Zapalovací svíčka hraje v benzínových motorech důležitou roli: je zodpovědná za zapálení palivové směsi. Kvalita zapalování má vliv na několik aspektů, které mají velký význam jak na fungování vozidla, tak na životní prostředí. Zahrnují plynulý provoz, výkon a účinnost motoru, jakož i emise škodlivých látek ve výfukových plynech.

Když vezmeme v úvahu, že zapalovací svíčka musí generovat jiskru 500 až 3.500 krát za minutu, je zřejmé, jaký vliv má technologie zapalovacích svíček na správné fungování motoru během dlouhodobého používání.

Konstrukce zapalovací svíčky

Vzduch se nasává do válce motoru a palivo se zde přivádí pomocí vstřikovače. Hořlavá směs se tvoří již v sacím potrubí, která se ve válci zapálí díky jiskry ze zapalovací svíčky.
Hlavními částmi zapalovací svíčky jsou elektrody a izolátor. Střední elektroda se nachází uvnitř svíčky a je obklopena izolátorem. Ten je uložen v pouzdru (těle) svíčky, které tvoří zároveň také vnější elektrodu. Pouzdro zapalovací svíčky je elektricky spojeno s motorem, což zaručuje tok elektrického proudu. Zapalovací svíčky se navzájem liší v provedení izolátoru a elektrod. Tyto rozdíly mohou mít rozhodující vliv na správnou funkci motoru.

Hlavními částmi zapalovací svíčky jsou:

• střední elektroda s měděným jádrem – vyrábí se převážně ze slitin niklu. Od konce této elektrody musí jiskra přeskočit na vnější elektrodu. Střední elektrody v zapalovacích svíčkách některých výrobců jsou vyrobeny ze slitin mědi nebo obsahují iridiové přísady ke zlepšení tepelných vlastností a odolnosti vůči korozi;
• izolátor – izolátor z keramiky má dva úkoly: používá se především pro elektrickou izolaci, která zabraňuje úniku vysokého napětí ze střední elektrody do vozidla (záporný pól). Druhým úkolem izolátoru je odvádět část tepla do hlavy motoru. Toto množství závisí na konstrukci motoru a stanovuje se tak, aby elektrody a část izolátoru nacházející se ve spalovací komoře udržovaly samočisticí teplotu, tj. dostatečně vysokou teplotu pro oxidaci sazí a uhlovodíkových usazenin vzniklých v důsledku spalování benzínu. Udržováním této teploty (obvykle v rozmezí 450–850 °C) není svíčka znečišťována uhlíkovými usazeninami a zůstává po dlouhou dobu čistá. V případě, že zapalovací svíčka má příliš vysokou teplotu (méně tepla se odvádí do hlavy), může dojít k nekontrolovanému samovznícení směsi ve válci, což může být pro motor destruktivní. Když se naopak příliš mnoho tepla odvádí přes izolátor do hlavy, svíčka bude mít příliš nízkou teplotu a bude se zanášet sazemi a uhlíkovými usazeninami, což také negativně ovlivní tvorbu jiskry, až úplně nezmizí. Uhlík je vodič a může zkratovat elektrodu zapalovací svíčky;
• bariéry proti plazivým proudům – jedná se o vybrání umístěná na vnější části izolátoru v jeho horní části. Zabrání úniku napětí do kostry vozidla, čímž se prodlužuje tok proudu a zvyšuje elektrický odpor. Zaručují tedy, že energie půjde cestou nejmenšího odporu čili přes střední elektrodu, nikoli horní vrstvou izolátoru;
• kovové tělo (pouzdro) se závitem – pouzdro hraje důležitou roli při odvádění tepla ze zapalovací svíčky. Do kovového pouzdra je zabudován izolátor se střední elektrodou. Je utěsněn tak, aby nedocházelo k úniku plynů ze spalovací komory. U pouzdra se na konci závitu nachází těsnění. Některé zapalovací svíčky mají kónické těsnění a nemají válcovanou těsnicí podložku;
• těsnicí kroužek – zabraňuje úniku spalin kolem zapalovací svíčky v důsledku vysokého spalovacího tlaku. Kromě toho vede teplo do hlavy válců a kompenzuje expanzní vlastnosti hlavy válců a pouzdra zapalovací svíčky;
• vnitřní těsnění – tvoří plynotěsné spojení mezi izolátorem a kovovým tělem. Skládá se z mastkového prstence, který je uzavřený a slisovaný mezi dvě další těsnění za účelem vytvoření tepelně odolného izolačního těsnění v pouzdru;
• kostřicí (vnější) elektroda – u standardní zapalovací svíčky je vnější elektroda vyrobena ze slitiny niklu a přivařena k dolní části pouzdra. Přeskakuje na ni jiskra ze střední elektrody;
• odrušení – za účelem zajištění elektromagnetické kompatibility (EMC), a tedy bezporuchového provozu palubní elektroniky, se v zapalovací svíčce pro odrušení používá skleněná slitina;
• připojení – elektrický konektor je navržen jako připojení SAE nebo závit M4. Ke konektoru se připojuje zapalovací kabel nebo tyčová cívka. V obou případech musí být vysokonapěťový konektor transportován přes konektor na druhý konec zapalovací svíčky k elektrodám.

