【解剖火花塞】火花塞的積炭、影響因素及改善措施

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火花塞在使用過程中，會出現積炭現象，如下圖，左邊是新火花塞，右邊是積炭的火花塞。

1、影響火花塞積炭的因素

（1）燃油成分影響，例如燃油成分的烯烴比例越高，越容易燃燒不完全，在火花塞上形成積炭。

（2）燃料混合氣混合不均勻，特別是直噴發動機，混合氣過濃時容易燃燒不完全，在火花塞上形成積炭。

以下是自然吸氣電噴發動機的火花塞

以下是直噴渦輪發動機的火花塞

可以很直觀的看到，直噴發動機（通常較大比例為渦輪增壓）的火花塞更容易積炭，主要是因為直噴方式的分層燃燒、稀薄燃燒、燃料和空氣混合不均勻等原因造成炭顆粒、炭灰變多。

（3）點火線圈異常或點火能量不足，導致燃燒不完全或失火，容易在火花塞上形成積炭，並且不容易去除。

（4）火花塞工作溫度低於自清潔溫度，火花塞達不到自清潔的條件，產生的積炭在火花塞陶瓷絕緣體裙部，並會造成積炭短路。

火花塞絕緣體裙部的溫度隨著發動機的負荷（車速）變化而變化，小負荷（低速、怠速）時，溫度低，大負荷（高速）時，溫度高。示意圖如下。

如果較長時間停留在小負荷（低速、怠速）時，絕緣體裙部的根部因為溫度變低，最先開始積炭，對於高壓電來說，積炭是有一定電阻的導體，當絕緣體裙部積炭較多時，高壓電從積炭上導通，形成積炭短路，此時是點火異常或失火狀態。如下圖，從左至右所示。

（5）發動機燒機油、廢氣再循環等因素，導致混合氣燃燒不完全，容易在火花塞上形成機油燃燒殘渣的多種物質的積炭層，並逐漸累積越來越厚。如下圖所示。

2、火花塞積炭的影響

火花塞積炭的3個部位，按影響點火性能的影響程度，從小到大依次是：

金屬殼體靠近螺紋的圓環面 < 電極部位（中心電極及側電極） < 陶瓷絕緣體裙部。

①金屬殼體靠近螺紋的圓環面，因為靠近低溫區，它的溫度在200℃左右，所以只要火花塞使用一段時間後，它的顏色一定是深褐色或黑色，自然吸氣電噴發動機的火花塞這裡是薄薄的一層，渦輪直噴發動機的這裡會明顯有很多炭灰顆粒，會稍微厚一些。這裡的積炭對點火的影響程度較小。

②電極部位（中心電極及側電極），因為側電極連接整個金屬殼體，中心電極連接內部導熱路徑，溫度容易傳導到低溫區，電極部位的溫度在幾百℃，所以電極部位會由於高溫而有所變色 ，根據材質、附著積炭物質及燃燒狀況的不同，電極的顏色通常是淺灰、深灰、深褐色、黑色等，渦輪直噴發動機的電極部位通常會有很多炭灰顆粒和少量機油燃燒後的混合物，會稍微厚一些，如果過厚，會有炙熱燃燒的可能性，甚至有可能爆震。電極部位的積炭對點火的影響程度較大，特別是點火的直接面上，積炭會分流一部分電火花的能量。

③ 陶瓷絕緣體裙部，這裡的積炭對點火的影響程度更大，如果積炭了，積炭會分流一部分電火花的能量。

正常的點火是下圖A，下圖B和C是陶瓷絕緣體裙部積炭後，可能產生的積炭電流路徑，此時是點火異常或失火狀態。

發生非正常點火時，因為積炭的電阻比火花塞間隙的擊穿電阻小，高壓電的能量一部分浪費在積炭電阻上，導致點火異常或失火。

從電壓波形圖上看，發生積炭短路的非正常點火時，擊穿電壓較低，燃燒電壓較低，燃燒時間較長。如下圖所示。

下圖為發生積炭短路的火花塞實物圖。

3、改善火花塞積炭的措施

改善火花塞積炭的措施通常有：

①、優化發動機的相關參數及搭配合適的火花塞型號、點火線圈參數（僅指在車企研發過程）

②、減輕發動機燒機油的情況，選擇合適品質和粘度的機油，以及燒機油修復產品。

③、使用合格品質的汽油，定期添加清潔型的燃油清潔劑，尤其是直噴車型。

④、定期檢查或更換空濾、防凍冷卻液、火花塞、點火線圈、高壓包分缸線。

⑤、盡量減少過短距離的行車，盡量減少怠速時間。

⑥、更換火花塞時選擇合適的熱值、合適的型號。

參考資料：

《發動機火花塞積碳問題分析及解決措施》付雪超馬文亮李慧軍由毅

《火花塞積炭對發動機性能影響分析》張軍

《汽油機管理系統》吳森等譯 北京理工大學出版社 2002

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