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2019-1-14 閱讀(1233)
美國autolite火花塞是汽油機點火系統(tǒng)中將高壓電流引入氣缸產(chǎn)生電火花，以點燃可燃混合氣體的部件。主要由接線螺母、絕緣體、接線螺桿、中心電極、側(cè)電極以及外殼組成，側(cè)電極焊接在外殼上。
由于火花塞與發(fā)動機之間的相互關(guān)系，使日新月異的發(fā)動機技術(shù)必然要促進火花塞的不斷創(chuàng)新。通過歷史的發(fā)展與進步，可以看到美國autolite火花塞的演化與變遷
1、標(biāo)準(zhǔn)型與突出型火花塞
標(biāo)準(zhǔn)型火花塞是絕緣體裙部端略低于殼體螺紋端面的單側(cè)電極火花塞，它采用了側(cè)置氣門式發(fā)動機應(yīng)用廣泛的傳統(tǒng)發(fā)火端結(jié)構(gòu)。為區(qū)別于后來出現(xiàn)的“突出型”，此結(jié)構(gòu)被稱為“標(biāo)準(zhǔn)型”。
突出型美國autolite火花塞初是為頂置氣門式發(fā)動機配套設(shè)計的，它的絕緣體裙部突出殼體螺紋端面伸入燃燒室內(nèi)。在燃燒的混合氣中吸收較多熱量，怠速時有較高的工作溫度，避免污損；高速時由于氣門頂置，吸入的氣流對準(zhǔn)絕緣體裙部，將其冷卻，使高溫度提高不多，因而熱范圍較大。突出型火花塞不適用于側(cè)置氣門式發(fā)動機，因其進氣道拐彎多，氣流對絕緣體裙部冷卻作用不大。從點火效果考慮，電火花應(yīng)該在混合氣流動好的地方跳過。發(fā)動機燃燒室不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求不同的佳點火位置。點火位置可以理解為火花間隙在燃燒室內(nèi)的位置，即火花塞中心電面至殼體端面的距離。
普通突出型美國autolite火花塞的點火位置為3mm，越野賽車和大排量摩托車使用的“超突出型”火花塞，點火位置可達7～10mm。點火靠近燃燒室中心部位，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x縮短，從而將縮短燃燒周期并減小壓力變化的幅度，有利于提高發(fā)動機的動力性。
2、單側(cè)極與多側(cè)極火花塞
傳統(tǒng)單側(cè)極美國autolite火花塞有一個明顯的缺陷，即側(cè)電極蓋住了中心電極。當(dāng)兩極間高壓放電時，火花間隙處的混合氣將吸收火花熱量并因電離被激活而形成“火核”?；鸷诵纬傻膱鏊话阍诮咏鼈?cè)電極處，熱量將較多地被側(cè)電極吸收，即電極的“消焰作用”，它減少了火花能量，降低了跳火性能。
于是，在上世紀(jì)20年代，出現(xiàn)了三側(cè)極火花塞。與單側(cè)極相比，多側(cè)極的火花間隙由多個側(cè)電極的斷面（沖成圓孔）和中心電極的圓柱面構(gòu)成，這種旁置式的火花間隙消除了側(cè)電極蓋住中心電極的缺點，增加了火花的“可達性”，火花能量較大，較容易深入汽缸內(nèi)部，有助于改善混合氣燃燒狀況并減少廢氣排放。由于多側(cè)極提供了多個跳火通道，因而延長了使用壽命，提高了點火的可靠性。這里必須指出，放電的瞬間只能是一條通道跳火，不可能多側(cè)極同時跳火。高速攝影的放電過程證明了這一點。
美國autolite火花塞型號中的后綴字母（熱值數(shù)后面的字母）D、J、Q分別表示雙側(cè)極、三側(cè)極、四側(cè)極。
3、鎳基合金與銅芯電極火花塞
對伸入燃燒室電極的基本要求是耐燒蝕（電蝕和化學(xué)腐蝕）和良好的導(dǎo)熱性。隨著材料科學(xué)和工藝技術(shù)的發(fā)展，電極材料經(jīng)歷了鐵、鎳、鎳基合金、鎳-銅復(fù)合材料、貴金屬的演化過程?，F(xiàn)在用得普遍的是鎳基合金。通常，純金屬的導(dǎo)熱性優(yōu)于合金，但純金屬（例如鎳）對燃燒氣體及其形成的固狀沉積物的化學(xué)腐蝕反應(yīng)比合金靈敏。因此電極材料采用鎳基加入鉻、錳、硅等元素，鉻提高抗電蝕能力，錳和硅提高耐化學(xué)腐蝕能力，特別是對危害性很大的氧化硫的抗腐蝕能力。鎳基合金的導(dǎo)熱性不如銅，采用銅芯并將其外表裹以鎳基合金（或其他貴金屬合金）將大大改善電極的導(dǎo)熱能力。
美國autolite火花塞型號后綴中的C代表銅芯中心電極，CC代表雙銅芯電極。
4、普通型與電阻型火花塞
