引 言
隨著現(xiàn)代汽車發(fā)動機(jī)升功率的提高，其燃燒室內(nèi)的溫度也趨提高，伴隨著高能點(diǎn)火線圈的應(yīng)用，點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)對火花塞的技術(shù)要求也越來越苛刻。在技術(shù)上不僅要求火花塞在-30-40℃的低溫條件下可靠點(diǎn)火，使發(fā)動機(jī)正常啟動，還必須在極高的溫度下，受發(fā)動機(jī)控制器的控制能精確點(diǎn)火;然而，由于發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，更換火花塞也變得異常困難。這就要求火花塞不僅須具備更長的使用壽命和保養(yǎng)里程，而且還要有高可靠性。與此同時，由于電火花所產(chǎn)生的電磁干擾，火花塞還應(yīng)有相應(yīng)的對電磁干擾的抵御能力。
1 火花塞結(jié)構(gòu)
圖1為火花塞的解剖圖。圖左邊是普通裹銅芯電極，右邊是電極的發(fā)火端，焊有硬質(zhì)貴金屬。
點(diǎn)火線圈提供充足的高電壓，通過火花塞的中心電極和側(cè)電極之間的間隙進(jìn)行放電，所產(chǎn)生的火花將燃燒室內(nèi)的空氣-燃料的混合物點(diǎn)燃，燃料轉(zhuǎn)換成作功的能量。這就是火花塞的電性能。由于尖端放電的特性，要求中心電極直徑越細(xì)越好。但是電極的直徑越細(xì)，電腐蝕就越大，其壽命就越短。為提高火花塞的工作壽命，放電處電極直徑小于1mm的諸如鉑金、銥金等以硬質(zhì)貴金屬材料作為電極的火花塞應(yīng)運(yùn)而生。而普通電極材料(如鎳合金等)的火花塞，為使其壽命得以保證，電極直徑也從原來的2.6mm降至2.1mm的同時，鎳釔合金等一些新型材料也在火花塞的電極上廣泛運(yùn)用。為了使中心電極同時具備良好的導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能，中心電極內(nèi)部一般還包裹銅芯。有些火花塞，為延長側(cè)電極的壽命，使側(cè)電極同樣具備良好的導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能，側(cè)電極內(nèi)部也包裹銅芯。
火花塞在燃燒室內(nèi)點(diǎn)火完畢后，其溫度不能太高，不能因火花塞自身的溫度過高而引起早燃。但其溫度也不能過低，否則，火花塞就不能自凈，容易積碳積垢?；鸹ㄈ臒嵝阅?，可以通過選取火花塞的熱值來確定。
火花塞自身不會產(chǎn)生熱，但它可以像散熱器一樣，將燃燒室內(nèi)多余的熱量帶走，移至發(fā)動機(jī)的冷卻系統(tǒng)中。火花塞的散熱情況，主要是由下列因素決定：絕緣嘴的長度;圍繞絕緣嘴的氣體量;中心電極的材料、結(jié)構(gòu)和陶瓷絕緣體的結(jié)構(gòu)等。
絕緣嘴長度，就是瓷件從發(fā)火端的絕緣體至金屬外殼接觸的那段距離，如圖2 A、B火花塞頭部的灰色部分?；鸹ㄈ鸄的絕緣嘴比較長，較多的瓷件表面和燃燒氣體接觸，散熱慢，為熱型火花塞;而火花塞B正好相反，絕緣嘴比較短，較少的瓷件表面和燃燒氣體接觸，散熱快，屬于冷型火花塞。
火花塞的頂端是火花塞的最熱部位，該部位的溫度是影響火花塞積碳和早期點(diǎn)火的主要因素。任何點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)，火花塞頂端的溫度必須控制在500-850℃之間。如果頂端的溫度低于500℃，圍繞中心電極的絕緣體部位將因溫度過低而不能將在燃燒室內(nèi)所積的碳和其他沉積物燒掉?；鸹ㄈ系倪@些積垢將直接導(dǎo)致發(fā)動機(jī)失火。頂端的溫度高于850℃，則會造成中心電極融化及早燃，進(jìn)而引起發(fā)動機(jī)爆震。由于這種爆震的產(chǎn)生無法控制，更無法避免，因此發(fā)動機(jī)將會在很短的時間內(nèi)損壞。
2 電極的溫度測量
由于中心電極的溫度比側(cè)電極溫度高，因此對火花塞中心電極的溫度測量尤為重要。又因?yàn)辄c(diǎn)火線圈提供的2-3萬V的高電壓通過中心電極，又給測量火花塞中心電極溫度帶來了難度。圖3是專門用來測量中心電極溫度的火花塞。
上述火花塞中熱電偶的溫度信號，經(jīng)專門設(shè)備，通過光纜對高電壓進(jìn)行隔離，分別對發(fā)動機(jī)各個缸的中心電極溫度進(jìn)行測量，從中選出其中溫度最高的一缸，對其進(jìn)行熱值測量。
3 熱值測量
一般可通過測量離子電流，來判斷所選定的火花塞是否存在早火或后火及離早火還有多少余量。
在兩個帶間隙的電極上通一定的電壓，同時讓帶間隙的電極處于熾熱的火焰中，該回路就會有電流產(chǎn)生，即離子電流。
正常的點(diǎn)火線圈點(diǎn)火，其點(diǎn)火時刻應(yīng)在曲軸轉(zhuǎn)角的某一點(diǎn)，這一點(diǎn)通常稱為點(diǎn)火角。如果實(shí)際的點(diǎn)火點(diǎn)因熾熱而早于正常的點(diǎn)火點(diǎn)，就會出現(xiàn)如圖4B所示的離子電流現(xiàn)象。由于該點(diǎn)火角因失控而提前，會因?yàn)楸鸲斐砂l(fā)動機(jī)損壞。圖4C和D均人為地使點(diǎn)火線圈的點(diǎn)火抑制，圖4C是沒有熾熱點(diǎn)火，圖4D雖然有熾熱點(diǎn)火，但它的產(chǎn)生要后于正常的點(diǎn)火點(diǎn)，因此，在實(shí)際運(yùn)行中，對發(fā)動機(jī)而言，是安全的。但一般認(rèn)為，如果熾熱后火的概率大于40%，就會存在早火的危險(xiǎn)，也就是說，該火花塞的熱值選配不當(dāng)。由此可見，后火率的測量，其意義要大于早火的測量。
