終端講座|通過不相關(guān)的常識，來解釋火花塞的原理

通常對于火花塞，不懂發(fā)動機(jī)和火花塞的人，不好解釋其中的道理。

下面通過幾個看似與火花塞沒有關(guān)系的常識，讓我們了解火花塞的工作原理。

尖點(diǎn)易燃的道理

點(diǎn)燃一張紙的時候，越尖越小的地方，越容易點(diǎn)燃。

因為越尖，越?jīng)]地方散熱，或者說聚熱。

如下圖，右邊的更易點(diǎn)燃。

高溫環(huán)境下，發(fā)動機(jī)為什么能正常運(yùn)轉(zhuǎn)

發(fā)動機(jī)在做功沖程的時候，高達(dá)3000攝氏度的燃燒氣體的高溫。

為什么沒有把火花塞電極、活塞、氣缸、氣門燒融化？

答：2個原因。

原因1.

發(fā)動機(jī)是金屬的，導(dǎo)熱性非常好，并且有冷卻液（水）循環(huán)降溫和機(jī)油循環(huán)降溫。

冷卻液循環(huán)可以讓氣缸溫度保持在100℃以下（或左右）。

只要發(fā)動機(jī)沒有開鍋，說明冷卻系統(tǒng)是工作的。

原因2.

高溫是瞬間的，只要不是持續(xù)的就不會燒壞。

舉個例子：手指在打火機(jī)上快速滑動，無數(shù)次接觸火苗，但時間極短，比如0.1秒，手就不會被燙到，即使火苗有幾百度。但是如果停留1秒以上，手就被燙到了。

火花塞的結(jié)構(gòu)盒耐溫

火花塞中間金屬殼體和陶瓷體部分，通常是低于100℃的（或100℃左右），這是由于火花塞緊密接觸在缸蓋上，傳導(dǎo)熱量很快的金屬缸蓋和水循環(huán)帶走了80%的熱量，發(fā)動機(jī)水溫正常都在100℃以下，100℃以上叫開鍋。

*PS：新的冷卻技術(shù)可以到125℃不開鍋，所以我們說是的100℃左右。

下圖為某型號發(fā)動機(jī)冷卻液循環(huán)圖，每個氣缸的熱量都可以被流動的冷卻液（水）帶走。

火花塞工作的溫度，基本上是指火花塞裙部的溫度，就是火花塞電極端及電極旁邊的陶瓷體尖端那一整塊的溫度。

火花塞正常的工作范圍是500℃到850℃，超過約900℃-1000℃，就會到自燃區(qū)域，也就是說，火花塞還沒開始放電點(diǎn)火，汽油就提前被點(diǎn)燃了，就可能引起了爆震。

所以火花塞有熱值，熱值的本質(zhì)是火花塞能夠承受或帶走的最大熱量。

如果車輛使用了過低熱值的火花塞，火花塞就會太熱了，可能會爆震連連；如果車輛使用了過高熱值的火花塞，火花塞不存熱，工作的溫度就有可能會低于500℃，工作不良，汽油不能順利燃燒，造成火花塞積碳。

火花塞使用的是陶瓷材質(zhì)，陶瓷的物理性質(zhì)是吸熱慢，散熱也慢，而金屬殼體散熱很快，連在缸蓋上，很容易就散熱到100℃以下了（或左右）。

火花塞的熱值通常是用陶瓷的大小和粗細(xì)形狀來做調(diào)節(jié)的，陶瓷多，散熱慢，熱值就低，陶瓷少，散熱快，熱值就高。

與火花塞相關(guān)的渦輪增壓發(fā)動機(jī)的特點(diǎn)

