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為什麼渦輪增壓車型耗費火花塞較大並且火花塞更換週期較短?

由 Spark博士 發表于 攝影2021-10-25
簡介渦輪增壓車型,因為多數採用了直噴技術,燃燒室內壁,特別是火花塞的電極、陶瓷體、螺紋倒角圈部,都會出現或多或少的一層炭灰,炭灰會在特別高的溫度下和陶瓷體的氧化鋁起反應,雖然量極少,但影響氧化鋁的絕緣性,即使是傳統電噴,也會有一些炭灰,無法避免

哈弗h2火花塞多少錢

火花塞誕生100多年來不斷髮展,火花塞的使用壽命較大程度上依賴於電極的損耗和陶瓷絕緣體的壽命。

電極,從最早期的鐵質電極,到近幾十年的鎳合金電極/鎳合金銅芯電極,再到近二十年逐漸普及的鉑、銥等貴金屬合金電極,電極材質上的更替最佳化及應用,已經到了天花板。

陶瓷絕緣體,是氧化鋁為主成分的陶瓷,通常來說,氧化鋁的含量越高,陶瓷絕緣體的絕緣效能越好,從早期的775瓷、85瓷,到現在的90瓷、95瓷等,陶瓷絕緣體的絕緣效能,也接近發展到了天花板階段。

高壓縮比、直噴、渦輪增壓等技術大範圍的應用在新的汽車上,這無疑對火花塞的品質和效能,提出了更高的要求。

為什麼說渦輪增壓車型耗費火花塞較大並且火花塞更換週期較短呢?

1、電極損耗(間隙)不再是渦輪增壓車型判斷的是否需要更換火花塞的主要依據或唯一依據。

若干年前,自然吸氣、電噴或化油器的車輛,火花塞損耗的主要判斷依據是電極間隙的損耗大小,間隙大了,特別是損耗超過0。2mm以上,說明火花塞損耗了,就是要更換了。鎳合金電極通常建議2萬公里更換。所以那時火花塞的發展方向是電極材質的升級。鎳、鉑、銥作為電極材質,熔點從小到大排列是鎳<鉑<銥。當電極使用了貴金屬材質的火花塞,依據材質的不同,壽命可以達到若干萬公里不等。

近些年的渦輪增壓發動機由於工作溫度較高,原則上不可以使用鎳合金電極火花塞,否則會因為鎳合金電極熔點低而損耗過快,大約幾千公里後,電極間隙變大,就需要更換,更換週期過於頻繁。 貴金屬合金電極的使用,明顯減少了損耗,大約2萬公里開始有較小的電極間隙損耗(在0。1mm左右)。而汽車從業人員、老司機及相關網頁,繼承了過往的經驗(自然吸氣、電噴或化油器年代),認為渦輪增壓發動機的火花塞,只要間隙沒明顯變大,就是可以繼續使用的,不需要更換。

而實際上,在渦輪增壓車型上,貴金屬火花塞電極間隙有沒有明顯變大,已經不是判斷火花塞是否需要更換的主要依據或唯一依據,無論貴金屬是鉑金銥金還是24k純鈦合金狗眼做的,都不行。

2、渦輪增壓車型使用獨立式點火線圈,能量大、擊穿電壓變高,火花塞損耗變大,點火線圈高壓擊穿燒燬的機率變大。

自然吸氣、電噴或化油器的車輛,使用分電器式、一拖四、一拖二的傳統點火線圈的點火方式較多,使用這種點火方式,受到高壓包能量和傳輸損失的影響,火花塞的擊穿電壓大約在幾千伏特到1萬伏特/2萬伏特不等,燃燒電壓在幾百伏特不等。

為什麼渦輪增壓車型耗費火花塞較大並且火花塞更換週期較短?

渦輪增壓車型,為了提供可靠的點火、更大的電能、更高的擊穿電壓,不可以使用傳統點火線圈,只能使用COP獨立式點火線圈(也有極少數是整合式的),使用這種點火方式,火花塞的擊穿電壓大大的提高了,大約在1萬伏特到4萬伏特不等,輝光放電時、燃燒電壓在幾千伏特不等。大能量點火線圈的目的是讓滯燃期縮短,燃燒更快。

為什麼渦輪增壓車型耗費火花塞較大並且火花塞更換週期較短?

