Fotki:

O świecach, które nie świecą
Autor: Mgr Stefan Sękowski <>
Źródło: Młody Technik 8/1975 <http://www.mt.com.pl>

Jest w naszym krają zakład (i to całkiem spory) produkujący nieświecące
świece. Co więcej, stanowi to powód do dumy zakładu, gdyż odbiorcy jego
wyrobów bardzo, ale to bardzo nie lubią, aby tego rodzaju świece świeciły.
Skoro bowiem zaczynają one świecić, oznacza to, iż przestały już spełniać
swoje podstawowe zadanie. Już teraz nietrudno się domyślić, że mowa tutaj
nie o świecach stearynowych, woskowych, parafinowych czy łojowych, lecz o
tzw. świecach zapłonowych.
Świeca świecy nie równa Stosowane w silnikach spalinowych świece możemy
podzielić na dwie wielkie rodziny.
Do rodziny pierwszej należą klasyczne świece zapłonowe, są to urządzenia
przekształcające impuls wysokiego napięcia z cewki lub iskrownika na
wyładowanie iskrowe niezbędne do zapalenia mieszanki benzyna-powietrze w
tłokowych silnikach gaźnikowych. Świec takich używamy wiec w silniku
Komara, w tłokowym silniku lotniczym, poczciwej Syrenie, starym Junaku,
małym i dużym Fiacie, wyczynowym Fisie czy półciężarówkach Nysie lub Żuku.
Do drugiej rodziny świec należą świece żarowe. Zadaniem ich jest ułatwianie
rozruchu zimnego silnika wysokoprężnego. Podstawowym elementem świecy
żarowej jest elektryczny element grzejny. Podwyższa on temperaturę
sprężonej mieszanki, a tym samym umożliwia rozruch (zapalenie) zimnego
silnika. W świece żarowe wyposaża się bezgaźnikowe silniki wysokoprężne, a
więc dużych samochodów ciężarowych, kutrów rybackich, koparek, spychaczy,
ciągników itd. Oczywiście, nie może być mowy o zamianie świecy zapłonowej
na świecę żarową, i odwrotnie. Co więcej — nawet próby wymiany świec
należących do tej samej rodziny mogą doprowadzić do katastrofy czy poważnej
awarii silnika. Np. Komar nie pracowałby na świecy od wyczynowego Gada lub
Fisa, każdy zaś z tych ostatnich silników uległby bardzo szybko awarii
pracując na świecy od Komara. W pierwszym przypadku świeca z silnika Gad,
bądź Fis wkręcona do silnika Komara, uległaby szybko „zarzuceniu", to
znaczy pokryłaby się warstwą nagaru oraz nie spalonej miesznaki i po prostu
przestałaby wytwarzać iskry elektryczne. Natomiast świeca silnika z Komara,
wkręcona w głowicę któregoś z silników wyczynowych, już po paru minutach
spowodowałaby tzw. samo-zapłon i wytopienie tłoka. Samozapłon powoduje
również, że pomimo wyłączonego zapłonu elektrycznego, silnik pracuje nadal,
ale bardzo nierówno, wśród wstrząsów i detonacji, które są dlań bardzo
szkodliwe.
Reasumując, co już tutaj powiedziano, możemy więc stwierdzić, iż świeca
świecy nie równa, a każdy typ gaźniko-wego silnika tłokowego wymaga świecy
zapłonowej dokładnie określonego rodzaju.
Świece zimne i gorące, czyli o ich budowie Wiemy już, jakie zadanie ma
spełniać w silniku świeca zapłonowa. Sprowadza się ono do wytworzenia iskry
elektrycznej. Iskra przeskakuje pomiędzy elektrodą środkową a elektrodą lub
elektrodami bocznymi (rys. 1). Elektroda środkowa oddzielona jest od
elektrod bocznych masą ceramiczną.
Przekrój typowej świecy zapłonowej widzimy na rys. 2. Nie ma co ukrywać, iż
świeca zapłonu pracuje w warunkach bardzo ciężkich. Oto jej niektóre
parametry :
napięcie przeskoku iskry - 10—30 kV
prawidłowa temperatura pracy - 450—850°C
ciśnienie - 6—12 atm.
