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专家讲堂之火花塞详解

作者:婷婷张 · 发布时间:2020-01-21 13:16:38

  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。


  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,使用可靠性更高,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。


  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。

  一、铂金火花塞结构

  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,其外形如图1所示。

  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,其外形如图2所示。

  二、铂金电极火花塞的优越性

  1提高了发火性

  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。

  2提高了跳火性能

  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(electronescapebarrier),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。

  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

  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。

  4扩大了热范围

  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。

  5优良的耐久性

  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。



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