杜德魁，張建軍，楊輝睦，陳小雙

(株洲湘火炬火花塞有限責(zé)任公司，湖南株洲 412001)

0 引言

自主品牌的新車型在冬季普遍遇到冷起動和火花塞積炭問題，尤其是配備增壓發(fā)動機(jī)或增壓直噴發(fā)動機(jī)的車輛，冷起動和火花塞積炭問題更加突出。造成冷起動困難或火花塞積炭的因素非常多，駕駛習(xí)慣、發(fā)動機(jī)與車輛的匹配、車輛冷起動發(fā)動機(jī)ECU(Electronic Control Unit)數(shù)據(jù)標(biāo)定、點(diǎn)火能量供給、火花塞結(jié)構(gòu)是五大主要因素。良好的駕駛習(xí)慣、合理的車輛與發(fā)動機(jī)匹配、優(yōu)化的冷起動發(fā)動機(jī)ECU數(shù)據(jù)標(biāo)定、足夠的點(diǎn)火能量、采用抗積炭設(shè)計(jì)特征的火花塞，都可以改善車輛的冷起動和積炭問題。

1 車輛的冬季冷起動和積炭問題

每到冬季，在寒冷的北方，尤其是東北地區(qū)，車輛的冷起動和積炭問題經(jīng)常困擾著各大汽車廠商的售后技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)，這種問題尤其以自主品牌的新車為重。為了應(yīng)對國家對排放和油耗的嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)，在保證足夠動力的前提下，各大汽車廠家基本上都是采用裝配小排量增壓發(fā)動機(jī)或增壓直噴發(fā)動機(jī)的策略來減少排放和油耗。這種配備小排量增壓發(fā)動機(jī)的車輛在日常的行駛過程中，雖然動力充沛，但車輛在低溫條件下的冷起動和積炭問題普遍比較突出。外資品牌的整車和發(fā)動機(jī)開發(fā)周期一般比較長，整車的發(fā)動機(jī)ECU數(shù)據(jù)標(biāo)定做得比較細(xì)致，尤其是整車在低溫條件下的冷起動和低速大負(fù)荷ECU數(shù)據(jù)標(biāo)定做得比較扎實(shí)，冬季的冷起動和積炭問題不是很突出。自主品牌的車輛開發(fā)周期比較短，也沒有足夠的低溫轉(zhuǎn)轂實(shí)驗(yàn)室資源來精細(xì)地對ECU數(shù)據(jù)標(biāo)定進(jìn)行優(yōu)化，新車上市后，普遍遇到冬季的低溫冷起動和火花塞積炭問題。

一般來說，要讓火花塞間隙處可靠地跳火，火花塞陶瓷體裙部不能有嚴(yán)重的積炭，因?yàn)樘际菍?dǎo)電的，當(dāng)火花塞陶瓷體裙部的積炭層絕緣電阻小于10 MΩ時，陶瓷體絕緣作用大大減弱，火花塞將不能在間隙處可靠地跳火。圖1示出的分別是狀態(tài)完好、嚴(yán)重積炭和積炭后被打濕的火花塞點(diǎn)火端形貌。正常工作的火花塞，點(diǎn)火端陶瓷體裙部表面應(yīng)該是灰白色的，如圖1(a)所示。當(dāng)火花塞點(diǎn)火端出現(xiàn)圖1(b)所示的形貌時，說明火花塞已經(jīng)嚴(yán)重積炭了，此時，火花塞工作可能就不可靠了。如果車輛反復(fù)嘗試起動仍不能著車時，估計(jì)是火花塞嚴(yán)重積炭被噴油打濕了，即出現(xiàn)了淹缸現(xiàn)象，拆出火花塞觀察，會發(fā)現(xiàn)火花塞點(diǎn)火端不但有烏黑的積炭，而且表面潮濕明亮，如圖1(c)所示。

圖1 火花塞點(diǎn)火端形貌對比

2 積炭的影響因素

火花塞積炭是一個復(fù)雜的系統(tǒng)問題。即便是熱值匹配合適的火花塞，在車輛低速大負(fù)荷運(yùn)行時，也有可能會有大量的積炭。積炭的形成需具備兩個必要條件：(1)燃燒室內(nèi)的燃油未能充分燃燒;(2)火花塞陶瓷體裙部表面溫度低于自凈溫度。積炭的形成機(jī)制可以用圖2解釋。