Jak vzniká jiskra?

V klasické verzi vytváří centrální zapalovací cívka vysoké napětí potřebné k zapálení směsi vzduch-palivo. Mechanický rozdělovač zajišťuje, že toto napětí dorazí k jednotlivým válcům a zapalovacím svíčkám postupně a ve správný čas. Za tímto účelem je zapalovací napětí vedeno rotačním palcem rozdělovače k jeho víčku a pak dále k vysokonapěťovému kabelu a ke konektoru zapalovací svíčky. Odtud míří na konec střední elektrody a ve formě jiskry překonává vzduchovou mezeru k vnější elektrodě.

V modernější verzi má každá zapalovací svíčka svou cívku, je to tzv. plně elektronické zapalování (VEZ) s klidovým rozvodem zapalovacího napětí. Není nutný žádný mechanický rozdělovač ani vysokonapěťové zapalovací kabely.

Princip fungování benzínového motoru

1. Sání: píst se pohybuje směrem dolů. Směs vzduchu a paliva je nasávána otevřenými sacími ventily. Výfukové ventily jsou uzavřeny, takže píst nenasaje výfukové plyny z výfukového systému.
2. Komprese: píst se pohybuje nahoru a stlačuje dříve nasátou směs paliva a vzduchu. Sací a výfukové ventily jsou uzavřeny. Zápal probíhá v horní oblasti „mrtvého bodu“.
3. Zážeh: poblíž horní úvrati pístu se na zapalovací svíčce generuje jiskra. Od ní se vznítí směs paliva a vzduchu, která během spalování prudce zvyšuje objem. Teplota spalování uvnitř válce se zvyšuje až na 2.600 ° C a tlak až na 120 barů. Píst je tlačen směrem ke klikové hřídeli rychlostí až 20 metrů za sekundu. Přívodní a výfukové ventily jsou uzavřeny.
4. Výfuk: po dosažení dolní úvrati se píst začne pohybovat válcem nahoru a tlačí spaliny do výfukového systému přes otevřený výfukový ventil. Spaliny procházejí výfukovým ventilem při pohybu pístu směrem nahoru.

Tepelná hodnota

Vznik a odvod tepla se značně liší podle typu motoru. Například přeplňované motory pracují při vyšší teplotě než motory atmosférické. Proto je pro každý motor speciálně určená vhodná zapalovací svíčka, která může přesně odvádět přebytečné teplo do hlavy válce a zajistit, aby bylo udržováno optimální teplotní okno. Tak zvaná tepelné hodnota poskytuje informace o teplotní zatížitelnosti zapalovací svíčky. Pro zapalovací svíčky NGK platí: Čím vyšší je jejich tepelná hodnota, tím vyšší je jejich teplotní zatížitelnost.

