火花塞的作用及工作原理

汽油發動機是透過燃料和混合氣體的適時燃燒使之產生動力，但是作為燃料的汽油，由於燃點較高（是不是有點出乎意料，但它真的比柴油的點燃溫度高），即使處於高溫環境下也很難自燃，要想使其適時燃燒必須要用“火”來點燃。

火花塞的作用是把高壓線圈和高壓導線送來的脈衝 高壓電放電，擊穿火花塞兩電極間空氣，產生電火花引燃氣缸內的混合氣體，使其燃燒膨脹做功。

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後產生火焰核；

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效能；

4

火焰核溫度上升至混合氣燃點時混合氣被點燃。

火花能量決定能否使壓縮混合氣體點火爆發。

放電現象是在極短時間內（約千分之一秒）完成的，且極為複雜。

一般汽油發動機上每缸有一個火花塞，個別發動機上安裝兩個火花塞，但這兩個火花塞不是同時點火，一般一個在壓縮上止點時點火，另一個在排氣終了時點火，可以有效減低發動機的排放。

點火系統對火花塞的要求1保證可靠的冷啟動2確保車輛加速時不失火3

必須承受發動機在最大功率狀態連續工作幾小時

4火花塞安裝在燃燒室中最適宜點燃混合氣的地方5

在任何況下都不應該漏電

6火花塞受熱，但不能產生自燃火花塞應具有的效能01

耐熱性：可適應極熱﹒極冷的情況

　　由於氣缸內混合氣體燃燒時溫度高達到2000℃，火花塞在氣缸內部受到的溫度也在該範圍內，而在進氣行程中進入氣缸的低溫氣體又使其冷卻，所以火花塞要能夠承受住這種驟冷驟熱的急劇變化而不損壞；

02

合適的機械強度

發動機在做功行程中的最高壓力可高達45個大氣壓，而在進氣行程中最低壓力卻在１個大氣壓以下，要求火花塞具有適應這種激烈壓力變化的機械強度。

03

良好的絕緣效能

現在的電子點火系統最高電壓可達30kV，要求火花塞在如此高的電壓下保持良好的絕緣效能。

04

優良的氣密性

在急劇的溫度和壓力變化下，要求火花塞自身結構不變形，仍能保持氣密性，保證發動機燃燒室不漏氣。

05

較高的耐消耗性

在惡劣的工作環境下，要求火花塞把電極的消耗降到最小，使火花塞具有比較長時間的更換週期。

06

有一定的耐汙損性

在惡劣的工作環境下，要求火花塞迅速提升火花塞的溫度，以抑制因混合氣體燃燒而產生的附著在電極上的汙垢，從而達到自我清潔的要求。

火花塞的結構

火花塞上的接地電極（側電極）與金屬殼體連線，透過汽缸蓋螺紋連線到發動機缸體上。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，電流透過接線螺母和中央電極後，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。

在陶瓷表面有幾道溝狀的波紋，它可防止飛弧的產生。這裡所說的是在終端螺絲帽和主體金屬之間產生的打火現象，因為在點火時終端螺絲帽和主體金屬之間產生連續不斷的高壓電，高壓電會試圖沿絕緣體表面溜走，為了攔住高壓電，所以設定了層層溝壑。

我們在更換火花塞時，修理人員可能會向我們推銷一種帶電阻的火花塞，說它如何如何的高大上。事實是，在火花塞的內部的確會被加裝3至5千歐的電阻，那在火花塞中加電阻是為什麼呢？

火花塞內藏的是個陶瓷的電阻體，它可有效地降低點火時出現電波雜音，這些雜音若不進行處理則很容易對車內的收音機或者手機裝置形成干擾。從廠家公佈的電阻值和功率輸出的關係圖來看，有內阻的火花塞和無內阻的火花塞在點火效能上基本沒有差別，區別只是在電磁干擾。

火花塞的溫度與熱值

火花塞絕緣體裙部（指火花塞中心電極外面的絕緣體錐形部分）直接與燃燒室內的高溫氣體接觸而吸收大量的熱，吸入的熱量透過外殼分別傳到汽缸蓋和大氣中。實驗表明，要保證汽車發動機正常工作，火花塞絕緣體裙部應保持500～850℃的溫度（這一溫度稱火花塞的自潔溫度）。

若溫度低於此值，則將會在絕緣體裙部形成積碳而引起電極間漏電，影響火花塞跳火。若絕緣體溫度過高（超過900℃），則混合氣與這樣熾熱的絕緣體接觸時，將發生熾熱點火，從而導致發動機早燃。

火花塞的標準中通常用熱值來表徵火花塞的熱特性，火花塞熱值表示火花塞絕緣體裙部吸熱與散熱的平衡能力。熱值越高，則吸熱與散熱平衡能力越強，因而熱型火花塞熱值低，冷型火花塞熱值高。

一般功率高、壓縮比大的發動機選用熱值高的冷型火花塞；相反，功率低、壓縮比小的發動機選用熱值低的熱型火花塞。一般火花塞的選用是工廠透過產品定型實驗確定的，不應隨意更換。

