发动机火花塞的结构、失效模式及后果分析

目录

一、火花塞的设计要求及结构 (1)

1、火花塞的设计要求 (1)

2、火花塞的结构 (1)

二、火花塞的热特性 (2)

1、火花塞工作温度 (2)

2、火花塞的热特性 (2)

三、火花塞的工作特性 (3)

四、观火花塞知发动机 (3)

1、正常工况 (3)

2、沉积物（积炭）损坏 (3)

3、机油沉积物 (4)

4、铅沉积物 (4)

5、灰渣沉积 (4)

6、中心电极上覆盖着熔化的沉积物 (5)

7、部分熔化的电极 (5)

8、中心电极严重磨损 (5)

9、接地电极严重磨损 (5)

10、绝缘体破裂 (6)

五、结论 (6)

一、火花塞的火花塞的设计要求及结构设计要求及结构

1、火花塞的设计要求

（1）火花塞的电火花电压高达30kV ，即使在成积碳等

情况下，它的绝缘体也能够防止电弧的产生；

（2）火花塞应该能够承受燃烧室内周期性变化的压力及

安装时的机械应力，保持良好的气密性；

（3）火花塞伸入燃烧室的部分会受热而成炽热体，在燃

烧室中高热的化学反应过程中，燃油中所含的物质能够在火

花塞上形成侵蚀性的化学沉积，从而影响它的工作性能，因

此需要火花塞具有抗化学应力性。

（4）工作期间，火花塞在快速连续的工作过程中，从燃

烧室的高温气体中吸收热量，然后又暴露在下一个循环导入

的冷混合气中。因此绝缘体必须具有相当的抗热冲击能力。 2、火花塞的结构

火花塞有金属、陶瓷和玻璃等材料组成，这些材料具有不同的性能。合理的火花塞设计必须充分的利用这些材料的性能。火花塞的结构如图1-1所示，其中接线螺杆、壳体、绝缘体、中心奠基是其最重要的部分。

（1）接线螺杆：钢制的接线螺杆是用一种特殊的导电玻璃密封剂与绝缘体熔成一体，它具有良好的气密性，且这种密封剂还将连接螺杆同中心电极连接在一起。绝缘体从接线螺杆上端伸出，其上由一段螺纹用来连接火花塞高压点火电缆的连接件。

（2）绝缘体：绝缘体有特殊的陶瓷材料制成，它的作用是将中心电极和接线螺杆与壳体绝缘。这种陶瓷的致密结构确保良好的抗电击穿能力，绝缘体连接端表面上釉。由于湿气和灰尘很难附和在光滑的上釉表面上，因此在很大程度上防止了电流的泄漏。

（3）壳体：壳体由钢制成，它的作用是将火花塞固定在发动机缸盖上。壳体上部为六角头形状以便使用扳手拧紧，下部为螺纹。根据壳体的设计，其上装有一个密封垫圈。

图1-1

（4）电极：电极的磨损是由烧蚀（由于点火火花所烧掉的）和侵蚀（化学

和热侵蚀）造成的。在考虑对电极磨损的影响时，要把两方面的因素结合起来。

二、火花塞的热特性

1、火花塞工作温度

当使用不含铅汽油时，伸入燃烧室绝缘体的尖端部分的工作温度不应低于

500℃，以确保火花塞的自净能力，也不应Array该高于850℃，以防止自燃的发生（如图

2-1）。

工作温度是吸热和散热之间达到平衡

时的温度。火花塞被发动机燃烧室中工作循

环产生的热量所加热，火花塞壳体的温度比

发动机缸该得温度略高或略低，而火花塞绝

缘体所达到的温度却相对要高一些。

图2-1

在冷起动时的不完全燃烧会形成小粒的沉积物（积炭），大部分的沉积物随着废

气排出发动机外，但还是有一些残留物在燃烧室和绝缘体上形成一层敷层。当在

绝缘体护体外堆积沉积物时，它们就会在中心电极和壳体之间形成导电通路。这

种漏电通路会带走一部分点火热量，并形成回路，从而减小点火有效电流，过度

的积炭还会阻碍点火的产生。

沉积在绝缘体护体外的积炭是否发生，在很大程度上取决其工作温度，一般

温度低于500℃就会产生积炭。在更高的温度下，在绝缘体护孔尖上的含炭沉积

物会被烧去，分流回路不能形成，即火花塞“清洁”了自身。因此为了使绝缘体

护体达到高于“自洁限”500℃的工作温度，应在起动后尽快达到自清洁温度。

工作温度的上限大约是900℃，因为高于该温度，火花塞的炽热部分将点燃尚未

准备好的空气-燃油混合气（自行点火）。这种失控的点火对发动机极为有害，并

且可能在短时间内导致发动机无法修复的损伤。

基于这些原因，火花塞的工作温度必须保持在上述温度范围内。

2、火花塞的热特性

由于车用发动机按照负载、工作原理、压缩比、转速、冷却方式、燃油的不

同而具有不同的特性，为了保证给定的发动机的工作状态既不过冷也不过热，火花塞也应由不同的负荷容量。即为了将火花塞控制在工作温度范围内，对于“热型”发动机来说，火花塞应尽可能有效地散发出作用于其上的热量，而对于“冷型”发动机，火花塞应保留住部分热量。

三、火花塞的工作特性

火花塞工作时，它会同时出现磨损和污染阻塞，因此必须定期进行更换。在火花塞的使用周期内，它受到所需点火电压上升变化带来的影响；燃烧沉积物导致散热路径变化、漏电等的影响；电极磨损导致的间隙变大，点火失效的影响；发动机老化导致的机油泄漏过大，积炭、积灰严重。

四、观火花塞知发动机

观察火花塞可以得出关于火花塞及发动机运行状况的有价值信息。火花塞绝缘体及电极的外观提供了火花塞工作状况、混合气及发动机中燃烧过程的信息。

1、正常工况

绝缘体鼻呈白色或灰黄色到棕色，发动机

工作正常，火花塞的热范围正确；混合气的混

合比及点火正时正确，无失火现象，冷起动装

置工作正常；无含铅燃料或发动机机油成分的

沉积；无过热。

2、沉积物（积炭）损坏

绝缘体鼻，电极和火花塞壳体覆盖光滑暗黑色的

积炭。

原因：不恰当的混合气配比；混合气过浓，空气

滤清器很脏，短途行驶使火花塞温度过低；火花塞热

值过低。

后果：点火失败，冷启动困难。

处理方法：调整燃气混合气配比，检查空气滤清器。