W momencie zapłonu mieszanki ciśnienie jest kilkanaście razy większe, a
temperatura wynosi kilka tysięcy °C. Świeca musi zatem znosić ciągłe
gwałtowne zmiany obciążeń elektrycznych, mechanicznych i termicznych.
Na razie zatrzymamy się przy samej temperaturze. Otóż po ustaleniu się
prący silnika, temperatura stożka izolatora powinna wynosić 450—850°C, co
umożliwia samooczyszczanie się świecy z nalotu węgla (tzw. nagaru),
powstającego podczas spalania się mieszanki. Jeżeli ta reszta węgla nie
ulegnie spaleniu, to jak już wspomnieliśmy, nastąpi tzw. „zarzucanie
świecy", czyli tak znaczne jej zabrudzenie, że albo prąd elektryczny
popłynie wzdłuż pokrytego węglem izolatora albo warstewka zgromadzonego na
elektrodach nagaru zewrze je na krótko. W obu wypadkach prąd elektryczny
popłynie takim mostkiem, nie dając potrzebnej iskry. Jeżeli z kolei resztki
węgla ulegają energicznemu spalaniu, a temperatura elektrod i izolacji
wzrasta ponad 850° C, rozpoczyna się opisany już samozapłon silnika (rys.
3).
I tak dochodzimy do podstawowego parametru świecy zapłonowej, jakim jest
jej wartość cieplna. Wyraża ona odporność świecy na zjawisko samozapłonu,
co wiąże się ściśle ze zdolnością do odprowadzania ciepła z końca
elektrody.
Świece o niskiej wartości cieplnej, zwane świecami gorącymi, powinny być
stosowane w silnikach o małych stopniach sprężania. Świece o średniej
wartości cieplnej, to świece normalne, najpopularniejsze. Ostatnia grupa
świec o bardzo dużej wartości cieplnej, to tzw. świece zimne, zdolne do
odprowadzania znacznych ilości ciepła. Świece zimne przeznaczone są do
silników wyczynowych oraz innych pracujących przy bardzo wysokich
temperaturach spalania i zmiennych obciążeniach. Wartość cieplna świecy
zależy w pierwszym rzędzie od jej budowy, kształtu i wielkości. Łatwo to
zrozumieć, patrząc uważnie na rys. 4, przedstawiający sylwetki świecy
gorącej, średniej i zimnej.
Z wizytą w „Iskrze"
Aby zobaczyć, z czego i jak wyrabia się świece zapłonowe, wybieramy się do
kieleckiej „Iskry". Nasi stali Czytelnicy zapewne pamiętają reportaż z tych
zakładów, zamieszczony w nrze 5/75 „MT". Tych, którzy tego numeru nie
czytali, informujemy, że Zakłady „Iskra" w Kielcach są największym krajowym
producentem łożysk tocznych, a jednocześnie jedynym wytwórcą świec
zapłonowych i żarowych. Produkcję tę rozpoczęła „Iskra" już blisko 20 lat
temu, gdyż w roku 1956 r.
W chwili obecnej świece zapłonowe z Kielc, produkowane w 23 typach, mogą
być używane do wszystkich silników spalinowych eksploatowanych w Polsce,
pod warunkiem prawidłowego ich doboru do silnika. Drugi asortyment - świece
żarowe — produkowane w 8 typach, wykorzystywane są w silnikach
wysokoprężnych. Od 1969 roku świece zapłonowe wytwarza się przy współpracy
angielskiej firmy Smiths Industries Limited, która produkuje świece KLG i
Lodge. Świece krajowe reprezentują pod względem parametrów
techniczno-eks-ploataeyjnych poziom takich firm, jak Bosch, Champion,
Magnetti Marelli. W roku 1974 „Iskra" wyprodukowała ponad 7,2 mln. szt.
świec zapłonowych, a w roku 1975 zamierza ich wykonać 8,75 mln. szt.
Zanim przekroczymy bramę Zakładu, podamy najpierw w lapidarny sposób
informacje o surowcach i podstawowych składowych częściach świec:
- Korpus wykonany jest ze stali automatowej.
- Izolator - to ceramika typu porcelany.
- Elektrody powstają ze specjalnych stopów wysokoniklowych z dodatkiem
innych pierwiastków, jak np. chromu, podnoszących ich odporność na erozję.
-  Uszczelki muszą być wykonane z masy zwanej  szklanohermetykiem oraz z
blachy miedzianej i stalowej.
