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工业燃气内燃机火花塞

发布日期:2019-03-06 作者:工业燃气添加剂 点击:

  火花塞——内燃机点火系统中将高压电流引入气缸产生电火花,以点燃可燃混合气体的部件。


  如果说发动机是汽车的心脏,那么火花塞就是发动机的心脏。想想这是有道理的,火花塞虽小,但作用却是巨大的。作为内燃机的点火装置,火花塞的工作状态关系到燃气的燃烧情况,时刻影响着内燃机的工作状态。


  气缸中的混合燃气即使处在高温的环境下也很难自燃,必须要借助“火”才能使之燃烧,而“火”的产生者就是火花塞。


  点火线圈的作用是将通过高压线圈,将24V直流电升到3万伏左右,通过点火线传输给火花塞,在中心电极和侧电极之间,打破两电极之间的气体绝缘状态,产生电流,放电生成火花,最后引燃混合燃气。


  小小火花塞,这里的学问可不小。由于篇幅有限,我们只介绍几个技术要点:


  电极材料

工业燃气添加剂

  常见的电极材质是镍铜合金、镍锰合金。


  除纯净的天然气外,大多数工业燃气内燃机的燃烧气体成分复杂,通常含有水、油、硫化氢、金属硫化物、亚硫酸气雾、硅化物、碳、氨气、固体颗粒物等成分其中的一种或多种。


  与柴油机和汽油机相比,燃气内燃机一般气缸容量大,压缩比高,缸内燃烧温度高(近1000℃)。为了提高火花塞的燃烧效率、提高抗腐蚀能力、延长使用寿命,在火花塞正侧极放电部分加入贵金属是常用的解决方案。


  经深入研究,多种稀土材料中,铱金的熔点比其他几种材质高出一截(2454℃),能够承受更高的缸内温度而不至于电极融化烧毁,同时它的硬度(240)也比其他的材质高出很多,这意味着用铱金制作电极可以把中心电极直径做得更小,使点火更为集中,能量更强。


  铱金火花塞不论是在点火性能还是使用寿命上都占有一定的优势,成为工业燃气内燃机的首选。贵金属使火花塞的性能发生了质的变化。铂金火花塞、铱金火花塞,就是指火花塞的电极端部特种材料。


  纯铱金属虽然熔点高,但它对抗腐蚀能力不如铑金属。所以我们又在铱金的基础上加入少量的铑。通过测试和实践,这种复合合金火花塞更适于燃气复杂的特点。


  存量铱是地球地壳中最稀有的元素之一,其总量是黄金的四十分之一。随着高科技的发展,铱金的需求量也不断增加,再加上加工铱非常困难,由此金属铱材料的价格也是黄金的数倍。


  点火间隙


  点火间隙是指中心电极到侧电极的最小距离。一次成功的点火分为三个时期:点燃期、扩散期和蔓延期,其中扩散期是最重要的时期,火核在此时形成。从理论上讲,点火间隙越大,火核蔓延空间大,形成的火核也就越大,表现为点火能量越高,使得燃气燃烧更充分;但更大的点火间隙所需的点火电压也更高。若所需电压超出了点火线圈的输出电压范围,反而适得其反,造成火花塞“丢火”现象,同时点火线圈一直处于超负荷运行状态,导致线圈的损坏都有可能。


  火花塞在使用的过程往往由于材料烧蚀,使点火间隙加大,在使用一段时间后需要做适当的调整。调整火花塞时要注意参考原厂的点火间隙数据,过大或过小的点火间隙都会影响火花塞的点火状态。


  火花塞热值


  热值是衡量火花塞散热能力的一个指标。热值越大表示火花塞散热能力越强(冷型火花塞);相反,热值越小表示火花塞散热能力越差(热型火花塞)。


  火花塞正常工作的温度在450~870℃之间。


  过高的热值意味着火花塞散热能力过强,会导致缸内热量不足,降低燃气的燃烧效率,时间久了还会导致积碳(500~600℃称为火花塞的自洁温度),影响火花塞的点火效率。而热值过低,长期处在高温(超过900℃)环境下的火花塞会因为散热能力不足而导致烧毁。


  电极数量


  传统单侧极火花塞有一个明显的缺陷,即侧电极盖住了中心电极。当两极间高压放电时,火花间隙处的燃料气将吸收火花热量并因电离被激活而形成“火核”。火核形成的场所一般在接近侧电极处,热量将较多地被侧电极吸收,即电极的“消焰作用”,它减少了火花能量,降低了跳火性能。


  于是,在上世纪20年代,出现了多侧极火花塞。与单侧极相比,多侧极的火花间隙由多个侧电极的断面和中心电极面构成,这种旁置式的火花间隙消除了侧电极盖住中心电极的缺点,增加了火花的“可达性”,火花能量较大,较容易深入汽缸内部,有助于改善燃料气燃烧状况并减少废气排放。由于多侧极提供了多个跳火通道,因而延长了使用寿命,提高了点火的可靠性。


  对于多侧极火花塞,放电的瞬间只能是一条通道跳火,不可能多侧极同时跳火。


  电阻型火花塞


  火花塞作为火花放电发生器,是一种宽带连续型的电磁辐射干扰源。为了抑制因连续点火产生的电磁辐射对无线电场的强干扰,保护无线电通讯并防止内燃机控制系统电子装置的误动作。世界各国自上世纪60年代以来,加快了电阻型火花塞的开发,颁布了一系列强制性电磁兼容的标准。对于火花塞点火内燃机无线电干扰特性作了严格的限制。


  电阻型火花塞在结构上与普通型没有大的区别,仅仅是将绝缘体内的导体密封剂改为电阻密封剂。


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