, сравнимом с расстоянием электрического разряда ESP, используемого для зажигания в реальном автомобильном двигателе. Исследования по параметризации энергии лазера в методе Solderjet Bumping были выполнены для того, чтобы выбрать подходящие рабочие параметры, которые позволили бы расплавить паяльные выступы, но при этом избежать повреждения оптических компонентов.Затем была произведена пайка и собран прибор LSP. LSP может генерировать лазерные импульсы длительностью 0,8 нс с энергией от 2,40 до 4,70 мДж, что позволяет использовать LI как для стехиометрических, так и для бедных топливовоздушных смесей.

Технология Solderjet Bumping применяет локализованный ввод тепловой энергии с использованием лазерного импульса для оплавления, плавления и нанесения мягких припоев на различные материалы [Рис. 1 (а)]. Таким образом, хрупкие материалы, такие как те, которые используются для изготовления линз, могут быть припаяны к корпусу устройства без повреждения компонентов.Однако этот процесс требует получения металлических смачиваемых поверхностей поверх оптических компонентов. Такие металлические поверхности раздела могут быть получены с помощью физического осаждения из паровой фазы (PVD) [Рис. 1 (б)].

Рис. 1

(a) Схема соединительной головки Solderjet Bumping. (b) Пример трех нанесенных слоев (Ti / Pt / Au), создающих смачиваемую поверхность поверх соединяемых компонентов. ^{16 , 21}

2.

Конструкция устройства

2.1.

Механическая конструкция

Механическая конструкция копирует с монолитным корпусом (∼ Ø20 × 70 мм) размер и геометрию обычного ESP; таким образом, он может быть прикреплен к камере сгорания с помощью M14 × 1.Резьба 25 мм. ЛСП отделен от камеры сгорания сапфировым окном (Ø5 × 2 мм), припаянным к торцу корпуса корпуса. Внутренние оптические компоненты, то есть линзы и активная среда Nd: YAG / Cr4 +: YAG, предварительно нагружались в осевом направлении и зажимались между передним концом корпуса и торцевым фланцем. На этот фланец навинчивается оптическое волокно, доставляющее луч накачки [рис. 2 (а)].

Рис. 2

(a) Оптические компоненты и среда Nd: YAG / Cr4 +: YAG, вставленные в основной корпус из нержавеющей стали.OF, оптическое волокно; L, линза; SW, сапфировое окно. (б) Независимый корпус из нержавеющей стали с двумя припаянными линзами.

Для пайки оптических компонентов они были локально металлизированы (слои Ti / Pt / Au были нанесены методом PVD), чтобы обеспечить смачиваемость при пайке на краях линз, а также обеспечить подходящие размеры прозрачной апертуры для пропускания лазерного луча. . Позже линзы были припаяны к независимым рамкам из нержавеющей стали [рис. 2 (б)]. В случае возможного наклона линзы в результате процедуры сборки независимые от нержавеющей стали тела могут быть отрегулированы в радиальном и осевом направлении (с точностью лучше 2 мкм) с помощью процедуры центрирования и поворота. ²² Поглощение пучка накачки приводит к повышению температуры, поэтому лазерная среда Nd: YAG / Cr4 +: YAG была помещена внутри медного радиатора для лучшего отвода тепла.

Моделирование методом конечных элементов (МКЭ) было выполнено, чтобы гарантировать, что сборки могут выдерживать условия окружающей среды работающего двигателя. На рис.3 показано начальное тепловое моделирование с температурной нагрузкой ΔT = 200 K. Линейное удлинение основного корпуса 163 мкм от точки фиксации (которая была M14 × 1.Резьба 25 мм, вкрученная в корпус камеры сгорания); однако это не было проблемой для гибкого оптического волокна. Модальный анализ проводился по трем осям (X, Y и Z) в 1993, 1995, 3914 и 3917 Гц. Необратимой деформации компонентов не наблюдалось.

Рис. 3

Пример исходных результатов термического МКЭ анализа. OF, оптическое волокно; L, линза; SW, сапфировое окно.

2.2.

