專(zhuān)業(yè)|通過(guò)看似與火花塞沒(méi)關(guān)系的常識(shí)，了解火花塞原理

通常對(duì)于火花塞，不懂發(fā)動(dòng)機(jī)和火花塞的人，不好解釋其中的道理。

下面通過(guò)幾個(gè)看似與火花塞沒(méi)有關(guān)系的常識(shí)，讓我們了解火花塞的工作原理。

點(diǎn)燃一張紙的時(shí)候，越尖越小的地方，越容易點(diǎn)燃。

因?yàn)樵郊?，越?jīng)]地方散熱，或者說(shuō)聚熱。

如下圖，右邊的更易點(diǎn)燃。

發(fā)動(dòng)機(jī)在做功沖程的時(shí)候，高達(dá)3000攝氏度的燃燒氣體的高溫。

為什么沒(méi)有把火花塞電極、活塞、氣缸、氣門(mén)燒融化？

答：2個(gè)原因。

原因1.

發(fā)動(dòng)機(jī)是金屬的，導(dǎo)熱性非常好，并且有冷卻液（水）循環(huán)降溫和機(jī)油循環(huán)降溫。

冷卻液循環(huán)可以讓氣缸溫度保持在100℃以下（或左右）。

只要發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有開(kāi)鍋，說(shuō)明冷卻系統(tǒng)是工作的。

原因2.

高溫是瞬間的，只要不是持續(xù)的就不會(huì)燒壞。

舉個(gè)例子：手指在打火機(jī)上快速滑動(dòng)，無(wú)數(shù)次接觸火苗，但時(shí)間極短，比如0.1秒，手就不會(huì)被燙到，即使火苗有幾百度。但是如果停留1秒以上，手就被燙到了。

火花塞中間金屬殼體和陶瓷體部分，通常是低于100℃的（或100℃左右），這是由于火花塞緊密接觸在缸蓋上，傳導(dǎo)熱量很快的金屬缸蓋和水循環(huán)帶走了80%的熱量，發(fā)動(dòng)機(jī)水溫正常都在100℃以下，100℃以上叫開(kāi)鍋。

*PS：新的冷卻技術(shù)可以到125℃不開(kāi)鍋，所以我們說(shuō)是的100℃左右。

下圖為某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液循環(huán)圖，為了圖示一下，每個(gè)缸都是有水套，每個(gè)氣缸都是可以被流動(dòng)的冷卻液（水）帶走的熱量。

火花塞工作的溫度，基本上是指火花塞裙部的溫度，就是火花塞電極端及電極旁邊的陶瓷體尖端那一整塊的溫度。

火花塞正常的工作范圍是500℃到850℃，超過(guò)約900℃-1000℃，就會(huì)到自燃區(qū)域，也就是說(shuō)，火花塞還沒(méi)開(kāi)始放電點(diǎn)火，汽油就提前被點(diǎn)燃了，就可能引起了爆震。

所以火花塞有熱值，熱值的本質(zhì)是火花塞能夠承受或帶走的最大熱量。

如果車(chē)輛使用了過(guò)低熱值的火花塞，火花塞就會(huì)太熱了，可能會(huì)爆震連連；如果車(chē)輛使用了過(guò)高熱值的火花塞，火花塞不存熱，工作的溫度就有可能會(huì)低于500℃，工作不良，汽油不能順利燃燒，造成火花塞積碳。

火花塞使用的是陶瓷材質(zhì)，陶瓷的物理性質(zhì)是吸熱慢，散熱也慢，而金屬殼體散熱很快，連在缸蓋上，很容易就散熱到100℃以下了（或左右）。

火花塞的熱值通常是用陶瓷的大小和粗細(xì)形狀來(lái)做調(diào)節(jié)的，陶瓷多，散熱慢，熱值就低，陶瓷少，散熱快，熱值就高。

通過(guò)幾個(gè)不太相關(guān)的話題，可以引入下面的內(nèi)容：

渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)一般有什么特點(diǎn)？

溫度高，燒機(jī)油，壓力大，損耗大。

這些都和火花塞有關(guān)。

圖示：某渦輪增壓車(chē)型的原車(chē)火花塞燒蝕或損壞

1、溫度高。

溫度高、氣門(mén)室蓋墊老化快，密封墊的密封性變差，機(jī)油就會(huì)慢慢漏到火花塞螺紋上，導(dǎo)致火花塞金屬螺紋部分和電極上有機(jī)油。

首先：

是會(huì)讓火花塞點(diǎn)火能力降低，因?yàn)闄C(jī)油的電阻比金屬電極的電阻大，會(huì)讓火花塞有一定的失火率（沒(méi)點(diǎn)著），也會(huì)讓火花塞積碳及漏電（不在正確位置放電）。機(jī)油是可燃物，機(jī)油達(dá)到溫度（約200℃）就會(huì)燃燒。

