火花塞(spark plugs),俗称火嘴,它的作用是把高压导线(火嘴线)送来的脉冲高压电放电,击穿火花塞两电极间空气,产生电火花以此引燃气缸内的混合气体。高性能发动机的基本条件:高能量稳定的火花、混合均匀的混合气、高压缩比。
1 火花塞的作用


使用内燃机的轿车所使用的燃料一般是汽油和柴油。而在中国轿车市场,汽油车占据了一个很大的比例。汽油发动机与柴油发动机不一样,由于汽油的燃点较高(约400度左右),因而需要使用强制点火方式点燃混合气。通过电极之间的放电现象产生火花,汽油发动机是通过燃料和混合气体的适时燃烧使之产生动力,但是作为燃料的汽油即使处于高温环境下也很难自燃,要想使其适时燃烧有必要用“火”来点燃。这里说的火花点火便是“火花塞”的作用。


2 火花塞的工作原理

发动机整体性能的好坏完全是取决于火花塞闪出火花的良否来决定的。我们往往把发动机比作为“汽车的心脏”,但是更能把火花塞比作为“发动机的心脏”。

● 火花

在火花塞的中心电极和接地电极之间施加由点火装置所产生的高电压,由此电极间的绝缘状态被破坏而产生电流,放电生成电火花。火花能量决定能否使压缩混合气体点火爆发。放电现象是在极短时间内(约千分之一秒)完成的,且极为复杂。火花塞所的作用就是必须在规定的时间内使电极之间切实产生强火花,成为混合气燃烧的始点。

● 着火

由电火花所引起的点火是通过电极之间的火花放电而使燃烧粒子活性化,产生化学反应(酸性),并发生热效应,最终形成火焰核。该热能使其周围的混合气活性化,最终形成以自身燃烧为中心向周边扩大的火焰核。但是如果电极的消炎作用比火焰核的作用大,火焰核会因此而消失导致熄火(指由于电极吸热使火焰消除的作用)。另外、如果火花隙较宽,火焰核会变大,消火作用也会变小,可保证确实点火。当火花隙过于宽时,则需要大的放电电压,从而超过了线圈的性能界限,反而不能放电。

因此,我们可以将火花塞点火过程可分为四步:1.点火线圈在火花塞电极两端产生高压电,高压击穿电极间的介质产生电火花;2.电弧高温加热混合气后产生火焰核;3.火焰核变大,火花塞电极结构会影响这个过程,从而影响火花塞点火性能;4.火焰核温度上升至混合气燃点时混合气被点燃。


3 火花塞的内部结构

火花塞由以下几部分构成:1、接线螺母;2、中央电极;3、接地电极;4、金属壳体;5、绝缘体。火花塞上的接地电极与金属壳体连接,通过汽缸盖螺纹连接连接到发动机缸体上。绝缘体主要起到隔离金属壳体及中央电极的作用。接线螺母是火花塞上与高压线圈接触的部分,电流通过接线螺母和中央电极后,击穿中央电极与接地电极间的介质产生火花,从而点燃气缸中的混合气。


4 火花塞的类型

按照热值高低来分,有冷型和热型;按照电极材料来分,有镍合金、银合金和铂合金等;如果更专业一下,火花塞的类型大体上有如下几种:

1、 准型火花塞:其绝缘体裙部略缩入壳体端面,侧电极在壳体端面以外,是使用最广泛的一种。

2、 缘体突出型火花塞:绝缘体裙部较长,突出于壳体端面以外。它具有吸热量大、抗污能力好等优点,且能直接受到进气的冷却而降低温度,因而也不易引起炽热点火,故热适应范围宽。

3、 电极型火花塞:其电极很细,特点是火花强烈,点火能力好,在严寒季节也能保证发动机迅速可靠地起动,热范围较宽,能满足多种用途。

4、 座型火花塞:其壳体和旋入螺纹制成锥形,因此不用垫圈即可保持良好密封,从而缩小了火花塞体积,对发动机的设计更为有利。

5、 极型火花塞:侧电极一般为两个或两个以上,优点是点火可靠,间隙不需经常调整,故在电极容易烧蚀和火花塞间隙不能经常调节的一些汽油机上常常采用。

6、 面跳火型火花塞:即沿面间隙型,它是一种最冷型的火花塞,其中心电极与壳体端面之间的间隙是同心的。

此外,为了抑制汽车点火系统对无线电的干扰,又生产了电阻型和屏蔽型火花塞。电阻型火花塞是在火花塞内装有5-10kΩ的电阻,屏蔽型火花塞是利用金属壳体把整个火花塞屏蔽密封起来。屏蔽型火花塞不仅可以防止无线电干扰,还可用于防水、防爆的场合。

