发动机工作晴雨表之火花塞杂谈

  火花塞是发动机点火系统中最终执行点火的重要零件，它由新型高氧化铝陶瓷为绝缘体，用特殊粉末将绝缘体和主金属连接在一起，其电极是由直径1.5～2.0mm的镍合金制成，具有优良的耐久性。发动机工作条件非常苛刻，火花塞必须承受从常温至2000～2500℃反复的温度变化。由于绝缘体露在气缸盖外部，在冬季又处在摄氏零度以下的空气中，所以它必须具有良好的承受热负荷的能力；在点火系统2万～3万V周期性高压的作用下，主电极和侧电极间应保持良好的绝缘性能，以确保击穿气体介质产生电火花；在气缸内2.94～4.90MPa的燃气压力下，火花塞应具有承受压力冲击的能力，并保持良好的密封性能；汽油或燃烧气体会产生极强的化学腐蚀。
  由上述可知，要点燃气缸内的混合气体，磁电机必须要有足够高的点火能量。点火能量是指火花塞电极间隙间每跳一个火花所释放的能量，它与火花塞的放电电压有关，放电电压又与电极间隙、缸压、可燃混合比、火花塞温度、燃料等因素有关。其中，当火花塞电极温度超过混合气温度时，击穿电压可降低30%～50％。这是因为电极温度高时，包围在电极周围的气体密度相对较小的缘故。若火花塞电极间隙增大，在同样电压下所产生的电场就减弱了，要使电极间隙间的气体电离，所需的电压就得加大。若火花塞电极较细或电极表面有沟棱时，在同样的电压下其电场的最强处大于电极较粗或平电极的电场强度，因此所需击穿电压可降低。
  每种型号的火花塞都预先设定有适当的电极间隙，据资料介绍，火花塞电极间隙在0.70mm时（指火花塞规定的电极间隙为：0.60～0.70mm范围）其放电电压约13.5kv左右；电极间隙在0.60mm时，其放电电压约12.5kV左右；而电极间隙在0.30～0.04mm时，其放电电压只有10k～11kV。由于发动机工作时火花塞电极的击穿电压是变化的，目前摩托车发动机中的点火电压都高于20kV，不仅可以保证可靠地跳火，而且还有足够的跳火能量。倘若磁电机的点火能量不足，点火系统高压偏低时（指低于11kV），火花塞在正常间隙情况下不能击穿电极间气阻，点火失败，使发动机连续点火性能下降、起动困难，怠速不稳、动力性变差，油耗增加。
  根据点火原理分析，点火系统中的高电压装置绝缘不良等原因会出现上述现象。在严寒的冬季，当气缸内的混合气压力高而温度低时，气体的密度相对较大，单位体积中的气体分子越多，离子自由运动的距离（即每次碰撞的运动距离）就越短，气体分子的碰撞就不易发生电离作用。因此，只有提高加在电极上的电压，增加电极间的电场力，加速分子运动才能发生碰撞电离，使火花塞电极间产生电弧放电。磁电机中的发电机的能量是有限的，就一台发电机而言，是固定不变的。因此，相对于其它季节，摩托车每逢冬季就会产生难起动现象。当发动机正常运转时，气缸内的混合气在压缩行程终了时温度已接近自然温度，所需的点火能量较小。
  在起动或急加速时，由于混合气气化不良，残余废气较多，电极温度低或混合气温度也低，这时所需的点火能量较高。发动机长期在低负荷下工作或频繁起动或机油消耗量过大，在火花塞的绝缘体上积碳和沉积油污，使火花塞产生故障或失效。还有，使用了很长时间的火花塞，其电极棱角因高温被氧化，变成了圆角，致使跳火电压升高，发动机转速不稳定，必须及时更换。因此，火花塞属于消耗品。火花塞在一定的温度下工作，使沉积物能自行烧掉，这个温度被称火花塞的“自洁温度”，使用无铅汽油时的自洁温度约为500～580℃。火花塞工作温度过高，会使被压缩的可燃混合气在电火花尚未跳出时即被火花塞上的高温点燃（温度约900℃），这种现象称为“早火”。