圖2 積炭的形成機(jī)制

具體來說，火花塞積炭的影響因素可以從以下幾個方面進(jìn)行分析與探討。

2.1 整車?yán)淦饎覧CU數(shù)據(jù)標(biāo)定

一般情況下，低速大負(fù)荷混合氣過濃是火花塞積炭的主要原因。混合氣過濃首先的可能原因是車輛的冷起動標(biāo)定沒有做好做細(xì)，即發(fā)動機(jī)的ECU數(shù)據(jù)標(biāo)定比較粗糙，比如低溫低速大負(fù)荷工況下發(fā)動機(jī)噴油相位、噴油量、點(diǎn)火正時沒有做到最優(yōu)匹配。

2.2 發(fā)動機(jī)排量與車質(zhì)量的匹配

混合氣過濃的另外一種可能的原因是小馬拉大車，即發(fā)動機(jī)排量偏小，與車質(zhì)量不匹配。當(dāng)車質(zhì)量超過1.3 t時，如果裝配的是排量小于1.4T的小排量增壓發(fā)動機(jī)，因這種小排量發(fā)動機(jī)在轉(zhuǎn)速低于1 500 r/min時，渦輪增壓器不能有效介入工作，發(fā)動機(jī)動力不足，一般采用加濃措施來提升發(fā)動機(jī)的動力。如果這種工況是在氣溫低于0 ℃的地區(qū)，因汽油在低溫條件下的霧化差，燃燒很不充分，此時，要想把車輛行駛起來，對于裝配類似1.3T或1.4T這種小排量增壓機(jī)的車輛來說，勢必要通過多噴油來爆發(fā)足夠的動力，這種多噴的燃油燃燒很不充分，勢必產(chǎn)生大量的積炭，污損火花塞點(diǎn)火端。當(dāng)車輛排量越小、負(fù)載越大(乘客較多和爬坡)、氣溫越低時，燃燒越不充分，積炭也會越嚴(yán)重。當(dāng)積炭嚴(yán)重到一定程度時，在冷車起動時，過量的噴油會打濕火花塞陶瓷體裙部(即陶瓷小頭)上的積炭層，使陶瓷體裙部的絕緣電阻瞬間下降，造成裙部爬電，甚至裙部積炭層短路，火花塞不能正常點(diǎn)火。

2.3 駕駛習(xí)慣

在低溫條件下，發(fā)動機(jī)的ECU會因較低的油溫和水溫而自動地多噴油，以達(dá)到快速暖機(jī)的目的。在冬季寒冷地區(qū)，當(dāng)車輛剛剛啟動后，需要在原地怠速暖機(jī)2 min左右再行車，這樣可以使發(fā)動機(jī)的油溫和水溫升高一些，以利于潤滑和提高燃燒效率。如果車輛啟動后立即掛擋行駛的話，則發(fā)動機(jī)勢必會多噴油而形成大量的積炭。另外，嚴(yán)重堵車路段和不良的駕駛習(xí)慣會加劇火花塞的積炭，尤其是乘員較多時，在紅綠燈路口頻繁地在低速下猛踩油門，這種運(yùn)行條件不但會加劇積炭，而且油耗很高。

2.4 點(diǎn)火系統(tǒng)的能量

點(diǎn)火系統(tǒng)的點(diǎn)火能量不足，比如電瓶在低溫條件下饋電時，火花塞放電時火花持續(xù)時間過短也會影響混合氣著火性能，造成燃燒延遲、燃燒不充分,甚至失火，導(dǎo)致積炭。

2.5 燃油品質(zhì)

使用劣質(zhì)的燃油，比如烯烴含量高的燃油，會加劇積炭問題。在低溫低速條件下，烯烴易形成膠質(zhì)附著在火花塞點(diǎn)火端，長期積累并碳化，造成火花塞積炭。

2.6 火花塞熱值匹配

火花塞熱值與發(fā)動機(jī)不匹配可能有兩種極端的后果:(1)過熱熔化;(2)過冷積炭。如圖3(a)所示:火花塞熱值過低，散熱能力差，在某些工況下會因點(diǎn)火端溫度過高而引發(fā)發(fā)動機(jī)早燃，進(jìn)而造成點(diǎn)火端過熱熔化，甚至發(fā)動機(jī)損壞。圖3(b)顯示的是另外一個極端，即火花塞過冷而積炭，這可能是因火花塞熱值選型過高，火花塞點(diǎn)火端的工作溫度難以達(dá)到積炭自凈溫度，從而在點(diǎn)火端形成大量的積炭，造成點(diǎn)火困難，甚至發(fā)動機(jī)失火。

