火花塞

火花塞建设

火花塞是发动机中最容易被误解的部件之一。多年来,许多问题浮出水面,让许多人感到困惑。

本指南旨在帮助技术人员,业余爱好者,或赛车技工在理解,使用,和故障排除火花塞。本指南中包含的信息适用于所有类型的内燃机:二冲程发动机,旋转发动机,高性能/赛车发动机和街道车辆。

火花塞是进入发动机的“窗口”(你对燃烧室的唯一目击者),可以作为一种有价值的诊断工具。就像病人的体温计一样,火花塞显示引擎的症状和状况。有经验的调谐器可以分析这些症状,以跟踪许多问题的根源,或确定空气/燃料比率

火花塞有两个主要功能:

  • 点燃空气/燃料混合物
  • 从燃烧室中移走热量

火花塞传输电能,将燃料转化为工作能量。点火系统必须提供足够的电压,使它在火花塞的间隙产生火花。这就是所谓的“电气性能”。

火花塞点火头的温度必须保持在足够低的温度以防止提前点火,但也必须保持足够高的温度以防止污垢。这被称为“热性能”,它是由所选的热范围决定的。

重要的是要记住火花塞不产生热量,他们只能删除热量。火花塞的工作原理是热交换器通过将多余的热能从燃烧室中抽出,并将热量传递给发动机的冷却系统。热范围定义为插头的散热能力。

传热速率由:

  • 绝缘子头长
  • 绝缘子鼻周围气体体积
  • 中心电极和瓷绝缘子的材料/结构

火花塞的热范围与通过火花塞传递的实际电压没有关系。相反,热范围是衡量火花塞的能力,以消除热量从燃烧室。热范围测量是由几个因素决定的;陶瓷中心绝缘子鼻的长度及其吸收和传递燃烧热的能力,绝缘子和中心电极材料的材料组成。


热量额定值-热流路径

绝缘子鼻长为绝缘子的点火端到绝缘子与金属壳接触点的距离。由于绝缘子尖端是火花塞中最热的部分,因此尖端温度是点火预燃和结垢的主要因素。

无论火花塞是安装在割草机、船还是赛车上,火花塞顶端的温度必须保持在500 -850°C之间。如果尖端温度低于500°C,中心电极周围的绝缘体区域将不够热,不足以燃烧掉碳和燃烧室沉积。

这些堆积的沉积物会导致火花塞堵塞,导致失火。如果尖端温度高于850°C,火花塞将过热,这可能导致中心电极周围的陶瓷起泡和电极熔化。这可能导致提前点火/爆炸和昂贵的发动机损坏。在相同的火花塞类型中,从一个热范围到下一个热范围的差异是能够从燃烧室中去除大约70°C到100°C的能力。投射式火花塞点火尖端温度提高10°C至20°C。


针尖温度和点火结束外观

点火端外观也取决于火花塞尖端的温度。火花塞有三个基本诊断标准:良好、污垢和过热。污垢与最佳操作区域(500℃)之间的分界线称为火花塞自清洁温度。这一点的温度是累积的碳和燃烧沉积物被燃烧掉的地方。

记住,绝缘子鼻的长度是火花塞热范围的决定因素,绝缘子鼻越长,吸收的热量越少,热量必须深入汽缸头水轴。这意味着插头内部温度较高,被称为热插头。一个热的火花塞保持一个较高的内部工作温度,以燃烧掉油和碳沉积,并没有关系的火花质量或强度。

相反,冷火花塞有较短的绝缘体鼻和吸收更多的燃烧室热。这种热量传播的距离更短,允许插头在较低的内部温度下工作。当发动机为了性能而进行改进、承受重负荷或在相当长的一段时间内以高转速运行时,较冷的热范围是必要的。冷型能更快地散热,减少预点火/爆轰和熔化或损坏点火端的机会。(发动机温度会影响火花塞的工作温度,但不会影响火花塞的发热范围)。

下面列出了一些可能影响火花塞工作温度的外部因素。以下症状或条件可能对火花塞的实际温度有影响。火花塞不能创造这些条件,但它必须能够应付的水平,如果不能,性能将受到影响,发动机损坏可能发生。

