Без нив бензинските мотори не можат да работат

» Прв кој ги има употребено свеќичките е Етјен Леноар кој во 1860 година го има конструирано првиот комерцијално успешен клипен мотор со внатрешно согорување. Се споменува и Едмонд Бергер кој ги има измислено но ги нема патентирано свеќичките во 1839 година. Првите патенти за свеќичките се на Никола Тесла, Фредерик Ричард Симс и Роберт Бош, сите од 1898 година. Сепак, пронајдокот на Готлоб Хонолд од 1902-рата кој беше инженер во компанијата на Бош, како дел од првото комерцијално одржливо решение на систем за палење, го овозможи развојот на бензинските мотори. За унапредувањата што следеа заслужни се Албер Шампион, браќата Лоџ кои ја развија и материјализираа идејата на својот татко Сер Оливер Лоџ, како и Кенелм Ли Гинис од прочуеното пиварско семејство, додека пак Хелен Блер Бартлет имаше витална улога  во креирањето на изолаторот.

Како функционираат

Свеќичките се поврзани на електрична струја со висок напон што ја генерира индукциониот калем или индукторот, со што се создава електричен напон меѓу централната и бочната електрода. Иницијално, струјата не може да тече бидејќи смесата на воздух и гориво практично е изолационен материјал. Меѓутоа како што напон расте така структурата на гасовите меѓу електродите започнува да се менува и кога напонот ќе го надвладее диелектричниот отпор на гасовите тие се јонизираат, со што ја спроведуваат струјата. Во такви услови меѓу електродите прескокнува искра. За да се случи тоа обично е потребен напон меѓу 12.000 и 25.000 волти па и повеќе – во некои случаи и до 45.000 V. Како што електроните течат од една до друга електрода тие ја подигнуваат температурата на искрата на 60.000 К која предизвикува јонизираниот гас да се шири доста брзо, како мала експлозија. Високата температура и притисокот предизвикуваат гасовите меѓусебно да реагираат, за на крај на процесот меѓу електродите да се создаде мала огнена топка бидејќи доаѓа до палење на гасовите. Големината на оваа огнена топка односно јадро зависи од составот на смесата која се наоѓа меѓу електродите и нивото на турбуленција во комората за согорување во моментот на палење. Ако огненото јадро е мало ќе изгледа дека моторот работи со задоцнето време на палење а ако е големо како палењето да е прерано.

Конструкција

Свеќичките се состојат од метална школка/куќиште со навој, изолирана од централната електрода. Централната електрода со изолирана жица е поврзана со излезниот терминал на индукциониот калем или индукторот. Металната школка на свеќичките се навртува во цилиндарската глава, преку која физички е заземјена. Централната електрода поминува низ керамичкиот изолатор и влегува во комората за согорување, формирајќи зјај меѓу внатрешниот крај на централната електрода и обично еден а поретко повеќе јазичиња поврзани со внатрешниот крај на школката од свеќичката. Свеќичките се класифицираат по големината како на навојот така и на навртката, типот на заптивање (конусни или со подлошка) и зјајот.

Компоненти на свеќичките

Терминал/конектор на кабелот

На врвот свеќичките имаат терминал кој се поврзува на системот за палење. Со текот на годините производителите воведуваа разни варијации на самата конфигурација на терминалот, што зависи од употребата на свеќичките. Кај повеќето патнички автомобили каблите се прицврстуваат на терминалот, но некои кабли имаат прстенести конектори кои се закачени на свеќичката под навртката. Некои свеќички имаат оголен навој што е вообичаено за мотоциклите. Во последниот период е воведен и терминал во стил на пехар, кој овозможува подолга керамичка изолација на ист простор.

Изолација

Главниот дел на изолаторот обично е направен од синтеризиран алуминиум-оксид кој е доста тврд керамички материјал со висок диелектричен отпор. Главните функции на изолаторот се да обезбеди механичка поддршка и електрична изолација на централната електрода, истовремено обезбедувајќи продолжен пат на искрата како заштита од несакани празнења. Оваа продолжена секција, обично во моторите со длабоко вовлечени свеќички, помага да се продолжи терминалот над главата на цилиндрите што обезбедува подобра пристапност. Дополнителна карактеристика на синтеризираниот алуминиум-оксид е доброто проведување на високите температури што ја редуцира тенденцијата на изолаторот да се вжари и предвремено да ја запали смесата.

