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火花塞

    火花塞(spark plugs),俗称火嘴,它的作用是把高压导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。主要类型有:准型火花塞、缘体突出型火花塞、电极型火花塞、座型火花塞、极型火花塞、面跳火型火花塞等。火花塞的功用是将上万伏的高压电引入燃烧室,并产生电火花点燃混合气,与点火系统和供油系统配合使发动机作功,在很大程度上共同决定着发动机的性能。

火花塞
 

  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。
 

  火花塞内部结构
 

    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。

火花塞内部结构
 

  火花塞电极类型
 

火花塞电极类型

    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,由单侧极发展至多側极。

    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。

    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况。
 

  火花塞工作原理
 

    火花塞的电板经由反复持续的发电点火,点燃汽缸内的混合气,此时,点火系统的其它部分则产生正时的高压电脉冲,形成火花并产生爆炸提供引擎动力输出所需的能源。

    而火花塞的构造是以一根细长的金属电板穿过一个具有绝缘功能的陶瓷材质而制成,绝缘体的下部周围有一个金属材质的壳,以螺牙方式旋紧在汽缸盖上,在这个金属壳的底部在加焊一电极与汽车车体形成接地作用。另外,在此电极中央的末端,必须再以一个微小的放电间隙分隔开来。
接着,从分电器来的高压电流会经过这个中央电极导电,然后在底端的放电间隙放电,这时火花塞发挥功用产生火花燃烧混合气,引擎就得到能源并输出功率。

    由此可见,火花塞是将进入发动机燃烧的汽油和空气混合气体加以点燃的装置,工作于高温、高压的恶劣条件下,是汽油发动机的易损件之一,它在发动机的运转中扮演着相当重要的角色,与汽车省油与否,运转是否平稳,都有很大关系。

火花塞工作过程

 

  火花塞间隔
 

    不同发动机甚至同一款发动机在不同调教的情况下,所使用的火花塞间隙都不一样。火花塞间隙过小会导致提前点火、死火甚至发动机损坏;火花塞间隙过大会导致失火、火花塞污垢增多、动力下降、油耗增加。在更换非原厂火花塞时,我们除了关注火花塞电极类型、火花塞热值,还要关注的就是火花塞间隙了。

火花塞间隔
 

  火花塞热值
 

    火花塞的热值反映了火花塞把热量从燃烧室传递到汽缸盖的能力。只要是汽油发动机,燃烧室的理想燃烧温度在500-850℃这个范围内。把燃烧室温度控制在上述范围能够有效避免火花塞提前跳火及火花塞头部过热;同时也能够有效清除气缸燃烧残留物避免气缸失火。

    不同热值的火花塞我们可以通过火花塞芯部的长度来大致区分。火花塞芯部较长的是热型火花塞;火花塞芯部较短的是冷型火花塞。当然也可以通过改变中央电极的合金成分来改变火花塞的热值,但一般通过改变火花塞芯部长度的方法比较常用。我们常见的博世和NGK火花塞的热值标识方法是不一样的,NGK越“热”的火花塞,型号中的数字越低;而博世越“热”的火花塞,型号中的数字越大。举个例子:NGK的BP5ES和博世的FR8NP热值是相等的(加粗的数字表示热值)。家用轿车上的发动机一般采用中等热值的火花塞。以NGK火花塞为例,其型号中表示热值的位上一般会是“6、7、8”,对照上图的表我们就知道相应型号的火花塞所处的热值范围了。
 

  火花塞种类
 

    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。
 

  火花塞状况检查
 

    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

    1)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。

    2)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。

    3)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。
 

  火花塞多久更换一次(火花塞寿命)
 

    1、电极的消耗

    电极通过火花放电从容易放电的地方消耗电量。尤其是中心电极达到更高的温度时,被酸化消耗掉。电极消耗量,是根据电极材质的融点,强度,硬度而变化的。为了减少该消耗量,在电极中使用镍合金或白金,铱等材质,即使是很细小的电极也可以延长寿命。另外,发动机种类,根据使用条件而定,使用普通火花塞的话,行车距离可达一万公里,约0.1~0.15mm的范围。

火花塞电极


    2、要求电压的上升

    要求电压(间隙间的放电所需电压)随着行车距离的比例而升高。该电压的上升是中心电极的锐角部分到一定程度完全消耗期间(约4000km)的电压上升幅度增大,其后,依靠电极消耗间隙的扩大作为主要原因,电压上升就会变小。

火花塞电压上升


    3、火花塞的推荐转矩与推荐回转角度

火花塞转矩

 

    4、花塞的点检与更换

    中心电极的前端完好消耗之后,会加重火花的飞溅,可能会引起混合气体的点火不稳定。这样一来,恐怕会导致发动机马力的低下,燃油费用的恶性增长,发动机寿命减弱。因此推荐火花塞的交换。

火花塞点检与更换



    5、普通火花塞的交换推荐时期

    4轮轿车 : 15,000 ~ 20,000 km

    小型汽车 : 7,000 ~ 10,000 km

    2轮车 : 3,000 ~ 5,000 km

 

  火花塞清洗
 

    如火花塞上有积碳、积油等时,可用汽油或煤油、丙酮溶剂浸泡,待积碳软化后,用非金属刷刷净电极上和瓷芯与壳体空腔内的积碳,用压缩空气吹干,切不可用刀刮、砂纸打磨或蘸汽油烧,以防损坏电极和瓷质绝缘体。