空气/燃料混合物严重影响发动机性能和火花塞工作温度。

  • 丰富的空气/燃料混合物导致叶尖温度下降,造成污垢和驾驶性能差
  • 稀薄的空气/燃料混合物会导致火花塞顶端和汽缸温度升高,导致提前点火、爆震,并可能严重损坏火花塞和发动机
  • 在调校过程中多次阅读火花塞以达到最佳的空气/燃料混合是很重要的

更高的压缩比/强制感应提高火花塞尖端和气缸内温度

  • 压缩可以通过执行以下任何一项修改来增加:
  1. 减小燃烧室体积(即:半球形活塞,较小的燃烧室头,铣削头等)
  2. 增加强制感应(氮气、涡轮增压或增压)
  3. 凸轮轴的变化
  • 当压缩增加时,必须使用较冷的热程插头,较高的燃料辛烷值,并注意点火时机和空气/燃料比。没有选择较冷的火花塞会导致火花塞/发动机损坏

先进的点火时间

  • 将点火正时提前10°导致尖端温度增加约10。70°-100°C

发动机转速和负荷

  • 点火端温度的增加与发动机转速和负荷成正比。当以一贯的高速度行驶,或携带/推动非常重的负载时,应安装较冷的热范围火花塞

环境空气温度

  • 当空气温度下降,空气密度/风量变大,导致稀薄的空气/燃料混合物。这就造成了更高的汽缸压力/温度,并导致火花塞尖端温度的增加。因此,燃料输送应该增加。随着温度的升高,空气密度会降低,进气体积也会减少,燃油输送也会减少。

湿度

  • 随着湿度的增加,进气量减少
  • 结果是较低的燃烧压力和温度,导致火花塞的温度下降和减少可用功率。
  • 空气/燃料混合物应该更稀,这取决于环境温度。

气压/高度

  • 也会影响火花塞的尖端温度
  • 高度越高,汽缸压力越低。当气缸温度降低时,塞头温度也降低
  • 许多机械师试图通过改变火花塞的加热范围来“追逐”调谐
  • 真正的答案是调整喷气或空气/燃料混合物,努力把更多的空气放回引擎

异常燃烧类型:

提前点火

  • 定义为:在预先设定的点火正时标志前点火
  • 由燃烧室的热点引起的…可能是由时间过早,火花塞过热,低辛烷燃料,稀薄的空气/燃料混合物,过高的压缩,或发动机冷却不足引起(或放大)
  • 可以改用更高辛烷值的燃料、更冷的燃料塞、更丰富的燃料混合物或更低的压缩
  • 你可能还需要延迟点火正时,并检查车辆的冷却系统
  • 提前点火通常会导致爆炸;提前点火和爆炸是两个独立的事件

爆轰

  • 火花塞最大的敌人!(除了污染)
  • 能破坏绝缘体或接地电极吗
  • 提前点火通常会导致爆炸
  • 在燃烧过程中(在赛车发动机中),插头尖端的温度可以达到3000°F以上。
  • 最常见的原因是燃烧室中的热点。
  • 热点将允许空气/燃料混合物预点燃。当连杆的机械作用迫使活塞向上时,预先点燃的爆炸将试图迫使活塞向下。如果活塞不能上升(因为过早爆炸的力量),也不能下降(因为连杆向上运动),活塞就会左右摇晃。由此产生的冲击波会产生可听见的ping声。这是爆炸。
  • 发动机在“引爆”时所遭受的大部分损害来自过热
  • 火花塞被高温和伴随的冲击波损坏

上大放异彩

  • 当在动力冲程的适当时刻(在上止点前的几度),没有提供足够的电压来点燃燃烧室中存在的所有燃料时,火花塞就被称为失火。
  • 一个火花塞可能产生微弱的火花(或根本没有火花)的原因有很多,有缺陷的线圈,太多的压缩与不正确的塞间隙,干污染或湿污染的火花塞,点火正时不足,等等。
  • 由于明显的原因(如果没有点燃燃料,就不会产生能量),轻微的失火会导致性能下降。
  • 严重的失火会导致燃油经济性差,驾驶性能差,并可能导致发动机损坏

污染

  • 当火花塞尖端温度不足以燃烧掉碳、燃料、石油或其他沉淀物时是否会发生
  • 会导致火花渗透到金属外壳…没有火花跨越塞隙会导致失火
  • 被水弄脏的火花塞必须更换,火花塞不会着火
  • 干燥污染的火花塞有时可以通过将发动机调至工作温度来清洗
  • 在更换被污染的火花塞之前,一定要消除污染的根本原因