機(jī)油有粘稠性，會(huì)越積越厚，這樣火花塞電極和陶瓷體的散熱就變慢，就像給火花塞上蓋了一層棉被，又熱又可燃。

結(jié)果：

在火花塞還沒(méi)有高壓放電點(diǎn)火的時(shí)候，當(dāng)這個(gè)缸還處在壓縮行程、做功行程、排氣行程的時(shí)候，附著在火花塞電極上的機(jī)油燒著了，沒(méi)熄滅，斷斷續(xù)續(xù)燃燒。

火花塞點(diǎn)火的時(shí)長(zhǎng)約是0.00003秒，這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)不僅僅是爆震，簡(jiǎn)直亂套了，ECU雖然檢測(cè)到爆震立刻調(diào)節(jié)點(diǎn)火提前角，但是沒(méi)有用，怎么調(diào)節(jié)都是錯(cuò)。

此時(shí)，可能有以下發(fā)生：

火花塞陶瓷體因?yàn)楸鹚榱?；火花塞電極因?yàn)闄C(jī)油覆蓋和燃燒，保持2500℃-3000℃（甚至更高溫度）的燃燒而燒斷；發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸因?yàn)楸鸲攺潯?/span>

這每一個(gè)情況的發(fā)生，都有可能讓發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)廢或大修。

2、燒機(jī)油。

當(dāng)然，不是每個(gè)渦輪車(chē)型都燒機(jī)油，自然吸氣車(chē)也有不少燒機(jī)油。

如果燒機(jī)油發(fā)生，機(jī)油參與燃燒后，和汽油一樣，沒(méi)有燃燒干凈的殘?jiān)纬煞e碳、膠質(zhì)，分散到燃燒室內(nèi)的各個(gè)角落，包括火花塞電極、火花塞陶瓷小頭、活塞頂、氣門(mén)、氣缸內(nèi)壁（特別是不接觸到活塞的那一段）。

如果在活塞頂、氣門(mén)、氣缸內(nèi)壁的局部，這種膠質(zhì)積碳沉積過(guò)多，特別是個(gè)別凸起的積碳，就會(huì)因?yàn)榧恻c(diǎn)易燃原因，過(guò)熱后點(diǎn)燃汽油，造成提前點(diǎn)火，嚴(yán)重的干脆自己燃燒起來(lái)。同以上“1”一樣的情況就發(fā)生了。

也許會(huì)奇怪，為什么燃燒室內(nèi)，溫度那么高，壓力變化那么快的氣流，沒(méi)有把這些臟物質(zhì)帶走？

其實(shí)就像電扇，無(wú)論電風(fēng)扇轉(zhuǎn)的多快，風(fēng)扇葉邊緣的灰塵不擦拭的話就是越積越多。

3、壓力大。

火花塞高壓放電點(diǎn)火的時(shí)候，火花塞正極和負(fù)極之間的可燃?xì)怏w，壓縮沖程結(jié)束時(shí)，大約是10個(gè)左右大氣壓的壓力，渦輪增壓時(shí)更高。就是說(shuō)渦輪增壓的氣體密度越大，壓力越大，火花塞放電時(shí)的阻力越大，阻力大，需要的電壓就需要更大，火花塞電極的損耗也就大。

10個(gè)大氣壓是多大壓力？

普通汽車(chē)輪胎是2個(gè)多的大氣壓，而點(diǎn)火做功時(shí)，缸內(nèi)壓力瞬間能在30-40個(gè)大氣壓。

4、損耗大

渦輪增壓車(chē)型的火花塞，在工作時(shí)電極因?yàn)楦邷?、高壓、電擊、化學(xué)條件的作用，逐漸形成積碳和氧化膜。

氧化膜很難被電壓擊穿形成有效電弧，這就降低有效電弧的形成能力。燃燒室溫度越高，金屬溫度越高，電阻越大，點(diǎn)火能力越差，形成氧化膜的能力也越強(qiáng)。

