Главным противником свечей зажигания на современных двигателях являются…соседи по камере. Конструктивно свеча может быть установлена только в ее верхней части там, где уже расположились клапаны. Переход от двух к четырем клапанам на цилиндр оставляет совсем мало свободного пространства. Свече приходится «худеть» в диаметре, экономя на бесценной площади внутри камеры сгорания. Так, вместе со свечами с резьбой М18, распространенными являются М14 и уже встречаются М12 и даже М10. Для такой тонкой свечи гораздо сложнее решить проблемы термической выносливости и теплоотвода и здесь на первый план выходят вопросы качества материала, стабильности производства и соблюдения технологии.

К габаритно-присоединительным размерам свечей зажигания, которые строго определенны для каждого двигателя, относятся: диаметр и шаг резьбы, длина резьбовой и ввертываемой части, размер шестигранника «под ключ». Плоская опорная поверхность предназначена для герметизации свечного отверстия специальным уплотнительным кольцом, коническая поверхность сама превосходно герметизирует соединение с головкой блока.

Свечу с диаметром и шагом резьбы, не соответствующими данному двигателю, просто невозможно установить. Если же свеча имеет несоответствующую длину ввертываемой части, то возможно два варианта:

• «короткая» свеча не позволяет электродам занять оптимальное положение в камере сгорания, в результате чего двигатель будет работать неустойчиво. Свободная часть резьбы свечного отверстия забьется нагаром, что затруднит установку свечи штатной длины;
• «длинная» свеча может послужить препятствием для движения поршня или клапанов, что приведет к серьезным повреждениям. Если этого не произойдет, выступающая в камеру сгорания резьбовая часть забьется нагаром, что может повредить резьбу при выворачивании свечи.

Увеличение длины резьбовой части вместе с применением конической опорной поверхности позволяет подвести рубашку охлаждения ближе к свече. Резьба свечи должна быть чистой. Попадание твердых частиц (песок) на резьбу приводит к смещению ее в резьбовом отверстии головки, в результате чего отвод тепла от свечи ухудшается.

Часто свечи зажигания имеют вмонтированный керамический резистор 5 кОм. Резистор является составной частью центрального электрода. Как и многие другие технические решения, оно пришло из авиации тех времен, когда из двигателей внутреннего сгорания там выжимали последние резервы повышения эффективности. Резистор необходимо применять, если на борту есть электронные системы. Он не оказывает влияния на работу двигателя и не нужно бояться применения таких свечей.

В процессе работы свечи происходит выгорание электродов. Наиболее подвержен этому боковой электрод. Ввод в конструкцию нескольких боковых электродов увеличивает ресурс свечи, одновременно ухудшая обдув теплового конуса изолятора.

Длина теплового конуса изолятора является основным средством изменения калильного числа. Увеличение длины теплового конуса ведет к уменьшению калильного числа. Одновременно с этим увеличивается способность свечи к самоочищению от нагара (из-за улучшения обдува теплового конуса изолятора) и улучшается изоляция центрального электрода от массы, что уменьшает утечку электричества.

Биметаллический электрод (центральная часть из меди заключена в жаростойкую оболочку) позволяет увеличить длину теплового конуса на 30% при сохранении калильного числа.

Именно комбинация конструктивных особенностей изолятора и центрального электрода свечей зажигания определили их деление на горячие и холодные. Первые имеют большую поверхность изолятора, выдающуюся в камеру и «доступную» для обогрева горящими газами и маленькую зону перехода от изолятора к оболочке. Вторые имеют гораздо большую зону для отвода тепла и, поэтому, их рабочие поверхности нагреваются значительно меньше. Способность накапливать тепло характеризуется калильным числом свечи. Практически каждая фирма-изготовитель применяет здесь свою систему кодировки и, поэтому, единственный способ правильно подобрать свечу — использовать фирменный каталог или таблицы взаимозаменяемости.

Керамический изолятор определяет способность свечи накапливать тепло, а металлический сердечник — отводить. Без эффективного решения второй составляющей этого равенства правильный баланс невозможен и поэтому практически все современные свечи имеют так называемую биметаллическую конструкцию. Центральный электрод делается композитным, состоящим из стойкой к эрозии оболочки (обычно из хромо-никелевой стали) и медного сердечника, многократно повышающего способность отводить тепло. Гораздо реже биметаллическими делают и боковые электроды, еще реже вместо меди применяют другие материалы, например, серебро.

Биметаллический центральный электрод придает свече важнейшее свойство., называемое термоэластичностью. Ее конструкция обладает одновременно и «горячими» и «холодными» свойствами. В момент пуска двигателя нагревается нижняя часть электрода, сделанная из хромо-никелевого сплава с меньшей теплопроводностью. Это позволяет поддерживать повышенную температуру и, как следствие, обеспечить быстрый и надежный пуск. Затем, по мере прогревания всей массы свечи, в дело вступает медная сердцевина, интенсивно отводящая тепло, свеча становится «холодной». При снижении оборотов, например на холостом ходу, больше работает хромо-никелевый участок и свеча вновь приобретает «горячие» свойства.

В поисках путей увеличения времени работы свечи, свечи снабжают платиновыми вставками в виде дисков на боковом или на обоих электродах. Платина намного устойчивей к коррозии и электрохимическому разрушению, чем традиционные хромо-никелевые сплавы. Конструкции с электродами, целиком выполненными из платинового сплава делаются реже.

Свечи иногда могут быть укомплектованы тремя-четырьмя боковыми электродами. Пользователи часто полагают, что четыре электрода улучшают «поджигаемость» смеси, образуя четыре плазменных мостика. На самом деле происходит обратное.

«Поджигаемость», а также эффективность сгорания даже немного ухудшаются, зато значительно продлевается время жизни свечи. В случае с четырьмя боковыми электродами искра образуется между центральным и тем боковым, который находится ближе. Его поверхность понемногу изнашивается и в дело вступает следующий — тот, расстояние до которого минимально. Так по очереди и работает несколько боковых электродов, продлевая срок службы свечи.

Сгорание рабочей смеси свечей с несколькими боковыми электродами ухудшается потому, что ее доступ в самую критическую часть камеры — к искре, затруднен. К тому же, чем больше электродов, тем интенсивнее отводится тепло от свечи. Для таких конструкций больше вероятность образования нагара и хуже показатели двигателя по СО и NO. Поэтому конструкторы активно исследуют и другой путь — свечи с одним боковым электродом минимальных размеров или …совсем без бокового электрода.

Последнюю конструкцию в реальной жизни можно встретить только в спортивной технике. Здесь роль бокового электрода выполняет вся боковая кромка и искра действительно образуется в виде пучков из трех-четырех мостиков. Делать свечи без боковых электродов в данном случае приходится вследствие применения сверхмощного заряда. Такой заряд, во-первых, слишком быстро съедает электроды из любого материала, а во-вторых, имеет возможность «перепрыгнуть» с бокового кольца в центр.

Нужно отметить, что постоянно ведется также усовершенствование геометрии бокового и центрального электродов свечей обычной конструкции. Например, на поверхности центрального электрода можно сделать 12 продольных ребер с острыми кромками. С таких кромок искра сходит гораздо легче, чем с традиционной гладкой цилиндрической поверхности.