火花塞工作特性及故障分析.doc

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摘要 2
关键词 2
绪论 3
1火花塞工作原理 4
1.1火花塞结构 4
1.2火花塞功能 5
1.3工作原理 5
2常见种类 6
2.1火花塞的种类 6
2.2火花塞的规格 6
2.3各类火花塞的优缺点 6
3火花塞的保养以及常见故障的检测维修 8
3.1火花塞常见故障 8
3.1.1火花塞烧蚀 8
3.1.2火花塞沉积物 9
3.2火花塞的保养 9
3.2.1火花塞的使用与禁忌 10
3.2.2拆装事项 11
3.3故障诊断 12
3.3.1诊断火花塞故障的方法 12
3.3.2检查火花塞是否工作正常 13
总结 14
致谢 15
参考文献 16

16

摘要

火花塞是汽油车内的重要零件, 其维修保养是否正确十分重要,本文介绍火花塞工作原理，常见种类，火花塞的保养以及常见故障的检测维修。汽油发动机是通过燃料和混合气体的适时燃烧使之产生动力，但是作为燃料的汽油即使处于高温环境下也很难自燃，要想使其适时燃烧有必要用“火”来点燃。这里说的火花点火便是“火花塞”的作用。发动机整体性能的好坏完全是取决于火花塞闪出火花的良否来决定的。我们往往把发动机比作为“汽车的心脏”，但是更能把火花塞比作为“发动机的心脏”。

关键词：火花塞 维修保养 除积炭 电极间 绝缘体 清洁 裙部 漏电 损伤 汽油

绪论
火花塞是汽车发起机点火系统中的一个主要元件，火花塞的作用是将点前线圈或磁电机发生的高压电引进熄灭室，并正在两个电极间发生剧烈的电火花，扑灭熄灭室内的可燃混合气。火花塞功用一般与否将直接影响发起机的功用。火花塞的作用是把点前线圈发生的高压电(1万伏特以上)引入发起机气缸，正在火花塞电极的间隙之间发生火花扑灭混合气。火花塞的绝缘体必需要有优秀的机械功用和耐高电压、耐高温冲击，耐化学腐蚀的才干，一般火花塞多采用以氧化铝为基础的陶瓷做成。火花塞的尺寸是全世界一致的，任何汽车上都可以通用，但由于汽油发起机类型有区别，因此火花塞按照热值高低来分，火花塞有冷型和热型；按照电极材料来分，火花塞有镍合金、银合金和铂合金等；冷型与热型是相对而言，它反映了火花塞的热特性功用。正在不同发起机上的温度会不一样，想象者便应用绝缘体裙部的长度来处置这个抵触。有些裙部欠受热面积小，散热快，因此裙部温度低些，称为冷型火花塞，适用于高速高紧缩比的大功率发起机;有些裙部细长受热面积大，散热慢，因此裙部温度高些，称为热型火花塞，适用于中低速低紧缩比的小功率发起机。自己的汽车用什么火花塞，要依照厂家的规则型号选用，不是什么火花塞都适用的。
1火花塞工作原理
1.1火花塞结构
它有绝缘体和金属壳体两大组成部分：由中心电极、线柱芯、陶瓷绝缘体、导电玻璃等组成如图1.1所示。金属壳体带有螺纹，用于拧入气缸；在壳体内装有绝缘体，它里面贯通着一根中心电极、中心电极上端有接线螺母，连接从分电盘过来的高压电线；在壳体的下端面焊有接地电极，中心电极与接地电极之间有0.6～1.0毫米的间隙，高压电经过这个间隙入地就会迸发出火花点燃混合气。火花塞的构造分为三部份，即中央电极、钢体与恻电极、绝缘瓷芯。中央电极由镍或镍合金制成，能承受爆发时的高温。钢体上部制成六角，以便扳手拆装，下部有螺牙，可旋入汽缸头中。绝缘瓷芯包围着中央电极。现在一般都是绝缘体突出端面，更利于散热。中央电极与边电极(接地电极)间之间隙称为火花塞间隙，由压缩比，燃烧室形状、火花塞位置等因素决定。