火花塞電極在2-10倍的高電壓的燃燒電壓放電下,損耗加大是自然的。

而較高的擊穿電壓(2-8倍),非常容易讓有一些損耗及老化的火花塞陶瓷絕緣體擊穿,從而工作異常。

如果點火時因故(間隙變大、積炭過多等原因)失火,能量無法透過火花塞放電正常消耗掉,點火線圈發熱量異常變大,點火線圈高壓擊穿燒燬的機率變大。

3、渦輪增壓車型火花塞間隙小,電極冷卻作用大,即損耗越大。

自然吸氣發動機的火花塞間隙通常大於等於0。8mm,渦輪增壓發動機間隙通常小於等於0。8mm(99%車型是0。8mm)。間隙越小,在點火時,火花塞電極帶走等離子體的熱量就越多,即消炎作用越大,電極溫度高,損耗也越大。間隙越小,滯燃期越大。

4、陶瓷絕緣體直徑變細,壁厚變薄,更容易擊穿失效。

隨著渦輪增壓發動機小型化、輕量化的趨勢,大多數火花塞螺紋直徑(靠電極這端)從M14變成了越來越多的M12,陶瓷絕緣體直徑也變細了。

以我司產品圖為示例,虛線左邊自然吸氣、電噴發動機的型號尺寸為多,虛線右邊渦輪增壓發動機、直噴發動機的型號尺寸為多。

為什麼渦輪增壓車型耗費火花塞較大並且火花塞更換週期較短?

陶瓷絕緣體越薄、越細,耐擊穿電壓越低,而上1條說到的,使用獨立式點火線圈使得火花塞的擊穿電壓被迫提高到原先的2-4倍,那麼,火花塞擊穿失效的機率就大大增加了。

打個比方,就像原來是大拇指,現在是小拇指,哪個牢固一目瞭然。

5、渦輪增壓火花塞的工作溫度更高,陶瓷絕緣電阻減小,更易擊穿。

渦輪增壓發動機燃燒室的溫度高,選用的火花塞型號的熱值也高(6、7、8、9),火花塞的工作溫度也高,在陶瓷體裙部的工作上限高至950℃左右。

絕緣體的絕緣電阻隨著溫度的升高而減小,而金屬的電阻卻隨著溫度的升高而增加。

這句話的意思是說,溫度越高,高壓閃電流經的金屬電極的電阻越高,高壓閃電越趨向於擊穿陶瓷絕緣體,特別是陶瓷絕緣體區域性溫度最高的地方。

打個比方,讓一個37℃體溫的人和一個39℃體溫的人同時跑步,誰容易倒下?

6、渦輪增壓車型中的特殊配置——多重點火方案

為了更好的點火燃燒,賓士M274、M270、M276發動機,寶馬B48發動機,英菲尼迪 Q50L(M274發動機),都採用了獨特的多重點火方案。傳統點火線圈給火花塞一次供電點火,這種多重點火方案的是給火花塞多次供電和點火,當然損耗成幾倍的增加。這些車型的車輛說明書和4S店都是明確要求、強烈要求2萬公里更換火花塞的,當然你可以不願意,一旦造成火花塞燒斷、發動機故障,4S那可是斷然拒保的。

7、渦輪增壓火花塞的低電阻配置

為了點火更容易,採用三代EA888發動機的奧迪、大眾、斯柯達的全系列,賓士M274、M270、M276發動機,寶馬B48發動機,英菲尼迪 Q50L(M274發動機)等,都採用了低電阻的火花塞,當然它們都是渦輪增壓車型。

火花塞中電阻的作用是為了抑制點火時候的電磁干擾,通常火花塞的電阻都是5KΩ,而以上提到的型號電阻值改為1。5KΩ,是為了點火的容易,但是,根據歐姆定律我們知道,火花塞電極的電流和電壓都會變大,即電極損耗變大。

