Что следует знать о калильном зажигании
Бензиновый двигатель без свечи зажигания – кусок металла, даже при условии, что все остальные его детали и части в полном порядке. С этой весьма незаметной деталью автомобильного двигателя у автомобилистов связано максимально большое число слухов, домыслов и легенд.
Причем большинство из них – заблуждение. На самом деле единственным параметром свечи зажигания, который максимально влияет на «здоровье» двигателя, является калильное число (denso, bosch, ngk).
Что такое калильное число и как оно связано с калильным зажиганием?
В современных двигателях на бензиновом топливе применяется искровой способ зажигания, хотя это не единственная возможность произвести воспламенение топливной смеси в цилиндре.
В одних из самых первых ДВС, называемых двигателем Даймлера или «полудизелем», запуск осуществлялся с помощью калильной свечи, которая разогревала головку цилиндра в первый момент запуска. После запуска свеча отключалась и двигатель работал уже без посторонней помощи. До сих пор не знаете преимуществ дизельного двигателя перед бензиновым?
Потребность включать и выключать такую свечу во время впрыска топлива привела к созданию привычной для нас системы зажигания, работающей в прерывистом режиме. Однако то, что свеча, поджигающая топливную смесь, работает в прерывистом «искровом» режиме оказалось и наиболее слабым местом этого устройства.
Искровой режим работы свечи, в совокупности с огромной температурой вспышки рабочей смеси, приводит к тому, что свеча неизбежно нагревается. Этот процесс имеет две стороны: положительную и отрицательную.
Положительная — в том, что нагретая до определенной температуры свеча сама себя очищает от нагара, неизбежно образующегося при сгорании попадающего в цилиндры масла и примесей, содержащихся в бензине.
Отрицательная — в том, что нагретая до температуры 800-900 градусов Цельсия свеча становится именно той калильной свечой двигателя Даймлера, от которой происходит воспламенение топливной смеси.
Только вот выключить такую свечу некому, поэтому двигатель может работать даже при выключенном зажигании до тех пор, пока свеча не остынет или пока не прекратится поступление топливной смеси в цилиндр. Такой казус в работе двигателя называется калильным зажиганием.
Калильное зажигание опасно для двигателя не только тем, что он выходит из-под контроля. Если не принять срочных мер для его остановки в случае калильного зажигания, то может произойти заклинивание поршневой группы вследствие перегрева двигателя, в лучшем случае образованию задиров на зеркале цилиндра.
Причины калильного зажигания
Наличие постоянно нагретой свечи провоцирует смещение момента зажигания в более раннюю сторону и, как следствие, возможный рывок коленвала двигателя в сторону, противоположную обычному направлению вращения. В общем, возможностей разнести двигатель буквально на кусочки при калильном зажигании очень много.
Таким образом, перед конструкторами двигателей внутреннего сгорания встала проблема создания такой свечи зажигания, которая бы нагревалась до определенного уровня для самоочищения, но не вызывала калильного зажигания.
Для характеристики момента, после которого возникает этот опасный инцидент с двигателем, было вычислено калильное число. Причем в процессе его определения оказалось, что чем большую нагрузку испытывает двигатель, тем большим должно быть калильное число, чтобы не возникло калильного зажигания.
Мы можем сколько угодно смеяться над нашим автомобилестроением, но классификация по калильному числу отечественных свечей наиболее логичная и наглядная. Для определения момента, когда свеча зажигания начинает работать как калильная, ее вкручивают в головку одноцилиндрового испытательного двигателя и производят наддув воздуха, поступающего в карбюратор. Фактически применяют автомобильную турбину.
В маркировке большинства отечественных автомобильных свечей зажигания первой идет литера «А», второй – цифра, и обозначающая калильное число. Так вот, по отечественной методике калильное число равно среднему индикаторному давлению цикла, при котором начинается калильное зажигание. Оно напрямую зависит от давления наддува, поэтому отечественная шкала калильного числа более наглядна.