圖3 火花塞點(diǎn)火端過熱熔化和過冷積炭

對于小排量增壓或增壓直噴發(fā)動機(jī)，因爆震和超級爆震等先天性技術(shù)難題，在火花塞選型時，為了避免陶瓷體裙部因爆震沖擊而折斷，一般會選配裙部較短的高熱值冷型火花塞。這種高熱值冷型火花塞可以減輕陶瓷裙部被震斷的風(fēng)險(xiǎn)，但在低溫低速時的工作溫度過低，易形成積炭。如圖4所示：熱值匹配適中的中等熱值火花塞在高速時不會因火花塞點(diǎn)火端溫度過高而早燃，雖然在較低的功率輸出或低轉(zhuǎn)速工況下溫度不能達(dá)到自凈溫度而積炭，但一旦車速提高到一定值時，火花塞點(diǎn)火端的工作溫度會升高到500 ℃以上，積炭會自行燒掉。對于高熱值的冷型火花塞來說，如果溫度低于自凈溫度的轉(zhuǎn)速范圍過寬，低溫低速條件下的積炭要到相對較高的轉(zhuǎn)速范圍才能燒掉自凈，積炭會相對嚴(yán)重一些。

圖4 不同熱值火花塞工作溫度隨發(fā)動機(jī)功率輸出的關(guān)系

有文獻(xiàn)表明：當(dāng)點(diǎn)火端表面溫度為230 ℃時，炭沉積物的形成速度較高；點(diǎn)火端表面溫度低于200 ℃和高于350 ℃時，炭的沉積速度顯著減小，即積炭形成的主要溫度區(qū)間為230～350 ℃。基于此，如果匹配的火花塞熱值過高，則火花塞散熱能力過強(qiáng)，要使火花塞裙部溫度達(dá)到350 ℃，需要發(fā)動機(jī)在更高的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，則在車輛低速運(yùn)行時發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速難以讓火花塞陶瓷體裙部達(dá)到自凈溫度，則火花塞易積炭。

2.7 火花塞點(diǎn)火端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在車輛、發(fā)動機(jī)排量、發(fā)動機(jī)ECU數(shù)據(jù)標(biāo)定、火花塞熱值匹配已經(jīng)確定的情況下，火花塞點(diǎn)火端的詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也會對積炭有影響?；鸹ㄈc(diǎn)火端結(jié)構(gòu)采用某些抗積炭設(shè)計(jì)特征可以改善火花塞積炭的問題，具體可以從以下幾個方面進(jìn)行分析：

(1)陶瓷體裙部結(jié)構(gòu)

在火花塞熱值確定的情況下，陶瓷體裙部的長度越短、外徑越大，越容易積炭；反之，陶瓷體裙部長度越長、外徑越小，則可以提升抗積炭性能?；鸹ㄈ沾审w是在中心電極和側(cè)電極之間起絕緣作用的。如圖5(b)所示:在陶瓷體裙部沒有積炭的情況下，當(dāng)點(diǎn)火系統(tǒng)給火花塞施加點(diǎn)火高壓脈沖時，高壓脈沖可以在中心電極和側(cè)電極之間形成電火花，點(diǎn)燃混合氣。當(dāng)陶瓷體裙部表面有積炭時，如圖5(b)所示，因炭是導(dǎo)電的，陶瓷體的絕緣作用大大降低。當(dāng)積炭達(dá)到一定程度時，點(diǎn)火高壓脈沖將會沿陶瓷體裙部表面的積炭層爬電到殼體孔內(nèi)壁處，形成裙部閃絡(luò)爬電火花。當(dāng)陶瓷體裙部外徑越大、長度越短，則陶瓷體裙部與殼體內(nèi)孔的間距就會越小，在陶瓷體裙部有積炭時越容易產(chǎn)生裙部閃絡(luò)爬電現(xiàn)象。當(dāng)裙部因積炭產(chǎn)生閃絡(luò)爬電時，這種閃絡(luò)爬電火花的點(diǎn)火性能較低，造成點(diǎn)火困難、燃燒延遲，甚至發(fā)動機(jī)失火，進(jìn)而加劇積炭的形成，造成燃燒不充分和火花塞積炭的惡性循環(huán)。