通過幾個不太相關(guān)的話題，可以引入下面的內(nèi)容：

渦輪增壓發(fā)動機(jī)一般有什么特點(diǎn)？

溫度高，燒機(jī)油，壓力大，損耗大。

這些都和火花塞有關(guān)。

圖示：某渦輪增壓車型的原車火花塞燒蝕或損壞

1、溫度高。

溫度高、氣門室蓋墊老化快，密封墊的密封性變差，機(jī)油就會慢慢漏到火花塞螺紋上，導(dǎo)致火花塞金屬螺紋部分和電極上有機(jī)油。

首先：

是會讓火花塞點(diǎn)火能力降低，因為機(jī)油的電阻比金屬電極的電阻大，會讓火花塞有一定的失火率（沒點(diǎn)著），也會讓火花塞積碳及漏電（不在正確位置放電）。機(jī)油是可燃物，機(jī)油達(dá)到溫度（約200℃）就會燃燒。

機(jī)油有粘稠性，會越積越厚，這樣火花塞電極和陶瓷體的散熱就變慢，就像給火花塞上蓋了一層棉被，又熱又可燃。

結(jié)果：

在火花塞還沒有高壓放電點(diǎn)火的時候，當(dāng)這個缸還處在壓縮行程、做功行程、排氣行程的時候，附著在火花塞電極上的機(jī)油燒著了，沒熄滅，斷斷續(xù)續(xù)燃燒。

火花塞點(diǎn)火的時長約是0.00003秒，這時發(fā)動機(jī)不僅僅是爆震，簡直亂套了，ECU雖然檢測到爆震立刻調(diào)節(jié)點(diǎn)火提前角，但是沒有用，怎么調(diào)節(jié)都是錯。

此時，可能有以下發(fā)生：

火花塞陶瓷體因為爆震碎裂；火花塞電極因為機(jī)油覆蓋和燃燒，保持2500℃-3000℃（甚至更高溫度）的燃燒而燒斷；發(fā)動機(jī)曲軸因為爆震而頂彎。

這每一個情況的發(fā)生，都有可能讓發(fā)動機(jī)報廢或大修。

2、燒機(jī)油。

當(dāng)然，不是每個渦輪車型都燒機(jī)油，自然吸氣車也有不少燒機(jī)油。

如果燒機(jī)油發(fā)生，機(jī)油參與燃燒后，和汽油一樣，沒有燃燒干凈的殘渣形成積碳、膠質(zhì)，分散到燃燒室內(nèi)的各個角落，包括火花塞電極、火花塞陶瓷小頭、活塞頂、氣門、氣缸內(nèi)壁（特別是不接觸到活塞的那一段）。

如果在活塞頂、氣門、氣缸內(nèi)壁的局部，這種膠質(zhì)積碳沉積過多，特別是個別凸起的積碳，就會因為尖點(diǎn)易燃原因，過熱后點(diǎn)燃汽油，造成提前點(diǎn)火，嚴(yán)重的干脆自己燃燒起來。同以上“1”一樣的情況就發(fā)生了。

也許會奇怪，為什么燃燒室內(nèi)，溫度那么高，壓力變化那么快的氣流，沒有把這些臟物質(zhì)帶走？

其實就像電扇，無論電風(fēng)扇轉(zhuǎn)的多快，風(fēng)扇葉邊緣的灰塵不擦拭的話就是越積越多。

3、壓力大。

火花塞高壓放電點(diǎn)火的時候，火花塞正極和負(fù)極之間的可燃?xì)怏w，壓縮沖程結(jié)束時，大約是10個左右大氣壓的壓力，渦輪增壓時更高。就是說渦輪增壓的氣體密度越大，壓力越大，火花塞放電時的阻力越大，阻力大，需要的電壓就需要更大，火花塞電極的損耗也就大。

10個大氣壓是多大壓力？

普通汽車輪胎是2個多的大氣壓，而點(diǎn)火做功時，缸內(nèi)壓力瞬間能在30-40個大氣壓。

4、損耗大

渦輪增壓車型的火花塞，在工作時電極因為高溫、高壓、電擊、化學(xué)條件的作用，逐漸形成積碳和氧化膜。

氧化膜很難被電壓擊穿形成有效電弧，這就降低有效電弧的形成能力。燃燒室溫度越高，金屬溫度越高，電阻越大，點(diǎn)火能力越差，形成氧化膜的能力也越強(qiáng)。