图1.1 火花塞结构组成
1-接线螺母；2-绝缘体；3-金属杆；4、8-内垫圈 5-壳体；6-导体玻璃；7-多层密封圈；9-侧电极；10-中心电极
1.2火花塞功能
（1）把点火线圈产生的高压电（万伏特以上）引入发动机气缸。
（2）在发动机运转过程中，行车用的12V，24V的低伏电压通过升压线圈的2万到5万伏的升压，再经由分电器分配到需要点火的汽缸，它根据气体（空气）在一定因素的影响下可发生离解作用而成为导电体的气体放电原理，利用汽油机点火系统所产生的脉冲高电压以击穿火花塞中心电极与侧电极之间所形成的间隙，当间隙被击穿时，由于离子和电子的高速运动而形成高温炽热的电离通道，并产生电弧火花，从而点燃汽油机燃烧室内的压缩可燃混和气体，混合气燃烧膨胀，完成做功行程。没有火花塞，混合气就无法点燃，发动机也跟本无法运转。发动机性能与火花能量和发火时间有着密切的关系。在保证发动机性能方面起着重要的作用。
1.3工作原理
火花塞的电板经由反复持续的发电点火，点燃汽缸内的混合气，此时，点火系统的其它部分则产生正时的高压电脉冲，形成火花并产生爆炸提供引擎动力输出所需的能源。而火花塞的构造是以一根细长的金属电板穿过一个具有绝缘功能的陶瓷材质而制成，绝缘体的下部周围有一个金属材质的壳，以螺牙方式旋紧在汽缸盖上，在这个金属壳的底部在加焊一电极与汽车车体形成接地作用。另外，在此电极中央的末端，必须再以一个微小的放电间隙分隔开来。接着，从分电器来的高压电流会经过这个中央电极导电，然后在底端的放电间隙放电，这时火花塞发挥功用产生火花燃烧混合气，引擎就得到能源并输出功率。
2常见种类
2.1火花塞的种类
目前火花塞有按照热值高低来分，火花塞有冷型和热型；按照电极材料来分，火花塞有镍合金、银合金和铂合金等。
2.2火花塞的规格
国外以螺纹直径M14和M12为主，M10次之；我国仅以M14为主，M12和M10的火花塞在特殊情况下生产。火花塞型号各国的表示方法有所不同，比如表示为T8126J型火花塞，其中“T”表示结构类型，“8”表示螺纹尺寸和六角对边，“12”表示螺纹旋合长度，“6”表示热值，“J”表示特征，常见的结构类型有标准型（用B表示）、突出型（用T表示）。螺纹尺寸规格有1，4，8三种，1表示M10×1，S=16；4表示M14×1.25，S=19；8表示M18×1.5，S=22。螺纹旋合长度有11，12，19三种。热值包括1～9九个数字；其中1～3为低热值，4～6为中热值，7～9为高热值。热值越高，散热越快，为冷型火花塞；热值越低，散热越慢，为热型火花塞。
2.3各类火花塞的优缺点
(1)电阻型火花塞
非电阻型火花塞在发动机高压点火时，其点火回路中所发射出的无线电波会对通讯电波造成干扰，特别是应用了电脑监控引擎技术，配备了DVD、AM/FM、电话和GPS系统等装置的高档车，这些干扰会对发动机产生某些影响，比如怠速不稳，高速时不跳火或某些转速范围内动力下降或异常燃烧，也会对其它装置和环境起干扰作用，国家已对这种干扰作出了限制规定。电阻型火花塞具有抑制这些电磁干扰的功能，因此，我们强力推荐使用AGA电阻型火花塞，使你的车辆始终保持良好的性能。
（2）铂金火花塞
铂金火花塞，即中心电极端面焊接有直径小于1mm的铂金丝，有时侧电极也焊有铂金属（称双铂金）。铂金属能使火花塞的各种性能得到极大程度的提高： a 提高了点火可靠性。由于中心电极变细，其加热中心电极所耗热量少，火焰核易于扩散。气缸内的可燃混合气能得到更多一些的点火能量，燃烧更加充分。 b 提高点火性能。由于中心电极发火端变细容易集聚较多的电能，尖端放电更易击穿火花间隙。铂金电极还有一个优点，就是铂金属具有较低的电子发射势垒（electron escape barrier），即在同样大小的放电间隙和电极尺寸的条件下，击穿铂金电极间隙所要求的电压较低。汽油机在起动和急加速运转时，点火线圈产生的二次电压较低，若采用铂金火花塞，它的铂电极仁能够跳出稳定的火花，保证汽油机有良好的起动性、怠速稳定性和急加速性，这表明在冷机至正常工作转速运转时，铂金火花塞有着良好的点火性能。 c 容易稳定在自净燃烧和炽热燃烧之间的最佳温度范围内。由于中心电极变细，就能保持电极较高的温度。提高热范围的下限，比较容易控制在500～800℃之间。这一温度，也就是火花塞的最佳工作温度。 d 优良的耐久性。由于铂金的熔点高（熔化温度可达到1800℃，耐氧化性和耐烧蚀性良好，能较好地承受燃气和残渣的化学腐蚀，并能长时间保持初始火花间隙，从而延长了火花塞的使用寿命，是一般普通型火花塞寿命的5倍，双铂金火花塞平均寿命能达到16万公里。蚀斑点，颜色为白灰色，表明有问题。
3火花塞的保养以及常见故障的检测维修
3.1火花塞常见故障
3.1.1火花塞烧蚀
当车主发现火花塞顶端有疤痕或是破坏、电极出现熔化、烧蚀现象时，都表明火花塞已经毁坏，此时就应该更换火花塞。在更换过程中车主可以检查火花塞烧蚀的症象以及颜色的变化如图3.1.1所示。