Ребра

Продолжувајќи ја површината меѓу високонапонскиот терминал и заземјеното метално куќиште на свеќичките, физичката форма на ребрата функционира во служба на подобрување на електричната изолација и спречување на „истекување” на електричната енергија долж површината на изолаторот од терминалот до металното куќиште. Брановидниот облик како резултат го има и тоа електрицитетот да се соочува со повеќе отпор долж површината на свеќичките, дури и во присуства на нечистотија и влага. Некои свеќички се без ребра бидејќи подобрувањата на диелектричниот отпор на изолаторот придонесоа тие да бидат помалку важни.

Врв на изолаторот

Врвот на изолаторот на свеќичките кој продира во комората за согорување е од истата керамика од синтеризиран алуминиум-оксид како и горната секција, само без глазура. Направен е да издржи 650 °C и 60 kV. Постарите свеќички, посебно авионските, користеа  изолатор направен од пресувани слоеви од силикатниот материјал лискун. Со развојот на оловниот бензин во триесеттите години наслагите од олово претставуваа проблем и ги намалуваа интервалите за неопходно чистење на свеќичките. Синтеризираниот алуминиум-оксид е развиен токму да се спречат овие несакани последици. Тој е супериорен во однос на лискунот или порцеланот бидејќи е релативно добар термички проводник за еден керамички материјал и ги задржува механичката цврстина и големиот степен на отпорност на високи температури. Добар е и од причина што може да се загрее на доволно високи температури за појава на ефектот на самочистење, и тоа без рапидна деградација. Она што исто така е доста важно е и економскиот аспект, а едноставната конструкција од еден дел му обезбедува извонредна механичка издржливост. Димензиите на изолаторот и јадрото на металниот проводник го одредуваат температурниот распон на свеќичките.

Заптивки

Заптивките се неопходни за да се обезбеди да нема било какво пропуштање на гасови од комората за согорување. Внатрешните заптивки на свеќичките се направени од пресуван стаклено-метален прав. Надворешните заптивки обично се во вид на прстен, но некои производители користат поевтин метод со конусна гранична површина кој обезбедува заптивање со притисок.

Метално куќиште/школка

Металната школка или кошулката на свеќичките која ја издржува силата на затегнување служи да ја пренесе високата температура од изолаторот на главата на моторот. Исто така игра улога и за заземјување на свеќичките. Навојот е ладно валан за да се спречи заморот на материјалот предизвикан со промените на топлотните циклуси. Она што е важно е да се користат свеќички со соодветна должина на навојот.

Централна електрода

Централната електрода е поврзана со терминалот со внатрешниот проводник и обично низа керамички отпорници за да се редуцираат шумовите кои ги создаваат електромагнетните бранови при искрењето. Свеќичките без отпорници не можат да ги редуцираат електромагнетните пречки кои создаваат интерференција со радио уредите или друга чувствителна електронска опрема. Врвот може да биде направен од комбинација на бакар, железо легирано со никел, хром или благородни метали. При крајот на седумдесеттите години развојот на моторите достигна ниво кога топлотниот опсег на конвенционалните свеќички со централна електрода од цврста легура на никел не можеше да се носи со нивните барања. Доволно студени свеќички да ги задоволат императивите при брзо возење не можеа да ги согорат наслагите на гареж кои беа последица на градски тргни-застани возења и предизвикуваа неправилно палење. Слично, свеќичките кои беа доволно топли за работењето на моторот во градско возење да биде мирно, можеа да се растопат при брзо возење на автопат. Одговор на овој проблем кој го развија производителите на свеќички дојде во вид на употреба на различни материјали и конструкција на централната електрода, со што поефикасно се пренасочуваше вишокот топлина предизвикан од согорувањето од врвот на свеќичките.

