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”