野们 2006-3-19 07:25
[转帖]健康有力的引擎动力来自点火使者——火花塞
基本上火花塞有两大功用：一是在燃烧室内产生火花，点燃混合汽产生动力。二是于密封火花塞孔，以维持汽缸内的压力。通常从点火线圈透过分电盘经导线而供给火花塞的高压电约2至3万伏特，再加上火花塞的电极必须经常处于高温的燃烧室中与约45倍大气压力以上的环境，而且还要保持极高的气密性，因此，在如此这般恶劣的环境中，火花塞的品质好坏与耐用性将会直接影响引擎的性能表现，所以不可不重视。 <br>
K"o3@,t9E&x%o!AG:S
<br>DF'Q J4g#S,t
火花塞的分类<br>:l~ E`3h5h
<br>@Gn&LV y&U8P l
要知道火花塞的工作环境就在高达摄氏2000℃以上的高温气体燃烧室内，自然其吸收的热量若无法透过适当的排放，势必会造成高温氧化及熔蚀(烧毁)，因此在火花塞的设计上便不得不考虑散热的特性。因此针对火花塞所承受的热负荷(热量)的散失程度或能力，来表示其承受热负荷的特性，称之为热值。<br>/R2u4H%}5~`c
<br>
^6t
^ a~c cK
而影响热值的重要因素在于绝缘瓷体的长度，也就是说当绝缘瓷体暴露在火焰中的表面积较小，所直接承受的热量也较少，而经过绝缘瓷体至外壳的散热途径也比较短，反而透过引擎本体所散的热比较多，因此火花塞尖端的温度也不会上扬，所以称为冷式。 <br> k}*VNT a&i
d
<br>bU6qc
L ^ |
既然冷式火花塞如此，那么热式火花塞也就同理可证了，当火花塞的绝缘瓷体较长的时候，自然暴露在火焰之中的表面积与受的热量也就比较多，而且散热的过程也比较长，实际藉由引擎本体所散的热也比较少，同时大部份的热又都聚集在火花塞的尖端，所以这也就是为什么称为此类火花塞为热式的原因了。<br>
"`;Q YY%b%l&[
<br>
m H0wQ k pj
了解了火花塞的分类，那么就让我们了解下他们各自适用的场合好了：着重高速运转，大马力输出的引擎，其火花塞热量极易累积升高，为防止电极烧掉，须采用散热较快的冷式火花塞。相对的，常跑市区低转速运转的引擎，为防止因低温所造成的积碳，影响跳火，就须采用散热较慢的热式火花塞。<br>
w/Eu*D7Q:Y%s7P
<br>;k \(Dp r2|)H.xKK
火花塞的自我清洁<br>(~1v+]Nk(Ic
<br>
{-fI8B)S1G3P
i j,[A
在了解热值与选择的问题之后，再来要探讨所谓积碳的问题。一般汽车引擎的设计通常是依据正常的运转状况来选择火花塞的型式，所以理论上应该是可以适应各种的路况，但是如果遇到经常性的冷车发动（跑短程），怠速空转及长期低速行驶时，在火花塞温度较低，混合汽又较浓的情形下，将非常容易导致火花塞的电极与电极附近积碳，结果会造成失火（不跳火，可不是发生火灾啊），燃烧不完全等现象，但是当火花塞的温度上升至摄氏500℃以上时，积碳将会迅速燃烧成灰烬，并且恢复正常的跳火状态，这个现象我们称为火花塞的自行清净作用，而火花塞的温度是随车速的增加与转速的提升而上升，一般来说自行清净的车速大约在50至60公里以上，所以常常跑跑高速公路，拉拉转速，不只是对喷油系统有帮助，对火花塞也具有清洁的作用。 <br>y/R,dI5v j
<br> U w
XZ"A
火花塞的选择与使用<br>3|y v;Q^g2Wr7Fe
<br>0`PzA&t
通常原厂新车对于火花塞的选择与使用，都已经考虑过引擎的设计与使用环境，所以消费者如果要自行更换火花塞，通常原厂都会建议使用指定的火花塞厂牌及型号（有些车厂的车主手册只有标示该部品的编号）或可以代用的厂牌及型号。但是实际上只要热值、规格（直径，长度，电极长短等）相同者，即使是别的厂牌也可通用。但是要特别注意的是，原厂在高压，点火系统上都有设计好一定的阻抗匹配值，所以在更换火花塞时，必须特别注意阻抗的匹配，以免影响了原来点火系统的运作。而在热值的选择上，如果火花塞经常有积碳一类的情形，即表示火花塞可能过冷，这时可考虑更换较原形号再低一，二号之火花塞。如经常有电极快速耗损，爆震等现象，则可以更换高一，二号的火花塞。（但是必须先查证是否为其他系统的问题，或参考常行驶的道路状况，季节温度等）。 <br>8g7g(v/X~"{ _"Oy
