Co musisz wiedzieć o świecach zapłonowych?
Na motocyklach ludzkość jeździ już od ponad 130 lat i jest rzeczą naturalną, że przez ten czas ich konstrukcje uległy bardzo istotnym zmianom. Jednak jest co najmniej jeden element, który towarzyszy wszystkim silnikom spalinowym dwu i czterosuwowym, od samego początku i wygląda niemal dokładnie tak samo. To świeca zapłonowa. Temat oczywiście nie dotyczy silników wysokoprężnych (Diesla), jednak w seryjnych motocyklach niemal ich nie spotykamy. Zadanie świecy jest bardzo proste – wyprodukować łuk elektryczny (potocznie zwany iskrą) w ściśle określonym momencie. Tylko tyle i aż tyle. Wydawać by się mogło, że na tym moglibyśmy wyczerpać temat, jednak jest on znacznie bardziej złożony.
Jak zbudowana jest świeca zapłonowa?
W stalowym korpusie (ta część, którą wkręca się w głowicę), znajduje się izolator wewnętrzny z odpornej na wysokie temperatury porcelany. Ma on za zadanie oddzielić od korpusu stalowy trzpień, na którego końcówkę wystającą poza „obudowę” zakładana jest fajka, coraz częściej zastępowana przez fajko-cewkę. Stalowy trzpień jest pierwszym elementem świecy, który przewodzi prąd do centralnej elektrody. W większości obecnie produkowanych świec, te części nie są jednak połączone bezpośrednio. Między nimi znajduje się opornik przeciwzakłóceniowy wykonany z masy szklanej. Ten element odpowiedzialny jest za wyeliminowanie zakłóceń przepływu prądu. Dzięki niemu świece nie emitują fal elektromagnetycznych zakłócających pracę np. radioodbiorników i innych urządzeni pokładowych pojazdu. Następnie prąd przepływa do elektrody centralnej. To element najczęściej wykonany ze stopów miedzi, pokryty platyną (najpopularniejsze, bardzo trwałe, a zarazem najtańsze rozwiązanie) lub irydem (obecnie najlepsza, najtrwalsza, ale zarazem najdroższa opcja). Ostatnim elementem świecy jest elektroda boczna. Może być pojedyncza albo wieloelementowa. Między elektrodą centralną, a boczną wytwarzany jest łuk elektryczny, detonujący w ściśle określonym momencie, mieszankę sprężoną w komorze spalania. Jest to możliwe dzięki prądowi o małym natężeniu, ale dużym napięciu, wynoszącym ok. 40 kV, generowanemu przez cewkę. Brzmi skomplikowanie, ale w zasadzie to proste zjawisko fizyczne.
Zakres temperatur prawidłowej pracy świecy zapłonowej jest ściśle określony i nie może przekraczać pewnych wartości. Przy temperaturze pracy 400° następuje proces samooczyszczania się z nagaru. Dlatego bardzo istotnym jest po uruchomieniu silnika doprowadzenie do odpowiedniej temperatury jego pracy. Zbyt szybkie wyłączenia silnika może spowodować defekt świecy, gdy nie zdąży się ona samoczynnie oczyścić się z nagaru powstałego podczas pracy silnika na bogatszej mieszance, w fazie rozruchu. Z kolei, gdy świeca zbytnio się rozgrzeje, powyżej 900°C, do zapłonu mieszanki paliwowo-powietrznej iskra nie jest już potrzebna i następuje niekontrolowany, przedwczesny samozapłon wpływający destrukcyjnie na pracę silnika. Za prawidłową wymianę ciepła między świecą a otoczeniem dbają między innymi komora cieplna między elektrodą środkową, a korpusem oraz zewnętrzny porcelanowy izolator, pełniący także rolę radiatora.
Musi się zużyć!
Nawet w najbardziej prawidłowo pracującym i w doskonałym stanie silniku, świece zapłonowe zużywają się, co jest procesem naturalnym, więc co jakiś czas wymagać będą wymiany na nowe. W głównej mierze zależy to od ich konstrukcji i materiałów z jakich zostały wykonane. Szacunkowo przyjmuje się, że pracująca w normalnych warunkach świeca ma wytrzymać 30-50 milionów cykli wyładowań. Standardowe świece, pasujące do pojazdów starszej generacji, są tańsze i należy je wymienić po około 30 000 km. Z kolei świece platynowe i irydowe są co prawda droższe, ale bardziej odporne na destrukcyjny wpływ wysokich temperatur, co pozwala na ich wymianę dopiero po przejechaniu 80 000 – 120 000 km. W motocyklach sportowych i sportowo-turystycznych trzeba robić to częściej – klasyczne świece wymieniamy co 20 – 25 tys. km., a te nowszych konstrukcji co ok 70 000 km.
