Świeca zapłonowa
Świeca zapłonowa
Świeca zapłonowa
Zadaniem świecy zapłonowej jest zapewnienie
kontrolowanego spalania paliwa w silniku. Świeca przekazuje
wytworzone przez cewkę zapłonową napięcie do komory
spalania, gdzie za pomocą iskry elektrycznej przeskakującej
między elektrodami następuje zapłon sprężonej mieszanki
paliwowo - powietrznej.
Budowa świecy
Podstawowe elementy:
1 – izolator ceramiczny
2 – korpus świecy
3 – elektroda środkowa
4 – elektroda boczna
Warunki jakie musi spełniać:
Wysokie właściwości izolacyjne w wysokich
temperaturach (nawet 1000 ºC)
Odporność na wahania ciśnienia w komorze spalania
sięgające 100 bar
Musi być wykonana z materiałów odpornych na
uszkodzenia mechaniczne oraz na procesy chemiczne
Musi być odporna na ogromne wahania temperatur – do
komory spalania trafia zimna mieszanka paliwowo –
powietrzna, a opuszczają ją gorące gazy wydechowe.
Odporność na korozję w środowisku gazów
wydechowych i oparów.
Dobra przewodność elektryczna.
Proces produkcji:
Każdy
z
głównych
elementów
świecy
zapłonowej – elektroda środkowa, elektroda
boczna, izolator oraz korpus jest produkowany
na zasadzie ciągłej linii montażowej.
Gdy każdy z elementów jest gotowy elektroda
boczna jest przyłączana do korpus, a
elektroda środkowa mocowana w izolatorze.
Ostatecznie główne części są mocowane w
jedną całość.
Z drutu stalowego – zwoje stalowe są
formowane ‘na zimno’.
Wytłaczany ze stali – stal zostaje
podgrzana i przeciśnięta przez matrycę.
Z półwyrobu – wymaga obróbki
mechanicznej (wiercenie otworu,
nacinanie gwintu).
Korpus:
Elektroda boczna:
Z drutu ze stopu niklowego
podawanego z rolki do spawarki, gdzie
zostaje przymocowany do korpusu, a
następnie ucięty na odpowiednią
długość. Ostatecznie zostaje ona
delikatnie zgięta.
Izolator:
Materiał ceramiczny w stanie ciekłym zostaje
wlany do formy gumowej.
Następnie stosuje się specjalne prasy
hydrauliczne do produkcji półwyrobów izolatorów
– wymiar środkowego otworu podlega ścisłej
kontroli.
Ostateczny kształt zewnętrzny jest uzyskiwany
poprzez stosowanie specjalnych szlifierek.
Ostatnim etapem jest wypalanie gotowego
izolatora w piecu tunelowym do temp. powyżej
2700 ºC – zapewnia to odpowiednią
wytrzymałość, gęstość i odporność na wilgoć.
Elektroda środkowa:
Elektroda środkowa zostaje przyspawana do
rdzenia ze stali – jest to wąski drut metalowy
biegnący od środka świecy na przeciwległym
końcu i przyłączony do nakrętki połączonej z
przewodem zapłonowym, który doprowadza
prąd elektryczny.
Taki zestaw zostaje zaplombowany i ‘ubity’ w
izolatorze pod ogromnym ciśnieniem.
Ostatecznie izolator zostaje przyłączony do
korpusu.
Objawy uszkodzeń:
Wygląd normalny:
- świeca nieuszkodzona
- biało – szare przebarwienia
są nieszkodliwe,
spowodowane przez dodatki
paliwowe, które niecałkowicie
się spaliły
Osady:
- świeca zapłonowa
z silnymi osadami
- przyczyną może być zła
jakość paliwa, duże zużycie
oleju lub spalanie chłodziwa
- może powodować
samozapłon
- świecę należy wymienić
na nową
Objawy uszkodzeń:
Pęknięcie izolatora:
- niebezpieczne, ponieważ
może powodować
uszkodzenie silnika
- przyczyną jest
niewłaściwy moment
dokręcenia lub upadek
świecy przed montażem
- świecę należy wymienić
na nową
Objawy uszkodzeń:
Stopienie:
- elektroda środkowa i
boczna stopiły się ze sobą
- następuje to w momencie,
gdy świeca jest przegrzana
- przyczyną może być zły
dobór świecy lub wadliwe
działanie silnika
- świecę należy wymienić
na nową.