另外除了電極損壞之外，陶瓷體本身也受到高壓的作用，陶瓷也有一定的疲勞極限，壓力越大，越容易疲勞老化，絕緣性變差。

不良的油品和車(chē)主亂加燃油添加劑，也讓火花塞污損漏電，這就是為什么渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)費(fèi)火花塞的原因。

火花塞使用過(guò)程中，性能緩慢下降，燃燒不好，積碳增多，形成惡性循環(huán)，與其他原因共同形成負(fù)面效應(yīng)的疊加。

舉例：運(yùn)動(dòng)員磨損運(yùn)動(dòng)鞋底的速度快，還是非運(yùn)動(dòng)辦磨損運(yùn)動(dòng)鞋底的速度快？

* 所以，渦輪增壓車(chē)型原車(chē)配備的原車(chē)火花塞特點(diǎn)是：

a 必須是銥金、鉑金型火花塞。

銥金熔點(diǎn)2400℃，鉑金熔點(diǎn)1700℃，銥金、鉑金做電極可以做的很細(xì)且耐高溫，0.4mm到1毫米不等的直徑，越細(xì)越容易放電，且放電電壓越低。就如同避雷針為什么做那么細(xì)的道理。

另外，越細(xì)放電越快，燃燒也越好，積碳原則上越少。

b 火花塞正極和負(fù)極之間的最短距離，就是火花塞間隙，且都是小間隙。

現(xiàn)在的新渦輪車(chē)型的火花塞間隙，幾乎全是0.8mm，個(gè)別是0.7mm或0.9mm（早期也有部分車(chē)型是1.1mm），間隙越小，放電越容易，放電電壓越低。間隙過(guò)大，會(huì)有一定的失火率，渦輪介入后車(chē)輛就會(huì)頓挫。

c 火花塞熱值較高，通常是6、7、8的熱值居多，而自然吸氣的發(fā)動(dòng)機(jī)通常是4、5、6居多。

說(shuō)明熱量比較難散，盡量采用高熱值，多讓火花塞散熱。

* 直噴發(fā)動(dòng)機(jī)有什么與火花塞有關(guān)的特點(diǎn)呢？

答：積碳。

傳統(tǒng)電噴是歧管?chē)娚?，是燃油在進(jìn)氣歧管里噴射，經(jīng)歷進(jìn)氣沖程、和壓縮沖程的2個(gè)。燃油與空氣充分混合，燃燒更充分。燃燒情況較正常的電噴車(chē)型火花塞特征是火花塞裙部圓形的金屬的顏色是深棕黑色，一般不是純黑色，黑色碳層較薄，用手很難擦掉黑色碳層。

直噴是為了稀薄燃燒，通常是在壓縮沖程快結(jié)束的時(shí)候，噴油嘴直接把燃油噴射到燃燒室內(nèi)，并且設(shè)計(jì)噴射到火花塞周?chē)?，形成濃混合氣（便于點(diǎn)燃），這時(shí)燃油還沒(méi)怎么與空氣混合，就要被火花塞點(diǎn)燃。燃燒情況正常的直噴渦輪車(chē)型火花塞特征是火花塞裙部圓形的金屬的顏色幾乎是純黑色，黑色碳層一層，甚至較厚，通常使用到2萬(wàn)公里左右時(shí)，用手可以輕易的擦掉一層黑色碳層。

一般來(lái)說(shuō)，直噴發(fā)動(dòng)機(jī)比電噴發(fā)動(dòng)機(jī)積碳嚴(yán)重。尤其是由于汽油有清潔性，電噴的歧管?chē)娚浞绞?，可以沖洗掉進(jìn)氣門(mén)背面一部分積碳，而直噴發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)一直在積碳。

特別是帶渦輪增壓的進(jìn)氣門(mén)積碳更嚴(yán)重，越積越厚，影響到氣門(mén)的開(kāi)合，最后有可能發(fā)生斷氣門(mén)的情況。而活塞頂、氣門(mén)正面、氣缸內(nèi)壁的積碳積累到一定程度，也會(huì)有局部溫度過(guò)高，無(wú)法散熱，導(dǎo)致提前點(diǎn)火、早燃、爆震。