Optical Design

Оптическое моделирование было выполнено с использованием программного обеспечения Zemax для проектирования оптики, чтобы гарантировать, что конструкция LI, основанная на процедуре пайки, может обеспечивать лазерные импульсы, сравнимые с LSP, собранным с помощью адгезивной техники. ¹³ Проекты разделились на две системы; линия накачки и линия фокусировки. Линия накачки использовалась для фокусировки лазерного луча (длина волны 807 нм) из оптического волокна (диаметр сердцевины волокна 600 мкм с NA = 0,22) в активную среду Nd: YAG / Cr4 +: YAG. В нашем случае в качестве лазерной среды использовалась композитная керамика Nd: YAG / Cr4 +: YAG (Ø5 × 11 мм) от Baikowski Co., Япония. Линия фокусировки была спроектирована так, чтобы направить лазерный луч в точку, где происходит явление пробоя воздуха, аналогично положению электрического разряда в ЭЦН.

На рис. 4 показана диаграмма, на которой луч накачки был сфокусирован до радиуса 1,5 мм в позиции 6 мм внутри керамики Nd: YAG / Cr4 +: YAG. Для линии фокусировки, предполагая лазерную перетяжку ω0 (радиус 1 / e2) 600 мкм на выходной поверхности лазерного материала, анализ параксиального гауссова пучка привел к дифракционно ограниченному размеру пятна 1 / e2 14 мкм в точке фокусировки. .

Рис. 4

Схема моделирования Zemax для линии накачки (L1), среды Nd: YAG / Cr4 +: YAG и линии фокусировки (L2, L3 и L4).

3.

Процесс сборки

3.1.

Solderjet Bumping Laser Energy Параметризация

Основным преимуществом пайки хрупких материалов с использованием технологии Solderjet Bumping является возможность точной регулировки энергии плавления лазера во избежание повреждения стеклянных или хрустальных компонентов. В данном случае исследования линзы были изготовлены из широкого диапазона материалов (ECO-550 Glass, D-ZLaF52LA, TAC4 и N-SF11). Чтобы убедиться, что каждая линза и сапфировое окно могут быть правильно припаяны к раме из нержавеющей стали с использованием различных мягких припоев (96.5Sn3Ag0.5Cu и 80Au20Sn), была определена соответствующая энергия оплавления и плавления для Solderjet Bumping. Для этого был проведен эксперимент с 25 различными энергетическими точками, изменяющими длительность импульса струйного лазера (в мс) и ток лазера (в мА). Оптические материалы были предварительно металлизированы слоями Ti / Pt / Au с помощью методов PVD.

После выполнения этих 25 процессов выпуклости с различной энергией для оптических материалов, мы исследовали повреждение материала и диаметр выпуклости выпуклости для каждого образца. ^{16 , 21} Повреждение визуально наблюдали в микроскоп. Оценка проводилась в основном для того, чтобы избежать любых трещин или истирания, вызванных термомеханической нагрузкой при пайке. Диаметр оплавленного расплава, также проанализированный визуально, был изучен, чтобы гарантировать правильную смачиваемость сплава и адгезию к материалам подложки. ²³ В качестве примера на рис. 5 представлена ​​энергия, необходимая для оплавления сплава 96,5Sn3Ag0,5Cu (SAC305) для соединения нержавеющей стали и материалов N-SF11; это представляет собой параметризацию Solderjet Bumping 3500 мА и 2.1 мс (энергия импульса около 43 мДж). Результаты, полученные для всех материалов, приведены в таблице 1. После получения необходимой энергии и соответствующей параметризации Solderjet Bumping для правильной пайки каждого оптического материала к нержавеющей стали, линзы и окно могут быть собраны для корпусов свечей зажигания [как показано на рисунке Рис. 2 (б)].

Рис. 5

Результаты о желательности припоя N-SF11 к нержавеющей стали. Желательная энергия, полученная путем изменения лазерного тока (мА) и лазерного импульса (мс).

Таблица 1

Окончательные результаты для припайки различных оптических материалов к корпусам из нержавеющей стали.