В этом видео парень очень грамотно описывает весь процесс зажигания свечи от начала до конца, и поясняет сам процесс калильного зажигания:
Минимальное калильное число на маркировке отечественных свечей 11, максимальное – 26. По величине калильного числа свечи зажигания разбиты на несколько групп:
1. С калильным числом от 11 до 14 – «горячие» свечи, применяемые на самых тихоходных и дефорсированных двигателях;
2. С калильным числом от 17 до 19 – средние свечи, работающие в двигателях, в конструкции которых не предусмотрены технические решения для их форсирования;
3. С калильным числом от 20 до 26 – «холодные» свечи, применяемые на высокооборотистых и форсированных двигателях.
Калильное число – универсальный инструмент, позволяющий определить степень соответствия свечи зажигания двигателю той или иной модели. Дело в том, что если на дефорсированный или маломощный двигатель поставить «холодную» свечу, то это приведет к тому, что свеча будет забиваться несгоревшим маслом, неизбежно проникающим в цилиндр двигателя.
В результате это может приводить к ослаблению искры или ее пропуску в определенных циклах. В чём-то это сходно с работой двигателя при слишком позднем моменте зажигания, когда он испытывает максимальные вибрационные нагрузки и значительно увеличивает потребление топлива.
Шкала калильного числа зажигания наших и зарубежных свеч
Зарубежные производители свечей зажигания не так озаботились разработкой понятной шкалы калильного числа, как самим качеством этих свечей. Поэтому именно импортные свечи имеют наибольшую популярность среди наших автолюбителей.
Все цифровые обозначения на них менее понятны, поскольку за калильное число принято время, по истечении которого возникает этот эффект – критерий не слишком наглядный.
По крайней мере, он не столь прямо связан с нагруженностью двигателя. Ниже приведена таблица, где можно посмотреть соответствие марок наиболее популярных свечей зарубежных производителей отечественным и увидеть какие из них «холодные», а какие «горячие».
№ «Горячие свечи» «Средние свечи» «Холодные свечи»
Россия A11 А11-1 А11-3 А11Р А14В А14В2 А14ВМ A14ВР А14Д А14ДВ А14ДВРМ А17Д
А17ДВ А17ДВ-1 А17ДВ-10 А17ДВМ А17ДВР А17ДВРМ АУ17ДВРМ А20Д
А20Д-1 А23-2 А23В А23ДМ А23ДВМ
Bosch W9A WR9A W8B W8BC WR8B W8C
W8D WR8DC W7B W7C W7D W7DC WR7D WR7DC
FR7DCY W6C W5A W6B W5CC W5DC
NJK B4H BR4H BP5H BP5HS BPR5H
B5EB BP5E BPR5E BPR5ES BP6H BP6EM BP6E BP6ES
BPR6ES BCPR6ES B7E B8H BP8H B8ES BP8ES
Denso W14F W14FR W16FP W16FP-U
W14FPR W17E W16EX W16EXR W16EX-U W20FP W20EA W20EP W20EP-U
W20XR W20EPR-U Q20PR-U W22ES W24FS W24FP W24ES-U
W24EP-U
Как использовать эту таблицу во избежание калильного зажигания
Приведем пример того, как выбрать свечи зажигания для популярного кроссовера Nissan Juke. Эта машина комплектуется тремя видами двигателей. Двигатели HR15DE, MR16DDT и HR16DE имеют существенные различия. И не только объемом (1.5 литра и 1.6 литра соответственно), но и способом достижения номинальной мощности.
HR15DE это обычный нефорсированный двигатель мощностью 109 л.с. Исходя из таблицы получаем, что оптимальное калильное число свечей зажигания по отечественной шкале для этого двигателя равно 17. Это соответствует цифрам 7 на свечах «Бош», от 5 до 6 на маркировке NJK и цифре 20 на японских свечах Denso.
MR16DDT – турбированный двигатель объемом 1.6 литра и мощностью 188 л.с. Для этого двигателя явно требуются «холодные» свечи, с калильным числом от 20 до 23 по «русской шкале», и от 6 до 5 по шкале Bosch, от 7 до 8 NJK и от 22 до 24 по шкале Denso.
Самым проблемным остается выбор свечей для двигателя HR16DE. Он хоть и не форсированный, но его мощность выше чем у HR15DE — 117 л.с. Литровая мощность у этих двигателей 73.1 и 72.6 соответственно.
