專業(yè)|火花塞系統(tǒng)篇

【導(dǎo)語(yǔ)】：火花塞(spark plugs)，俗稱火嘴。它的作用是把高壓導(dǎo)線(火嘴線)送來(lái)的脈沖高壓電放電，擊穿火花塞兩電極間空氣，產(chǎn)生電火花以此引燃?xì)飧變?nèi)的混合氣體。

火花塞在發(fā)動(dòng)機(jī)中的作用      

使用內(nèi)燃機(jī)的轎車(chē)所使用的燃料一般是汽油和柴油。而在中國(guó)轎車(chē)市場(chǎng)，汽油車(chē)占據(jù)了一個(gè)很大的比例。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)不一樣，由于汽油的燃點(diǎn)較高(約400度左右)，因而需要使用強(qiáng)制點(diǎn)火方式點(diǎn)燃混合氣。通過(guò)電極之間的放電現(xiàn)象產(chǎn)生火花，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)是通過(guò)燃料和混合氣體的適時(shí)燃燒使之產(chǎn)生動(dòng)力，但是作為燃料的汽油即使處于高溫環(huán)境下也很難自燃，要想使其適時(shí)燃燒有必要用“火”來(lái)點(diǎn)燃。這里說(shuō)的火花點(diǎn)火便是“火花塞”的作用。

火花塞的結(jié)構(gòu)

火花塞由以下幾部分構(gòu)成：1、接線螺母；2、中央電極；3、接地電極；4、金屬殼體；5、絕緣體?；鸹ㄈ系慕拥仉姌O與金屬殼體連接，通過(guò)汽缸蓋螺紋連接到發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上。絕緣體主要起到隔離金屬殼體及中央電極的作用。接線螺母是火花塞上與高壓線圈接觸的部分，電流通過(guò)接線螺母和中央電極后，擊穿中央電極與接地電極間的介質(zhì)產(chǎn)生火花，從而點(diǎn)燃?xì)飧字械幕旌蠚狻?/span>

火花塞的電極有哪些類型？　

經(jīng)過(guò)了一百多年的發(fā)展，傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)火花塞已經(jīng)發(fā)展出多種多樣的電極類型?；鸹ㄈ蓚鹘y(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)型單側(cè)極發(fā)展到突出型單側(cè)極，由單側(cè)極發(fā)展至多側(cè)極。

傳統(tǒng)單側(cè)極火花塞的火焰核位于中央電極與側(cè)電極之間，熱量較多地被側(cè)電極吸收，從而抑制了火焰核的增大，即“消焰作用”明顯。這就降低了此類型火花塞的跳火性能。

在上世紀(jì)20年代，開(kāi)始出現(xiàn)了三側(cè)極火花塞，三個(gè)接地電極位于中央電極四周，消除了單側(cè)極火花塞的中央電極被側(cè)電極遮擋的缺點(diǎn)，削弱了“消焰作用”，火花能量較大，擁有更好的跳火性能。這里要明確一點(diǎn)，雖然多電極火花塞有多個(gè)接地電極，但在火花塞跳火瞬間電流僅通過(guò)單一接地電極跳火，不會(huì)出現(xiàn)多電極同時(shí)跳火的情況

火花塞電極可以采用怎樣的材料？

火花塞在發(fā)展的過(guò)程中引入了各種的稀有金屬，以提供良好的散熱能力、抗化學(xué)腐蝕能力、抗電腐蝕能力、跳火性能以及工作穩(wěn)定性等性能。首先我們來(lái)看看火花塞的中央電極。中央電極的材質(zhì)經(jīng)歷了鐵、鎳、鎳基合金、鎳銅復(fù)合材料以及貴金屬幾個(gè)演化過(guò)程。

貝魯(Beru)公司于1943年首先開(kāi)發(fā)出銅芯電極火花塞。目前銅芯電極火花塞的覆蓋率已經(jīng)達(dá)到95%。銅芯電極具有良好的導(dǎo)熱性，不容易產(chǎn)生熾熱點(diǎn)火、怠速、低負(fù)荷，也不容易產(chǎn)生積碳，擁有較好的點(diǎn)火性能。純金屬容易氧化和產(chǎn)生化學(xué)腐蝕作用，因而在銅芯外表包裹一層耐腐蝕性能較好的鎳基合金能夠使火花塞擁有良好的抗腐蝕能力的同時(shí)散熱性能也更好。

側(cè)電極接地，因而電腐蝕作用較低，但化學(xué)腐蝕作用依然存在，在鎳基中加入錳和硅可提高抗化學(xué)腐蝕性。而Champion在1998年推出的銅芯側(cè)電極火花塞可以使側(cè)電極的工作溫度降低100℃，減少了因火花塞溫度過(guò)高的點(diǎn)火提前，溫度降低也減少了燒蝕和電極間隙變化，火花塞工作更加穩(wěn)定。