圖5 火花塞正常跳火與裙部閃絡(luò)爬電示意圖

(2)陶瓷體端部與中心電極的配合

陶瓷體端部與中心電極的配合主要是指在陶瓷體端部內(nèi)孔與中心電極桿部之間的間隙配合。標(biāo)準(zhǔn)的火花塞設(shè)計(jì)，中心電極的桿部直徑上下是一樣的，陶瓷體裙部與中心電極桿部之間的配合間隙很小。有一種特殊的設(shè)計(jì)，把中心電極桿部設(shè)計(jì)成內(nèi)粗外細(xì)的臺階式，在端部與陶瓷內(nèi)孔之間形成一個較大的環(huán)形間隙。圖6顯示了用同一臺車進(jìn)行低速大負(fù)荷試驗(yàn)時，采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的火花塞與帶環(huán)形間隙的火花塞在相同工況下運(yùn)行一段時間后不同的積炭效果。

圖6 不同點(diǎn)火端陶瓷與中心電極配合設(shè)計(jì)的積炭效果

從圖6(b)來看:采用環(huán)形間隙設(shè)計(jì)特征時，可以在中心電極和陶瓷裙部內(nèi)孔直徑形成一個自凈區(qū)，避免火花塞早期因嚴(yán)重積炭而失效。

(3)電極的材料和形狀

電極的材料和形狀不但影響火花塞的點(diǎn)火性能和壽命，而且也會影響火花塞的積炭性能。一般來說，標(biāo)準(zhǔn)型的普通鎳合金電極結(jié)構(gòu)火花塞的點(diǎn)火性能一般，在低溫條件下的整車?yán)淦饎有阅芎涂狗e炭性能不如V形槽中心電極或側(cè)電極好。采用貴金屬細(xì)中心電極結(jié)構(gòu)的火花塞，具有最佳的點(diǎn)火性能，車輛的低溫冷起動性能和火花塞抗積炭性能要大大優(yōu)于鎳合金火花塞。

圖7顯示了幾種有利于改善冷起動和抗積炭性能的電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。V形槽中心電極或側(cè)電極，因溝槽棱角易于放電，比普通的平面結(jié)構(gòu)的電極具有更好的點(diǎn)火性能，而且在冷起動中噴射的過量燃油可以存儲在V形槽內(nèi)，延緩燃油在電極間的搭橋現(xiàn)象。采用銥或鉑金等貴金屬材料做成的細(xì)中心電極，不但可以大大提升火花塞的點(diǎn)火性能，而且因銥或鉑金的耐燒蝕性強(qiáng)，間隙不易增長，火花塞壽命也比較長。如果成本允許，采用圖7(d)所示的這種針對針雙銥金電極結(jié)構(gòu)的火花塞具有最好的點(diǎn)火性能。

圖7 幾種改善冷起動和抗積炭性能的火花塞電極結(jié)構(gòu)

3 應(yīng)對火花塞積炭的措施

大部分情況下，火花塞積炭并不是說火花塞自身有質(zhì)量問題，火花塞積炭只是車輛系統(tǒng)問題的表象者，所以，改善火花塞積炭問題，需從系統(tǒng)的角度來考慮并制定對策。以下幾個方面的對策或建議可以作為改善車輛低溫冷起動和火花塞積炭問題的參考。

3.1 根據(jù)車質(zhì)量配備合理排量的發(fā)動機(jī)

在整車開發(fā)規(guī)劃時，應(yīng)根據(jù)車輛的整車質(zhì)量來匹配合適排量的發(fā)動機(jī)。當(dāng)車質(zhì)量超過1.3 t時，為了避免在低速大負(fù)荷條件下出現(xiàn)小馬拉大車這種動力不足問題，應(yīng)配備排量不小于1.5 L的自吸發(fā)動機(jī)，或排量不小于1.4 L的增壓發(fā)動機(jī)。這樣才不至于在低速大負(fù)荷時需要噴入過量的燃油來獲取足夠的驅(qū)動力。

