前言

　　不知道各位有沒有遇到這樣的情況，早上開車上班的時候發現車子發動機啟動有些困難，打幾次火才能啟動發動機；而發動機啟動以后，在車內能明顯感覺到發動機的抖動。上述情況很可能就是車輛火花塞污損或者工作壽命已到，必須更換火花塞。本文將從結構到選購技巧上全面講述火花塞這個發動機上的重要零部件。

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　　●火花塞的作用

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　　使用內燃機的轎車所使用的燃料一般是汽油和柴油。而在中國轎車市場，汽油車占據了一個很大的比例。汽油發動機與柴油發動機不一樣，由于汽油的燃點較高（約400度左右），因而需要使用強制點火方式點燃混合氣。而用于點燃混合氣的關鍵就是我們今天要深入探討的火花塞。

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　　自1860年法國人路納依爾發明世界第一只火花塞以來，火花塞在結構、外觀、材料、工藝等各方面都經歷了巨大變化，但其工作原理始終如一。中國第一支國產火花塞于1952年在南京電瓷廠被生產出來。而攻克火花塞制造技術難關的是一個叫做唐永春的人。關于中國火花塞發展史可參看一本叫做《汽車火花塞工業史》的書。

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　　火花塞點火過程可分為四步：1.點火線圈在火花塞電極兩端產生高壓電，高壓擊穿電極間的介質產生電火花；2.電弧高溫加熱混合氣后產生火焰核；3.火焰核變大，火花塞電極結構會影響這個過程，從而影響火花塞點火性能；4.火焰核溫度上升至混合氣燃點時混合氣被點燃。

　　●火花塞的結構

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　　火花塞由以下幾部分構成：1、接線螺母；2、中央電極；3、接地電極；4、金屬殼體；5、絕緣體。火花塞上的接地電極與金屬殼體連接，通過汽缸蓋螺紋連接連接到發動機缸體上。絕緣體主要起到隔離金屬殼體及中央電極的作用。接線螺母是火花塞上與高壓線圈接觸的部分，電流通過接線螺母和中央電極后，擊穿中央電極與接地電極間的介質產生火花，從而點燃氣缸中的混合氣。

　　●火花塞的熱值

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　　火花塞的熱值反映了火花塞把熱量從燃燒室傳遞到汽缸蓋的能力。只要是汽油發動機，燃燒室的理想燃燒溫度在500-850℃這個范圍內。把燃燒室溫度控制在上述范圍能夠有效避免火花塞提前跳火及火花塞頭部過熱；同時也能夠有效清除氣缸燃燒殘留物避免氣缸失火。

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　　不同熱值的火花塞我們可以通過火花塞芯部的長度來大致區分。火花塞芯部較長的是熱型火花塞；火花塞芯部較短的是冷型火花塞。當然也可以通過改變中央電極的合金成分來改變火花塞的熱值，但一般通過改變火花塞芯部長度的方法比較常用。我們常見的博世和NGK火花塞的熱值標識方法是不一樣的，NGK越“熱”的火花塞，型號中的數字越低；而博世越“熱”的火花塞，型號中的數字越大。舉個例子：NGK的BP5ES和博世的FR8NP熱值是相等的（加粗的數字表示熱值）。家用轎車上的發動機一般采用中等熱值的火花塞。以NGK火花塞為例，其型號中表示熱值的位上一般會是“6、7、8”，對照上圖的表我們就知道相應型號的火花塞所處的熱值范圍了。

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　　熱型火花塞從燃燒室導出熱量的速度低，而冷型火花塞從燃燒室導出熱量的速度高。當發動機調整了正時、換用了汽油、進行了動力改裝后，必須選用合適熱值的火花塞。因而，大功率發動機一般都會使用冷型火花塞。根據經驗，發動機輸出每增加75-100馬力，火花塞熱值就要降低一級（使用散熱能力更好的型號）。

　　●火花塞的間隙

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　　不同發動機甚至同一款發動機在不同調教的情況下，所使用的火花塞間隙都不一樣。火花塞間隙過小會導致提前點火、死火甚至發動機損壞；火花塞間隙過大會導致失火、火花塞污垢增多、動力下降、油耗增加。在更換非原廠火花塞時，我們除了關注火花塞電極類型、火花塞熱值，還要關注的就是火花塞間隙了。

　　●火花塞的電極類型

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　　經過了一百多年的發展，傳統的標準火花塞已經發展出多種多樣的電極類型。火花塞由傳統的標準型單側極發展到突出型單側極，由單側極發展至多側極。

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　　突出型單側極火花塞是為現在被普遍使用的頂置氣門發動機而設計的。它的絕緣體裙部突出帶螺紋的金屬殼體端面伸入燃燒室內。這種火花塞在混合氣燃燒室吸收較多的熱量，在怠速時有較高的工作溫度，避免污損；當發動機轉速較高時，進氣氣流直接對火花塞裙部進行冷卻，因而最高溫度提升不多，熱值范圍大。而對于老式的側置氣門發動機，由于進氣氣流對火花塞的冷卻作用較弱，則不能使用突出型火花塞。