Централната електрода како најтопол дел од свеќичките емитува електрони кои полесно го наоѓаат својот пат од местата каде силата на електричното поле е најголема, односно радиусот на закривување на површините најмал, што значи дека тоа попрво ќе се случи на остар врв отколку рамна површина. Но користењето на зашилени електроди е невозможно бидејќи тие премногу брзо ќе еродираат. Наместо тоа, електроните се емитуваат од острите рабови на краевите на електродата. Како се трошат тие, така свеќичките ќе стануваат послаби и полошо ќе работат. Затоа некогаш порано беше потребно свеќичките да се извадат и исчистат од наслагите за да се повратат острите рабови, но оваа пракса е сé поретка од неколку причини. Чистењето на пример со жичана четка остава метални траги на изолаторот што може да доведе до послабо проведување на струјата и слабеење на свеќичките кои сега се доволно евтини нивната замена да биде подобро решение. Плус на тоа се развија и иридиумски и платинести свеќички кои имаат подолг век на траење од бакарните. Свеќичките со ретки или благородни метали (итриум, иридиум, волфрам, паладиум, па дури и платина, сребро или злато имаат повисока топлотна вредност и овозможуваат користење на помал централен проводник со поостри рабови кој нема да се истопи или кородира. Овие материјали се употребуваат заради нивната висока точка на топење и издржливоста, а не заради електропроводливоста. Помалата електрода исто така апсорбира помалку топлина од искрата и иницијалната енергија од пламенот. Во еден период се појавија и свеќички со полониум во врвот, конструирани според дискутабилната теорија дека радиоактивноста ќе го јонизира воздухот олеснувајќи го формирањето на искрата.

Бочна електрода

Оваа електрода која може да биде единечна или поретко со повеќе јазичиња е направена од никлован челик и заварена или закована од страна на металната школка. Бочната електрода многу се загрева заради што некои решенија имаат јадро од бакар за да се подобри проводливоста на високите температури. Бочната електрода може да има и мали подлоги од платина, па дури и иридиум за да се продолжи работниот век.

Зјај

Свеќичките се направени така што да зјајот може да се подесува со едноставно благо свиткување на бочната електрода. Свеќичка со исти спецификации може да се користи кај неколку различни мотори, кај секој од нив со различен зјај. Свеќичките за автомобили генерално имаат зјај од 0,6 до 1,8 милиметри, за чие мерење се користи едноставен мерен инструмент. Кај модерните мотори кои имаат електронски системи за палење и вбризгување на гориво обично се користат свеќички со поголем зјај отколку кај оние со карбуратор. На возилата пак кои како гориво користат компримиран природен гас им се потребни свеќички со помал зјај отколку кај оние на бензин.

Подесувањето на зјајот може да биде од клучно значење за оптимална работа на моторот. Помалиот зјај може да создаде премногу мала и слаба искра за на соодветен начин да се запали смесата на гориво и воздух, ама скоро во секој циклус ќе дојде до палење. Од друга страна иако преголемиот зјај обезбедува доволно силна искра за чиста детонација, при високи брзини може да се случи воопшто не дојде до прескокнување на искрата и согорување на горивото. Ова може да биде и незабележливо при работењето на моторот, ама за последица ќе има губење на силата и зголемена потрошувачка на гориво.

Топлотна вредност

Работната температура на свеќичките всушност е температурата на нејзиниот врв додека моторот работи и се движи меѓу 500 и 800 °C. Ова е важно бидејќи ја одредува ефикасноста на самочистењето на свеќичките и зависи од бројни фактори, но првенствено од актуелната температура внатре во комората за согорување. Не постои директна врска меѓу работната температура на свеќичките и напонот. Меѓутоа, вртежниот момент што моторот го произведува доста влијае на работната температура на свеќичките бидејќи максималната температура и притисок се кога моторот работи во подрачјето на максимален вртежен момент. Температурата на изолаторот одговара на температурните услови на кои е изложен во комората за согорување, но не и спротивно. Доколку врвот на свеќичките е премногу топол може да предизвика претпалење или детонантно согорување, што може да направи штета. Доколку е премногу студен, на изолаторот може да се формира електропроводлив талог што како последица ќе има губење на енергијата на искрата или нејзино краткотрајно прекинување.

За свеќичката се вели дека е топла доколку е подобар топлотен изолатор, што значи дека ќе задржува повеќе топлина на врвот. Од друга страна, студените свеќички се подобри топлотни проводници, односно можат подобро да ја спроведат високата температура подалеку од врвот на изолаторот. Овие карактеристики го прават термичкиот распон на свеќичките. На термичкиот распон влијае самата конструкција на свеќичката – употребените материјали, должината на изолаторот и површината изложена на работните услови во комората за согорување. Изборот на термичкиот распон на свеќичките претставува баланс меѓу одржувањето на врвот доволно топол при работа во место и доволно студен за при максимални силини на моторот да не дојде до претпалење и детонантно согорување. Термичкиот распон на свеќичките има доста мал ефект на вкупната температура на моторот. Треба да се знае и дека производителите можат на различен начин да го означуваат термичкиот распон на свеќичките.