发动机火花塞失效问题的分析

□ 王 琪 □ 李金鸽 □ 夏志鹏 □ 贺 锋 □ 王文琦

宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司 浙江宁波 315336

1 问题情况

火花塞是发动机点火系统的核心零部件,通过火花塞中心点与侧电极之间的放电,点燃发动机气缸内的混合气。火花塞功能的稳定可靠是发动机稳定运行的基础保证,火花塞失效会导致发动机失火抖动、动力不足,甚至无法启动。笔者针对一例发动机火花塞失效问题进行分析和整改。

搭载某款发动机的整车在下线试车过程中出现批量故障,故障灯亮,车辆报单缸或多缸失火故障,发动机抖动。

根据车辆故障现象及所报故障码信息,可以初步判断是火花塞故障。更换火花塞后,故障消除。故障车辆火花塞装配到正常车辆上,故障可复现。对故障火花塞的金属壳体车削摘除后,检查中心电极陶瓷体,发现陶瓷体表面存在裂纹,裂纹有放电发黑痕迹。故障火花塞如图1所示。

2 火花塞结构

火花塞的主要结构包括侧电极、中心电极、陶瓷体、金属壳体、密封垫圈、连接螺杆等,如图2所示。

3 火花塞工作原理

火花塞连接螺杆与点火线圈连接,点火线圈产生的高压电传递到火花塞中心电极。高压电在中心电极和侧电极之间击穿放电,产生的火花点燃燃烧室内被压缩的混合气,混合器膨胀做功。火花塞工作原理如图3所示。

▲图1 故障火花塞

4 问题排查

根据故障现场确认,并对及火花塞的工作原理和结构进行分析,可知火花塞陶瓷体裂纹导致火花塞异常放电,进而导致发动机失火抖动。笔者从人为因素、机械设备、材料、安装方法、工作环境、检测六个方面分析火花塞陶瓷体产生裂纹的原因,检查工作流程如图4所示。

针对生产过程,排查所有故障批次火花塞对应装配环节的变化点。因装配线火花塞拧紧专用低速定扭扳手故障,生产线采用手持电动拧紧枪和扭力扳手代替。生产工具如图5所示。

针对故障火花塞进行检查,连接螺杆端的火花塞陶瓷体釉面存在破损和磨损情况,如图6所示。

▲图2 火花塞结构

▲图3 火花塞工作原理

▲图4 检查工作流程

对陶瓷体断面进行电子显微镜扫描,可以发现断面存在多条击穿通道,说明放电发生在陶瓷体断裂之后。同时断面呈现出较多的断裂晶体,说明陶瓷坯体无缺陷,断裂晶体在外力作用下产生。断面电子显微镜扫描图片如图7所示。

▲图5 生产工具

▲图6 陶瓷体釉面破损磨损

▲图7 断面电子显微镜扫描图片

掰断火花塞陶瓷体进行断面电子显微镜扫描,断面晶体特征与故障火花塞特征一致。故障模拟及断面扫描图片如图8所示。

▲图8 故障模拟及断面扫描图片

其它方面排查无异常。

5 分析

通过上述排查,可以判断火花塞陶瓷体裂纹的原因是装配过程中使用工具不合理。手持电动拧紧枪转速变化频率高,并且不易控制,套筒外径匹配不合理,套筒与火花塞存在不同轴情况,装配过程中对火花塞造成较大冲击载荷,致使陶瓷体出现裂纹。

修复专用低速定扭扳手,同时采购同型号备品。整改方案实施后,跟踪生产的1.5万台发动机未出现一例相同故障,整改措施有效。

6 结束语

火花塞是保证发动机正常运转的关键零部件,当发动机出现因火花塞陶瓷体裂纹而引起的失火抖动问题时,除设计及原材料问题外,生产过程也是非常重要的环节,本例发动机火花塞失效问题的解决,对于同类型故障具有参考价值。