文：王兆福

火花塞常見(jiàn)故障現(xiàn)象及原因解析（1）

文：王兆福

火花塞是點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的核心部件之一，由于火花塞的發(fā)火部分隱藏在發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室內(nèi)，從外部只能看到絕緣體和連接部分，所以很多車(chē)主會(huì)忽略它的存在。即使是很多年輕的維修人員，對(duì)于火花塞的認(rèn)識(shí)，往往只停留在它的保養(yǎng)周期上。其實(shí)，火花塞性能的好壞直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能、加速性能、燃油消耗量和廢氣排放等，所以維修人員只有正確了解火花塞的功能作用，才可以更好地解決發(fā)動(dòng)機(jī)的故障或發(fā)動(dòng)機(jī)有害氣體排放。

筆者在總結(jié)了多年來(lái)關(guān)于維修火花塞相關(guān)故障的基礎(chǔ)上，梳理了與之相關(guān)的理論知識(shí)和維修經(jīng)驗(yàn)，在此與廣大讀者分享，希望能給各位同行們?cè)诰S修這類(lèi)故障時(shí)提供些許有益的提示和幫助。本文為了體現(xiàn)一定的系統(tǒng)性，還特別補(bǔ)充了火花塞的基礎(chǔ)知識(shí)，供一些剛剛?cè)胄械呐笥褌儏⒖肌?/p>

本文中的內(nèi)容只代表筆者個(gè)人觀點(diǎn)和維修經(jīng)驗(yàn)，難免有不妥或不足之處，也請(qǐng)各位讀者能多提寶貴意見(jiàn)。

一、火花塞的基礎(chǔ)知識(shí)

1.火花塞的結(jié)構(gòu)

火花塞整體結(jié)構(gòu)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，其結(jié)構(gòu)功能及材料應(yīng)用如圖1所示。

2.火花塞的常見(jiàn)類(lèi)型

（1）標(biāo)準(zhǔn)型火花塞

其絕緣體裙部略縮入殼體端面，側(cè)電極在殼體端面以外，是目前使用最廣泛的一種（圖2）。

（2）突出型火花塞

相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)型而言，火花塞的絕緣體裙部較長(zhǎng)，突出于殼體端面以外（圖3）。它具有吸熱量大、抗污能力好等優(yōu)點(diǎn)，且能直接受到進(jìn)氣的冷卻而降低溫度，因而不易引起熾熱點(diǎn)火，故熱適應(yīng)范圍寬。

（3）細(xì)電極型火花塞

其電極很細(xì)，特點(diǎn)是火花強(qiáng)烈，點(diǎn)火能力好，在嚴(yán)寒季節(jié)也能保證發(fā)動(dòng)機(jī)迅速可靠地起動(dòng)，熱范圍較寬，能滿(mǎn)足多種用途（圖4）。

（4）多側(cè)極型火花塞

只有1個(gè)側(cè)電極的火花塞稱(chēng)為單側(cè)極火花塞，而側(cè)電極一般為2個(gè)或2個(gè)以上的火花塞被稱(chēng)為多側(cè)極型火花塞（圖5）。多側(cè)極火花塞的優(yōu)點(diǎn)是點(diǎn)火可靠，間隙不需經(jīng)常調(diào)整，故在電極容易燒蝕和火花塞間隙不能經(jīng)常調(diào)節(jié)的一些汽油機(jī)上使用。

（5）錐座型火花塞

相對(duì)于平座型火花塞而言。平座型火花塞是指火花塞殼體大圓柱端面與氣缸體接觸的部位為平面，安裝時(shí)該部位要配備彈性密封墊圈。而錐座型火花塞的該部位加工成錐面，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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)更為有利（圖5）。