Сапфир 913 912 912 912 912 912 912 912 912 912 TAC4

Оптический материал	Подложка	Сплав	Импульс лазера (мс)	Ток лазера (мА)	Энергия (мДж)
Нержавеющая сталь		3,712			812 80A	∼58
Стекло ECO-550	Нержавеющая сталь	SAC305	3.7	2060	∼41
D-ZLaF52LA	Нержавеющая сталь	SAC305	3,7	2170	∼42
∼43
N-SF11	Нержавеющая сталь	SAC305	2.1	3500	∼43

3.2.

Процедура пайки оптических компонентов

Перед сборкой оптических компонентов линзы и сапфировое окно были локально металлизированы слоями Ti / Pt / Au для создания смачиваемости и паяемости на краях.Ободок металлизации покрывает до 300 мкм от каждой кромки компонента; это обеспечило адекватную оптическую апертуру, позволяющую лазерному лучу проходить через компоненты, и обеспечило достаточную площадь для нанесения паяльных выступов диаметром 200 мкм. Каркасы из нержавеющей стали и основной корпус свечи зажигания, напротив, были полностью металлизированы слоями Ti / Pt / Au, поскольку это не влияет на оптическую систему (но, опять же, обеспечивает смачиваемость сплава). ¹⁶

Линза помпы (состоящая из D-ZLaF52LA) и линзы линии фокусировки (сделанные из стекла ECO-550, TAC4 и N-SF11) были припаяны с использованием шести капель сплава SAC305 диаметром 200 мкм, равномерно расположенных вокруг периметр [рис.6 (а)]; увеличенный вид выступа, используемого для крепления края линзы к корпусу LSP из нержавеющей стали, показан на рис. 6 (b). Энергия, используемая в каждом случае, соответствовала данным, приведенным в таблице 1. Требуемое количество припоя гарантирует необходимую прочность, чтобы выдерживать модальные условия окружающей среды. ²¹

Рис. 6

(a) Запаянная линза с шестью выступами SAC305 (диаметром 200 мкм), как на рис. 2 (b). (b) Деталь нанесенной выпуклости между краем линзы и оправой из нержавеющей стали.

Сапфировое окно также было припаяно к основному корпусу из нержавеющей стали [Рис. 7 (a)], используя непрерывно нанесенный паяльный ободок из примерно 300 капель сплава 80Au20Sn (AuSn) диаметром 200 мкм [Рис. 7 (б)]. Эта непрерывная линия сплава была создана для предотвращения впрыска топлива в устройство LSP.

Рис. 7

(a) Процесс Solderjet Bumping: нанесение выпуклостей по окружности сапфирового окна. (b) Деталь непрерывных выступов, нанесенных между краем сапфирового окна и опорой из нержавеющей стали.

Наконец, все независимые компоненты (линзы, припаянные внутри рамок из нержавеющей стали и среда Nd: YAG / Cr4 +: YAG, помещенная в медную рамку) были вставлены в основной корпус свечи зажигания LI, а затем сдвинуты и прижаты фланцем к к которому было подключено оптическое волокно.

4.

Результаты

Условия эксперимента были сопоставимы с теми, которые использовали Павел и др. ¹³ Таким образом, лазерная среда представляла собой композитную керамику / поликристаллическую структуру Nd: YAG / Cr4 +: YAG (Baikowski Co., Япония), состоящий из 1.0-ат. %, Длиной 8 мм Nd: YAG, который был диффузионно связан с керамикой Cr4 +: YAG SA длиной 3 мм с начальным пропусканием T0 = 0,40. Монолитный резонатор был получен путем покрытия зеркала с высоким коэффициентом отражения (коэффициент отражения R> 0,999 на длине волны генерации 1,06 мкм) на стороне Nd: YAG, обращенной к линии накачки; эта сторона Nd: YAG также была покрыта для обеспечения высокого пропускания (T> 0,98) на длине волны накачки 807 нм. ОСМ наносили непосредственно на свободную поверхность Cr4 +: YAG. Накачка на длине волны 807 нм осуществлялась диодными лазерами с волоконной связью (JOLD-120-QPXF-2P, Jenoptik, Германия), которые работали в квазинепрерывном режиме с частотой следования до 100 Гц; длительность импульса накачки 250 мкс.

