火花塞（Spark Plugs）的作用是把高压导线或点火线圈送来的脉冲高压电放电，击穿火花塞两电极间空气，产生电火花以此引燃气缸内的混合气体。

1.火花塞结构

火花塞主要零件是绝缘体、壳体、接线螺杆和电极。某品牌火花塞结构如图1-5-18所示。

图1-5-18 某品牌火花塞结构

绝缘体必须具有良好的绝缘性和导热性、较高的机械强度，能耐受高温热冲击和化学腐蚀，材料通常是95%的氧化铝瓷。

壳体是钢制件，功能是将火花塞固定在气缸盖上。壳体六角螺纹的尺寸已纳入ISO国际标准。

火花塞电极包括中心电极和侧电极，两者之间为火花间隙。间隙的大小直接影响着发动机的起动、功率、工作稳定性和经济性。合理的间隙与点火电压有关。电极材料必须具有良好的抗电蚀（火花烧蚀）和腐蚀（化学-热腐蚀）能力，并应具有良好的导热性。中心电极与接线螺杆之间是导体玻璃密封剂，既要能够导电，也要能承受混合气燃烧的高压，同时保证其密封性。

2.点火过程

火花塞上产生的火花点燃空气-燃油混合气，使其爆发，通常称为燃烧。燃烧过程如图1-5-19所示。火花穿过空气-燃油混合气从中心电极到接地电极，空气-燃油混合气沿着火花的路径被触发，产生化学反应（通过氧化作用），同时产生热量，形成火焰中心。

火焰中心触发周围的空气-燃油混合气，火焰中心的热量向外扩展，并称之为火焰传播。

如果火花塞电极的温度太低或电极的间隙太小，电极将吸收火花产生的热量。火焰中心将被熄灭。电极越是方形，越容易放电。某些火花塞为了改善点火性能在接地电极上有一个U形槽，或在中心电极上有V形槽。那些带槽火花塞比电极上不带槽的火花塞容易形成较大的火焰中心。同样，还有些火花塞通过较细的电极来改善点火性能。

图1-5-19 火花形成与燃烧过程

3.点火性能

1）电极形状和放电性能

圆形电极使放电困难，方形或尖形的电极使放电较容易。火花塞经过长时间的使用，电极成了圆形之后，使放电困难。因此，火花塞应定期更换。火花塞的电极越细越尖，越容易产生火花。但是，那样的火花塞耗损较快，使用寿命较短。图1-5-20为圆形和针形中心电极的火花塞。

图1-5-20 圆形和针形中心电极的火花塞

采用镍基合金电极的普通火花塞已越来越不适应大功率、高转速、大压缩比的现代发动机的需要。为了使火花塞具有更高的点火性能和使用寿命，使用贵金属（铂、铱、钇等），将其用于电极，并相应改进发火端的结构。贵金属具有极高的熔点，在加进某些元素（如铑、钯）后，具有极高的抗化学腐蚀的能力。将其制成细电极（直径0.2mm），直接烧结于绝缘体发火端中，或以直径为0.4～0.8mm的圆片用激光焊接于中心电极前端和侧电极的工作面。这种电极具有强烈的尖端放电效应，在电压相对较低时也能点火，其火花间隙可加大至1.1～1.5mm。

贵金属使火花塞的性能发生了质的变化：一是电极的高抗蚀性能够保持火花间隙长期不变（在16万km试验中，铂电极火花间隙仅增大0.05mm），使点火电压值稳定，发动机工作平稳。火花塞使用过程中无需调整修正火花间隙；二是适宜于冷态起动，由于尖端放电，点火容易，提高了发动机低速工况下的性能；三是减少电极的吸热和消焰作用，增强火花能量，细小的电极使间隙周围的空间扩大，增加了混合气的可达性，使燃烧更充分，排放更低。(www.daowen.com)

2）火花塞间隙和击穿电压

当火花塞耗损后，电极间隙变大，发动机可能会缺火。中心电极和接地电极间隙增大后，使得火花跳过电极就更困难。因此需要更高的电压来产生火花。所以每隔一定的里程必须调整火花塞电极间隙或更换火花塞。

3）热值

火花塞的热值是指火花塞的吸热和散热能力，它由热值指数决定。火花塞的热值必须和发动机的特性相符。

以不完全燃烧方式冷起动时，会在火花塞等处沉积炭烟。积炭会在绝缘体底脚上形成一层中心电极与火花塞壳体之间的导电化合物。因此一部分点火能量作为分流电流导出，并造成点火火花减弱。燃烧残留物的沉积主要发生在温度低于500℃绝缘体底端温度时。为了避免点火断火，绝缘体底端的工作温度必须高于约500℃的所谓“自由燃烧限值”。

温度超过900℃时，火花塞炽热部分处有燃油-空气混合气炽热点火的危险。

因此火花塞运行温度必须为500～900℃。

火花塞运行温度由吸热和散热情况共同决定。热量供给来自燃烧室。火花塞壳体吸收气缸盖热量，绝缘体温度更高。在所吸收的热量中，近20%传递给新鲜气体，近80%通过中心电极和绝缘体传递给火花塞壳体。

小知识

火花塞的选型

火花塞的型号有几百种，但却不能用一种标准的火花塞通用于各种发动机。

众所周知，各种型号的发动机由于工作负荷、压缩比、转速、冷却方式和燃油标号的不同，其特性各异；即便是同一台发动机，在运转的全过程中，转速、负荷也随时变化。这些工作特性和工况上的差异集中体现在燃烧室内的热量和温度的变化。大功率发动机燃烧室的温度高于小功率发动机，高速时的温度高于怠速。火花塞的发火端伸入燃烧室，不同的发动机和发动机工况将导致发火端的工作温度不同。

由于各种发动机工作特性不同，没有一种标准的火花塞能够适应所有的发动机。因此必须根据发动机的特性来选择相适应的火花塞，这就是火花塞的选型。

选型的基本原则是：“热型”发动机（大功率、大压缩比、高转速）应选配“冷型”火花塞（裙部长度短、导热长度短）；“冷型”发动机（小功率、小压缩比、低转速）应选配“热型”火花塞（裙部长度长、导热长度长），以维持火花塞的热平衡，使其工作温度保持在500～850℃工作范围内。

以上原则在实际应用时，还需结合地域路况、燃油成分等具体情况加以修正。如果车辆经常在地势平坦、路况较佳的地段（如高速公路）行驶，车辆常处于高速状态，发动机高负荷运转，根据选型原则应当选热值较高的冷型火花塞。如果同一车辆经常行驶在地形复杂、路况较差的地段，不得不低速行驶，发动机负荷降低，火花塞达不到自净温度，就可能因油污积炭而造成发动机熄火，此种情况下应选用低热值火花塞。前者如果采用F7TC型火花塞，那么后者就应改用F6TC型火花塞。

汽油的成分对选型也有影响。通常为了提高汽油的辛烷值，常加入少量四乙铅作为抗爆添加剂。这种“有铅汽油”燃烧后产生的铅化物熔点较低，自净温度为450℃。如果用无铅汽油，则为500～520℃，这就要求火花塞的下限温度必须提高，此时应选用热值较低的热型火花塞。

此外，气候、温度、起动点火方式等因素也对火花塞的选型有影响。因此火花塞选型应该“具体情况，具体分析”。

选型一般在发动机试验台架上进行。要经过积炭试验、自净试验和炽热试验，所有试验合格后，才能确定火花塞能否与发动机匹配。

故障案例