美國autolite火花塞作為火花放電發(fā)生器，是一種寬帶連續(xù)型的電磁輻射干擾源。為了抑制因跳火產(chǎn)生的電磁輻射對無線電場的強干擾，保護無線電通訊并防止車載電子裝置的誤動作，世界各國自上世紀(jì)60年代以來，加快了電阻型火花塞的開發(fā)。我國也發(fā)布了一系列強制性電磁兼容的國家標(biāo)準(zhǔn)，對于火花塞點火發(fā)動機驅(qū)動的車輛裝置無線電干擾特性作了嚴(yán)格的限制，因此對電阻型火花塞的需求也大為增加。電阻型火花塞在結(jié)構(gòu)上與普通型沒有大的區(qū)別，僅僅是將絕緣體內(nèi)的導(dǎo)體密封劑改為電阻密封劑。
5、空氣間隙與沿面間隙火花塞
迄今為止，美國autolite火花塞跳火主要有兩種方式：一種是脈沖高電壓作用下，擊穿存在于中心電極與側(cè)電極之間的空氣間隙產(chǎn)生電火花；另一種是沿面跳火，即放電路線是沿中心電極與側(cè)電極之間的絕緣體表面進行的。前者放電距離短，跳火性能差，傳統(tǒng)單側(cè)極火花塞尤甚。因為空氣間隙的大小受電源電壓的制約，一般為0.6～0.9mm左右。較短的放電距離使火核沒有充分的“發(fā)育”，熱量也較多地被側(cè)電極吸收，降低了火花的能量。若加大空氣間隙，則需要提高點火電壓，易導(dǎo)致“失火”。沿面放電發(fā)生于絕緣體陶瓷表面和空氣的交界面，陶瓷表面電場發(fā)生畸變會增大局部場強，導(dǎo)致局部先發(fā)生放電，由此促使放電的進一步發(fā)展，直至電極間隙擊穿。這種放電機理使沿面間隙比同寬度空氣間隙的擊穿電壓降低。若在相同擊穿電壓下，沿面間隙比空氣間隙的放電距離長。較長的放電距離能大大提高火花的能量。因為火花放電是由能量密度非常不一樣的2部分組成，即電容放電部分和電感放電部分。前者具有高能密度，電壓高，能在極短時間內(nèi)放出；后者能量密度小，但在較長時間起作用。從電火花能量分布可看出電感部分的能量是電容部分的20～30倍，是名副其實的“熱焰”，對加熱周圍混合氣而形成火核起主要作用。電感部分持續(xù)時間越長，著火性越好。加長放電距離將降低側(cè)電極的“消焰作用”。電火花沿絕緣體表面燒盡油污積炭，避免電極之間的跨連，也避免絕緣體和殼體之間因附著燃燒沉積物導(dǎo)致電流泄漏的現(xiàn)象，保證怠速工況下的點火可靠性。沿面間隙型火花塞的絕緣體沒有裙部，不能迅速吸收燃燒室的熱量，是一種極冷型火花塞。用途較廣的是將“沿面間隙”和“空氣間隙”結(jié)合在一起的“滑動—空氣間隙”，絕緣體裙部與側(cè)電極之間是空氣間隙。跳火時火花從絕緣體表面“滑”過再跳向側(cè)電極。由于絕緣體表面電場畸變使擊穿電壓降低。這種火花塞的絕緣體有正常的裙部，因而能適應(yīng)不同的熱負(fù)荷。
6、平座型與錐座型火花塞
所謂平座型，即火花塞安裝座（殼體大圓柱端面）為平面，安裝時該平面與汽缸之間有彈性密封墊圈。某些發(fā)動機為了更緊湊或布置更多的零件（如增加氣門），沒有給火花塞留下較大的安裝空間，這就迫使美國autolite火花塞縮小徑向尺寸，甚至取消外密封墊圈，用“錐座”代替了“平座”。
7、貴金屬火花塞
采用鎳基合金電極的普通美國autolite火花塞已越來越不適應(yīng)大功率、高轉(zhuǎn)速、大壓縮比的現(xiàn)代發(fā)動機的需要。為了使火花塞具有更高的點火性能和使用壽命，人們開始瞄準(zhǔn)貴金屬（鉑、銥、釔等），將其用于電極并相應(yīng)改進發(fā)火端的結(jié)構(gòu)。貴金屬具有*的熔點，鉑金熔點2042K、銥金2716K。加進某些元素（如銠、鈀）后，具有*的抗化學(xué)腐蝕的能力。將其制成細(xì)電極（直徑0.2mm），直接燒結(jié)于絕緣體發(fā)火端中，或以直徑為0.4～0.8mm的圓片用激光焊接于中心電極前端和側(cè)電極的工作面。這種電有強烈的放電效應(yīng)，在電壓相對較低時也能點火，其火花間隙可加大至1.1～1.5mm。貴金屬使火花塞的性能發(fā)生了質(zhì)的變化：一是電極的高抗蝕性能夠保持火花間隙長期不變（在16萬km試驗中，鉑電極火花間隙僅增大0.05mm），使點火電壓值穩(wěn)定，發(fā)動機工作平穩(wěn)?；鸹ㄈ褂眠^程中無需調(diào)整修正火花間隙。二是適宜于冷態(tài)啟動。由于放電，點火容易，提高了發(fā)動機低速工況下的性能。三是減少電極的吸熱和消焰作用，增強火花能量。細(xì)小的電極使間隙周圍的空間擴大，增加了混合氣的可達性，使燃燒更充分，排放更低。