3.2 優(yōu)化整車?yán)淦饎覧CU數(shù)據(jù)標(biāo)定

在車輛的開發(fā)過程策劃時，需要制定詳細(xì)的車輛冷起動和低溫低速大負(fù)荷條件下的ECU數(shù)據(jù)標(biāo)定和試驗(yàn)計(jì)劃。為了實(shí)施這些標(biāo)定和試驗(yàn)，低溫轉(zhuǎn)轂實(shí)驗(yàn)室資源必須要有，不能只在冬季到東北黑河地區(qū)進(jìn)行一些簡單的野外試驗(yàn)。整車的冷起動標(biāo)定，一般要求從0～30 ℃區(qū)間，依據(jù)發(fā)動機(jī)油溫、水溫、進(jìn)氣溫度、負(fù)載、轉(zhuǎn)速等外界條件的各種變化組合，精細(xì)地在低溫轉(zhuǎn)轂實(shí)驗(yàn)室內(nèi)按不同的外界條件組合對發(fā)動機(jī)噴油相位、噴油量和點(diǎn)火正時等數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定和優(yōu)化，在保證發(fā)動機(jī)輸出足夠動力的同時，使點(diǎn)火和燃燒達(dá)到最優(yōu)化，避免過量的噴油和浪費(fèi)。這種整車的冷起動標(biāo)定不但需要低溫轉(zhuǎn)轂實(shí)驗(yàn)室，而且需要經(jīng)驗(yàn)豐富的冷起動標(biāo)定工程師和足夠長的時間和耐心，盡可能多地對不同的外界條件組合進(jìn)行采點(diǎn)標(biāo)定和優(yōu)化ECU數(shù)據(jù)。有些自主品牌廠商的整車開發(fā)周期過短，開發(fā)費(fèi)用有限，甚至不具備低溫轉(zhuǎn)轂實(shí)驗(yàn)室，為了爭搶上市時間，整車?yán)淦饎訕?biāo)定數(shù)據(jù)采點(diǎn)不細(xì)，或根本沒有按要求做就草草上市，造成上市后在冬季出現(xiàn)大量的冷起動和積炭問題，給車企和售后技術(shù)工程師帶來大量售后技術(shù)問題。

以往各校的數(shù)學(xué)教研活動普遍缺乏自主性與深入性，海淀區(qū)東片數(shù)學(xué)區(qū)域教研組利用區(qū)域教研的優(yōu)勢，充分利用各種教研資源，對片區(qū)內(nèi)各校的教研組起到了示范、引領(lǐng)的作用，彌補(bǔ)了各校單一教研活動的不足。調(diào)查顯示，80.2%的教師認(rèn)為區(qū)域教研活動對自己有較大幫助，非常認(rèn)可教研活動對其專業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)作用。教師們喜歡聚焦課堂教學(xué)的教研內(nèi)容和“公開課”“磨題”等教研活動。

3.3 養(yǎng)成良好的駕駛習(xí)慣

當(dāng)氣溫比較低時，車輛啟動后，盡量原地怠速暖機(jī)幾分鐘，使油溫和水溫都上升一些，這樣可以大大減輕車輛剛起步時的過量噴油和積炭問題。在紅綠燈比較多的擁堵路段，盡量不要低速急加速，尤其是乘員較多和爬坡這種高負(fù)載時，更應(yīng)盡量避免頻繁地低速急加速，養(yǎng)成良好的駕駛習(xí)慣。

3.4 定期維護(hù)點(diǎn)火系統(tǒng)

發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)有3個易損件，即電瓶、點(diǎn)火線圈和火花塞。這些零部件都有規(guī)定的壽命和更換周期，需要定期維護(hù)或更換。定期地更換電瓶可以避免饋電工作，尤其是冬季氣溫低時，電瓶電壓不足時，點(diǎn)火線圈充電能量不足，會造成點(diǎn)火困難和火花塞積炭。參照車輛使用手冊規(guī)定的周期定期檢查點(diǎn)火線圈和更換火花塞，避免線圈老化和火花塞電極間隙過大，可以保證可靠地點(diǎn)火和避免積炭問題。

3.5 使用符合國家規(guī)范的燃油

雖然燃油有國家標(biāo)準(zhǔn)，但不能保證市場上所有的加油站，尤其是有些民營或私人小加油站都供應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的燃油。到正規(guī)的中石油或中石化加油站加油，燃油的品質(zhì)基本符合國家標(biāo)準(zhǔn)，從而避免使用烯烴含量過高的燃油而造成積炭問題。