Такое устройство LSP может быть установлено на реальном автомобильном двигателе, который обычно работает со стехиометрическим соотношением воздух-топливо λ∼1. ¹³ С другой стороны, LI очень перспективен, когда двигатель работает на обедненных, λ> 1 воздушно-топливных смесях. ²⁴ Чтобы соответствовать таким различным условиям работы, LSP должен иметь возможность доставлять последовательности лазерных импульсов, а также импульсы переменной энергии. Для достижения этой цели в нашей конструкции блок накачки, каскад Nd: YAG / Cr4 +: YAG и линия фокусировки были выполнены как независимые фиксированные блоки, в то время как расстояние между оптоволокном и линзой накачки (6- мм-фокусное расстояние) варьировалось.

На рисунке 8 представлены характеристики LSP в зависимости от расстояния d (расстояние между оптоволокном и линзой накачки). Лазерные импульсы с энергией от 2,40 до 4,70 мДж были получены при уменьшении d от 7,5 до 5,9 мм. Следует отметить, что энергия импульса накачки Epump находилась в диапазоне от 40 до 42,5 мДж. Эти результаты сопоставимы с результатами, полученными в нашей предыдущей работе. ¹³ Стоит отметить, что эта новая конструкция позволяет быстро и просто изменять энергию лазерного импульса, что может быть полезно для LI топливовоздушных смесей в переменных условиях, а также для других конкретных промышленных приложений.Некоторые LSP, собранные в этой работе, показаны на рис. 9 (а). Явление пробоя воздуха, вызванное LSP с энергией импульса Ep = 2,80 мДж, представлено на рис. 9 (б). Тестирование нового LSP на реальном автомобильном двигателе будет рассмотрено в будущих экспериментах.

Рис. 8

Энергия лазерного импульса Ep и соответствующая энергия импульса накачки Epump в зависимости от расстояния d между оптоволокном и линзой накачки.

Рис. 9

(a) Показаны некоторые собранные золотые лазерные свечи зажигания.(б) Пробой воздуха под действием лазерного импульса 2,80 мДж.

5.

Выводы

Чтобы гарантировать более высокую надежность устройства, ¹⁸ свеча зажигания LI была собрана с использованием технологии Solderjet Bumping. Полученный LSP показывает характеристики импульса, аналогичные описанным ранее устройствам, оптические компоненты которых были закреплены с помощью клея. Предварительные эксперименты показали, что запаянные сапфировые окна выдерживают давление до 200 атм (максимум, доступный в наших экспериментальных условиях).Для полной проверки работоспособности LSP необходимы дальнейшие исследования, а также установка на настоящий автомобильный двигатель. С другой стороны, технология Solderjet Bumping, применяемая в текущей конструкции LSP, может быть решением для выполнения интегрированных и автоматизированных производственных процессов, что может привести к доступной цене производства. Более того, LI сейчас делает первые шаги по интеграции в ракетные установки и двигатели для спутников. ^{25 , 26} Было бы трудно интегрировать такие устройства и подходить для них по месту с использованием стандартных эпоксидных смол из-за их выделения в вакууме.В этом случае Solderjet Bumping может предоставить реальное решение, поскольку в нем используются неорганические связующие материалы и технология, уже пригодная для космических полетов. ²⁷

В заключение, поскольку корпус и линзы устройства были металлизированы слоями Au, свеча зажигания лазера LSP имела необычный золотистый цвет; поэтому мы назвали устройство LSP золотой лазерной свечой зажигания.