不同熱值的火花塞我們可以透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。當然也可以透過改變中央電極的合金成分來改變火花塞的熱值，但一般透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。家用轎車上的發動機一般採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範圍了。

熱型火花塞從燃燒室匯出熱量的速度低，而冷型火花塞從燃燒室匯出熱量的速度高。當發動機調整了正時、換用了汽油、進行了動力改裝後，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）。

火花塞的型號

不同的火花塞型別自然要以不同的型號程式碼進行區分，但是不同的火花塞廠家都針對自己的產品制定了自己的型號編制規則，因此不同品牌的火花塞型號表示方法不同。

我們在為愛車更換火花塞時，銷售人員會拿出各種各樣的火花塞讓我們挑選，這個是鉑金的，那個是銥金的，最便宜的是鎳銅合金的；還有電極的形狀，有單極的，有雙極的，還有三極、四極的，甚至還有無極的......各種品牌就更不用說了，什麼博世的，電裝的，NGK的，直到把我們消費者弄個迷迷糊糊的，最後在銷售小姐的“熱情”推薦下，買了一個最貴的了事。那麼火花塞為什麼會有這麼多的種類呢？它們之間都有什麼區別呢？聽老侯來告訴大家：火花塞電極那點事。

火花塞電極的構造及點火間隙

火花塞點火是利用點火線圈的高壓電能擊穿，使周圍的燃燒粒子活性化，形成火焰核，火焰核再傳播，點燃周圍的可燃氣體。

火花塞電極的材料

火花塞的中央電極和側電極一般採用不同的材質。

中央電極的材質經歷了鐵、鎳、鎳基合金、鎳-銅複合材料以及貴金屬幾個演化過程。

側電極一般與火花塞機體材質相同，但為了降低電腐蝕和化學腐蝕作用，多采用在鎳基中加入錳和矽等元素以提高抗腐蝕性。 隨著發動機效能的提高，負荷的增大，側電極也在使用更高階的材料，但為了降低成本，只是在側電極的頭部焊接少量的貴金屬。

應用在火花塞電極上的貴金屬主要有銥、鉑、鎳三種，它們都具有怎樣的特點呢？

銥是一種硬度高且脆，銀白色的鉑族過渡金屬，高溫時可壓成薄片或拉絲。銥是密度第二高個的元素（次於鋨），即使在測試溫度2000℃的高溫，銥也仍是最耐腐蝕，耐磨的材料。銥在合金中更能抵抗高溫及腐蝕，例如在火花塞的電極上使用銥就是利用它的這個特性。

鉑是一種過渡金屬，密度大，可延展，色澤銀白，金屬光澤，硬度4－4.5，相對密度為21.45。熔點高為1773℃。由於鉑熔點比銥（2410±40℃）低，因而效能稍遜一籌，但比起最普通的鎳合金還是強很多的。富延展性，可拉成很細的鉑絲，軋成極薄的鉑箔。化學性質極穩定，不溶於強酸強鹼，緻密的金屬鉑在任何溫度下的空氣都不被氧化。

鎳化學符號為Ni，原子序數為28，具磁性，銀白色過渡金屬，熔點為1453℃。在自然界中以矽酸鎳礦或硫、砷、鎳化合物形式存在。性堅韌，有磁性和良好的可塑性，在空氣中不被氧化，溶於硝酸。一般的鎳合金火花塞的中央電極都會比較粗，因而在使用一段時間後點火穩定性就會變差。

使用這三種金屬作為中央電極的火花塞分別叫做銥金火花塞、鉑金火花塞、鎳銅合金火花塞。

現在的汽車上95%使用的是鎳銅合金火花塞，就是所謂的普通火花塞；而銥金火花塞和鉑金火花塞稱為貴金屬火花塞，一般只應用在高效能的發動機上。

貴金屬一般會被製成極細電極（直徑0.2mm），透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的貴金屬圓片使用鐳射焊接方法焊接於中央電極以及側電極上的。

貴金屬電極火花塞的優點

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。有資料表明，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、由於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執行

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。

火花塞的電極形式

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型別。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。

多側極的主要優點是延長火花塞電極壽命，提高點火可靠性，缺點是吸熱多，消焰作用大，降低了點火能量。並且點火位置變化較大，影響燃燒的穩定性。

有些火花塞在電極上做V型或U型槽，這樣做的目的主要是利用尖端放電的效應，增加冷啟動點火效能，使點火更穩定。但這樣會降低火花塞的使用壽命。

火花塞的電極間隙

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、火花塞汙垢增多、動力下降、油耗增加。

使用銥金或鉑金火花塞會提高發動機的效能嗎？

許多車友認為，廠家不給自己的車配備鉑金火花塞，完全是出於成本考慮，是偷工減料的表現，因此十分憤憤地掏錢將自己車上遠未到火花塞更換週期的鎳合金火花塞更換為鉑金的。這樣的更換顯然是出於對效能的考慮，而非耐久性。那麼估計十個車友會有九個覺得失望，因為這種效能的提升實在是有限，甚至絲毫感覺不出來。其實這才是原廠不採用貴金屬火花塞的主要原因。