3.6 做好火花塞熱值匹配和低溫重復(fù)冷起動積炭試驗(yàn)工作

在新的發(fā)動機(jī)開發(fā)過程中，一般需要進(jìn)行火花塞熱值匹配試驗(yàn)和低溫重復(fù)冷起動試驗(yàn)工作，來驗(yàn)證和確認(rèn)火花塞是否會因工作溫度過高而引發(fā)早燃，以及在低溫低速大負(fù)荷條件下是否會過早地嚴(yán)重積炭。首先是在發(fā)動機(jī)的開發(fā)階段，在ECU數(shù)據(jù)基本定型之后，需要通過火花塞電極溫度測試和離子流測試，來監(jiān)測在發(fā)動機(jī)所有工況條件下，是否會出現(xiàn)因火花塞點(diǎn)火端工作溫度過高而引起的早燃風(fēng)險(xiǎn)；其次，在整車?yán)淦饎訕?biāo)定后，需要通過低溫重復(fù)冷起動試驗(yàn)，來驗(yàn)證系統(tǒng)的積炭性能和低溫冷起動性能。

針對火花塞的低溫冷起動和抗積炭性能，目前還沒有國際或國家標(biāo)準(zhǔn)對此進(jìn)行規(guī)定，大部分廠商，包括大眾和奧迪這樣的德國汽車廠商，一般都參照日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS D 1606-1987規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行低溫重復(fù)冷起動和抗積炭試驗(yàn)。國內(nèi)的主流主機(jī)廠家，如長安、奇瑞和吉利等，也都逐步參照J(rèn)IS D 1606-1987規(guī)定的試驗(yàn)方法制定了相應(yīng)的試驗(yàn)規(guī)范，只不過是各個廠家規(guī)定的試驗(yàn)溫度和循環(huán)次數(shù)有所不同。日本JIS D 1606-1987規(guī)定的試驗(yàn)溫度為-10 ℃，要求整車通過10個循環(huán)的試驗(yàn)，每個循環(huán)包括圖8所示的A部分和B部分兩個階段試驗(yàn)工況。在做A部分和B部分試驗(yàn)前，發(fā)動機(jī)的油溫和水溫都必須冷卻到-10 ℃。這種-10 ℃條件下的10個循環(huán)是行業(yè)較低要求，一般的整車比較容易通過該試驗(yàn)。為了讓自己的整車?yán)淦饎雍涂狗e炭性能更優(yōu)，有的主機(jī)廠規(guī)定要在-15 ℃條件下通過10個循環(huán)，或在-20 ℃條件下通過15個循環(huán)的試驗(yàn)才算通過試驗(yàn)，這對整車的冷起動和低溫標(biāo)定以及火花塞設(shè)計(jì)和匹配提出了更加嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)。

圖8 低溫重復(fù)冷起動試驗(yàn)工況

3.7 優(yōu)化火花塞點(diǎn)火端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

可以從以下幾個方面優(yōu)化火花塞點(diǎn)火端的結(jié)構(gòu)，來提升火花塞自身的抗積炭能力。

(1)采用速熱型陶瓷裙部設(shè)計(jì)

對于M12螺紋的火花塞來說，普通的陶瓷體裙部結(jié)構(gòu)如圖9(a)所示:裙部是一個錐形的結(jié)構(gòu)，陶瓷體端部的外徑一般設(shè)計(jì)為φ4.2 mm。所謂速熱型陶瓷裙部結(jié)構(gòu)，是指相比于傳統(tǒng)的錐形裙部而言，將陶瓷體裙部靠近點(diǎn)火端一側(cè)設(shè)計(jì)成一段3～5 mm長的直線段，直線段的外徑只有φ3.8 mm左右，如圖9(b)所示。

圖9 火花塞陶瓷體裙部不同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

這種外徑更細(xì)的直線段，不但可以增加陶瓷體裙部與殼體內(nèi)孔之間的間隙，阻礙閃絡(luò)爬電，而且因更細(xì)的外徑、更薄的陶瓷壁厚，可以在車輛低速條件下使陶瓷體端部的溫度快速上升，降低積炭風(fēng)險(xiǎn)。