5 火花塞的电极类型

经过了一百多年的发展,传统的标准火花塞已经发展出多种多样的电极类型。火花塞由传统的标准型单侧极发展到突出型单侧极,由单侧极发展至多侧极。


6 单侧火花塞

传统单側极火花塞的火焰核位于中央电极与侧电极之间,热量较多地被侧电极吸收从而抑制了火焰核的增大,即“消焰作用”明显。这就降低了此类型火花塞的跳火性能。


7 多侧火花塞

在上世纪20年代,开始出现了三侧极火花塞,三个接地电极位于中央电极四周,消除了单側极火花塞中央电极被侧电极遮挡的缺点,削弱了“消焰作用”,火花能量较大,拥有更好的跳火性能。这里要明确一点,虽然多电极火花塞有多个接地电极,但在火花塞跳火瞬间电流仅通过单一接地电极跳火,不会出现多电极同时跳火的情


8 火花塞的材料

火花塞在发展的过程中引入了各种的稀有金属,以提供良好的散热能力、抗化学腐蚀能力、抗电腐蚀能力、跳火性能以及工作稳定性等性能。首先我们来看看火花塞的中央电极。中央电极的材质经历了铁、镍、镍基合金、镍-铜复合材料以及贵金属几个演化过程况。

现在主流的发动机都采用了涡轮增压、缸内直喷等增强动力的技术,升功率、压缩比、最高转速都不断攀升。为适应高转速、高压缩比、高升功率的“三高”汽油发动机的需求,火花塞的电极材料也进一步升级至使用熔点较高的铂(熔点为1772℃)、铱(熔点为2410±40℃)作为火花塞电极材料。

这类采用了贵金属电极的火花塞具有极高的抗化学腐蚀能力,在使用寿命上有了长足的进步。贵金属电极火花塞有几个突出优点:

1.电极的高抗腐蚀性使得点火间隙长期不变,点火间隙稳定,发动机运转平稳,无需修正发动机点火间隙。有数据表明,使用铂金火花塞的发动机经过16万公里运转,点火间隙仅增大0.05mm。

2.由于贵金属极细电极具有尖端放电效应,因而点火更容易,发动机在低转速工况也能平稳运行。

3.极细电极减弱了电极吸热和消焰作用,火焰核更容易形成从而点燃混合气,使燃烧更充分,排放更低。




9 火花塞的状况检查

火花塞技术状况除用专用仪器进行密封发火试验以外,还可采取下述方法检查。

(1)就车检查法

a、触摸法:起动发动机,使其怠速运转,用手触摸火花塞绝缘陶瓷部位,如温度上升得很高很快,表明火花塞正常,反之为不正常。

b、短路法:起动发动机,使其怠速运转,然后用螺丝刀逐缸对火花塞短路,听发动机转速和响声变化,转速和响声变化明显,表明火花塞正常,反之为不正常。

c、跳火法:旋下火花塞,放在气缸体上,用高压线试火,若无火花或火花较弱,表明火花塞漏电或不工作。

(2)观色法

拆下火花塞观察,如为赤褐色或铁锈色,表明火花塞正常;如为渍油状,表明火花塞间隙失调或供油过多,高压线短路或断路;如为烟熏之黑色,表明火花塞冷热型选错或混合气浓,机油上窜;如顶端与电极间有沉积物,当为油性沉积物时,说明气缸窜机油与火花塞无关,当为黑色沉积物时,说明火花塞积碳而旁路,当为灰色沉积物时,则是汽油中添加剂覆盖电极导致缺火;若严重烧蚀,如顶端起疤、有黑色花纹破裂、电极熔化,表明火花塞损坏。


责任编辑:张青云
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