火花塞

火花塞(spark plugs)，俗稱火嘴，它的作用是把高壓導線(火嘴線)送來的脈沖高壓電放電，擊穿火花塞兩電極間空氣，產生電火花以此引燃氣缸內的混合氣體。高性能發動機的基本條件：高能量穩定的火花、混合均勻的混合氣、高壓縮比。

火花塞在發動機中到底有什么作用呢？

使用內燃機的轎車所使用的燃料一般是汽油和柴油。而在中國轎車市場，汽油車占據了一個很大的比例。汽油發動機與柴油發動機不一樣，由于汽油的燃點較高(約400度左右)，因而需要使用強制點火方式點燃混合氣。通過電極之間的放電現象產生火花，汽油發動機是通過燃料和混合氣體的適時燃燒使之產生動力，但是作為燃料的汽油即使處于高溫環境下也很難自燃，要想使其適時燃燒有必要用“火”來點燃。這里說的火花點火便是“火花塞”的作用。

火花塞的內部構成是怎樣的？

火花塞由以下幾部分構成：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，通過汽缸蓋螺紋連接連接到發動機缸體上。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產生火花，從而點燃氣缸中的混合氣。

火花塞的電極有哪些類型？

經過了一百多年的發展，傳統的標準火花塞已經發展出多種多樣的電極類型?；鸹ㄈ蓚鹘y的標準型單側極發展到突出型單側極，由單側極發展至多側極。

傳統單側極火花塞的火焰核位于中央電極與側電極之間，熱量較多地被側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。

在上世紀20年代，開始出現了三側極火花塞，三個接地電極位于中央電極四周，消除了單側極火花塞中央電極被側電極遮擋的缺點，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，雖然多電極火花塞有多個接地電極，但在火花塞跳火瞬間電流僅通過單一接地電極跳火，不會出現多電極同時跳火的情況。

火花塞電極可以采用怎樣的材料？

火花塞在發展的過程中引入了各種的稀有金屬，以提供良好的散熱能力、抗化學腐蝕能力、抗電腐蝕能力、跳火性能以及工作穩定性等性能。首先我們來看看火花塞的中央電極。中央電極的材質經歷了鐵、鎳、鎳基合金、鎳-銅復合材料以及貴金屬幾個演化過程。

貝魯(Beru)公司于1943年首先開發出銅芯電極火花塞。目前銅芯電極火花塞的覆蓋率已經達到95%。銅芯電極具有良好的導熱性，不容易產生熾熱點火、怠速、低負荷也不容易產生積碳，擁有較好的點火性能。純金屬容易氧化和產生化學腐蝕作用，因而在銅芯外表包裹一層耐腐蝕性能較好的鎳基合金能夠使火花塞擁有良好的抗腐蝕能力的同時散熱性能也更好。 

側電極接地，因而電腐蝕作用較低，但化學腐蝕作用依然存在，在鎳基中加入錳和硅可提高抗化學腐蝕性。而Champion在1998年推出的銅芯側電極火花塞可以使側電極的工作溫度降低100℃，減少了因火花塞溫度過高的點火提前，溫度降低也減少了燒蝕和電極間隙變化，火花塞工作更加穩定。

現在主流的發動機都采用了渦輪增壓、缸內直噴等增強動力的技術，升功率、壓縮比、最高轉速都不斷攀升。為適應高轉速、高壓縮比、高升功率的“三高”汽油發動機的需求，火花塞的電極材料也進一步升級至使用熔點較高的鉑(熔點為1772℃)、銥(熔點為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腐蝕能力，在使用壽命上有了長足的進步。

貴金屬電極火花塞有幾個突出優點：

1.電極的高抗腐蝕性使得點火間隙長期不變，點火間隙穩定，發動機運轉平穩，無需修正發動機點火間隙。有數據表明，使用鉑金火花塞的發動機經過16萬公里運轉，點火間隙僅增大0.05mm。

2.由于貴金屬極細電極具有尖端放電效應，因而點火更容易，發動機在低轉速工況也能平穩運行。

3.極細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燃混合氣，使燃燒更充分，排放更低。

火花塞是怎樣工作的？

發動機整體性能的好壞完全是取決于火花塞閃出火花的良否來決定的。我們往往把發動機比作為“汽車的心臟”，但是更能把火花塞比作為“發動機的心臟”。

● 火花

在火花塞的中心電極和接地電極之間施加由點火裝置所產生的高電壓，由此電極間的絕緣狀態被破壞而產生電流，放電生成電火花。

火花能量決定能否使壓縮混合氣體點火爆發。

放電現象是在極短時間內(約千分之一秒)完成的，且極為復雜。

火花塞所的作用就是必須在規定的時間內使電極之間切實產生強火花，成為混合氣燃燒的始點。

● 著火

由電火花所引起的點火是通過電極之間的火花放電而使燃燒粒子活性化，產生化學反應(酸性)，并發生熱效應，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，火焰核會因此而消失導致熄火(指由于電極吸熱使火焰消除的作用)。

另外、如果火花隙較寬，火焰核會變大，消火作用也會變小，可保證確實點火。當火花隙過于寬時，則需要大的放電電壓，從而超過了線圈的性能界限，反而不能放電。

因此，我們可以將火花塞點火過程可分為四步：1.點火線圈在火花塞電極兩端產生高壓電，高壓擊穿電極間的介質產生電火花;2.電弧高溫加熱混合氣后產生火焰核;3.火焰核變大，火花塞電極結構會影響這個過程，從而影響火花塞點火性能;4.火焰核溫度上升至混合氣燃點時混合氣被點燃。