(2)采用環(huán)形間隙設(shè)計(jì)特征

如圖10(a)所示：標(biāo)準(zhǔn)型的火花塞點(diǎn)火端陶瓷與中心電極之間的間隙一般不超過0.1 mm，間隙內(nèi)很容易被積炭填滿，從而造成中心電極與陶瓷體端部是連通的，當(dāng)火花塞有積炭時，點(diǎn)火高壓脈沖很容易從中心電極沿積炭層向殼體內(nèi)孔之間產(chǎn)生裙部閃絡(luò)爬電。如果中心電極端部設(shè)計(jì)一個長1 mm、直徑縮小0.6 mm的一段臺階，即可在其端部與陶瓷體形成一個間距為0.3 mm的環(huán)形間隙，如圖10(b)所示。低溫條件下，當(dāng)車輛低速運(yùn)行時陶瓷體裙部會形成積炭，但點(diǎn)火高壓脈沖要想從中心電極沿積炭層向殼體內(nèi)孔之間產(chǎn)生裙部閃絡(luò)爬電，也必須跨過環(huán)形間隙放電，這種跨過環(huán)形間隙的放電火花能燒掉環(huán)形間隙內(nèi)的積炭，使環(huán)形間隙處一直保持自凈的狀態(tài)。

圖10 不同點(diǎn)火端陶瓷與中心電極配合設(shè)計(jì)的積炭效果

(3)采用銥或鉑金等細(xì)中心電極

常規(guī)的鎳合金中心電極端部直徑一般在φ2.0 mm以上，但因銥金或鉑金的耐燒蝕性非常好，用這種貴金屬材料制作的中心電極直徑可以減小到φ0.8 mm或φ0.6 mm。相對于普通的鎳合金電極來說，因銥或鉑金等細(xì)中心電極直徑更小，放電電壓更低，具有更好的點(diǎn)火性能，即便有輕微積炭時，火花塞依然會有出色的點(diǎn)火性能。在低溫冷起動時，因中心電極很細(xì)，在發(fā)動機(jī)起動階段中心電極端部形成的油滴直徑很小，而且易被起動階段發(fā)動機(jī)的抖動甩掉，很難在電極間隙處發(fā)生燃油搭橋現(xiàn)象，基本不會發(fā)生淹缸現(xiàn)象。

(4)采用針對針電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如果成本允許，可以采用側(cè)電極帶銥金針的針對針雙銥金火花塞。這種針對針結(jié)構(gòu)的雙銥金火花塞是迄今為止點(diǎn)火性能最好的火花塞，尤其是在車輛的冷起動和低溫運(yùn)行工況下，因其極低的點(diǎn)火需求電壓和永不發(fā)生電極間隙處燃油搭橋問題，成為一些日系車所推崇的終極解決方案。

以上這些設(shè)計(jì)特征可以單獨(dú)采用，也可以組合采用。在采用這些抗積炭設(shè)計(jì)特征時，要綜合考慮成本和期望的壽命。只有在萬不得已的情況下，才會采用成本最高的針對針雙銥金電極火花塞。

4 結(jié)論

(1)火花塞積炭問題是一個普遍現(xiàn)象，尤其是某些自主品牌的車輛，因系統(tǒng)匹配和標(biāo)定不佳，冬季在東北的冷起動和積

炭問題更加突出。

(2)火花塞的積炭需從系統(tǒng)的角度進(jìn)行分析，大部分情況下，火花塞積炭不是火花塞自身的質(zhì)量問題，而是系統(tǒng)的問題，比如發(fā)動機(jī)排量過小、整車?yán)淦饎訕?biāo)定粗糙、點(diǎn)火系統(tǒng)的能量不足、不良的駕駛習(xí)慣、劣質(zhì)的燃油、火花塞熱值選型過冷、火花塞點(diǎn)火端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不佳等。

(3)改善火花塞積炭問題，核心是做好整車的冷起動ECU數(shù)據(jù)標(biāo)定和冷起動試驗(yàn)，尤其是低溫大負(fù)荷條件下發(fā)動機(jī)噴油相位、噴油量和點(diǎn)火正時參數(shù)之間的合理搭配。需要通過低溫重復(fù)冷起動試驗(yàn)來驗(yàn)證系統(tǒng)的抗積炭性能。

(4)在系統(tǒng)無法再優(yōu)化的前提下，優(yōu)化火花塞點(diǎn)火端的結(jié)構(gòu)可以改善冷起動和積炭問題，比如采用陶瓷體速熱型裙部結(jié)構(gòu)、采用陶瓷體與中心電極之間環(huán)形間隙的結(jié)構(gòu)、采用銥金或鉑金等細(xì)中心電極結(jié)構(gòu)，甚至采用針對針雙銥金電極結(jié)構(gòu)。

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