（6）電阻型火花塞

現(xiàn)代汽車(chē)電控系統(tǒng)的應(yīng)用，提升了汽車(chē)的各項(xiàng)性能。但為了抑制點(diǎn)火系統(tǒng)對(duì)各種電控系統(tǒng)的電磁干擾，又生產(chǎn)了電阻型火花塞。電阻型火花塞在結(jié)構(gòu)上與普通型沒(méi)有大的區(qū)別，僅僅是將絕緣體內(nèi)的導(dǎo)體密封劑改為電阻密封劑，電阻值為1～10 kΩ（圖7）。

3.火花塞的工作

（1）火花塞間隙

火花塞間隙是指火花塞側(cè)電極與中心電極之間的間隙（圖8），其作用是將點(diǎn)火線圈所產(chǎn)生的脈沖高壓電引進(jìn)燃燒室，利用電極產(chǎn)生的電火花點(diǎn)燃混合氣，完成燃燒。

火花塞間隙越大則點(diǎn)火能量越強(qiáng)，氣缸內(nèi)混合氣體的燃燒越充分，發(fā)動(dòng)機(jī)易于起動(dòng)、尾氣排放中的污染物質(zhì)少，動(dòng)力性強(qiáng)，一定程度上也更省油。

但是，由于間隙越大點(diǎn)火時(shí)擊穿空氣需要的電壓也較大，所以不同的發(fā)動(dòng)機(jī)相匹配的火花塞間隙各有不同。只有選擇正確的火花塞間隙，才能讓發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)揮更好的性能。

（2）火花塞的工作過(guò)程

火花塞的工作分為4個(gè)階段（圖9）。

第一階段

火花塞側(cè)電極與中心電極間產(chǎn)生放電電弧，即火花。

第二階段

放電電弧引燃周?chē)旌蠚?，電弧燃燒形成火炎核（火種）。

第三階段

火種引燃電極間混合氣。由于金屬電極會(huì)吸收熱量，使火炎核的作用減小而導(dǎo)致火種熄滅，混合氣則不能被點(diǎn)燃，因此要求放電火花須保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間，直到剩余儲(chǔ)存電能完全衰減在整個(gè)電弧燃燒階段。這樣即使混合氣分配不均（分配不一致），也能確保混合氣被點(diǎn)燃。

第四階段

氣缸內(nèi)混合氣迅速燃燒，發(fā)動(dòng)機(jī)作功。

（3）火花塞對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作的影響

火花塞火花能量的大小對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能有著直接的影響。點(diǎn)火質(zhì)量決定于電弧的持續(xù)期和點(diǎn)火能量的高低（點(diǎn)火線圈產(chǎn)生的電壓）。點(diǎn)火能量高，能夠保證點(diǎn)火的一致性和燃燒的穩(wěn)定性，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作更平穩(wěn)。延長(zhǎng)電弧持續(xù)期可以使混合氣充分燃燒，提供相當(dāng)高的能量轉(zhuǎn)換率，對(duì)點(diǎn)燃稀混合氣有益。

火花能量較小時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒不完全，易產(chǎn)生失火現(xiàn)象，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，而且也會(huì)影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能。另外，燃燒后的排放氣體中的有害物增加，嚴(yán)重影響環(huán)保。當(dāng)火花能量大時(shí)，容易產(chǎn)生火花塞電極的燒蝕，縮短火花塞的使用壽命。

（4）火花塞的電極材料

火花塞中心電極的材料由于熔點(diǎn)、強(qiáng)度、硬度、電阻以及抗氧化性的不同，其使用壽命也有所不同。表1為常見(jiàn)中心電極材料火花塞的使用壽命。

4.火花塞的熱值

火花塞熱值是火花塞吸收熱量和傳出熱量的一種特性（圖10）。熱值數(shù)據(jù)是在熱值機(jī)上所測(cè)得的，是衡量火花塞受熱和散熱能力的一個(gè)指標(biāo)。熱值共有9個(gè)數(shù)值，其中1～3為低熱值，4～6為中熱值，7～9為高熱值。