什么是火花塞熱值？

火花塞的熱值反映了火花塞把熱量從燃燒室傳遞到汽缸蓋的能力。只要是汽油發動機，燃燒室的理想燃燒溫度在500-850℃這個范圍內。把燃燒室溫度控制在上述范圍能夠有效避免火花塞提前跳火及火花塞頭部過熱;同時也能夠有效清除氣缸燃燒殘留物避免氣缸失火。

不同熱值的火花塞我們可以通過火花塞芯部的長度來大致區分?；鸹ㄈ静枯^長的是熱型火花塞;火花塞芯部較短的是冷型火花塞。當然也可以通過改變中央電極的合金成分來改變火花塞的熱值，但一般通過改變火花塞芯部長度的方法比較常用。我們常見的博世和NGK火花塞的熱值標識方法是不一樣的，NGK越“熱”的火花塞，型號中的數字越低;而博世越“熱”的火花塞，型號中的數字越大。舉個例子：NGK的BP5ES和博世的FR8NP熱值是相等的(加粗的數字表示熱值)。家用轎車上的發動機一般采用中等熱值的火花塞。以NGK火花塞為例，其型號中表示熱值的位上一般會是“6、7、8”，對照上圖的表我們就知道相應型號的火花塞所處的熱值范圍了。

火花塞的間隙很重要嗎？

不同發動機甚至同一款發動機在不同調教的情況下，所使用的火花塞間隙都不一樣?；鸹ㄈg隙過小會導致提前點火、死火甚至發動機損壞;火花塞間隙過大會導致失火、火花塞污垢增多、動力下降、油耗增加。在更換非原廠火花塞時，我們除了關注火花塞電極類型、火花塞熱值，還要關注的就是火花塞間隙了。

火花塞到底有哪些種類？

按照熱值高低來分，有冷型和熱型;按照電極材料來分，有鎳合金、銀合金和鉑合金等;如果更專業一下，火花塞的類型大體上有如下幾種：

1、 準型火花塞：

其絕緣體裙部略縮入殼體端面，側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，突出于殼體端面以外。它具有吸熱量大、抗污能力好等優點，且能直接受到進氣的冷卻而降低溫度，因而也不易引起熾熱點火，故熱適應范圍寬。

3、 電極型火花塞：

其電極很細，特點是火花強烈，點火能力好，在嚴寒季節也能保證發動機迅速可靠地起動，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，對發動機的設計更為有利。

5、 極型火花塞：

側電極一般為兩個或兩個以上，優點是點火可靠，間隙不需經常調整，故在電極容易燒蝕和火花塞間隙不能經常調節的一些汽油機上常常采用。

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，為了抑制汽車點火系統對無線電的干擾，又生產了電阻型和屏蔽型火花塞。電阻型火花塞是在火花塞內裝有5-10kΩ的電阻，屏蔽型火花塞是利用金屬殼體把整個火花塞屏蔽密封起來。屏蔽型火花塞不僅可以防止無線電干擾，還可用于防水、防爆的場合。

火花塞有怎樣的性能要求呢？

耐熱性：可適應極熱﹒極冷的情況

火花塞內部的受到的溫度在混合氣體燃燒時就達到了2000℃、在吸入行程中使低溫氣體受冷，讓4沖程式發動機的急熱急冷現象把發動機運轉中的2 回轉變成一回轉。

與此耐熱性相同，也要求具有達不到表面著火的起點的放熱性。

機械的強度：可以適應激烈的壓力變化

在吸入行程中達到1氣體壓力以下，爆発行程中可達到45氣壓以上。唯一可以適應這種激烈壓力變化的機械強度。

絕緣性：維持高電壓的絕緣性

在急劇的溫度變化壓力變化反復的情況下，對于約10～30kV的高電壓要求可以維持充分的絕緣性。

氣密性：在惡略環境下保持氣密性

在急劇的溫度變化壓力變化下，要求保持機械箱與絕緣體間的氣密性。

耐消耗性：把電極的消耗降到最小

在惡略環境下，把電極的消耗降到最小，要求具有這種耐消耗性。

耐污損性：把燃燒的污垢減到最少

惡略環境下、抑制因混合氣體燃燒而產生的電極的污垢。附著著的活性炭也會受熱燒盡，從而達到自我清潔的要求。因此，即使是低速行駛，也可以迅速提升火花塞的溫度，可達到(約500℃)。

狀況檢查

火花塞技術狀況除用專用儀器進行密封發火試驗以外，還可采取下述方法檢查。

(1)就車檢查法

a、觸摸法：起動發動機，使其怠速運轉，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：起動發動機，使其怠速運轉，然后用螺絲刀逐缸對火花塞短路，聽發動機轉速和響聲變化，轉速和響聲變化明顯，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或供油過多，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或混合氣濃，機油上竄;如頂端與電極間有沉積物，當為油性沉積物時，說明氣缸竄機油與火花塞無關，當為黑色沉積物時，說明火花塞積碳而旁路，當為灰色沉積物時，則是汽油中添加劑覆蓋電極導致缺火;若嚴重燒蝕，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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