現(xiàn)在主流的發(fā)動(dòng)機(jī)都采用了渦輪增壓、缸內(nèi)直噴等增強(qiáng)動(dòng)力的技術(shù)，升功率、壓縮比、最高轉(zhuǎn)速都不斷攀升。為適應(yīng)高轉(zhuǎn)速、高壓縮比、高升功率的“三高”汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的需求，火花塞的電極材料也進(jìn)一步升級(jí)至使用熔點(diǎn)較高的鉑(熔點(diǎn)為1772℃)、銥(熔點(diǎn)為2410±40℃)作為火花塞電極材料。這類采用了貴金屬電極的火花塞具有極高的抗化學(xué)腐蝕能力，在使用壽命上有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

貴金屬電極火花塞有幾個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)：

1.電極的高抗腐蝕性使得點(diǎn)火間隙長(zhǎng)期不變，點(diǎn)火間隙穩(wěn)定，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無(wú)需修正發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火間隙。有數(shù)據(jù)表明，使用鉑金火花塞的發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)16萬(wàn)公里運(yùn)轉(zhuǎn)，點(diǎn)火間隙僅增大0.05mm。

2.由于貴金屬極細(xì)電極具有尖端放電效應(yīng)，因而點(diǎn)火更容易，發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速工況也能平穩(wěn)運(yùn)行。

3.極細(xì)電極減弱了電極吸熱和消焰作用，火焰核更容易形成從而點(diǎn)燃混合氣，使燃燒更充分，排放更低。

火花塞的性能要求　　

1.耐熱性：可適應(yīng)極熱、極冷的情況

火花塞內(nèi)部受到的溫度在混合氣體燃燒時(shí)就達(dá)到了2000℃，在吸入行程中低溫氣體受冷，讓4沖程式發(fā)動(dòng)機(jī)的急熱急冷現(xiàn)象把發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中的2 回轉(zhuǎn)變成一回轉(zhuǎn)。與此耐熱性相同，也要求具有達(dá)不到表面著火的起點(diǎn)的放熱性。

2.機(jī)械的強(qiáng)度：可以適應(yīng)激烈的壓力變化

可以適應(yīng)激烈壓力變化的機(jī)械強(qiáng)度。在吸入行程中達(dá)到1氣體壓力以下，爆發(fā)行程中可達(dá)到45氣壓以上。

3.絕緣性：維持高電壓的絕緣性

在急劇的溫度變化和壓力變化反復(fù)的情況下，對(duì)于約10～30kV的高電壓要求可以維持充分的絕緣性。

4.氣密性：在惡劣環(huán)境下保持氣密性

在急劇的溫度變化和壓力變化下，要求保持機(jī)械箱與絕緣體間的氣密性。

5.耐消耗性：把電極的消耗降到最小

在惡劣環(huán)境下，把電極的消耗降到最小，要求具有這種耐消耗性。

6.耐污損性：把燃燒的污垢減到最少

惡劣環(huán)境下、抑制因混合氣體燃燒而產(chǎn)生的電極的污垢。附著的活性炭也會(huì)受熱燒盡，從而達(dá)到自我清潔的要求。因此，即使是低速行駛，也可以迅速提升火花塞的溫度，可達(dá)到(約500℃)。

狀況檢查　　

火花塞技術(shù)狀況除用專用儀器進(jìn)行密封發(fā)火試驗(yàn)以外，還可采取下述方法檢查。

1.檢查法

a、觸摸法：起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，使其怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，用手觸摸火花塞絕緣陶瓷部位，如溫度上升得很高很快，表明火花塞正常，反之為不正常。

b、短路法：起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，使其怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，然后用螺絲刀逐缸對(duì)火花塞短路，聽(tīng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和響聲變化，轉(zhuǎn)速和響聲變化明顯，表明火花塞正常，反之為不正常。

c、跳火法：旋下火花塞，放在氣缸體上，用高壓線試火，若無(wú)火花或火花較弱，表明火花塞漏電或不工作。

2.觀色法

拆下火花塞觀察，如為赤褐色或鐵銹色，表明火花塞正常；如為漬油狀，表明火花塞間隙失調(diào)或供油過(guò)多，高壓線短路或斷路；如為煙熏之黑色，表明火花塞冷熱型選錯(cuò)或混合氣濃，機(jī)油上竄；如頂端與電極間有沉積物，為油性沉積物時(shí)，說(shuō)明氣缸竄機(jī)油與火花塞無(wú)關(guān)，為黑色沉積物時(shí)，說(shuō)明火花塞積碳而旁路（即：積碳會(huì)將電極上的電流分流而無(wú)法集中點(diǎn)火），為灰色沉積物時(shí)，則是汽油中添加劑覆蓋電極導(dǎo)致缺火；若嚴(yán)重?zé)g，如頂端起疤、有黑色花紋破裂、電極熔化，表明火花塞損壞。