火花塞常见故障现象及原因解析（1）

文：王兆福

火花塞常见故障现象及原因解析（1）

文：王兆福

火花塞是点燃式发动机点火系统的核心部件之一，由于火花塞的发火部分隐藏在发动机的燃烧室内，从外部只能看到绝缘体和连接部分，所以很多车主会忽略它的存在。即使是很多年轻的维修人员，对于火花塞的认识，往往只停留在它的保养周期上。其实，火花塞性能的好坏直接影响着发动机的起动性能、加速性能、燃油消耗量和废气排放等，所以维修人员只有正确了解火花塞的功能作用，才可以更好地解决发动机的故障或发动机有害气体排放。

笔者在总结了多年来关于维修火花塞相关故障的基础上，梳理了与之相关的理论知识和维修经验，在此与广大读者分享，希望能给各位同行们在维修这类故障时提供些许有益的提示和帮助。本文为了体现一定的系统性，还特别补充了火花塞的基础知识，供一些刚刚入行的朋友们参考。

本文中的内容只代表笔者个人观点和维修经验，难免有不妥或不足之处，也请各位读者能多提宝贵意见。

一、火花塞的基础知识

1.火花塞的结构

火花塞整体结构由接线螺母、绝缘体、接线螺杆、中心电极、侧电极以及外壳组成，侧电极焊接在外壳上，其结构功能及材料应用如图1所示。

2.火花塞的常见类型

（1）标准型火花塞

其绝缘体裙部略缩入壳体端面，侧电极在壳体端面以外，是目前使用最广泛的一种（图2）。

（2）突出型火花塞

相对于标准型而言，火花塞的绝缘体裙部较长，突出于壳体端面以外（图3）。它具有吸热量大、抗污能力好等优点，且能直接受到进气的冷却而降低温度，因而不易引起炽热点火，故热适应范围宽。

（3）细电极型火花塞

其电极很细，特点是火花强烈，点火能力好，在严寒季节也能保证发动机迅速可靠地起动，热范围较宽，能满足多种用途（图4）。

（4）多侧极型火花塞

只有1个侧电极的火花塞称为单侧极火花塞，而侧电极一般为2个或2个以上的火花塞被称为多侧极型火花塞（图5）。多侧极火花塞的优点是点火可靠，间隙不需经常调整，故在电极容易烧蚀和火花塞间隙不能经常调节的一些汽油机上使用。

（5）锥座型火花塞

相对于平座型火花塞而言。平座型火花塞是指火花塞壳体大圆柱端面与气缸体接触的部位为平面，安装时该部位要配备弹性密封垫圈。而锥座型火花塞的该部位加工成锥面，因此不用垫圈即可保持良好密封，从而缩小了火花塞体积，对发动机的设计更为有利（图5）。

（6）电阻型火花塞

现代汽车电控系统的应用，提升了汽车的各项性能。但为了抑制点火系统对各种电控系统的电磁干扰，又生产了电阻型火花塞。电阻型火花塞在结构上与普通型没有大的区别，仅仅是将绝缘体内的导体密封剂改为电阻密封剂，电阻值为1～10 kΩ（图7）。

3.火花塞的工作

（1）火花塞间隙

火花塞间隙是指火花塞侧电极与中心电极之间的间隙（图8），其作用是将点火线圈所产生的脉冲高压电引进燃烧室，利用电极产生的电火花点燃混合气，完成燃烧。

火花塞间隙越大则点火能量越强，气缸内混合气体的燃烧越充分，发动机易于起动、尾气排放中的污染物质少，动力性强，一定程度上也更省油。

但是，由于间隙越大点火时击穿空气需要的电压也较大，所以不同的发动机相匹配的火花塞间隙各有不同。只有选择正确的火花塞间隙，才能让发动机发挥更好的性能。

（2）火花塞的工作过程

火花塞的工作分为4个阶段（图9）。

第一阶段

火花塞侧电极与中心电极间产生放电电弧，即火花。

第二阶段

放电电弧引燃周围混合气，电弧燃烧形成火炎核（火种）。

第三阶段

火种引燃电极间混合气。由于金属电极会吸收热量，使火炎核的作用减小而导致火种熄灭，混合气则不能被点燃，因此要求放电火花须保持足够长的时间，直到剩余储存电能完全衰减在整个电弧燃烧阶段。这样即使混合气分配不均（分配不一致），也能确保混合气被点燃。