Поэтому если «Жука» с нефорсированным, но большим по мощности мотором, эксплуатировать в более жестких условиях, то ему больше подойдут «холодные» свечи. Но все это можно определить лишь на практике.
Практические способы определения соответствия типа свечи
Практический способ определения пригодности данного типа свечи двигателю по внешнему виду точен, если только зажигание выставлено правильно и в целом «здоровье» двигателя не вызывает сомнений. Итак:
• Нормально подобранная свеча имеет на центральном и боковом электроде тонкий светло-серый или бежевый нагар;
• Сильно «замасленные», покрытые толстой копотью электроды могут говорить не только о том, что двигателю нужна свеча с меньшим калильным числом (более горячая), но и то, что предельно изношена поршневая группа;
• Обгоревшие электроды со следами коррозии и выбоинами, вплоть до почти полного выгорания бокового электрода, говорят о том, что свеча слишком «горячая».
Способы борьбы с калильным зажиганием
В процессе эксплуатации автомобиля происходит не только износ его узлов и механизмов. Со временем в камерах сгорания образуется нагар, толщина слоя которого может быть значительной. А это уже может повлиять на работу мотора. Самым частым результатом имеющегося слоя нагара является появление такого эффекта как калильное зажигание.
Что такое калильное зажигание (самовоспламенение)
Проявляется такое зажигание в том, что двигатель еще функционирует некоторое время после выключения зажигания. Работать мотор может несколько секунд до полной остановки, при этом во время данного эффекта цилиндропоршневая группа и кривошипно-шатунный механизм испытывают значительные нагрузки, которые приводят к ускоренному их износу. А если не предпринимать никаких мер, это может привести к прогоранию поршня.
Почему появляется калильное зажигание
А происходит все это потому, что нагар ухудшает теплообмен внутри камеры сгорания, из-за чего элементы внутри ее разогреваются настолько, что способны воспламенять рабочую смесь. За счет этого и двигатель продолжает работать даже после выключения зажигания, когда искра на свечах уже перестает проскакивать.
Перед тем, как предпринимать меры, необходимо установить причины появления калильного зажигания. Очень часто данный эффект появляется из-за неправильно подобранных по калильному числу свечей зажигания. Неправильно установленный момент искрообразования тоже может дать такой результат. Но если с системой зажигания и ее составными частями все в порядке, значит виной всему нагар.
Способы борьбы с нагаром
Удалить нагар можно несколькими способами. Первый, и самый простой из них – выпалить отложения к камере сгорания. Для этого всего лишь необходимо проехаться длительное время на высокой скорости. То есть, выезжаем на хорошую длинную трассу и «давим в пол» педаль газа. Результатом этого будет выгорание нагара и удаление его через выхлопную систему. Кстати, данный метод можно применять как профилактику. То есть, достаточно периодически «гонять» автомобиль, чтобы внутри камер сгорания не образовывался слой нагара.
Если первый способ результата не дал и калильное зажигание появляется, можно попробовать «размягчить» нагар, чтобы он сам отслоился. Для этого используется специальный раствор, состоящий из одной части моторного масла и четырех частей керосина.
Феномен калильного зажигания и как он убивает моторы
Калильное зажигание — термин вовсе не новый. Действительно существуют бензиновые моторы, в которых вместо искровых свечей используются калильные головки или трубки. Воспламенение топливовоздушной в них происходило в конце такта сжатия от предварительно разогретой калильной головки.
Но мы не об этом. Сегодня калильным зажиганием называют эффект воспламенения смеси от перегретых компонентов мотора, а не от свечи. Известно, что чаще всего воспламенение происходит от изолятора неправильно подобранной свечи, но и сам мотор может послужить причиной эффекта.
Последствия у калильного зажигания самые негативные. Оно может запросто убить двигатель. Поскольку это процесс по своей сути спонтанный и происходит в «неправильный» момент, то зачастую опережает искру свечи. Это приводит к прогоранию поршней и выпускных клапанов.
