Иридиевые свечи зажигания: цена инноваций

Иридий в природе встречается реже золота: больше шансов найти его в метеорите, чем в недрах земной коры. При этом почти пятая часть мирового производства этого металла уходит на свечи зажигания.

Начать хочется с самых истоков двигателестроения, которые, как всегда, не так уж очевидны: все исторические сводки так или иначе сводятся к тому, что изобретатели либо создавали «прообраз» современного ДВС, либо почти пригодную для работы версию. Среди множества преследователей идеи создания более компактной альтернативы паровому двигателю первым и не самым удачным в этой сфере стал Филипп Лебон, который в 1799 году открыл наиболее подходящее для ДВС топливо в виде каменноугольного светильного газа (нефть хоть уже и добывали на протяжении многих веков, перегонять ее в более пригодное для процесса воспламенения топливо еще не научились).

Уже в 1801 году изобретатель взял очередной патент на конструкцию газового двигателя внутреннего сгорания, но воплотить мечту в жизнь так и не смог. Более близким к успеху был французско-швейцарский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз, который в 1807 г. построил-таки первый поршневой двигатель, который работал на газообразном водороде. Цилиндр приводился в движение детонацией смеси водорода и кислорода с помощью примитивной системы зажигания: искра подавалась вручную в момент нахождения поршня в нижней мертвой точке. Но и в этот раз первенство ускользнуло от очередного ученого: пригодным для практического использования машина де Риваса не была, скорее показательным образцом. А вот другой умелец, бельгиец Жан-Этьен Ленуар, после многочисленных и неудачных попыток все же смог создать коммерчески успешный серийный двигатель внутреннего сгорания, который был запатентован в 1859 году. На дальнейшее становление бензинового двигателя повлияли многие изобретения: прогрессивные двигатели Отто, Брайтона, Даймлера, не менее прогрессивный карбюратор Доната Банки, создание зажигания от магнето…

Но первые системы искрообразования были, мягко говоря, далеки от идеала: искра возникала либо при помощи «запальной трубки» (по проводу, пропущенному через керамическую трубку в цилиндр, непосредственно на поршень либо на стенки цилиндра передавалась искра от динамо-машины, воспламеняя рабочую смесь), или же при помощи калильной трубки (элемент нагревался от пропускания тока или от открытого пламени, в результате чего возникало калильное зажигание). Более приемлемый вариант для двигателей предложил Роберт Бош, показав классическую свечу зажигания в 1902 году. С тех пор ближайшие полвека общая конструкция свечей прогрессировала довольно медленно. Настоящий бум произошел во второй половине 20 века, когда конкуренция на рынке автокомпонентов вкупе с общим технологическим прогрессом серьезно возросла. Одну из ключевых ролей в эволюции «свечного дела» сыграла компания Denso, в 1974 году первой в мире предложив свечу зажигания с центральным платиновым электродом, диаметр которого составлял всего 1,1 мм.

Стандартная свеча (справа) и иридиевая свеча (слева)

Использование драгоценного металла в таком «расходнике», как свеча зажигания, в самую последнюю очередь являлось маркетинговым ходом. Этот материал стал одним из важнейших в технической революции. Один из родоначальников советской платиновой промышленности, профессор Орест Звягинцев, сравнивал значение платины со значением соли при приготовлении пищи — нужно хоть и немного, но без нее хорошего обеда не приготовить… В чем же смысл инновации?

Пожалуй, в равной степени на появление новинки повлияли как автопроизводители, постоянно совершенствующие конструкцию моторов, так и мы с вами, провоцируя этот прогресс растущими требованиями к продукту.

Начнем с того, что создать качественную «обычную» свечу, которая будет исправно работать положенный ей срок службы, само по себе занятие не из легких: свеча постоянно находится в экстремальных условиях, подвергаясь воздействию высочайших давления и температуры. Помимо этого, свеча должна воспламенять топливную смесь десятки раз в секунду и регулярно пропускать через себя мощный электрический заряд под напряжением 20–30 тыс. вольт в течение многих и многих часов…

Стандартная свеча (слева) и иридиевая свеча (справа).

А производители автомобилей вдобавок ставят задачу многократного увеличения ее срока службы! Более того, в последние годы габаритные размеры свечи становятся все меньше из-за более плотной компоновки камеры сгорания. Так, например, количество клапанов в каждом цилиндре выросло в среднем с 2 до 4 или 5; объем цилиндров, наоборот, все больше сокращается; а форсунки систем непосредственного впрыска теперь и вовсе находятся по соседству. В итоге вместо привычных ранее свечей с резьбой M18 сейчас все более распространенными становятся размеры М14, М12, а то и вовсе М10. Для столь маленькой свечи решать проблемы температурной устойчивости и теплоотвода, не говоря уже про ее ресурс, становится все тяжелее. Один из способов продлить срок службы свечи путем увеличения числа боковых электродов имеет ряд недостатков: ухудшается сгорание рабочей смеси из-за ее ограниченного доступа к месту образования искры, повышается риск образования нагара, ухудшается отвод тепла, снижаются показатели двигателя по CO и NO…

С применения платины начался этап по увеличению ресурса свечей: устойчивость к коррозии при высоких температурах и электрохимическому разрушению у этого металла гораздо выше, чем у традиционных хромоникелевых сплавов. Так, в 1974 году японская компания выпустила первую в мире свечу зажигания с платиновым электродом диаметром 1,1 мм. Но наиболее успешный, по мнению специалистов, путь свечной эволюции — применение иридиевых сплавов. Высокое внимание к редчайшему элементу вполне обосновано: иридий имеет температуру плавления 2466 °С, обладает высочайшей коррозионной устойчивостью при высоких температурах и является самым твердым после осмия металлом на земле. Иридий и осмий принадлежат к платиновой группе и обладают самой высокой, почти одинаковой, плотностью.

Таким образом, среди прочих достижений в 1997 году японская компания первой в мире выпустила свечу зажигания с уникальным иридиевым электродом. После этого конструкция иридиевых свечей зажигания была дважды усовершенствована, и результатом технологии «суперзажигания» (SIP) стало объединение самого тонкого в мире центрального электрода диаметром всего 0,4 мм и платинового бокового электрода диаметром 0,7 мм. Диаметры электродов крайне важно сохранить на минимальном уровне: чем меньше их площадь, тем меньшее электрическое напряжение требуется для воспламенения, которое, в свою очередь, становится более эффективным.

В конечном результате пользователя ждут плюсы: улучшается динамика двигателя, снижается расход топлива, повышаются эффективность и равномерность работы двигателя, а также существенно облегчается его запуск при низких температурах. Что касается ресурса, то по этому показателю иридиевые свечи превзошли платиновые свечи и могут служить до 120 000 км (ресурс стандартных никелевых свечей, для сравнения, достигает 15 000–20 000 км). Коль речь идет о ресурсе, подобные иридиевые свечи зажигания должны заинтересовать водителей, владеющих автомобилями на газовом топливе: известно, что более высокие по сравнению с бензиновым ДВС напряжение и температура сгорания в этих двигателях довольно серьезно сокращают срок службы свечей, в то время как иридиевые свечи обладают повышенной сопротивляемостью по сравнению с обычными свечами.

Ну и, общий  вывод: если у вас дорогой современный автомобиль и вы совершаете на нем большие пробеги, есть смысл потратиться на иридий. А если машина так себе, да и проезжает не больше 5 тысяч в год, вряд ли вы окупите вложение.

 Источник