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火花塞的工作原理和连接方法

02月16日 编辑 39baobao.com

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不管何种发动机,都必须借助强度适当、时机恰当的火花将混合气引燃,在发动机上,产生这种火花的装置,就是点火系。由于点火系工作时离不开电流,所以,通常把点火系和电气系结合起来讲解。 点火系一般由点火线圈、高压线、火花塞帽和火花塞组成。点火线圈的作用是产生足够电压的高压电流,通过高压线,高压电流到达火花塞,进而在火花塞的中心电极和侧电极之间跳火,产生强烈的电火花。

点火线圈由铁芯和两个线圈组成。附图表示了点火线圈的工作原理。电流在初级线圈A上流过时,在铁芯上将产生磁力线。当初级线圈的电流被切断之后,将使铁芯的磁力线发生变化,变化的磁力线在次级线圈B上产生感应电压。这个感应电压和A、B两线圈的匝数有关。一般来讲,初级线圈的漆包线较粗,只有几百匝,而次级线圈匝数则高达数万。

在四冲直列4缸发动机上,大都使用两个点火线圈,其中一个点火线圈给1缸和4缸供电,另一个点火线圈给2缸和3缸供电。原因是1缸和4缸的曲轴相位相同,2缸和3缸的曲轴相位相同。当然,在相位相同的二个气缸上,即使同时跳火也只能一个气缸燃烧,因为另一个气缸正处于排气上死点之前,火花塞跳火也不能燃烧。为了使点火线圈同时给二个火花塞供电,点火线圈的供电容量应较大,但总比装用4个点火线圈轻,成本也较低。

2缸发动机也可以利用这种方法,但二个气缸的曲轴相位角必须相同。 点火时,点火线圈将产生20000V左右的高压电。高压线把高压电输送给火花塞。为了避免过大的电压损失,要求高压线要有良好的绝缘性和较高的传输效率。摩托车高压线普遍采用铜线做芯,外部包覆合成橡胶。 高压线的另一端就是火花塞。一般使用火花塞帽把高压线和火花塞连接在一起。

火花塞布置在气缸盖上,其前端伸向燃烧室。火花塞的结构如图所示。中心电极是一个金属芯,从高压线端子一直延伸到中心电极前端。由高压线圈来的高压电接在中心电极上。侧电极焊接在螺纹部下沿上,和气缸盖的地线连接在一起。火花塞的中心电极和侧电极之间有一定的间隙,该间隙叫火花塞间隙,它是跳火点燃混合气的位置。火花塞跳火的时刻,称为点火正时。

火花塞间隙越大,跳出的火花越大,混合气越容易点燃。但过大的火花塞间隙要求的放电电压也很高,电极消耗过快,电能消耗也大。所以火花塞必须有一个适当的间隙。一般火花塞间隙约为0.8mm左右。 由于火花塞工作时中心电极的电压会高达20000V左右,为了防止高压电流短路,中心电极采用陶瓷做绝缘材料。在陶瓷外侧是波纹状绝缘体,该绝缘体的作用是进一步加强火花塞的绝缘性能。

利用上述绝缘办法,能使高压电顺利地从高压线端子流到中心电极前端,不会在中途产生弧光放电现象。 电流通过时,火花塞中心电极温度高达800℃。在燃烧时,火花接触瞬时温度高达2000-3000℃高温燃气。在进气行程时,火花塞又接触低温混合气,混合气温度大都低于60℃。火花塞除了承受反复的热冲击之外,又承受着强烈的振动。火花塞工作的环境是非常严荷的,所以绝缘材料的性能十分重要,要求在高温时尽可能少地接受热量,以避免温度上升过高,同时又能把热量顺利地传导出去。

一般火花塞的绝缘材料大都是氧化铝。 中心电极和侧电极的材料性能同样也很高:必须具有良好的热传导性和较高的强度,在反复放电过程中烧损少。现在普遍采用的是镍合金。为了进一步提高耐烧蚀性能,也有使用白金及其它贵重金属制造的。有些火花塞为了提高散热性,在中心电极根部封入了一个铜芯。火花塞的螺纹材料是普通碳素钢。

在某些单缸机和2缸发动机上,由于缸径大、排量大、燃烧速度过慢。为了迅速点燃混合气,大都装用了双火花塞。此外,为了防止异常燃烧,有些风冷发动机也装用了双火花塞。这种每个气缸装有两个火花塞的叫双火花塞方式。双火花塞能在气缸内形成两个火源,使混合气快速燃烧。但是采用4气门或更多气门的高性能发动机不宜采用两个火花塞,因为没有足够的空间布置双火花塞。

点火线圈工作时必须规律性地切断电源,这个过程由断电器来控制。根据其结构和工作特性,可以分为触点式点火和无触点点火。 触点式断电器是一个机械触点形状,结构十分简单,利用弹簧压力使触点接通,在需要点火时利用凸轮使触点断开,从而切断初级电流。在二冲程发动机上,用曲轴驱动断电器凸轮,在四冲程发动机上,用凸轮轴驱动断电器凸轮。

触点式断电器存在着很多缺点。例如,触点容易被油污损,导致接触不良。而触点反复开闭,很容易产生损伤和磨损,触点接触面产生麻点将使通电困难,触点磨损严重将使通电时间变短,并使点火正时出现变化。所以必须进行经常的检查和保养,到了使用周期后应该更换新品,十分麻烦。 无触点断电器是一种电流感应装置。这种装置相当于一台超小型发电机,发电机定子线圈的作用相当于断电器的凸轮。

在需要火花塞点火时,转子的磁铁部位正好转到定子的线圈部位,使线圈产生脉冲电流,在该脉冲电流的触发下,晶体管发火器动作,从而切断点火线圈的初级电流。这种脉冲电流叫作是点火正时信号。无触点点火方式...

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