Objawy uszkodzeń:
Gromadzenie nagaru:
- gromadzi się, gdy świeca
pracuje poniżej
temperatury
samooczyszczenia (450 ºC)
– np. gdy jeździ się tylko na
krótkich odcinkach lub
świeca jest źle dobrana
Objawy uszkodzeń:
Zaolejenie:
- świeca pokryta tłustym,
świecącym nalotem
- przyczyną jest zbyt duża
ilość oleju, zużyte
pierścienie tłokowe, cylinder
i prowadnice zaworów
- skutkiem są przerwy w
zapłonie, problemy z
uruchomieniem silnika
- świecę należy wymienić na
nową
Objawy uszkodzeń:
Zużycie elektrody:
- przyczyną może być
nieprzestrzeganie wymiany
świec, obecność
agresywnych substancji w
paliwie i oleju
- świecę należy wymienić
na nową
Objawy uszkodzeń:
Elektroda środkowa:
Warunki pracy:
- wysokie napięcie – do 30 tys. V
- wysoka temperatura - do 1000 ºC
- wysokie ciśnienie – do 100 atm. (ok. 10kPa)
- agresywne (korozyjne) środowisko oparów benzyny,
gazów spalinowych
- wytwarzanie iskry ok. 30 razy na sekundę – iskra ma
erozyjny wpływ na materiał elektrody.
Elektroda środkowa
Stosowane materiały:
–
Stopy niklu, chromu i żelaza (Inconel) – nikiel ułatwia
jonizację powietrza co korzystnie wpływa na
obniżenie napięcia przebicia; wysoka odporność na
działanie wysokich temperatur; odporność
chemiczna na agresywny dwutlenek siarki
–
Platyna i jej stopy – na świece wysoko obciążone
cieplnie, bardzo dobra odporność korozyjna.
–
Iryd – jeden z najtwardszych metali na świecie,
wysoka temperatura topnienia, bardzo dobra
odporność na erozję iskrową
–
Złoto, stopy złota z palladem.
Wybrane materiały:
Stop platynowo – irydowy: PtIr20
Stop platynowo – rodowy: PtRh10
Stop platynowo – wolframowy: PtW5
Nadstop Inconel 625
Metal szlachetny iryd (99,8%)
Stop PtIr20
Pt: 79,7 – 80,3 %
Ir: 19,7 – 20,3 %
Au: max 0,15 %
Pd+Rh+Os: max 0,15%
Fe: max 0,04 %
Max zanieczyszczeń: 0,25
Stop PtIr20
Gęstość: 21,7
Temperatura topnienie: 1830 – 1855 ºC
Przewodność elektryczna: 3,2
Oporność elektryczna: 0,31
Moduł sprężystości: 230 MPa
Twardość: 190 HV
Wytrzymałość Rm: 588 - 735 MPa
3
g
cm
2
m
mm
W
m
mW�
Stop PtRh10
Pt: 89,7 – 90,3 %
Rh: 9,7 – 10,3 %
Au: max 0,15 %
Pd+Rh+Os: max 0,15%
Fe: max 0,04 %
Max zanieczyszczeń: 0,23
Stop PtRh10
Gęstość: 20,0
Temperatura topnienie: 1840 – 1850 ºC
Przewodność elektryczna: 5,0
Oporność elektryczna: 0,2
Moduł sprężystości: 208 MPa
Twardość: 100 HV
Wytrzymałość Rm: 225 - 363 MPa
3
g
cm
2
m
mm
W
m
mW�
Stop PtW5
Pt: 95 %
W: 5 ± 1 %
Pd: max 0,001 %
Ir: max 0,001 %
Rh: max 0,001 %
Max zanieczyszczeń: 0,001 %
Stop PtW5
Gęstość: 20,9
Temperatura topnienie: 1830 – 1850 ºC
Przewodność elektryczna: 2,3