  正常情况下，人们把各种结构火花塞耐早火的性能称为火花塞的“热值”，热值是表示火花塞结构特性的指标。火花塞由燃气和废气吸入热量，经进气冷却和结构散热，达到热平衡，即形成了火花塞的工作温度。由于火花塞电极部位始终与可燃混合气接触，能比较真实地反映发动机燃烧的实际状态。从这个意义上说，火花塞是发动机工况的晴雨表，是非常恰当的。
  因此，维修工一般都通过检查火花塞的电极颜色和燃烧情况，来查找发动机故障的起因：
  1、火花塞电极正常的颜色为浅黄色或棕红色（使用无铅汽油为棕红色），此时，发动机的起动性能、加速性能和经济性能均在最佳状态。摩托车行驶1万km后，应定期检查和观察火花塞的实际燃烧状态。
  2、若火花塞电极颜色呈乌黑，用细金属丝等刮附着物时，如果容易刮掉，则说明附着物为混合气燃烧时产生的积碳且被熏黑，是由混合气过浓造成的，清洗后，火花塞的性能恢复。因此，应对这些情况进行检查，如果没有产生上述不正常情况，但火花塞仍有被熏黑现象，说明这是车辆使用条件和火花塞热值不当产生的，应立即更换为低热值的火花塞。
  3、如火花塞电极颜色呈乌黑而潮湿的状态时，则可能是化油器的阻风门使用频率过高，造成过多地吸入了过浓的混合气；因自动加浓阀工作不良、化油器浮子室油位过高、空气量孔堵塞或主量孔超大磨损、空滤器滤芯堵塞等原因而吸入了过浓的混合气，或者是火花塞的热值过高等引起的。
  4、若火花塞的绝缘体烧成雪白或局部与电极一起烧化，这说明电极部位过热了。原因是冷却系统不正常、混合气过稀。倘若没有上述不正常而仍出现过热现象时，则是行驶条件和火花塞热值不当引起的，应立即更换为高热值的火花塞。
  5、如火花塞电极颜色呈一半浅黄或棕红、一半黑时，则可能是燃烧室气流有不畅之处，或混合气浓度不均匀（即混合比失调）造成的，应检查进气管与进气道壁是否有错位之处，并适当调整化油器的油气混合比。
  6、若火花塞电极颜色呈青色、类似钢件发蓝时，则可能是发动机过热、点火时间过早、排气门严重漏气、发动机动力下降过多、火花塞热值不匹配等，产生的原因有：磁电机转子半圆键剪切移位，CDI工作不良，气门（气门座）烧蚀，或维修时气门研磨不良、气门无间隙或间隙过小，应视情况予以检修。
  7、如火花塞中心电极周围有金属微粒、干燥，则说明发动机润滑严重不良、工作温度过高，其原因可能是：使用品质低劣的润滑油或非汽油机润滑油，或四冲程机润滑油油量不足，润滑油路堵塞，机油泵泵油能力下降或损坏；或二冲程机分离润滑的进油管中有空气（新车调度或润滑油用尽后未排除进油管空气、烧混合油的润滑油过少或未混合均匀、机油泵损坏不供油等）。
  8、若火花塞电极烧损或间隙调整过大，会使点火电压不够（正常时，保持高压线对地6～12mm的距离，应能连续点火），摩托车在高速状态下，因CDI点火能量不足而容易断火，形成高速发冲故障。
  9、如火花塞间隙过小，则火花与混合气接触的空间小，使最低点火转速达不到，造成起动困难。
  10、若火花塞电极积碳粘连（中心电极与侧电极间的尖锐积碳几乎相连），会使发动机起动困难，勉强起动后出现断火现象。其原因是火花塞热值选型不匹配（热值过高使燃烧不完全）、长时间未清理火花塞积碳、机油量过大等，应视情况予以检修或更换。