图3.1.1 火花塞烧蚀
（1）电极熔化且绝缘体呈白色
诊断：这种现象表明燃烧室内温度过高。这可能是燃烧室内积炭过多，从而造成气门间隙过小，进一步引发排气门过热或是冷却装置工作不良造成的。在火花塞未按规定力矩拧紧时也会造成电极熔化，绝缘体呈现白色的现象。
（2）电极变圆且绝缘体结有疤痕
诊断：这就表明发动机早燃，可能是点火时间过早或者汽油辛烷值过低，火花塞热值过高等原因带来的。
（3）绝缘体顶端碎裂
诊断：一般来说，爆震燃烧是绝缘体破裂的主要原因。而点火时间过早、汽油辛烷值低、燃烧室内温度过高，都可能导致发动机爆震燃烧。
（4）绝缘体顶端有灰黑色条纹
诊断：这种条纹的出现表明火花塞已经漏气，车主需要无条件更换新件。
3.1.2火花塞沉积物
实际证明火花塞绝缘体坚持正在500～600℃温度时，落正在绝缘体上的油滴能立刻烧去不会形成积炭，高于这个温度会早燃，低于这个温度有积炭如图3.1.2。火花塞绝缘体的顶端和电极间有时会粘上沉积物。严重时这种情况可能造成发动机不能正常工作。在清洁火花塞后，车辆暂时可以得到正常运转，但不久后又会出现类似情况。事实上，火花塞出现沉积物只是一个表面现象，这有可能是车辆别的机械部件出现问题的信号。