<br>v(`At7h.l.o
火花塞的维护及检查<br>J#`'[)k S\ t
<br>g'zH,J3E5L X#|$vmkg
现今火花塞的种类有非常多种，最常听到的是白金火花塞，众所皆知其最大的优点是耐用（有些车厂号称十万公里免更换），除此之外，也可提供极佳的着火性能与燃烧效率的提升等优点，虽然可以减少保养的次数，但是站在保护引擎的立场上来看，定期检查火花塞的状况，还是有必要的。如此一来，以后如果有人问你如何一眼看出车子引擎的情况好坏的时候，你就不用担心啦，只要撂下一句“看火花塞的燃烧状况就知道了。”保证令他佩服的五体投地，再也爬不起来，不过前提是，你要看得懂才行。 <br>i'QfS;W.gq:M!s
<br>
+c H*Eu Dl;rQZ*I
火花塞与引擎爆震的关系<br>
!B&V-RrT r
<br>
D }_o0Q$i
至于火花塞与爆震的关系就要从点火正时说起了，事实上点火正时对于火花塞的选择与影响非常的大，此话怎讲？由于点火正时的角度提得越前，汽缸内燃烧的压力与燃烧的温度都会比较高，同时火花塞也会暴露于每次燃烧（爆炸）的时间比较长，因此火花塞所必须负荷的温度也就变高了，一般而言，大多数的四行程引擎在最大功率输出时，点火正时每提前1°时火花塞的工作温度就得上升约10℃，如果点火正时提前10°那么火花塞的工作温度便会增加近100℃，这多可怕呀，当然火花塞的尖端温度若是超过负荷，便会发生中心电极受高温熔毁，以及绝缘瓷体破裂的现象，同时会因为温度过高而形成红热的部份，造成点火的现象，也就是说当压缩行程末期的时候，火花塞还没开始点火，被压缩的混合汽便被火花塞红热的部份给点燃，而这个情形正是火花塞预燃现象。 <br>
L%v'fs v
n$@7[e,C
<br>
qW3N,}%m U O
当引擎发生预燃的时候，因为不是依照点火正时而工作，通常又发生在活塞到达上止点之前，因此会造成引擎爆震，此时，引擎受着不正常运作，热负荷增加，严重时将会发生火花塞或活塞等组件高温熔蚀的现象。而火花塞产生预燃的温度通常在950℃，又常发生在引擎高速运转重负荷工作、或点火正时调整不当时，故驾驶人不可不慎，也正因为如此汽车制造商对于火花塞热值的选择非常严格，通常被选定的火花塞就算是在最重负荷时并且有略为点火提前的状况下，都不可以有预燃的现象发生，所以火花塞的热值对于车商而言比火花塞厂牌来着重要多了。<br> _N:}.i?!Q,x:r,z:]
<br>.a*ZU [ {| SY0L
<br>
#M1U O Y3\w
附2<br>
DW,M(W/ki"^
l
铂金火花塞的特点及分析<br>%gx r*{ ^{jJ E0F6A
<br>
.k9N1x#U
s-s
<br>
d)z'k J6?D(M*K
火花塞是汽车及其它汽油机点火系统中的一个重要元件，它的结构和性能直接影响到汽油机的工作性能。它根据气体（空气）在一定因素的影响下可发生离解作用而成为导电体的气体放电原理，利用汽油机点火系统所产生的脉冲高电压以击穿火花塞中心电极与侧电极之间所形成的间隙，当间隙被击穿时，由于离子和电子的高速运动而形成高温炽热的电离通道，并产生火花，从而点燃汽油机燃烧室内的燃料空气混合气，以达到使发动机运转作功的目的。汽油机的有效功率在很大程度上取决于火花塞的结构，所以称火花塞为发动机心脏并不过份。<br>x&v q
o}_4V[q%a
近年来，由于对汽车废气排放制订了一系列法规，同时发动机也向着高转速、高功率、多品种的方向发展，这些也对火花塞提出了越来越高的要求：点火性能好，使用可*性更高，寿命更长，更适合于发动机的特性，另外还要求达到节能、排气净化的目的。对这些十分苛刻的要求，传统的镍合金电极已无法满足要求。 <br>
\;d6z%_6a\M
<br>-zmc emR
铂金火花塞与一般的火花塞相比，其侧电极和（或）中心电极放电表面焊接有直径1mm的铂金属。可别小看这直径1mm的铂金属，就是它使得火花塞的各种性能得到极大程度的提高，正因为铂金电极火花塞具有许多优越性，国外世界级的火花塞公司竞相开发生产铂金火花塞。 铂金火花塞最初的开发在国外主要用于需要长寿命的航空或工业发动机以及高速行驶的摩托、赛艇上，但近年来，随着发动机向高转速、高功率方向发展，要求长寿命火花塞与之相适应，以减少火花塞的维修，从而使铂金火花塞在国外的高标准汽车上得到广泛应用。 <br>'|"ku z_G-n-N