Выражение признательности

Авторы выражают признательность за поддержку программы Европейского Союза по исследованиям и инновациям Horizon 2020 в рамках Соглашения о гранте №691688 LASIG-TWIN и частичное финансирование из проекта 157/2017, PN-III-P4-ID-PCE-2016-0332, Министерство исследований и инноваций, Румыния, CNCS-UEFISCDI. Авторы благодарят других членов Fraunhofer IOF, которые помогали во время тренингов в рамках проекта LASIG-TWIN, особенно Марселю Хорнаффу, Марию Кеппер и Сай Прию Сомванши, наконец, доктору Россу Джерарду Мак Чиарнайн из Physics Proof и Aoife Brady. Раскрытие информации: у авторов нет соответствующих финансовых интересов в рукописи и никаких других потенциальных конфликтов интересов, которые необходимо раскрывать.

Ссылки

7.

М. Вайнроттер, Х. Копечек и Э. Винтнер, « Лазерное зажигание двигателей ,» Лазерная физика, 15 (7), 947 –953 (2005). Google Scholar

11.

Н. Павел, М. Цунекане и Т. Тайра, « Композитный, цельнокерамический, Nd: YAG / Cr4 +: YAG монолитный микролазер с высокой пиковой мощностью с многолучевым выходом для зажигания двигателя ,» Опт. Экспресс, 19 (10), 9378 –9384 (2011).https://doi.org/10.1364/OE.19.009378 OPEXFF 1094-4087 Google Scholar

12.

T. Taira et al., « Первый в мире автомобиль с бензиновым двигателем с лазерным зажиганием ,» в 1-й конференции по лазерному зажиганию. (LIC13), LIC3–1 (2013). Google Scholar

14.

Н. Павел и др., « Лазерное зажигание бензинового двигателя автомобиля ,» в Laser Ignition Conf. 2017, LWA4.3 (2017). Google Scholar

15.

M. Biruduganti et al., « Оценка рабочих характеристик разработанной DENSO системы микролазерного зажигания на двигателе для исследования природного газа », в конференции по лазерному зажиганию, T5A.4 (2015). Google Scholar

16.

E. Beckert et al., « Распыление припоя: универсальная технология упаковки и сборки для гибридных фотонных и оптоэлектронных систем », в Proc. IMAPS 42nd Int. Symp. Микроэлектрон., 406 (2009). Google Scholar

20.

P. Ribes-Pleguezuelo et al., « Исследование технологии лазерной упаковки, смоделированное с помощью ANSYS и программного обеспечения VirtualLab Fusion », в 5-й конференции по лазерному зажиганию, LWA2.4 (2017). Google Scholar

21.

P. Ribes-Pleguezuelo et al., « Литий-ниобатный кристалл, собранный методом пайки с низким напряжением для крепления датчика поверхностных акустических волн ,» в 6-м Межд.Конф. Фотоника, Опт. и Laser Technol. (ФОТОПТИКА), 91 –97 (2018). Google Scholar

26.

С. Соллер, Н. Ракерманн и Г. Кроупа, « Применение лазерного зажигания в камерах тяги ракет на криогенном топливе ,» в Laser Ignition Conf. 2017, Технический дайджест OSA (онлайн), LFA4.3 (2017). Google Scholar

Биография

Поль Рибес-Плегуэсуэло получил диплом по физике в Университете Барселоны, Испания, в 2008 году.С 2010 по 2013 год он работал исследователем в области разработки, производства и маркетинга диодов малой / большой мощности и современных твердотельных лазеров в компании Monocrom SL, Испания. С 2013 года он работает в Институте прикладной оптики и точного машиностроения им. Фраунгофера IOF в Йене. В 2018 году он получил докторскую степень в Йенском университете Фридриха Шиллера, Германия.

Николай Павел окончил физический факультет Бухарестского университета в 1990 году. Он получил докторскую степень в области оптики, спектроскопии и лазеров в Институте атомной физики в Бухаресте, Румыния, в 1997 году, а в 2013 году получил степень бакалавра.Он работал в Национальном институте физики лазеров, плазмы и излучения, Магуреле, Румыния, с 1990 года. Его исследовательские интересы включают твердотельный лазер с диодной накачкой, волноводные лазеры, реализованные путем прямой записи фемтосекундным лазерным лучом, лазеры пиковой мощности для лазерного зажигания.

