火花塞失效分析

发动机火花塞 火花塞结构 火花塞是汽油机点火系统中将高压电流引入气缸产生电火花 以点燃可燃混合气体的部件 主要由接线螺母 绝缘体 接线螺杆 中心电极 侧电极以及外壳组成 侧电极焊接在外壳上 火花塞结构 火花塞内部结构 高氧化铝陶瓷 为了便于理解先简要说一下点火系统 点火系统是汽油发动机重要的组成部分 点火系统的性能良好与否对发动机的功率 油耗和排气污染等影响很大 能够在火花塞两电极间产生电火花的全部设备称为发动机 点火系统 通常由蓄电池 发电机 点火线圈和火花塞等组成 汽油机在压缩接近上止点时 可燃混合气是由火花塞点燃的 从而燃烧对外作功 点火系的功用就是按照气缸的工作顺序定时地在火花塞两电极间产生足够能量的电火花 目前最常用的点火系统是电子点火系统 传感器把点火时刻信号 气缸识别信号等传递给ECU ECU控制点火系统向指定的气缸在指定的时刻送去点火信号 能产生足以击穿火花塞间隙的电压火花塞电极击穿而产生火花时所需要的电压称为击穿电压 点火系产生的次级电压必须高于击穿电压 才能使火花塞跳火 击穿电压的大小受很多因素影响 其中主要有 1 火花塞电极间隙和形状 火花塞电极的间隙越大 击穿电压就越高 电极的尖端棱角分明 所需的击穿电压低 2 气缸内混合气体的压力和温度 混合气的压力越大 温度越低 击穿电压就越高 3 电极的温度 火花塞电极的温度越高 电极周围的气体密度越小 击穿电压就越低 火花应具有足够的能量发动机正常工作时 由于混合气压缩终了的温度接近其自燃温度 仅需要1 5mJ的火花能量 但在混合气过浓或是过稀时 发动机起动 怠速或节气门急剧打开时 则需要较高的火花能量 随着现代发动机对经济性和排气净化要求的提高 都迫切需要提高火花能量 因此 为了保证可靠点火 高能电子点火系一般应具有80 100mJ的火花能量 起动时应产生高于100mJ的火花能量 点火时刻应适应发动机的工作情况首先 点火系统应按发动机的工作顺序进行点火 其次 必须在最有利的时刻进行点火 点火时刻一般用点火提前角来表示 即从发出电火花开始到活塞到达上止点为止的一段时间内曲轴转过的角度 如果点火过迟 活塞到达上止点时才点火 则混合气的燃烧主要在活塞下行过程中完成 即燃烧过程在容积增大的情况下进行 使炽热的气体与气缸壁接触面积增大 因而转变为有效功的热量相对减少 气缸内最高燃烧压力降低 导致发动机过热 功率下降 如果点火过早 混合气的燃烧完全在压缩过程进行 气缸内的燃烧压力急剧升高 当活塞到达上止点之前即达最大 使活塞受到反冲 发动机作负功 不仅使发动机的功率降低 并有可能引起爆燃和运转不平稳现象 加速运动部件和轴承的损坏 火花塞导热途径 火花塞环境温度很高 吸气终了 温度为60 90 压力约98kPa 压缩终了 温度为250 400 压力约980 1470kPa 燃烧期 温度为2000 3000 压力约3920 6860kPa 燃烧末期 温度为1300 1600 压力约490 785kPa 需要尽快散热 大部分通过垫圈与缸盖接触散热 散热途径 火花塞热值 火花塞热值是受热和散热能力的一个指标 其自身所受热量的散发量称为热值 热值一般有5 6 7三种 数值越高散热能力越大 数值越大 越冷 反之越热 热型火花塞 热值相对低 绝缘体裙部较长 受热面积大 散热相对少 中心电极温度上升较高 冷型火花塞 热值相对高 绝缘体裙部相对较短 由于散热途径比较短 散热相对较多 所以不易造成中心电极温度的上升 一般来说低热值的火花塞更适用于低速低压缩比的小功率发动机 而高热值火花塞则适用于高速高压缩比的大功率发动机 热值的高低 取决于缸内混合气温度和火花塞的设计 火花塞间隙 1 电极间隙 火花塞中心电极 正极 与接地电极间的距离 最短 叫做电极间隙 2 火花塞间隙是否适当 对其 效能 的发挥影响很大 火花塞在制造时已将间隙调整到最佳位置 一般来说间隙为0 6 1 0mm 不正确的间隙可能对火花塞的机能和发动机的性能产生很大的影响 A 间隙大点火强 火花越强则气缸内的混合燃料充分燃烧 可让机体易于起动 燃烧完全 一定程度上也更省油 通常情况下压缩比越大 点火强度要求高 电压高 的发动机要求的间隙较大 B 间隙超过最大间隙 可导致点火困难 加速无力 耗油增大的多种可能 此外还有可能造成偶发性失火现象 动力工况异常 燃烧不完全 尾气染污加大等 C 如间隙过小可能导致起动困难甚至起动不了 点火时间过早 爆燃 噪音大 尾气重等多种不良 3 所以在选用火花塞时 一是除了参考热值相关外 还得仔细观察其他方面的参数标准如 火花塞间隙 选用合适间隙的火花塞 对于发动机工况是否正常 油耗是否正常等诸多方面的影响是关键部件之一 火花塞点火性能 极细电极可以精确点火 提高性能 点火更集中 火力更强劲 同样更省电 价格高 需使用铱金电极 火花塞电