Świece zapłonowe degradują się więc podczas normalnej eksploatacji silnika i jest to proces naturalny. Zużywają się one w procesie elektroerozji, spowodowanej regularnymi wyładowaniami elektrycznymi. Sam proces spalania mieszanki nie jest tak destrukcyjny dla elektrod świecy, jak łuk elektryczny między nimi, gdzie temperatura dochodzi nawet do 10 000°C. Łuk elektryczny powoduje mikropęknięcia na powierzchni elektrod, a w konsekwencji do ubytków materiału. W związku z tym w procesie „wypalania się”, po pewnym czasie powiększa się odstęp między elektrodami. Automatycznie wymusza to przepływ większego napięcia, by wywołać iskrę (wyładowanie elektryczne). Tę przerwę można mierzyć i korygować, używając szczelinomierza i pobijaka, jednak, gdy przerwa między elektrodami nie jest prawidłowa, ich producenci zalecają po prostu wymianę.
Na zużywanie się elektrod w świecach zapłonowych wpływ ma również zwykła korozja. Jest ona skutkiem pracy gorących gazów, które oddziałują na elementy znajdujący się w komorze spalania. Problemem mogą też być ceramiczne izolatory świec, które pod wpływem długotrwałego oddziaływania wysokiej temperatury tracą swoje właściwości. Te właściwości mogą być pogorszone również przez czyszczenie świec metalową (szczególnie mosiężną) szczotką, gdyż podczas tej operacji cząstki metalu osadzają się na powierzchni izolatora. Gdy podejrzewamy świecę o nieprawidłową pracę, często badamy przepływ iskry po jej wyjęciu. To często nie przynosi dobrych rezultatów - pracując na zewnątrz silnika, przy ciśnieniu atmosferycznym świeca może dawać iskrę, natomiast przy ciśnieniach panujących w komorze spalania, już nie koniecznie. Tego typu usterka jest bardzo trudna do zdiagnozowania i gdy tylko zachodzi podejrzenie niesprawności świecy, należy ją po prostu wymienić.
Wymiana i dobór świec
W niektórych konstrukcjach motocyklowych wymiana świec nie jest prostą operacją. W maszynach z dużą ilością owiewek konieczny będzie demontaż tych elementów, a większość motocykli z układem cylindrów R4 niezbędne będzie także zdjęcie (a w najlepszym razie uniesienie) zbiornika paliwa, co często łączy się z koniecznością rozpięcia układu paliwowego. Przy ponownym składaniu zawsze musimy pamiętać o ich ponownym zapięciu. Podczas wymiany świec należy korzystać z odpowiedniego klucza dynamometrycznego i stosować się przy dokręcaniu do zalecanych przez producenta momentów siły. Głowice silników motocyklowych w nowoczesnych motocyklach praktycznie zawsze wykonane są z lekkich stopów, bardzo czułych na ewentualne zerwanie gwintów. Z klei zbyt słabe dokręcenie świecy może powodować jej poluzowanie i wyplucie przez pracujący silnik, co równie prowadzi do uszkodzenia gwintu. Naprawa uszkodzonych gniazd świecy jest przeważnie operacją skomplikowaną i kosztowną, chociaż nie zawsze wymaga demontażu głowicy z silnika.
Pamiętać należy o tym, że w zasadzie wszyscy producenci świec określają swoje wyroby jako produkty jednorazowe, nie podlegające naprawom. Ich piaskowanie, wygrzewanie czy czyszczenie drucianą szczotką nie jest nigdy przewidywane w operacjach serwisowych. Nie dotyczy to jednak bardzo archaicznych i praktycznie nie spotykanych już świec rozbieralnych. Tego typu konstrukcje spotkamy już jedynie w muzealnych zbiorach, jednak trzeba przyznać, że są niemal niezniszczalne. Tak, czy owak wygrzewanie świec na palniku kuchennego palnika nie jest wyjątkowo profesjonalnym działaniem, chociaż doraźnie przeważnie przynosi pozytywne skutki, szczególnie w motocyklach zabytkowych.