Tak powstaje izolator
Wchodzimy do hali, w której formowane są izolatory. Bardzo czysty tlenek
glinu, AL2O3 o określonej nawet średnicy ziarna, z odpowiednimi dodatkami,
jest zarobiony wodą i całymi godzinami mielony. Po wyrobieniu masę suszy
się w suszarni rozpyłowej, a następnie specjalne prasy wytłaczają z niej
kształtki izolatorów. Kształtki te są jeszcze raczej małokształtne i tylko
w ogólnym zarysie
przypominają wysmukłe sylwetki izolatorów. Właściwy już kształt nadają
izolatorom specjalne szlifierki. Tak wiec ostateczne wymiary uzyskuje się
za pomocą obróbki mechanicznej. Zresztą z wymiarami sprawa nie jest wcale
prosta. Ukształtowane izolatory czeka wypalanie, podczas którego skurcz
liniowy izolatora wynosi średnio 17%. Trzeba więc dobrze umieć obliczyć i
pozostawić odpowiednie naddatki, gdyż do montażu świec iść mogą tylko
izolatory o ściśle określonych wymiarach, zawartych w bardzo wąskich
granicach tolerancji.
Gdy obserwujemy pracę automatów obrabiających izolatory, przewodnik nasz
opowiada, iż pełnym sukcesem zakończyły się niedawne próby wyrobu
izolatorów z tlenku glinu krajowej produkcji. Dotychczas A12O3 dostarczany
był z importu gdyż nie dysponowaliśmy krajowym surowcem o odpowiedniej
jakości. Obecnie zakłady przerabiają partię Al2O3, otrzymanego na skalę
półtechniczną już w Polsce. Twórcą polskiej technologii produkcji
hutniczego Al2O3 do wyrobu aluminium jest prof. Grzymek. Izolatory, a
następnie świece wykonane z otrzymanego w kraju A12O3 zdały doskonale
trudny egzamin badań testowych. Jest więc realna szansa zastąpienia surowca
importowanego surowcem własnym, krajowym, równorzędnym pod względem
jakości.
Przechodzimy teraz do drugiej hali. Odbywa się w niej pierwsze wypalanie
izolatorów. Załadowane w szamotowe pojemniki, wjeżdżają one do długiego
pieca tunelowego. W jego wnętrzu, w miarę przesuwania się pojemnika,
temperatura izolatorów wzrasta, aż dochodzi do ok. 1600°C, po czym zaczyna
stopniowo opadać.
Po ostygnięciu izolatory poddawane są zabiegowi szkliwienia. Polega on na
powleczeniu zewnętrznej powierzchni izolatora zawiesiną surowców, które w
trakcie drugiego wypalania zeszklą się, tworząc gładką, równą, bezbarwną,
lśniącą powierzchnię. Ale nie względy estetyczne odgrywają zasadniczą rolę
przy szkliwieniu izolatorów, chociaż i ich znaczenia nie wolno
bagatelizować. Otóż stokroć ważniejsze są korzyści techniczne i
eksploatacyjne, wynikające z obecności tej gładkiej powierzchni. Mianowicie
szklista masa utrudnia gromadzenie się brudu i wilgoci, a tym samym
zapobiega zjawisku upływności powierzchniowej.
Ze zdziwieniem stwierdzamy, że pokryte już szkliwem izolatory są
kobalto-woniebieskie, a tymczasem izolatory w świecach kieleckiej „Iskry"
są, jak wiemy śnieżnobiałe. Czyżbyśmy byli świadkami narodzin nowej odmiany
izolatorów?
Okazuje się, że prawda jest bardzo prozaiczna. Po prostu do masy
szkliwią-cej dodawany jest organiczny barwnik, aby łatwiej można było
kontrolować dokładność pokrycia izolatorów. Barwnik ten podczas drugiego
wypalania w temperaturze ok. 1000° C ulega rozkładowi, więc na powierzchni
izolatorów pozostaje bezbarwna szklana masa.
Montaż zespołu izolatora.
Po drugim wypaleniu mamy już gotowy izolator i wraz z nim przechodzimy do
następnego działu, gdzie odbywa się montaż całego już zespołu izolatora.