另外除了電極損壞之外，陶瓷體本身也受到高壓的作用，陶瓷也有一定的疲勞極限，壓力越大，越容易疲勞老化，絕緣性變差。

不良的油品和車主亂加燃油添加劑，也讓火花塞污損漏電，這就是為什么渦輪增壓發(fā)動機(jī)費(fèi)火花塞的原因。

火花塞使用過程中，性能緩慢下降，燃燒不好，積碳增多，形成惡性循環(huán)，與其他原因共同形成負(fù)面效應(yīng)的疊加。

舉例：運(yùn)動員磨損運(yùn)動鞋底的速度快，還是非運(yùn)動辦磨損運(yùn)動鞋底的速度快？

* 所以，渦輪增壓車型原車配備的原車火花塞特點(diǎn)是：

a 必須是銥金、鉑金型火花塞。

銥金熔點(diǎn)2400℃，鉑金熔點(diǎn)1700℃，銥金、鉑金做電極可以做的很細(xì)且耐高溫，0.4mm到1毫米不等的直徑，越細(xì)越容易放電，且放電電壓越低。就如同避雷針為什么做那么細(xì)的道理。

另外，越細(xì)放電越快，燃燒也越好，積碳原則上越少。

b 火花塞正極和負(fù)極之間的最短距離，就是火花塞間隙，且都是小間隙。

現(xiàn)在的新渦輪車型的火花塞間隙，幾乎全是0.8mm，個別是0.7mm或0.9mm（早期也有部分車型是1.1mm），間隙越小，放電越容易，放電電壓越低。間隙過大，會有一定的失火率，渦輪介入后車輛就會頓挫。

c 火花塞熱值較高，通常是6、7、8的熱值居多，而自然吸氣的發(fā)動機(jī)通常是4、5、6居多。

說明熱量比較難散，盡量采用高熱值，多讓火花塞散熱。

* 直噴發(fā)動機(jī)有什么與火花塞有關(guān)的特點(diǎn)呢？

答：積碳。

傳統(tǒng)電噴是歧管噴射，是燃油在進(jìn)氣歧管里噴射，經(jīng)歷進(jìn)氣沖程、和壓縮沖程的2個。燃油與空氣充分混合，燃燒更充分。燃燒情況較正常的電噴車型火花塞特征是火花塞裙部圓形的金屬的顏色是深棕黑色，一般不是純黑色，黑色碳層較薄，用手很難擦掉黑色碳層。

直噴是為了稀薄燃燒，通常是在壓縮沖程快結(jié)束的時候，噴油嘴直接把燃油噴射到燃燒室內(nèi)，并且設(shè)計噴射到火花塞周圍，形成濃混合氣（便于點(diǎn)燃），這時燃油還沒怎么與空氣混合，就要被火花塞點(diǎn)燃。燃燒情況正常的直噴渦輪車型火花塞特征是火花塞裙部圓形的金屬的顏色幾乎是純黑色，黑色碳層一層，甚至較厚，通常使用到2萬公里左右時，用手可以輕易的擦掉一層黑色碳層。

一般來說，直噴發(fā)動機(jī)比電噴發(fā)動機(jī)積碳嚴(yán)重。尤其是由于汽油有清潔性，電噴的歧管噴射方式，可以沖洗掉進(jìn)氣門背面一部分積碳，而直噴發(fā)動機(jī)氣門一直在積碳。

特別是帶渦輪增壓的進(jìn)氣門積碳更嚴(yán)重，越積越厚，影響到氣門的開合，最后有可能發(fā)生斷氣門的情況。而活塞頂、氣門正面、氣缸內(nèi)壁的積碳積累到一定程度，也會有局部溫度過高，無法散熱，導(dǎo)致提前點(diǎn)火、早燃、爆震。

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