火花塞的熱值代表其散熱快慢，數(shù)值越大則散熱越快（或稱(chēng)為火花塞越冷）。不同的發(fā)動(dòng)機(jī)要求使用不同熱值的火花塞，正確匹配才可以保證火花塞持久穩(wěn)定的工作。一般而言,乘用車(chē)行駛速度快,氣缸壓縮比高,需用熱值高（散熱快）的火花塞；商用車(chē)行駛速度較慢,一般用熱值低（散熱慢）的火花塞。

表1 常見(jiàn)中心電極材料火花塞的使用壽命

散熱量大的冷型火花塞，也就是高熱值火花塞，絕緣體裙部相對(duì)比較短（注意不是指螺紋長(zhǎng)度）。裙部越短，受熱面積就小，相對(duì)散熱量就大，散熱相對(duì)比較多，所以造成中心電極溫度的上升慢。熱值過(guò)高，易使火花塞溫度低，中心電極部分容易產(chǎn)生積炭，從而導(dǎo)致漏電，火花塞點(diǎn)火能力下降。

散熱量較小的熱型火花塞，也就是低熱值火花塞，絕緣體裙部較長(zhǎng)，當(dāng)氣缸內(nèi)溫度布置均勻時(shí)，裙部越長(zhǎng)，受熱面積就越大，傳導(dǎo)熱量的距離就越長(zhǎng)，所以散熱少，中心電極溫度上升較高。而熱值過(guò)低，散熱不夠, 中心電極部分溫度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致爆燃，從而易造成火花塞頭部陶瓷燒損、電極燒熔等故障。

5.火花塞的放電形式

火花塞的放電形式主要有以下2種形式。

一種空氣間隙形式放電，是指在脈沖高電壓作用下，擊穿存在于中心電極與側(cè)電極之間的空氣間隙產(chǎn)生電火花（圖11a）。這種形式放電距離短，跳火性能差，傳統(tǒng)單側(cè)極火花塞就是如此。

另一種是沿面間隙放電形式，即放電路線是沿中心電極與側(cè)電極之間的絕緣體表面進(jìn)行的（圖11c）。這種形式的放電發(fā)生于絕緣體陶瓷表面和空氣的交界面，陶瓷表面電場(chǎng)發(fā)生畸變會(huì)增大局部場(chǎng)強(qiáng)，導(dǎo)致局部先發(fā)生放電，由此促使放電的進(jìn)一步發(fā)展，直至電極間隙擊穿。在相同擊穿電壓下，沿面間隙比空氣間隙的放電距離長(zhǎng)，大大提高火花的能量。而且由于電火花沿絕緣體表面，可以燒盡油污積炭，避免電極之間的跨連，也避免絕緣體和殼體之間因附著燃燒沉積物導(dǎo)致電流泄漏的現(xiàn)象，保證怠速工況下的點(diǎn)火可靠性。

目前用途較廣的是將“沿面間隙”和“空氣間隙”結(jié)合在一起的半沿面間隙放電形式（滑動(dòng)—空氣間隙放電形式），即絕緣體裙部與側(cè)電極之間是空氣間隙（圖11b）。放電時(shí)火花從絕緣體表面“滑”過(guò)再跳向側(cè)電極。由于絕緣體表面電場(chǎng)畸變使擊穿電壓降低。這種火花塞的絕緣體有正常的裙部，因而能適應(yīng)不同的熱負(fù)荷。

6.火花塞型號(hào)標(biāo)注解讀

不同品牌火花塞的型號(hào)標(biāo)識(shí)有不同的表示方法，例如：NGK火花塞的型號(hào)是由3部分?jǐn)?shù)字或字母組成（圖12）。

第一部分表示的是火花塞的結(jié)構(gòu)類(lèi)型和主要尺寸（字母）。

第二部分表示的是火花塞的熱值（數(shù)字）。熱值分為熱型、中型和冷型3種。數(shù)字1、2、3表示為熱型火花塞，4、5、6表示為中型火花塞，7以上表示為冷型火花塞。

第三部分表示的是火花塞的特性（字母）。

（待續(xù)）