Następuje teraz spotkanie czterech elementów:
-  izolatora,
-  elektrody wewnętrznej,
-  wałeczka szklanohermetyku,
-  kołka  kontaktowego.
Szczególnie odpowiedzialną rolę spełnia w zespole izolatora mały,
niepozorny, brązowoczerwony wałeczek. Wykonany jest on z masy
szklanohermetyku. Dzięki dużej zawartości tlenków metali, masa ta dobrze
przewodzi prąd, a dodatek "surowców szklistych zapewnia uplastycznienie się
jej i zeszklenie w wysokiej t«m-peraturze.
Po wprowadzeniu do izolatora elektrody wewnętrznej i wałeczka z masy
szklanohermetyku, wkładany jest kołek kontaktowy. Następną operacją jest
nadrukowanie oznaczeń (znaku firmy, typu świecy itp.). Tak przygotowane
izolatory układane są w ceramicznych paletach i kierowane do pieców
tunelowych, gdzie po nagrzaniu do temperatury ok. 900°C wałeczek
szklanohermetyku uplastycznia się, a po wyjściu z pieca nacisk prasy
powoduje dociśnięcie kołka
kontaktowego, pod którego wpływem szklanohermetyk wypełnia wnętrze
izolatora i spaja raz na zawsze elektrodę wewnętrzną z kołkiem kontaktowym.
Jednoczeście zostaje zapewniona całkowita szczelność połączenia elektroda —
izolator. W piecach następuje także wypalenie nadrukowanych na izolatorze.
oznaczeń.
Montaż całości
Zanim przejdziemy do działu montażowego, udajemy się jeszcze na wizję
lokalną do hali, w której odbywa się mechaniczna obróbka części metalowych.
Widzimy automaty wytwarzające korpusy świec, dalej ciągną się obrabiarki
produkujące elektrody i kołki kontaktowe. Zatrzymujemy się przy automacie,
w którym powstają elektro-
dy wewnętrzne. Surowcem jest drut z odpowiedniego stopu, odwijający się z
wielkiego kręgu. Drut trafia do automatu, w którym zostaje:
- odcięty odpowiedni jego kawałek,
-  dokonane spęczenie w postaci kołnierza,
-  wykonane na końcu spłaszczenie. Dalej   ciągnie   się   rząd   automatów
produkujących z pręta stalowego wałek kontaktowy. I znowu cykl podobnych
operacji:
—  odcięcie odpowiedniego kawałka,
-  spęczenie w postaci kołnierza,
-  nacięcie na jednym  końcu gwintu, a na drugim wyciśnięcie moletu.
Niepozornie wygląda produkcja uszczelek pod głowice — z kawałków blachy
wycinane są pierścienie, następnie formowane w charakterystyczne krążki o
przekroju litery S. Tymczasem zarówno rola uszczelek, jak i surowiec
używany do ich wyrobu, godne są specjalnej uwagi. Najlepsza bowiem świeca,
wkręcona do głowicy nawet genialnie skonstruowanego silnika, nie da żadnego
efektu, jeśli pomiędzy korpusem a gniazdem zabraknie dobrej uszczelki. Z
kolei surowiec na uszelkę, a ściślej biorąc jego pochodzenie, stanowią
przykład dobrze pojętej racjonalizacji. Oto w wyniku pomysłu
racjonalizatorskiego, odpady blachy stalowej z produkcji koszyczków do
łożysk, stały się doskonałym surowcem do wyrobu uszczelek.
W dalszej części hali widzimy stanowiska, na których elektrody boczne
zgrzewane są z korpusem. Zanim części metalowe trafią do działu montażu,
poddawane są jeszcze obróbce powierzchniowej. I tak: korpusy są czernione,
kołki kontaktowe — niklowane, a podkładki — cynkowane.
Podstawową operacją montażową jest umieszczenie zespołu izolatora z
elektrodą środkową w korpusie i ich zespolenie. Obserwujemy, jak to się
odbywa. Oto na porcelanowy biały krążek izolatora nałożona zostaje mała
uszczelka, po czym izolator wpada w gniazdo korpusu. Błyskawiczny chwyt i
już przyszła świeca znajduje się w objęciach automatu.
