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火花塞

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。高性能發(fā)動(dòng)機(jī)的基本條件:高能量穩(wěn)定的火花、混合均勻的混合氣、高壓縮比。

1 火花塞的作用


使用內(nèi)燃機(jī)的轎車所使用的燃料一般是汽油和柴油。而在中國(guó)轎車市場(chǎng),汽油車占據(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。


2 火花塞的工作原理

發(fā)動(dòng)機(jī)整體性能的好壞完全是取決于火花塞閃出火花的良否來(lái)決定的。我們往往把發(fā)動(dòng)機(jī)比作為“汽車的心臟”,但是更能把火花塞比作為“發(fā)動(dòng)機(jī)的心臟”。

● 火花

在火花塞的中心電極和接地電極之間施加由點(diǎn)火裝置所產(chǎn)生的高電壓,由此電極間的絕緣狀態(tài)被破壞而產(chǎn)生電流,放電生成電火花。火花能量決定能否使壓縮混合氣體點(diǎn)火爆發(fā)。放電現(xiàn)象是在極短時(shí)間內(nèi)(約千分之一秒)完成的,且極為復(fù)雜?;鸹ㄈ淖饔镁褪潜仨氃谝?guī)定的時(shí)間內(nèi)使電極之間切實(shí)產(chǎn)生強(qiáng)火花,成為混合氣燃燒的始點(diǎn)。

● 著火

由電火花所引起的點(diǎn)火是通過(guò)電極之間的火花放電而使燃燒粒子活性化,產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)(酸性),并發(fā)生熱效應(yīng),最終形成火焰核。該熱能使其周圍的混合氣活性化,最終形成以自身燃燒為中心向周邊擴(kuò)大的火焰核。但是如果電極的消炎作用比火焰核的作用大,火焰核會(huì)因此而消失導(dǎo)致熄火(指由于電極吸熱使火焰消除的作用)。另外、如果火花隙較寬,火焰核會(huì)變大,消火作用也會(huì)變小,可保證確實(shí)點(diǎn)火。當(dāng)火花隙過(guò)于寬時(shí),則需要大的放電電壓,從而超過(guò)了線圈的性能界限,反而不能放電。

因此,我們可以將火花塞點(diǎn)火過(guò)程可分為四步:1.點(diǎn)火線圈在火花塞電極兩端產(chǎn)生高壓電,高壓擊穿電極間的介質(zhì)產(chǎn)生電火花;2.電弧高溫加熱混合氣后產(chǎn)生火焰核;3.火焰核變大,火花塞電極結(jié)構(gòu)會(huì)影響這個(gè)過(guò)程,從而影響火花塞點(diǎn)火性能;4.火焰核溫度上升至混合氣燃點(diǎn)時(shí)混合氣被點(diǎn)燃。


3 火花塞的內(nèi)部結(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?/p>


4 火花塞的類型

按照熱值高低來(lái)分,有冷型和熱型;按照電極材料來(lái)分,有鎳合金、銀合金和鉑合金等;如果更專業(yè)一下,火花塞的類型大體上有如下幾種:

1、 準(zhǔn)型火花塞:其絕緣體裙部略縮入殼體端面,側(cè)電極在殼體端面以外,是使用最廣泛的一種。

2、 緣體突出型火花塞:絕緣體裙部較長(zhǎng),突出于殼體端面以外。它具有吸熱量大、抗污能力好等優(yōu)點(diǎn),且能直接受到進(jìn)氣的冷卻而降低溫度,因而也不易引起熾熱點(diǎn)火,故熱適應(yīng)范圍寬。

3、 電極型火花塞:其電極很細(xì),特點(diǎn)是火花強(qiáng)烈,點(diǎn)火能力好,在嚴(yán)寒季節(jié)也能保證發(fā)動(dòng)機(jī)迅速可靠地起動(dòng),熱范圍較寬,能滿足多種用途。

4、 座型火花塞:其殼體和旋入螺紋制成錐形,因此不用墊圈即可保持良好密封,從而縮小了火花塞體積,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)更為有利。

5、 極型火花塞:側(cè)電極一般為兩個(gè)或兩個(gè)以上,優(yōu)點(diǎn)是點(diǎn)火可靠,間隙不需經(jīng)常調(diào)整,故在電極容易燒蝕和火花塞間隙不能經(jīng)常調(diào)節(jié)的一些汽油機(jī)上常常采用。

6、 面跳火型火花塞:即沿面間隙型,它是一種最冷型的火花塞,其中心電極與殼體端面之間的間隙是同心的。

此外,為了抑制汽車點(diǎn)火系統(tǒng)對(duì)無(wú)線電的干擾,又生產(chǎn)了電阻型和屏蔽型火花塞。電阻型火花塞是在火花塞內(nèi)裝有5-10kΩ的電阻,屏蔽型火花塞是利用金屬殼體把整個(gè)火花塞屏蔽密封起來(lái)。屏蔽型火花塞不僅可以防止無(wú)線電干擾,還可用于防水、防爆的場(chǎng)合。

5 火花塞的電極類型

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。火花塞由傳統(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。


6 單側(cè)火花塞

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。


7 多側(cè)火花塞

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


8 火花塞的材料

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)程況。

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。




9 火花塞的狀況檢查

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)就車檢查法

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,當(dāng)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),當(dāng)為黑色沉積物時(shí),說(shuō)明火花塞積碳而旁路,當(dāng)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。


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