<br>$X1d+b;WO4A#jp
一、铂金火花塞结构 <br>
G g"EqNxA%] C
1 单铂金火花塞 这类火花塞其中电极焊接片状铂金，侧电极采用加厚的楔形。<br>
4o8Z] }$H
X
eQ0hB
2 双铂金火花塞 中心电极和侧电极都焊接铂合金的火花塞。 <br>
$e!gX;F5@.z Y n%A
<br>
!o4D] y8Q;[:['D
二、铂金电极火花塞的优越性 <br>
)d6Ij4YS |;gK
<br>L Y6U c A!X;H4e x}w
1 提高了发火性 <br>
HY3m{|!E+P
一般火花塞的中心电极直径为2.5mm，而铂金火花塞的中心电极为1mm。这样加热中心电极所耗热量少，消焰作用（火花生成的焰核的热量被温度较低的电极所吸收，焰核向周围扩散的作用）变小，火焰核易于扩散。因此，在同样的低点火电流强度的条件下，气缸内的可燃混合气能够得到更多一些的点火能量，混合气燃烧得更加充分。 <br>*p]Sq ]-G
<br>
R%P1FkPN
2 提高了跳火性能 <br>
L+D
Bi e8H]
由于铂金火花塞的中心电极较细，根据尖端放电的原理，电极尖更容易集积较多的电能，电火花更容易跳过两极之间的间隙。这表明在冷机至正常工作转速运转时，有着良好的点火性能。铂金电极还有一个优点，就是铂金属具有较低的电子发射势垒（electron escape barrier），即在同样大小的放电间隙和电极尺寸的条件下，跳过铂金电极间隙所要求的电压较低。汽油机在起动和急加速运转时，点火线圈产生的二次电压较低，若采用铂金火花塞，它的铂电极仍能够跳出稳定的火花，保证汽油机起动性、怠速稳定性和急加速性。 <br>L@G)X8K j@
<br> x@C tH
3 容易稳定在自净燃烧和炽热燃烧之间的最佳温度范围内 <br>!F`{5o|Y A p;X:m
铂金火花塞的放电电极的直径1mm，传统的电极直径2.5mm，铂金放电电极的面积为传统放电电极面积的1/3，这样能保持电极较高的温度。同时由于电极与绝缘体裙部面积的增大，裙部散热速度加快，裙部不易出现炽热点火，温度比较容易控制在500～800℃之间。这一温度，也就是燃烧的最佳工作温度。 <br>
1z3b8T9c(Byme
<br>D @ | j7SD'K7t
}6q/y
4 扩大了热范围 <br>.fAw Y'qM.[%?4q
由于铂电极产生的电火花能量较高，火花塞易通向混合气，这样火花间隙可以比一般粗电极的小些。由于污损产生的泄漏分路对铂电极的影响不大，亦即铂电极的耐污损性良好，再加上由于电极细，使绝缘体裙端相应变细，扩大了热室容积，这也使得气缸进气时新鲜混合气的“进机冷却”影响较大，提高了耐热性。所以，铂金火花塞的热范围广，通常是普通火花塞的两倍以上。铂金火花塞的这种热值宽的特点能使火花塞在自净温度为400℃时就可以达到低速行驶的要求，在临界点时就能烧掉积炭，这对燃油消耗和排放都有好处。 <br>/~ `$hk*g'_TZG _
<br>%Hx
Xw+tX^4pc
5 优良的耐久性 <br>
[;k3V7K l%o#j1M ?}:f,F
说到火花塞寿命时，往往用电极的消耗来衡量，火花塞的寿命定义为“直到电极不能跳正常的火花为止”，可见电极的消耗对火花塞寿命的影响之大。电极的消耗是由烧蚀（由电点火引起的烧损）和腐蚀（化学、热学作用）而引起的，又同电极材料和电极工作温度有关。实际测试表明，温度到580℃以上电极就开始发生腐蚀，而且随温度上升腐蚀相应地增加，到890～1000℃附近就开始氧化。如果产生侵（烧）蚀，电极的棱角就变成弧状，电极间隙将变大，这样就会提高电极间跳火所必须的放电电压。一般随着发动机的运行或汽车行驶距离的增加，电极间隙所必须的放电电压也在不断地上升，会越来越接近点火线圈所提供的电压极限，于是点火越来越困难，并最终发生了断火。火花塞的使用寿命也就终结于此。但由于铂合金的熔点高（熔化温度可达到1800℃），耐氧化性及耐烧蚀性良好，能较好地承受燃气和残渣的化学腐蚀，并能长时间保持初始的火花间隙，从而延长了火花塞的使用寿命。通常铂金火花塞寿命是普通型火花塞寿命的5倍，双铂金火花塞平均寿命能达到16万公里。