8、氧化鋁與炭、矽的反應,影響陶瓷絕緣體的絕緣性,造成陶瓷的損耗。

渦輪增壓車型,因為多數採用了直噴技術,燃燒室內壁,特別是火花塞的電極、陶瓷體、螺紋倒角圈部,都會出現或多或少的一層炭灰,炭灰會在特別高的溫度下和陶瓷體的氧化鋁起反應,雖然量極少,但影響氧化鋁的絕緣性,即使是傳統電噴,也會有一些炭灰,無法避免的造成了陶瓷絕緣體的損耗。下圖可以看到渦輪增壓和自然吸氣車輛的火花塞的區別。

為什麼渦輪增壓車型耗費火花塞較大並且火花塞更換週期較短?

自然吸氣、電噴火花塞的燃燒情況及積炭情況

為什麼渦輪增壓車型耗費火花塞較大並且火花塞更換週期較短?

渦輪增壓、直噴火花塞的燃燒情況及積炭情況

另外,矽會在特別高的溫度下也會和陶瓷體的氧化鋁起反應,矽來自於空氣顆粒中含矽的細小粉塵,雖然量極少,但這也無法避免的造成了陶瓷絕緣體的損耗。

9、渦輪增壓積炭和燒機油的影響

相比於自然吸氣車型而言,渦輪增壓車型有點燒機油,是大機率事件;加上多數渦輪增壓車型採用了直噴技術,使得火花塞的工作環境異常惡劣,我把它稱為炭燒咖啡,說錯了,是炭燒機油。

低速早燃和超級爆震是直噴渦輪增壓發動機普遍存在的異常燃燒模式,超級爆震時的衝擊波會對發動機和火花塞造成損害。

在低速大負荷工況下隨機發生的、能夠導致超級爆震的早燃,是由非結構熱點引起的。機油液滴和碳顆粒被試驗證實是兩種可能的早燃誘發源,燃油接機油的組分與物理化學性質也對超級爆震發生頻次也有著重要影響。——《增壓汽油機中早燃和超級爆震的研究進展》

① 積炭是導體,積炭對火花塞高壓電的分流,降低了有效點火能量,增加了失火率,讓早燃的風險變大。點火能量越高,滯燃期越短,早燃的風險越小;點火能量越低,滯燃期越長,早燃的風險越大。

如下gif圖,陶瓷小頭完全被炭灰覆蓋的火花塞,無法正常的點火,電流透過炭灰各種漏電亂串。

為什麼渦輪增壓車型耗費火花塞較大並且火花塞更換週期較短?

積炭和機油的混合物(炭燒機油沉積物),不僅讓點火能量變低,滯燃期變長,還讓覆蓋了這層沉積物的電極和陶瓷體異常發熱,不僅加速損耗電極和陶瓷體,還形成結構熱點,大大增加了早燃的風險,特別是炭燒機油這裡引發的早燃,較容易引發超級爆震,損壞火花塞和發動機。

特別注意的是,積炭和機油的混合物,無法透過踩油門、跑高速的傳統方法使火花塞自潔(清潔)。

為什麼渦輪增壓車型耗費火花塞較大並且火花塞更換週期較短?

當然,如果火花塞都炭燒機油了,那麼活塞頂、進排氣門、燃燒室,就更不用說了。

②機油和機油新增劑的影響

除了基礎油外,機油製造商在調配機油的過程中還會加入各種抗磨劑、清淨分散劑、緩蝕劑、黏度改進劑、抗氧化劑等等,統稱為新增劑,用以改善機油的各項效能指標。新增劑中可能含有的硫、磷、鉬、銅、鉛、氯、鐵、鋅、鈉、鈣等,可能會高溫下和陶瓷體的氧化鋁或電極起反應,雖然新增劑的含量極少,但也潛在影響氧化鋁的絕緣性和電極的耗損。