Odvod a přenos tepla

Odvod tepla je prováděn z přibližně 60 % přes těleso zapalovací svíčky a závit. Méně než 40 procent přechází přes těsnicí kroužek do hlavy válců. Několik málo zbývajících procent protéká přes středovou elektrodu.
Izolátor zachytí vysoké teploty ze spalovacího prostoru a odvádí je do vnitřních částí zapalovací svíčky. Teplo se přenáší tam, kde je kontakt s tělesem.

Když se tato kontaktní plocha zvětší nebo zmenší, lze určit, zda bude zapalovací svíčka odvádět více nebo méně tepla přes těleso.

U zapalovacích svíčky s vyšší teplotní zatížitelností je kontaktní plocha větší. U zapalovacích svíčky s nižší teplotní zatížitelností je kontaktní plocha menší.

Jak přečíst označení svíčky na příkladu kódování NGK?

Kombinace z písmen a čísel přiřazená každé zapalovací svíčce je nejen typovým označení, ale hlavně logickým vzorcem obsahujícím důležité a podrobné informace o funkci zapalovací svíčky.

Typické označení zní takto:

• Kombinace písmen (1-4) před tepelnou hodnotou udává informaci o průměru závitu, velikosti šestihranného klíče a o druhu konstrukce.
• 5. pozice (číselný údaj) udává tepelnou hodnotu.
• 6. písmeno označuje délku závitu.
• 7. písmeno obsahuje data o speciálních konstrukčních vlastnostech zapalovacích svíček.
• 8. pozice je opět číslo, ve kterém je zakódovaně udána vzdálenost elektrod.

Diagnostika a montáž

Speciálně u moderních vozidel je důležité použít správné nářadí. Jinak vzniká značné riziko poškození zapalovacích svíček při demontáži a montáži.

U dnes běžných motorů vybavených hlavami válců z hliníku se hliník při zahřátí roztahuje daleko více než zapalovací svíčky a tím dochází k sevření zapalovací svíčky. Proto by se zapalovací svíčky měly měnit vždy pouze u zcela studeného motoru.

Většina poruch zapalovacích svíček je způsobena chybným utahovacím momentem. Když se zvolí nižší, hrozí ztráty komprese a přehřívání. V důsledku vibrací je možné také rozlomení izolátoru nebo středové elektrody.

Pokud se zvolí příliš vysoký utahovací moment, může to vést k utržení zapalovací svíčky. Těleso se také může natáhnout nebo pootočit. Zničí se zóny pro odvod tepla, hrozí přehřívání a roztavení elektrod a může dojít i k poškození motoru.

Poškození zapalovacích svíček

1. Normální vzhled: takto vypadá nepoškozená zapalovací svíčka. Bílo-šedé zbarvení je zcela normální. Pochází z aditiv paliv, která se nespálí beze zbytku a je také důsledkem regulovaného, normálního spalování.

   

2. Usazeniny:Zde vidíte zapalovací svíčku s velkým množstvím usazenin. Příčinou může být například špatná kvalita paliva, vyšší spotřeba oleje při mechanicky opotřebených motorech nebo spalování chladicí kapaliny u poškozeného těsnění hlavy válců a případně také příležitostné zapalování žhavením (usazeniny žhnou i následně).

   

3. Poškozený izolátor:poškození izolátoru, které je vidět na tomto obrázku, může vést ke zničení motoru. Příčinou tohoto poškození je většinou použití nesprávného utahovacího momentu nebo pád zapalovací svíčky před montáží na tvrdý podklad (např. na zem v dílně).

   

4. Roztavení:U této zapalovací svíčky je spečená střední a vnější elektroda. To se stane, když se zapalovací svíčka přehřeje. V tomto případě nelze vyloučit ani roztavení pístu. Příčinou může být volba špatné zapalovací svíčky (špatná tepelná hodnota) nebo chybná funkce motoru (spalování s klepáním nebo zapalovaní žhnutím).

   

5. Silné znečištění sazemi:Zde vidíte zapalovací svíčku s velkým množstvím usazenin. Silné znečištění sazemi vzniká, když zapalovací svíčka pracuje často pod teplotou pro samočištění (450 °C) – například při jízdách pouze na malé vzdálenosti nebo při zvolení špatné tepelné hodnoty svíčky (příliš studená).