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　　傳統單側極火花塞的火焰核位于中央電極與側電極之間，熱量較多地被側電極吸收從而抑制了火焰核的增大，即“消焰作用”明顯。這就降低了此類型火花塞的跳火性能。

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　　在上世紀20年代，開始出現了三側極火花塞，三個接地電極位于中央電極四周，消除了單側極火花塞中央電極被側電極遮擋的缺點，削弱了“消焰作用”，火花能量較大，擁有更好的跳火性能。這里要明確一點，雖然多電極火花塞有多個接地電極，但在火花塞跳火瞬間電流僅通過單一接地電極跳火，不會出現多電極同時跳火的情況。

　　●火花塞電極材料的進化

　　火花塞在發展的過程中引入了各種的稀有金屬，以提供良好的散熱能力、抗化學腐蝕能力、抗電腐蝕能力、跳火性能以及工作穩定性等性能。

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　　首先我們來看看火花塞的中央電極。中央電極的材質經歷了鐵、鎳、鎳基合金、鎳-銅復合材料以及貴金屬幾個演化過程。

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　　貝魯（Beru）公司于1943年首先開發出銅芯電極火花塞。目前銅芯電極火花塞的覆蓋率已經達到95%。銅芯電極具有良好的導熱性，不容易產生熾熱點火、怠速、低負荷也不容易產生積碳，擁有較好的點火性能。純金屬容易氧化和產生化學腐蝕作用，因而在銅芯外表包裹一層耐腐蝕性能較好的鎳基合金能夠使火花塞擁有良好的抗腐蝕能力的同時散熱性能也更好。

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　　側電極接地，因而電腐蝕作用較低，但化學腐蝕作用依然存在，在鎳基中加入錳和硅可提高抗化學腐蝕性。而Champion在1998年推出的銅芯側電極火花塞可以使側電極的工作溫度降低100℃，減少了因火花塞溫度過高的點火提前，溫度降低也減少了燒蝕和電極間隙變化，火花塞工作更加穩定。

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　　現在主流的發動機都采用了渦輪增壓、缸內直噴等增強動力的技術，升功率、壓縮比、最高轉速都不斷攀升。為適應高轉速、高壓縮比、高升功率的“三高”汽油發動機的需求，火花塞的電極材料也進一步升級至使用熔點較高的鉑（熔點為1772℃）、銥（熔點為2410±40℃）作為火花塞電極材料。這類采用了貴金屬電極的火花塞具有極高的抗化學腐蝕能力，在使用壽命上有了長足的進步。

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　　貴金屬一般會被制成極細電極（直徑0.2mm），通過燒結的方法固定在絕緣體發火端。也有把直徑為0.4mm-0.8mm的貴金屬圓片使用激光焊接方法焊接于中央電極以及側電極上的。

　　貴金屬電極火花塞有幾個突出優點：

　　1.電極的高抗腐蝕性使得點火間隙長期不變，點火間隙穩定，發動機運轉平穩，無需修正發動機點火間隙。有數據表明，使用鉑金火花塞的發動機經過16萬公里運轉，點火間隙僅增大0.05mm。

　　2.由于貴金屬極細電極具有尖端放電效應，因而點火更容易，發動機在低轉速工況也能平穩運行。

　　3.極細電極減弱了電極吸熱和消焰作用，火焰核更容易形成從而點燃混合氣，使燃燒更充分，排放更低。

　　●沿面點火的積碳自潔功能

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　　上文提到了使用鉑、銥等貴金屬來提升火花塞的跳火性能和使用壽命；也提到了多極火花塞火花能量大跳火性能好的特點。現在我們來說說關于沿面點火的積碳自潔功能。

　　所謂的沿面點火即點火火花總是從中央電極經過絕緣體裙部沿面跳向側電極。采用沿面點火設計的火花塞的側電極位于絕緣體一側，消焰作用較弱，因而此類火花塞火花能量大，點火可靠。由于火花總是從中央電極絕緣體裙部通過，因而能燒掉附著在絕緣體裙部的積碳起到自潔作用。

　　多極火花塞一般采用的是沿面點火設計。單極火花塞通過增加采用沿面點火設計的輔助側電極能夠提升單極火花塞的積碳自凈能力。

　　●火花塞故障現象分析

　　在網上查詢火花塞故障分析，會出現很多圖文并茂的介紹。這些介紹里面提到了一些不常見的現象，如絕緣層爆裂、中央電極融化、接地電極融化等。在此我們僅僅介紹一些車主們比較常見的故障現象。

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　　火花塞積碳嚴重時應檢修燃油系統和冷啟動系統，更換空氣濾和火花塞。火花塞機油沉淀需要對發動機進行大修或中修，更換新的火花塞。火花塞鉛沉積應換用無鉛汽油并更換火花塞。

　　總結：本文簡要介紹了火花塞的作用、結構、熱值、間隙、電極類型、電極材質、沿面點火的特點，并簡要介紹了火花塞常見的故障現象。