更重要的是,機油中的新增劑(例如磺酸鈣、磺酸鈉)促進早燃。

Welling 等人和 Dingle 等人透過直接向汽油機中噴射機油,直接驗證了被噴入燃燒室內的機油可以直接觸發早燃和超級爆震。

——《高功率密度汽油機超級爆震的機理與抑制策略研究》

簡單來說,“燒機油”可以促進、引起早燃,甚至超級爆震。

眾所周知,渦輪增壓發動機,有幾個品牌敢說100%不燒一丁點機油的呢。

③燃油新增劑的影響

針對渦輪直噴的清潔型燃油新增劑,例如大眾的G17,它們的主要成分一般是聚異丁烯胺或聚醚胺或其他胺類,如果車主定期新增使用,以上①②條因素的影響會相對減少,而那些一棒子打死燃油新增劑、從來不加清潔型燃油新增劑的車主,影響較大。

11、車況老化因素也有影響

和自然吸氣發動機相比,渦輪增壓發動機更容易髒和老化,進氣系統的積炭、油泥,燃燒狀況、燒機油狀況的相對惡化,更換火花塞時的安裝不到位,等等,都會疊加影響火花塞的效能和壽命。

綜上所述:

貴金屬火花塞的壽命是以自然吸氣發動機的測試結果做參考值的,並非是渦輪增壓發動機。渦輪增壓發動機即使使用了貴金屬火花塞,但損耗的確是高了很多,也需要較短週期的定期更換火花塞。

就像我經常的比喻:

諾基亞3310手機,電池容量1200毫安時,充一次電能用20天;

蘋果iPhone X 手機,電池容量2716毫安時,充一次電能用1、2天,是質量太差了嗎?

你的汽車,可以開很久才需要保養、換零件;

F1賽車比賽,每開一次就要換零件, 是質量太差了嗎?

產品效能越高,消耗自然就會大,不一樣的產品怎麼能比較呢?

關於更換的週期,建議如下:

①、M274等多重點火發動機,嚴格按照廠家、車輛說明書明確規定,2萬公里更換火花塞;

②、哈弗H2/H6/H7/vv7等渦輪增壓車型,嚴格按照廠家、車輛說明書明確規定1。5萬至1。8萬至2萬公里更換火花塞,具體自行參閱;

③、其他直噴、渦輪增壓發動機,建議2萬公里更換火花塞;

④、其他電噴、渦輪增壓發動機,建議2萬公里檢查火花塞,根據實際情況2萬至4萬公里更換火花塞。

⑤、安裝高效能火花塞(例如極燃)、改裝點火線圈、改裝多重點火線圈、改刷ECU等車輛,建議1。5萬至2萬公里 或適當縮短週期更換火花塞。

渦輪增壓車型定期檢查更換火花塞,是為了維持良好燃燒情況。

良好的燃燒可以讓發動機動力正常、油耗正常,不讓火花塞炭燒機油、異常損耗、燒斷,不讓發動機活塞異常磨損;

良好的燃燒可以讓點火時候的滯燃期縮短,點火更快更精確,不讓發動機早燃甚至超級爆震的重要因素。

為什麼渦輪增壓車型耗費火花塞較大並且火花塞更換週期較短?

PS。

以上建議或廠家規定,一般都是一個穩妥的數值,是正態分佈的,並不能代表火花塞異常損耗(例如1萬公里異常)或較少損耗(X萬公里沒有更換)的特例。

當然,車輛保養手冊上也有一些CTRL+C複製、CTRL+V貼上的錯誤,需要注意。

擴充套件閱讀——本賬號前文 《車輛官方使用者手冊上有哪些相關火花塞的錯誤或奇怪規定?​》

雖然以上原因很詳細,但也一定會有人反對筆者的論述。就像有的人鞋子壞了不肯換,

為什麼渦輪增壓車型耗費火花塞較大並且火花塞更換週期較短?

就像有的人,輪胎沒爆炸之前也不肯換。

為什麼渦輪增壓車型耗費火花塞較大並且火花塞更換週期較短?

換東西要花錢,多浪費錢啊,誰的錢都不是大風颳來的呢^_^

參考資料:

《增壓直噴發動機用火花塞研究》 謝文傑等 2015年第01期

《火花點燃式甲醇發動機燃燒過程及爆震機理的研究》甄旭東 2013

《增壓汽油機中早燃和超級爆震的研究進展》王志 龍巖 王建昕 2015

《高功率密度汽油機超級爆震的機理與抑制策略研究》劉輝 2016