Oporność elektryczna: 0,434
Moduł sprężystości: 181 MPa
Twardość: 150 HV
Wytrzymałość Rm: 427 – 510 MPa
3
g
cm
2
m
mm
W
m
mW�
Inconel 625
Ni: min 58 %
Cr: 20 – 23 %
Fe: max 5 %
Mo: 8 – 10 %
Nb+Tn: 3,15 – 4,15 %
C: max 0,1 %
Mn: max 0,5%
P: max 0,015 %
S: max 0,015 %
Al: max 0,4 %
Ti: max 0,4 %
Inconel 625
Gęstość: 8,44
Temperatura topnienie: 1290 - 1350 ºC
Przewodność elektryczna: 1,73
Oporność elektryczna: 1,29
Moduł sprężystości: 207 MPa
Twardość: 220 HV
Wytrzymałość Rm: 827 - 965 MPa
3
g
cm
2
m
mm
W
m
mW�
Iryd
Ir: min 99,8 %
Pt+Pd+Rh: max 0,09 %
Au: max 0,03 %
Pb: max 0,02 %
Fe: max 0,03 %
Si: max 0,02 %
Ba: max 0,01 %
Max zanieczyszczeń: 0,2 %
Iryd
Gęstość: 22,4
Temperatura topnienie: 2454 ºC
Przewodność elektryczna: 2,5
Oporność elektryczna: 0,103
Moduł sprężystości: 220 MPa
Twardość: 210 HV
Wytrzymałość Rm: -
3
g
cm
2
m
mm
W
m
mW�
Porównanie materiałów:
PtIr20
PtRh10
PtW5
Inconel
625
Iryd
α
β
α*β
β
α*β
β
α*β
β
α*β
β
α*β
Temperatur
a
topnienia
0,30
8,00
2,40
8,00
2,40
8,00
2,40
1,00
0,30
10,0
0
3,00
Przewodnoś
ć
elektryczna
0,30
5,00
1,50
10,0
0
3,00
2,00
0,60
1,00
0,30
3,00
0,90
Odporność
na
korozję
0,20
9,00
1,80
9,00
1,80
9,00
1,80
9,00
1,80
10,0
0
2,00
Odporność
erozyjna
0,10
8,00
0,80
4,00
0,40
6,00
0,60
10,0
0
1,00
10,0
0
1,00
Spawalność
0,10
10,0
0
1,00
10,0
0
1,00
10,0
0
1,00
5,00
0,50
1,00
0,10
SUMA
1,00
7,50
8,6
0
6,40
3,9
7,00
Bibliografia
1.
www.autokult.pl/2011/02/19/swieca-zaplonowa-jakim-wymaganiom-musi-sprostac
2.
www.warsztaty.samochodowka.internetdsl.pl/serwishdd/poradnik/elek_autom/wykonaw/
swieca.htm
3.
www.ngk.de/pl/technika-w-szczegolach/swiece-zaplonowe/diagnoza/objawy-uszkodzen/
4.
www.tiger.gsi.pl/swieceTEKST.html
5.
www.madehow.com/Volume-1/Spark-Plug.html
6.
www.wieland-edelmetalle.de/produkte/technische-
halbzeuge/edelmetallwerkstoffe/platinum-group-metal-based-materials/page.html?L=1
7.
www.specialmetals.com/documents/Inconel%20alloy%20625.pdf
8.
www.laboraplatina.hu_Catalogue&Guide(2010.04.).pdf
9.
http://www.ngk.de/pl/produkty-i-technologie/swiece-zaplonowe/technologie-swiec-
zaplonowych/swiece-zaplonowe-z-metalu-szlachetnego/
10.
http://www.ukladokresowy.pl/?id=77
11.
http://spark-plugs.co.uk/index.php/contents/display/23/technical.contents.iridium
12.
R.W.Powell, R.P.Tye, „Thermal conductivities and electrical resistivities of the platinum
metals”
13.
A.G. Knapton: „Alloys of platinum and tungsten”
14.
www.keytometals.com/subgroup.aspx?LN=PL&id1=246289&db=N
15.
United states patent no 6,045,424: „Spark plug tip having platinum based alloys”