提高整個發動機的點火效能是一個系統工程，單靠換火花塞對發動機效能是不會有太大的改觀。因為發動機的點火系統主要由高壓線、點火線圈、分電器、火花塞等組成。我們要想從根本上提高發動機效能，首先需要考慮提升點火電壓，更高的電壓才能提供更大的點火能量。提升電壓之後就更換線徑粗且導電性好的高壓線，因為一條高壓線的導電性與它的截面積、長度和材料有關係，如果線徑過細、過長以及導線中含雜質較多都會影響點火效能。只有這些更換以後，才有必要考慮更換鉑金火花塞。注意，這裡說的也僅僅是考慮，而不是必須，因為此時即使不更換鉑金火花塞，點火效能同樣也能獲得提升。

與單極和多級的區別不同，鉑金火花塞最主要的優點並不是提高點火能量，而是提高耐久性。它的使用壽命比鎳合金的長得多，適合更惡劣的工作環境，對於高效能發動機而言，它能更持久穩定的工作。至於在效能方面，它的點火能量與普通鎳合金是類似的，當然會在失火率方面有些優勢，但這更多的是出於其要滿足高轉速發動機的設計需求，而且這種優勢並不明顯。因此當我們修改了整套點火系統以後，發動機的工作狀況變得更加強了，燃燒室的工作環境變得更加惡劣，因此採用鉑金火花塞的優勢就體現出來。

而對於價格較低的經濟型轎車，它的設計取向更多的是經濟性，在能滿足日常代步的情況下，剔除更多沒有意義的強化。而作為鎳合金的火花塞，完全可以滿足這類車型的工作需求，雖然每3萬公里左右需要更換一次，但成本要比鉑金的低很多，綜合來看其成本差別並不大。當然，後期的更換也會給廠家帶來一些售後利潤，這也是廠家考慮的因素之一，但並不是主要的。

鉑金火花塞最大的特點是壽命長，耐久性好，適合更惡劣的工況。因此在其他部件沒有做任何改動的情況下，更換鉑金火花塞，一般只能起到延遲更換火花塞週期的作用，而對於效能的提升則非常有限。對於那些並不想徹底修改點火系統的車主來說，如果在原廠火花塞還未到更換週期的時候更換鉑金火花塞，是非常得不償失的。

而如果單純期望從效能提升的角度更換鉑金火花塞，還是放棄為妙，因為更換以後產生的效果很難讓你有任何驚喜。如果是出於壽命考慮，自己的車輛使用比較惡劣，短時間駕駛里程較多，不願意頻繁前往維修站更換火花塞的車友，採用鉑金火花塞是可以的，這樣可以減小更換次數，並且提高工作效率。

老侯點評：

現在汽車的火花塞型別層出不窮，型式花樣翻新，生產廠家不遺餘力的製造各種噱頭，銷售人員是極力的忽悠，其最終的目的，就是從車主身上賺更多的錢。其實，對於我們普通的家庭用車來說，普通的火花塞就足夠用了，真的沒必要去花高價選擇貴金屬火花塞，效能沒好到哪兒去，價格可是翻了好幾番，實在是不值。說是能使用的更長久，但就國內的燃油品質，幾萬公里之後，火花塞是沒燒壞，但上面的積碳太多了，同樣要更換。所以，大家在更換火花塞的時候，一定要挺住，堅決抵制忽悠，選擇最適合自己愛車的火花塞就好。

不用，效果微乎其微。

前段時間某知名車評人在自己淘寶商城推自己的點火線圈引起不小風波（具體可上網搜尋），同高效能火花塞一樣，宣傳產品能提高點火能量有節油，增強動力，提高熱效率的功效。瞭解發動機理論的朋友都知道這對於汽車的效能影響很小。

點火能量就是火花塞點火時消耗的能量。當它超過一定值時，點火時產生的電火花能夠引燃混合氣，產生火焰核，這個值被叫做最小點火能量。主機廠在設計點火能量目標時，會在各種工況進行臺架實驗，確保點火能量即使在惡劣工況下也能100%正常引燃混合氣還留有設計餘量。在火花塞沒有發生故障的時候，加大點火能量對動力效能沒有任何提高。

官方之前還宣稱能夠提高燃燒效率30%，而汽油機的燃燒效率平均是97%，高的有99%，最低的加濃工況也有80%左右。提高30%是要反物理極限嗎？燃燒效率不是熱效率。熱效率的影響因素有進氣量，空氣中的水蒸氣含量，混合氣參與各燃燒階段的比例 ，燃燒各階段的壓力，溫度，體積，那麼上述引數中點火能量能夠影響的只有4裡的燃燒壓力。對其影響部分也只有紅色圓圈部分，所以我們很少會見到有主機廠或者供應商研究點火能量和動力效能的關係。

總結：高效能火花塞最大的作用是就是提高火花塞壽命，對於其宣傳的動力，油耗的大幅度改善，基本上是不可能的。就像有人調侃，如果這些的汽車產品有多重功效，主機廠的工程師都可以下崗了。