A trzeba wiedzieć, iż objęcia te są potężne. Z siłą kilkuset kG izolator
wciskany jest w korpus, krótki impuls ciepła wytwarzanego oporowo rozgrzewa
niemal do czerwoności górny kołnierz korpusu, po czym odpowiednie rolki
zaginają i zaprasowują kołnierz korpusu na stożku izolatora.
Opisane scalenie izolatora z korpusem ma decydujące znaczenie dla
powstającej świecy. Połączenie izolatora z korpusem musi być zupełnie
szczelne i pewne. Nacisk, temperatura i czas ogrzewania muszą być ściśle
dobrane. Inaczej pęknie izolator albo gazy znajdą sobie drogę ujścia
pomiędzy korpusem a porcelaną.
Po zmontowaniu następuje jeszcze automatyczne ustawienie odległości
pomiędzy elektrodami świecy i zaprasowanie uszczelki pod głowicę silnika.
Kontrola jakości Oprócz nieodzownych oględzin zewnętrznych (prawidłowość
montażu) i pomiaru przerwy pomiędzy elektrodami, wybrane partie świec
poddawane są długim i różnorodnym badaniom. Na pierwszym, oglądanym przez
nas stanowisku badana jest szczelność. W temperaturze 200° C i pod
ciśnieniem 42 atmosfer, przez świecę nie może przejść nawet jeden pęcherzyk
powietrza. Następne stanowisko służy do kontroli jakości izolacji. W
różnych warunkach i pod różnym obciążeniem badane są właściwości
dielektryczne porcelany izolatora. Z kolei widzimy układ do badania
iskrzenia świec. Układ jest tak wykonany, że przez specjalny zestaw
lusterek można oglądać pracę świecy w podwyższonym ciśnieniu wymaganym dla
danego typu świecy. Ostatnim stanowiskiem badawczym są testowe silniki
spalinowe w hamowni. Tu w warunkach naturalnych świece zdają egzamin z
niezawodności działania i swej długowieczności.
Szef kuchni poleca 
Jak już na wstępie wyjaśniliśmy, świeca świecy nie równa. O tym, czy dany
silnik spalinowy dobrze i ekonomicznie pracuje, w poważnej mierze decyduje
dobór odpowiedniej świecy zapłonowej. Aby naszym Czytelnikom ułatwić
optymalny dobór świecy zapłonowej do danego typu silnika motocyklowego czy
samochodowego, zamieszczamy tabelę zaleceń, przekazaną nam przez kielecką
„Iskrę". A co zrobić, jeśli dla posiadanego pojazdu instrukcja obsługi
przewiduje świecę zagraniczną? W takim przypadku radzimy skorzystać z
tablicy drugiej, w której podane są zamienniki. I tak na przykład, jeżeli
instrukcja obsługi skutera Lambretta przewiduje świecę firmy Marelli typ
CW24ON; CW7N, to możemy ją spokojnie zastąpić świecą „Iskry" o symbolu FSO.
Ostatnie uwagi
Na zakończenie pobytu w Zakładach oglądamy jeszcze cały bogaty asortyment
produkowanych tu świec. U większości z nich stożek izolatora jest tak
ustawiony w stosunku do korpusu elektrody, że podczas spalania strumień
gazów każdorazowo zdmuchuje gromadzący się na stożku nagar. Jeśli się do
tego doda wielką trwałość materiału, z którego wykonane są elektrody, to w
rezultacie świeca o właściwie dobranej wartości cieplnej może pracować bez
konieczności czyszczenia na drodze 6—8 tyś. km, przebywanej przez pojazd.
Co to znaczy, wiedzą nasi starsi Czytelnicy, którzy zapewne pamiętają
jeszcze czasy, kiedy
świece trzeba było czyścić co 500 800 km. Świece opisanego typu maji) na
końcu symbolu literę P (projecting note). Można je stosować we wszystkich
silnikach, jeżeli tylko pozwala na to konstrukcja komory spalania.
Dziś kielecka „Iskra" zaopatruje całkowicie swoją produkcją liczną rodzinę
Fiatów od 125 p do 132 p, jak również Syren, Żuków, Nys, Starów i
motocykli. W najbliższych dwóch latach produkcja świec wyniesie 10 min.
szt. rocznie, do roku 1980 zaś podniesie się do 20 min. szt. Warto dodać,
że spośród produkowanych obecnie 23 typów świec 20 ma znak jakości „1".

Mgr Stefan Sękowski