第四阶段

气缸内混合气迅速燃烧，发动机作功。

（3）火花塞对发动机工作的影响

火花塞火花能量的大小对发动机的性能有着直接的影响。点火质量决定于电弧的持续期和点火能量的高低（点火线圈产生的电压）。点火能量高，能够保证点火的一致性和燃烧的稳定性，使发动机工作更平稳。延长电弧持续期可以使混合气充分燃烧，提供相当高的能量转换率，对点燃稀混合气有益。

火花能量较小时，发动机燃烧不完全，易产生失火现象，降低发动机的动力性和经济性，而且也会影响到发动机的起动性能。另外，燃烧后的排放气体中的有害物增加，严重影响环保。当火花能量大时，容易产生火花塞电极的烧蚀，缩短火花塞的使用寿命。

（4）火花塞的电极材料

火花塞中心电极的材料由于熔点、强度、硬度、电阻以及抗氧化性的不同，其使用寿命也有所不同。表1为常见中心电极材料火花塞的使用寿命。

4.火花塞的热值

火花塞热值是火花塞吸收热量和传出热量的一种特性（图10）。热值数据是在热值机上所测得的，是衡量火花塞受热和散热能力的一个指标。热值共有9个数值，其中1～3为低热值，4～6为中热值，7～9为高热值。

火花塞的热值代表其散热快慢，数值越大则散热越快（或称为火花塞越冷）。不同的发动机要求使用不同热值的火花塞，正确匹配才可以保证火花塞持久稳定的工作。一般而言,乘用车行驶速度快,气缸压缩比高,需用热值高（散热快）的火花塞；商用车行驶速度较慢,一般用热值低（散热慢）的火花塞。

表1 常见中心电极材料火花塞的使用寿命

散热量大的冷型火花塞，也就是高热值火花塞，绝缘体裙部相对比较短（注意不是指螺纹长度）。裙部越短，受热面积就小，相对散热量就大，散热相对比较多，所以造成中心电极温度的上升慢。热值过高，易使火花塞温度低，中心电极部分容易产生积炭，从而导致漏电，火花塞点火能力下降。

散热量较小的热型火花塞，也就是低热值火花塞，绝缘体裙部较长，当气缸内温度布置均匀时，裙部越长，受热面积就越大，传导热量的距离就越长，所以散热少，中心电极温度上升较高。而热值过低，散热不够, 中心电极部分温度过高，会导致爆燃，从而易造成火花塞头部陶瓷烧损、电极烧熔等故障。

5.火花塞的放电形式

火花塞的放电形式主要有以下2种形式。

一种空气间隙形式放电，是指在脉冲高电压作用下，击穿存在于中心电极与侧电极之间的空气间隙产生电火花（图11a）。这种形式放电距离短，跳火性能差，传统单侧极火花塞就是如此。

另一种是沿面间隙放电形式，即放电路线是沿中心电极与侧电极之间的绝缘体表面进行的（图11c）。这种形式的放电发生于绝缘体陶瓷表面和空气的交界面，陶瓷表面电场发生畸变会增大局部场强，导致局部先发生放电，由此促使放电的进一步发展，直至电极间隙击穿。在相同击穿电压下，沿面间隙比空气间隙的放电距离长，大大提高火花的能量。而且由于电火花沿绝缘体表面，可以烧尽油污积炭，避免电极之间的跨连，也避免绝缘体和壳体之间因附着燃烧沉积物导致电流泄漏的现象，保证怠速工况下的点火可靠性。

目前用途较广的是将“沿面间隙”和“空气间隙”结合在一起的半沿面间隙放电形式（滑动—空气间隙放电形式），即绝缘体裙部与侧电极之间是空气间隙（图11b）。放电时火花从绝缘体表面“滑”过再跳向侧电极。由于绝缘体表面电场畸变使击穿电压降低。这种火花塞的绝缘体有正常的裙部，因而能适应不同的热负荷。

6.火花塞型号标注解读

不同品牌火花塞的型号标识有不同的表示方法，例如：NGK火花塞的型号是由3部分数字或字母组成（图12）。

第一部分表示的是火花塞的结构类型和主要尺寸（字母）。

第二部分表示的是火花塞的热值（数字）。热值分为热型、中型和冷型3种。数字1、2、3表示为热型火花塞，4、5、6表示为中型火花塞，7以上表示为冷型火花塞。

第三部分表示的是火花塞的特性（字母）。

（待续）