由于火花塞与发动机之间的相互关系,使日新月异的发动机技术必然要促进火花塞的不断创新。 通过历史的发展与进步,可以看到火花塞结构的演化与变迁。 1、标准型与突出型火花塞 突出型火花塞最初是为顶置气门式发动机配套设计的,它的绝缘体裙部突出壳体螺纹端面伸入燃烧室内。在燃烧的混合气中吸收较多热量,怠速时有较高的工作温度,避免污损;高速时由于气门顶置,吸入的气流对准绝缘体裙部,将其冷却,使最高温度提高不多,因而热范围较大。突出型火花塞不适用于侧置气门式发动机,因其进气道拐弯多,气流对绝缘体裙部冷却作用不大。 从点火效果考虑,电火花应该在混合气流动最好的地方跳过。发动机燃烧室不同的结构设计要求不同的最佳点火位置。点火位置可以理解为火花间隙在燃烧室内的位置,即火花塞中心电极端面至壳体端面的距离。 普通突出型火花塞的点火位置为3mm,越野赛车和大排量摩托车使用的“超突出型”火花塞,点火位置可达7~10mm。点火靠近燃烧室中心部位,火焰传播距离缩短,从而将缩短燃烧周期并减小压力变化的幅度,有利于提高发动机的动力性。 2、单侧极与多侧极火花塞 传统单侧极火花塞有一个明显的缺陷,即侧电极盖住了中心电极。当两极间高压放电时,火花间隙处的混合气将吸收火花热量并因电离被激活而形成“火核”。火核形成的场所一般在接近侧电极处,热量将较多地被侧电极吸收,即电极的“消焰作用”,它减少了火花能量,降低了跳火性能。 于是,在上世纪20年代,出现了三侧极火花塞。与单侧极相比,多侧极的火花间隙由多个侧电极的断面(冲成圆孔)和中心电极的圆柱面构成,这种旁置式的火花间隙消除了侧电极盖住中心电极的缺点,增加了火花的“可达性”,火花能量较大,较容易深入汽缸内部,有助于改善混合气燃烧状况并减少废气排放。由于多侧极提供了多个跳火通道,因而延长了使用寿命,提高了点火的可靠性。这里必须指出,放电的瞬间只能是一条通道跳火,不可能多侧极同时跳火。高速摄影的放电过程证明了这一点。 国产火花塞型号中的后缀字母(热值数后面的字母)D、J、Q分别表示双侧极、三侧极、四侧极。 对伸入燃烧室电极的最基本要求是耐烧蚀(电蚀和化学腐蚀)和良好的导热性。 随着材料科学和工艺技术的发展,电极材料经历了铁、镍、镍基合金、镍-铜复合材料、贵金属的演化过程。现在用得最普遍的是镍基合金。通常,纯金属的导热性优于合金,但纯金属(例如镍)对燃烧气体及其形成的固状沉积物的化学腐蚀反应比合金灵敏。因此电极材料采用镍基加入铬、锰、硅等元素,铬提高抗电蚀能力,锰和硅提高耐化学腐蚀能力,特别是对危害性很大的氧化硫的抗腐蚀能力。镍基合金的导热性不如铜,采用铜芯并将其外表裹以镍基合金(或其他贵金属合金)将大大改善电极的导热能力。 国产火花塞型号后缀中的C代表铜芯中心电极,CC代表双铜芯电极。 4、普通型与电阻型火花塞 火花塞作为火花放电发生器,是一种宽带连续型的电磁辐射干扰源。为了抑制因跳火产生的电磁辐射对无线电场的强干扰,保护无线电通讯并防止车载电子装置的误动作,世界各国自上世纪60年代以来,加快了电阻型火花塞的开发。我国也发布了一系列强制性电磁兼容的国家标准,对于火花塞点火发动机驱动的车辆装置无线电干扰特性作了严格的限制,因此对电阻型火花塞的需求也大为增加。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。 5、空气间隙与沿面间隙火花塞 6、平座型与锥座型火花塞 所谓平座型,即火花塞安装座(壳体大圆柱端面)为平面,安装时该平面与汽缸之间有弹性密封垫圈。某些发动机为了更紧凑或布置更多的零件(如增加气门),没有给火花塞留下较大的安装空间,这就迫使火花塞缩小径向尺寸,甚至取消外密封垫圈,用“锥座”代替了“平座”。 7、贵金属火花塞
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