1.点火机理火花塞上产生的火花点燃可燃混合气,使其燃烧。但燃烧不会立刻发生,具体过程如下所述。 火花穿过可燃混合气,从中心电极传播到接地电极。结果,可燃混合气沿着火花的路径被点燃,产生化学反应(通过氧化作用),同时产生热量,形成火焰中心。火焰中心点燃周围的可燃混合气。这样,火焰中心的热量向外传播,点燃其余的可燃混合气,整个火花塞点火机理如图6-2-15所示。 如果火花塞电极的温度太低或电极的间隙太小,电极将吸收火花产生的热量。结果,火焰中心将被熄灭,导致缺火。这种现象称为“电极猝熄”。如果电极猝熄效应比较明显,则火焰中心将熄灭。电极越小,猝熄作用越小。电极越接近方形,越容易猝熄。
某些火花塞为了改善点火性能,在接地电极上开有一个U形槽,或在中心电极上有V形槽。那些带槽火花塞比电极上不带槽的火花塞具有较小的猝熄作用,可以形成较大的火焰中心。同样,还有些火花塞通过较细的电极减小猝熄效应。
大部分车用火花塞在其顶部的接线柱与中央电极之间有一电阻,这个电阻能够减少射频干扰(RF),从而可避免汽车收音机出现噪声。来自射频干扰的最大电压也会干扰或者损坏车载计算机。因此,如果汽车出厂时配有电阻型火花塞的话,更换火花塞时必须使用电阻型的。火花塞电阻与次级电路中的所有其他电阻一样,用来提高火花塞间隙跳火所需要的电压。同时,它也会有效减小电流,延长火花塞寿命。
2.点火性能下面讨论影响火花塞的点火性能的因素。
(1)电极形状和放电性能圆形电极放电困难,方形或尖形的电极放电较容易。火花塞经过长时间的使用,电极烧蚀成圆形之后,会放电困难。因此,火花塞应定期更换。火花塞的电极越细越尖,越容易产生火花。但是,那样的火花塞耗损较快,使用寿命较短。因此,有些火花塞电极上带白金或铱合金,耐耗损。这通常称之为白金或铱金电极火花塞。
(2)火花塞间隙和击穿电压当火花塞耗损后,电极间隙变大,发动机可能会缺火。
中心电极和接地电极间隙增大后,使得火花塞击穿跳过电极就更困难。因此需要更高的电压来产生火花。如图6-2-16所示。
所以每隔一定的里程必须调整火花塞电极间隙或更换火花塞。
(3)火花塞的安装在紧固火花塞时,要按照厂家提供的拧紧力矩进行紧固。尤其是在维修双火花点火系统时要注意,次级线圈通过发动机缸盖形成回路。如果在将火花塞安装到气缸盖时的力矩不当,那么火花塞螺纹会接触不良从而增加电路电阻。
3.火花塞的热值火花塞散出的热量因其形状和材料的不同而不同。火花塞的散热量称为热值,如图6-2-17所示。
能散出较多热量的火花塞,因为其自身保持较低温度称之为“冷型”。散热量较少的火花塞,因为自身保持较多的热量称之为“热型”。
火花塞外表打印(刻上)有数字和字母的组合代码,用来说明其构造和性能。代码因生产厂家的不同而稍有不同。通常,热值越大,火花塞越冷,因为它散热好。热值越小,火花塞越热,因为它不容易散热。火花塞在最小中心电极温度—自洁温度450℃和自燃温度950℃之间性能最佳。
(1)自洁温度。当火花塞达到一定温度后,它能烧掉聚集在点火区域内的积炭,以保持点火区域内的清洁,此温度称为自洁温度。火花塞的自洁作用发生在电极温度450℃以上时。如果尚未达到自洁温度,意味着电极温度低于450℃。此时,积炭会聚集在点火区域,这将导致火花塞缺火,如图6-2-18所示。
(2)自燃温度。如果火花塞自身变成了热源,不用火花就点燃了可燃混合气,如图6-2-19所示,此时的温度称为自燃温度。当火花塞电极温度达到950℃时会发生自燃。如果发生这种现象,由于不正确的点火正时,会导致发动机功率下降,同时火花塞电极或活塞可能会熔化。
4.火花塞故障导致的不良初级波形(1)火花塞间隙小在火花塞积炭、高压线断路或漏电的情况下,次级点火波形变化非常明显,而初级点火击穿电压波形变化不明显。当火花塞间隙较小时,次级击穿电压降低且不稳定,但初级点火的击穿电压波形却基本没有变化,如图6-2-20所示。
因为次级击穿电压、燃烧电压降低,能量消耗减少,所以燃烧时间延长。随之,在初级波形中的燃烧电压、燃烧时间分别与次级波形变化一致。相对其余正常气缸,燃烧时间增加0.1-0.2ms。虽然无法通过初级点火波形看到次级击穿电压的变化情况,但是,由于初级点火波形中的燃烧电压与燃烧时间部分基本相同。所以可以通过初级波形对次级点火系统工作情况进行简单的判断。
图6-2-21是火花塞间隙小时的并列波形。从多缸初级并列波上可以看到,1缸燃烧时间明显长于其余两缸。
(2)火花塞间隙大。图6-2-22是火花塞间隙大时的初级点火波形。从图中可看出,当火花塞间隙较大时,受次级击穿电压信号影响,初级击穿电压略有升高且不稳定,燃烧电压略有增加,燃烧时间比正常值减少0.2ms左右。
图6-2-23为火花塞间隙大时的多缸并列波形。从图中可以明显看出,1缸相对于其余两缸燃烧时间明显减少。
(3)火花塞严重积炭当火花塞严重积炭时,由于火花塞积炭的分流作用,导致次级击穿电压降低,燃烧电压升高,火花线向下倾斜。而对于初级点火波形(图6-2-24),初级击穿电压基本不变,燃烧电压升高,燃烧时间缩短,火花线倾斜。此时,通过火花塞中央电极的火花已极其微弱,无法形成有效点火火花,混合气无法正常燃烧,所以,此时一般伴随有发动机排放出的刺鼻臭味。
图6-2-25为火花塞严重积炭的多缸并列波。从图中可以看到,1缸燃烧时间短于其余两缸,且燃烧线倾斜。