Однако не стоит путать калильное зажигание с детонацией из-за раннего зажигания. По-английский термин звучит немного заумно, но есть и аббревиатура — Low speed pre-ignition (LSPI). И этот феномен стал шоком практически для всех крупных производителей малообъемных турбированных движков с непосредственным впрыском, поскольку чаще всего он проявляется именно на них.
Как выехать из сугроба без помощи дворника.
Ему подвержены фордовские EcoBoost, некоторые модели Ecotec от General Motors и многие другие двигатели. Отметим, что зачастую феномен проявляется и на небольших атмосферных моторах объемом до двух литров. Но причина у них разная.
Прежде всего, опытным путем выяснилось, что чаще всего эффект проявляется при низких оборотах и небольшой нагрузке. То есть мотору даже не всегда нужно быть перегретым.
Специалист компании Shell Скотт Линдхольм призывает не путать эффекты стука в моторе от детонации и калильного зажигания — это два разных эффекта. Детонацию можно убрать залив топливо с низким октановым числом, поставив так называемые «холодные» свечи и отрегулировав угол опережения зажигания. С эффектом LSPI все не так просто. Большая часть специалистов до конца не понимает механизм его возникновения.
Линдхольм описывает эффект, как громкий звук, похожий на взрыв. Повреждения у мотора могут быть капитальные. Эффект калильного зажигания приводит к повышению давления в цилиндре до 200 атмосфер или даже выше. Это приводит к разрушению поршня, разрыву поршневых колец, а в крайних случаях даже к появлению трещин в ГБЦ.
Мотористы крупнейших автопроизводителей мира в курсе проблемы. Компания Toyota, несмотря на практически полное отсутствие в линейке турбомоторов, решила подойти к изучению феномена основательно.
Журнал Fuels & Lubes International еще в 2013 году писал о наработках Сатоси Хирано, руководителя подразделения Toyota, занимающегося горючесмазочными материалами. Проведя бесчисленное количество тестов, инженеры кое-что выяснили, хотя понять процесс до конца все еще не могут.
Одним из важнейших факторов, влияющих на вероятность возникновения эффекта, как ни странно, стало масло. Согласно теории Хирано, небольшие капельки масла проникают в пространство между кольцами, где и детонируют как бы в противоход поршню. Эта же детонация провоцирует взрыв смеси в цилиндре еще до того, как срабатывает свеча.
Почему прогорает глушитель и как продлить ему жизнь.
Опыт проводился на одном из моторов Toyota, который предварительно избавили от нагара и отложений, дав поработать некоторое время на 4000 об/мин. Затем обороты снизили до 1800, чтобы замерять частоту возникновения калильного зажигания.
При этом инженеры использовали различные присадки к маслу с добавлением кальция, цинкового фосфата и молибдена в различных пропорциях. Тест показал, что кальциевые присадки провоцируют резкий рост проявлений эффекта. Причем настолько, что увеличение доли кальция с 0,1% до 0,2% в присадке поднимало частоту возникновения КЗ в три раза. При этом дальнейшее увеличение количества кальция существенной разницы не давало.
Напротив, цинковый фосфат и молибден значительно снизили частоту возникновения зажигания. А в долях 0,07% и 0,15% соответственно привели к полному исчезновению паразитного эффекта. Но стоит заметить, что эксперимент проводился на маслах как с присадками, так и без. И чистое масло в среднем показало меньшее количество случаев паразитного зажигания. То есть наличие присадок в большинстве случаев лишь увеличивает риски.
Линдхольм из Shell сходится с Хирано во мнении, что основной причиной служит состав моторного масла. По его словам, в компании пришли к выводу, что можно «отрегулировать» точный состав лубриканта для каждого из моторов, чтобы снизить вероятность возникновения калильного зажигания к минимуму.
В Shell также проводили свои опыты совместно с Ford. Результаты все еще проходят обработку, но в Shell уже постепенно находят необходимые формулы, но первые марки масел с «защитой от LSPI» появятся не ранее, чем через год-два. Это будет новый класс масел GF-6.
Но сам феномен по-прежнему изучается инженерами и по всему миру. До конца его природу пока понять не удается. Но это, конечно, не повод отказываться от литровых турботроек, которые отличаются экономичностью, чистотой и высоким крутящим моментом даже на низких оборотах.