Эрик Бекерт получил диплом в области точной механики и докторскую степень в области интеграции оптоэлектронных систем в Техническом университете Ильменау, Германия, в 1997 и 2005 годах, соответственно.В 2001 году он присоединился к Институту прикладной оптики и точного машиностроения им. Фраунгофера IOF, Йена, Германия. С 2005 года он возглавляет группу микросборок и системной интеграции Fraunhofer IOF. Его исследовательские интересы включают, например, сборку и интеграцию оптических и оптомеханических систем, а также разработки технологий пайки.

Кристоф Дамм получил диплом в области высокоточной приборной технологии и строительства в Йенском университете прикладных наук, Германия, в 1984 году.С 1984 по 1992 год работал инженером по исследованию и конструированию точных инструментов в Йенском университете имени Фридриха Шиллера. С 1992 года он работал в области механического моделирования и проектирования в Институте прикладной оптики и точного машиностроения им. Фраунгофера IOF, Йена, Германия.

Аксель Бодеманн получил диплом по физике в Йенском университете Фридриха Шиллера, Германия, в 1992 году. С 1998 по 2011 год он работал в Carl Zeiss AG, в области микрокопии, а также в исследованиях и технологиях, в оптическом дизайне. Отделение.С 2012 года он работает в Институте прикладной оптики и точного машиностроения им. Фраунгофера IOF, Йена, Германия. Его исследовательские интересы включают разработку и оптимизацию микрооптических систем для приложений визуализации и освещения.

Оана-Валерия Григоре окончила медицинскую физику в 2008 году и получила степень магистра физики в 2010 году на физическом факультете Бухарестского университета, Румыния. В настоящее время она является аспирантом того же факультета. С 2007 года она работает в Национальном институте лазерной, плазменной и радиационной физики, Магуреле, Румыния.Ее исследования касаются физики твердотельного лазера, взаимодействия мощных лазерных лучей с веществом и приложений ТГц излучения.

Габриэла Кроитору получила диплом и степень магистра медицинской физики на физическом факультете Бухарестского университета, Румыния, в 2008 и 2010 годах, соответственно. В настоящее время она работает научным исследователем в Национальном институте лазеров, плазмы и радиационной физики, Магуреле, Румыния. Область ее научных интересов: реализация волноводных лазеров методом прямой записи фемтосекундным лазерным лучом, твердотельные лазеры с диодной накачкой и генерация коротких импульсов.

Каталина-Алиса Брандус получила диплом по биофизике и степень магистра в области биофизики и медицинской физики, электроники и метрологии в 2008 и 2010 годах, соответственно, на физическом факультете Бухарестского университета, Румыния. С января 2010 года она работает в лаборатории твердотельной квантовой электроники Национального института лазерной, плазменной и радиационной физики, Магуреле, Румыния. В настоящее время ее исследовательские интересы сосредоточены на твердотельных лазерах с диодной накачкой, работающих в режимах свободной генерации и сверхкоротких импульсов.

Николае-Тибериус Василе получил диплом инженера-физика на физическом факультете Бухарестского университета, Румыния, в 2009 году. В ноябре 2016 года тот же университет присвоил ему докторскую степень по физике после успешной защиты диссертации. . С 2010 года он работает научным сотрудником в Национальном институте лазерной плазмы и радиационной физики в Мэгуреле. Его исследовательские интересы включают ряд вычислительных методов построения изображений, таких как сверхвысокое разрешение изображений, мультиплексирование изображений и формирование изображений с кодированной апертурой.

Рамона Эберхардт получила диплом и докторскую степень по химии в Йенском университете Фридриха Шиллера, Германия, в 1982 и 1987 годах соответственно. С 1992 по 2004 год она была руководителем группы микросборки в Институте прикладной оптики и точного машиностроения им. Фраунгофера IOF, Йена. С 2005 года она возглавляет Департамент точного машиностроения Fraunhofer IOF. Ее опыт включает технологии точной фиксации, такие как пайка и склеивание, материаловедение и упаковка оптомеханических систем.

Андреас Тюннерманн получил диплом и докторскую степень по физике в Ганноверском университете, Германия, в 1988 и 1992 годах, соответственно.