火花塞失效分析

發(fā)動機火花塞 火花塞結(jié)構(gòu) 火花塞是汽油機點火系統(tǒng)中將高壓電流引入氣缸產(chǎn)生電火花 以點燃可燃混合氣體的部件 主要由接線螺母 絕緣體 接線螺桿 中心電極 側(cè)電極以及外殼組成 側(cè)電極焊接在外殼上 火花塞結(jié)構(gòu) 火花塞內(nèi)部結(jié)構(gòu) 高氧化鋁陶瓷 為了便于理解先簡要說一下點火系統(tǒng) 點火系統(tǒng)是汽油發(fā)動機重要的組成部分 點火系統(tǒng)的性能良好與否對發(fā)動機的功率 油耗和排氣污染等影響很大 能夠在火花塞兩電極間產(chǎn)生電火花的全部設(shè)備稱為發(fā)動機 點火系統(tǒng) 通常由蓄電池 發(fā)電機 點火線圈和火花塞等組成 汽油機在壓縮接近上止點時 可燃混合氣是由火花塞點燃的 從而燃燒對外作功 點火系的功用就是按照氣缸的工作順序定時地在火花塞兩電極間產(chǎn)生足夠能量的電火花 目前最常用的點火系統(tǒng)是電子點火系統(tǒng) 傳感器把點火時刻信號 氣缸識別信號等傳遞給ECU ECU控制點火系統(tǒng)向指定的氣缸在指定的時刻送去點火信號 能產(chǎn)生足以擊穿火花塞間隙的電壓火花塞電極擊穿而產(chǎn)生火花時所需要的電壓稱為擊穿電壓 點火系產(chǎn)生的次級電壓必須高于擊穿電壓 才能使火花塞跳火 擊穿電壓的大小受很多因素影響 其中主要有 1 火花塞電極間隙和形狀 火花塞電極的間隙越大 擊穿電壓就越高 電極的尖端棱角分明 所需的擊穿電壓低 2 氣缸內(nèi)混合氣體的壓力和溫度 混合氣的壓力越大 溫度越低 擊穿電壓就越高 3 電極的溫度 火花塞電極的溫度越高 電極周圍的氣體密度越小 擊穿電壓就越低 火花應(yīng)具有足夠的能量發(fā)動機正常工作時 由于混合氣壓縮終了的溫度接近其自燃溫度 僅需要1 5mJ的火花能量 但在混合氣過濃或是過稀時 發(fā)動機起動 怠速或節(jié)氣門急劇打開時 則需要較高的火花能量 隨著現(xiàn)代發(fā)動機對經(jīng)濟性和排氣凈化要求的提高 都迫切需要提高火花能量 因此 為了保證可靠點火 高能電子點火系一般應(yīng)具有80 100mJ的火花能量 起動時應(yīng)產(chǎn)生高于100mJ的火花能量 點火時刻應(yīng)適應(yīng)發(fā)動機的工作情況首先 點火系統(tǒng)應(yīng)按發(fā)動機的工作順序進行點火 其次 必須在最有利的時刻進行點火 點火時刻一般用點火提前角來表示 即從發(fā)出電火花開始到活塞到達上止點為止的一段時間內(nèi)曲軸轉(zhuǎn)過的角度 如果點火過遲 活塞到達上止點時才點火 則混合氣的燃燒主要在活塞下行過程中完成 即燃燒過程在容積增大的情況下進行 使熾熱的氣體與氣缸壁接觸面積增大 因而轉(zhuǎn)變?yōu)橛行ЧΦ臒崃肯鄬p少 氣缸內(nèi)最高燃燒壓力降低 導致發(fā)動機過熱 功率下降 如果點火過早 混合氣的燃燒完全在壓縮過程進行 氣缸內(nèi)的燃燒壓力急劇升高 當活塞到達上止點之前即達最大 使活塞受到反沖 發(fā)動機作負功 不僅使發(fā)動機的功率降低 并有可能引起爆燃和運轉(zhuǎn)不平穩(wěn)現(xiàn)象 加速運動部件和軸承的損壞 火花塞導熱途徑 火花塞環(huán)境溫度很高 吸氣終了 溫度為60 90 壓力約98kPa 壓縮終了 溫度為250 400 壓力約980 1470kPa 燃燒期 溫度為2000 3000 壓力約3920 6860kPa 燃燒末期 溫度為1300 1600 壓力約490 785kPa 需要盡快散熱 大部分通過墊圈與缸蓋接觸散熱 散熱途徑 火花塞熱值 火花塞熱值是受熱和散熱能力的一個指標 其自身所受熱量的散發(fā)量稱為熱值 熱值一般有5 6 7三種 數(shù)值越高散熱能力越大 數(shù)值越大 越冷 反之越熱 熱型火花塞 熱值相對低 絕緣體裙部較長 受熱面積大 散熱相對少 中心電極溫度上升較高 冷型火花塞 熱值相對高 絕緣體裙部相對較短 由于散熱途徑比較短 散熱相對較多 所以不易造成中心電極溫度的上升 一般來說低熱值的火花塞更適用于低速低壓縮比的小功率發(fā)動機 而高熱值火花塞則適用于高速高壓縮比的大功率發(fā)動機 熱值的高低 取決于缸內(nèi)混合氣溫度和火花塞的設(shè)計 火花塞間隙 1 電極間隙 火花塞中心電極 正極 與接地電極間的距離 最短 叫做電極間隙 2 火花塞間隙是否適當 對其 效能 的發(fā)揮影響很大 火花塞在制造時已將間隙調(diào)整到最佳位置 一般來說間隙為0 6 1 0mm 不正確的間隙可能對火花塞的機能和發(fā)動機的性能產(chǎn)生很大的影響 A 間隙大點火強 火花越強則氣缸內(nèi)的混合燃料充分燃燒 可讓機體易于起動 燃燒完全 一定程度上也更省油 通常情況下壓縮比越大 點火強度要求高 電壓高 的發(fā)動機要求的間隙較大 B 間隙超過最大間隙 可導致點火困難 加速無力 耗油增大的多種可能 此外還有可能造成偶發(fā)性失火現(xiàn)象 動力工況異常 燃燒不完全 尾氣染污加大等 C 如間隙過小可能導致起動困難甚至起動不了 點火時間過早 爆燃 噪音大 尾氣重等多種不良 3 所以在選用火花塞時 一是除了參考熱值相關(guān)外 還得仔細觀察其他方面的參數(shù)標準如 火花塞間隙 選用合適間隙的火花塞 對于發(fā)動機工況是否正常 油耗是否正常等諸多方面的影響是關(guān)鍵部件之一 火花塞點火性能 極細電極可以精確點火 提高性能 點火更集中 火力更強勁 同樣更省電 價格高 需使用銥金電極 火花塞電