图3.1.2 火花塞沉积物
诊断：当火花塞上出现油性沉积物时，就表明润滑油已进入燃烧室内。如果只是个别火花塞上有油性沉积物，则可能是气门杆油封损坏造成的。但如果是各个缸体的火花塞都粘有这种沉积物，则表明气缸出现蹿油。一般来说，在空气滤清器和通风装置堵塞的情况下，汽缸极易出现蹿油的现象。
(2)火花塞上有黑色沉积物 诊断：火花塞电极和内部有黑色沉积物，通常表明气缸内混合气体过浓。车主可以增高发动机运转速度，并持续几分钟，借以烧掉留在电极上面的一层黑色煤烟层。
3.2火花塞的保养
3.2.1火花塞的使用与禁忌
（1）忌长期不清洁积炭
花塞在使用中，其电极及裙部绝缘体会有正常的积炭产生，如果这些积炭长期不予清洁，会越积越多，最终导致电极漏电甚至不能跳火。所以应定期清除积炭，不要等火花塞不工作时才进行清洁。汽车火花塞在使用中的七个大忌蓝鸟排气侧火花塞不打火花的故障。
（2）忌长期使用
如果超过经济寿命后仍然使用，将不利于发动机的动力性和经济性的发挥。有研究表明，随火花塞使用期的延长，其中心电极端面会向圆弧形状变化，侧电极则向凹弧形状变化，这种形状使电极间隙增大，并造成放电困难，影响发动机的正常工作。
（3）忌随意除垢
有些人在对发动机喷银粉或进行其它维护时，不注意火花塞外表的清洁，致使火花塞因外表脏污而漏电。清洁外表时，不可图方便、快捷使用砂纸、金属片等除垢，而应当把火花塞浸入汽油中，用毛刷予以清除，以确保火花塞外表陶瓷体不受损伤。
（4）忌火烧
现实中，有些人常常用火烧的办法来清除火花塞电极及裙部的积炭和油污，这种看似有效的方法，其实是十分有害的。因为火烧时，温度难于控制。很容易将裙部绝缘体烧裂，造成火花塞漏电，而且火烧后产生的细小裂纹往往不易发现，给排除故障带来很大烦。火花塞上积炭和油污的正确处理方法一是用专用设备清洁，会有很好的效果；二是溶液清洁，将火花塞放入酒精或汽油中浸泡一定的时间，当积炭软化后再用毛刷刷净凉干。
（5）忌冷热不分
火花塞除了外形不同，尺寸各异外，还分为冷型、中型、热型三种。一般高压缩比、高转速的发动机宜用冷型火花塞；而低压缩比、低转速的发动机宜用热型火花塞，介于两者之间的还有中型火花塞。此外，新发动机有不同。比如，在发动机较新时，选用火花塞应趋向热型；使用时间校长的旧发动机因性能下降，火花塞容易产生过多的积炭和被油污损，选用火花塞应趋向中型或冷型，以提高火花塞抗油污的能力。
（6）忌误诊
错断更换新的火花塞或怀疑其有故障需要检查时，应当在机车正常运行一段后，停车熄火拆下火花塞观察其电极颜色特征，可有以下几种情况：一是中心电极呈红褐色，旁电极及四周呈青灰色，为火花塞选型合适；二是电极间有烧蚀或烧熔现象，裙部及绝缘体呈灼白状态，说明火花塞选型过热；三是电极间及绝缘体裙部有黑色条纹，说明火花塞已经漏气。火花塞选型不当或漏气应重新选择合适的火花塞。
（7）忌安装过紧
火花塞安装时一定要符合规定的扭矩。用专用工具安装时，一般不会超过，但若用力过大、过猛或用梅花扳手安装时、则常会损伤火花塞瓷芯或使螺丝滑扣，膨胀槽断裂而导致火花塞报废；但也不可安装过松，否则会造成发动机工作不正常。
3.2.2拆装事项
(1)拔下高压线接头时应轻柔，操作时不可用力摇晃火花塞绝缘体，否则会破坏火花塞密封性能。
(2)发动机冷却后方可拆卸，当旋松所要拆卸的火花塞后，用一根细软管逐一吹净火花塞周围的污物，以防火花塞旋出后污物落入燃烧室内。
（3）螺丝周围、火花塞电极和密封垫必须保持清洁，干燥无油污，否则会引发漏电、漏气、火花减弱等故障。
（4）安装时，先用套筒将火花塞对准螺孔，用手轻轻拧入，拧到约螺纹全长的1/2后，再用加力杠杆紧固。若拧动时手感不畅，应退出检查是否对正螺口或螺纹中有无夹带杂质，切不可盲目加力紧固，以免损伤螺孔，殃及缸盖，特别是铝合金缸盖。
（5）应按要求力矩拧紧，过松会造成漏气，过紧使密封垫失去弹性，同样会造成漏气。锥座型火花塞由于不用密封垫，遵守拧紧力矩尤显重要。
3.3故障诊断
3.3.1诊断火花塞故障的方法