Po co i jak dobierać ciepłotę świecy?
Rynek oferuje bardzo wiele rodzajów świec, ale podstawowa zasada, którą powinniśmy kierować się podczas ich wymiany mówi, żeby stosować takie, jakie zaleca producent motocykla. Jednak temat nie jest aż tak prosty, szczególnie w zastosowaniu do starszych maszynach. W przypadku motocykli klasycznych i zabytkowych (generalnie tych, które zasilane są gaźnikami, a nie wtryskiem paliwa), dysponując odpowiednia wiedzą i doświadczeniem można eksperymentować z doborem tzw. „ciepłoty świecy”, czyli parametrem odpowiedzialnym za jej skuteczność odprowadzania ciepła. Wbrew pozorom ten parametr jest bardzo istotny – świeca o zbyt niskim indeksie nie będzie w stanie osiągnąć właściwej temperatury pracy, co będzie skutkować pokrywaniem się powierzchni elektrod i izolatora nagarem, a w konsekwencji uszkodzeniem. Z kolei zbyt gorąca (czyli nadmiernie się nagrzewająca) może prowadzić do niekontrolowanego samozapłonu mieszanki, co wpływa destrukcyjnie na silnik. Z problemami dobrania prawidłowej ciepłoty świecy borykają się często posiadacze krajowych motocykli z silnikami dwusuwowymi, a jest on jednym z kluczowych elementów prawidłowej pracy jednostki napędowej. Konstrukcje takich silników są bardzo proste, jednak, gdy gaźnik jest już mocno wypracowany, trudno jest ustalić jaki jest wytwarzany przez niego skład mieszanki, a co za tym idzie temperatury panujące w komorze spalania. Mieszanki uboższe dają wyższą temperaturę, bogatsze niższą. Podobny problem jest z właściwym zapłonem. Zbyt wczesny powoduje przegrzewanie się silnika, zbyt późny jego niedogrzanie. Określane przez producenta fabryczne ciepłoty świec dotyczą warunków pracy oferowanych przez silniki z prawidłowymi, fabrycznymi nastawami, przewidzianymi przez konstruktora.
Problem doboru ciepłot świecy w znacznie mniejszym stopniu dotyczy silników z elektronicznym zapłonem i wtryskiem paliwa, sterowanych przez systemy ECM. Jednostka sterująca zbierając dane z czujników na bieżąco dobiera skład mieszanki paliwowo-powietrznej, a także kąt wyprzedzenia zapłonu. Parametry pracy silnika są więc mniej więcej optymalne dla danej chwili i nie ma potrzeby kombinowania z doborem ciepłoty świecy, bo możemy jedynie pogorszyć jego pracę.
Dodatkowy czujnik w silniku
Oprócz podstawowego zadania, jakim jest inicjowanie detonacji mieszanki w komorze spalania, świeca może także pełnić rolę wskaźnika pracy silnika. Doświadczony mechanik oglądając zdemontowaną świecę potrafi odczytać wstępne informacje o stanie i nastawach silnika. Jeżeli jest ona wilgotna, tłusta i zaolejona, może to świadczyć o złym stanie pierścieni tłokowych, samego tłoka, czy nadmiernym luzie prowadnic zaworowych. Czarny osad na świecy może być z kolei spowodowany przez zbyt bogatą mieszankę, czy bardzo zabrudzony filtr powietrza. Z kolei nadtopione i pokryte jasnym nagarem elektrody świadczą o zbyt wysokiej temperaturze w komorze spalania, wywołanej prawdopodobnie przez zbyt ubogą mieszankę, źle wyregulowane luzy zaworowe czy niewłaściwy (zbyt wczesny) kąt wyprzedzenia zapłonu. Gdy na świecy widoczne są białe, lub jasnożółte grube osady przypominające kamień, może to być efektem stosowania niskiej jakości dodatków do paliwa lub oleju. W obrębie komory spalania (czyli „u góry” silnika) wszystko jest w porządku, gdy na świecy widoczny jest jedynie lekki nalot w szarobiałym, lub szarożółtym kolorze. Jednym słowem – świeca jest bardzo dobrym i czułym wskaźnikiem stanu silnika w naszym motocyklu.
Wszystkie świece dostępne w naszej ofercie zobaczysz tutaj.