（1）仪器检查：
磁体裂缝轻微，仅在重负荷时才有断火现象的火花塞装在火花塞检查器上，向检查器内充入748KPa的压缩空气，模拟燃烧室在压缩行程的工况，向火花塞通高压电，使其电极间形成火花（可由玻璃窗口观察）。火花连续而明亮的火花塞良好，否则有故障。
（2）触摸法：
发动机刚启动不久，可直接用手触摸火花塞壳体比较其温度来诊断，温度较高的工作正常，反之有故障。走热了的发动机瓷体表面温度很高，不要用手触摸，可使发动机保持怠速运转，用拇指和食指依次触摸各缸高压分线数秒钟，根据手感判断哪个缸的火花塞有故障。正常工作的高压分线，用手触摸明显感到有脉动，有故障的高压分线感觉脉动不明显、无脉动或脉动时断时续。确定某缸工作不良后，应进一步检查，若无其他原因，则为火花塞有故障。
（3）断火试验法：
使发动机怠速运转，用螺丝刀使火花塞断火（搭铁），若被断火的火花塞有故障，则发动机运转情况不变（需排除发动机本身故障）。若断火后，发动机立即抖动，则表明该缸工作正常。
（4）对比试验：
用断火试验工作良好缸的火花塞，与试验中工作不好缸的火花塞互相调换做对比试验。进一步判断火花塞的好坏。
（5）跳火试验：
卸下怀疑有故障的火花塞将其平置于发动机缸体上，拔下高压总线分电器一端，与火花塞接线头接触。打开点火开关拨动分电器白金。使高压电在火花塞电极间跳火，若火花连续而明亮，则火花塞良好，否则火花塞应更换。
（6）观察鉴别：
卸下火花塞，观察其电极颜色。电极为白色或铁锈色的火花塞工作正常；表面有黑烟（混合气过浓因素除外）的火花塞工作质量较次；有严重积碳或油污的火花塞工作质量最差或根本不能工作。
火花塞是否正常，对汽车的动力性和经济性均有很大的影响。因此，驾驶员应能判断和排除火花塞故障。一摸：汽车发动不久，若发现发动机有“缺缸”的现象，即可采用“摸”的方法来判断各缸是否正常工作。方法是将发动机熄灭后，用手逐缸摸火花塞的绝缘瓷体，温度较低者说明该缸工作不正常。二查：用起子短路火花塞（或拔下分缸高压线）进行断火试验，若发动机运转无明显变化，则证明该缸火花塞工作不良。三看：拧下火花塞观看，中心极呈灰白色工作正常；不工作或工作不良者，火花塞两级会被积油淹湿或因积炭发黑。四试：将拆下的火花塞放在发动机盖上，再将高压中心线接触火花塞上部，用起子拨动分电器活动触点，看火花塞两级是否跳火。两极淹湿或有积炭者，火花会弱甚至没有火花；瓷体漏电者，有时会在瓷体和发动机盖之间漏电跳火。
3.3.2检查火花塞是否工作正常
（1）正常的火花塞应该表面干净，颜色为棕色或黄色、黄白色。
（2）火花塞表面发黑说明有积炭或油污，可能是油气混合气过浓或供电系统不良 或空滤脏了或火花塞热值用错了等，需要清理或更换。
（3）火花塞表面有烧蚀斑点，颜色为白灰色，表明有问题。
总结
火花塞使用久了后会因电极损耗而增大了间隙，间隙过大时可以用间隙规上的板手来调小间隙(正常为0.7mm～0.9mm若无量测工具时可以锯片代替)，要注意中心电极顶部周围的直角是否烧成圆弧形了，如果以烧圆，要用间隙规上的小挫刀将中央电极的顶部挫平，使周围恢复成直角，再调整间隙。这样火花塞才容易跳火，因为电弧比较容易从尖角部位产生。各缸火花塞间隙要一样，不然的话引擎运转不很顺，火花塞积污后需要用特制喷砂机才能将积污喷磨干净，因此很多人都将过脏的火花塞丢弃。其时一般只要钢刷将火花塞电极部份的积碳刷干净，使用时再以中高转速行驶十多分钟后，便可烧掉大半积污，火花塞多半仍可使用。
致谢
历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师—潘峰老师，她对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢！
感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！

参考文献
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