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为什么涡轮增压车型耗费火花塞较大并且火花塞更换周期较短?

来源: 发布时间:2019-08-20 10:37:56 浏览:
[摘要] 涡轮增压发动机燃烧室的温度高,选用的火花塞型号的热值也高(6、7、8、9),火花塞的工作温度也高,在陶瓷体裙部的工作上限高至950℃左右。绝缘体的绝缘电阻随着温度的升高而减小,而金属的电阻却随着温度的升高而增加。
涡轮增压发动机燃烧室的温度高,选用的火花塞型号的热值也高(6、7、8、9),火花塞的工作温度也高,在陶瓷体裙部的工作上限高至950℃左右。

绝缘体的绝缘电阻随着温度的升高而减小,而金属的电阻却随着温度的升高而增加。
 
这句话的意思是说,温度越高,高压闪电流经的金属电极的电阻越高,高压闪电越趋向于击穿陶瓷绝缘体,特别是陶瓷绝缘体局部温度最高的地方。
 
打个比方,让一个37℃体温的人和一个39℃体温的人同时跑步,谁容易倒下?
 
扩展阅读——
 
 
1、涡轮增压车型中的特殊配置——多重点火方案
 
为了更好的点火燃烧,奔驰M274、M270、M276发动机,宝马B48发动机,英菲尼迪 Q50L(M274发动机),都采用了独特的多重点火方案。传统点火线圈给火花塞一次供电点火,这种多重点火方案的是给火花塞多次供电和点火,当然损耗成几倍的增加。这些车型的车辆说明书和4S店都是明确要求、强烈要求2万公里更换火花塞的,当然你可以不愿意,一旦造成火花塞烧断、发动机故障,4S那可是断然拒保的。
 
 
2、涡轮增压火花塞的低电阻配置
 
为了点火更容易,采用三代EA888发动机的奥迪、大众、斯柯达的全系列,奔驰M274、M270、M276发动机,宝马B48发动机,英菲尼迪 Q50L(M274发动机)等,都采用了低电阻的火花塞,当然它们都是涡轮增压车型。
 
火花塞中电阻的作用是为了抑制点火时候的电磁干扰,通常火花塞的电阻都是5KΩ,而以上提到的型号电阻值改为1.5KΩ,是为了点火的容易,但是,根据欧姆定律我们知道,火花塞电极的电流和电压都会变大,即电极损耗变大。
 
点火线圈
 
3、氧化铝与炭、硅的反应,影响陶瓷绝缘体的绝缘性,造成陶瓷的损耗。
 
涡轮增压车型,因为多数采用了直喷技术,燃烧室内壁,特别是火花塞的电极、陶瓷体、螺纹倒角圈部,都会出现或多或少的一层炭灰,炭灰会在特别高的温度下和陶瓷体的氧化铝起反应,虽然量极少,但影响氧化铝的绝缘性,即使是传统电喷,也会有一些炭灰,无法避免的造成了陶瓷绝缘体的损耗。下图可以看到涡轮增压和自然吸气车辆的火花塞的区别。
 
另外,硅会在特别高的温度下也会和陶瓷体的氧化铝起反应,硅来自于空气颗粒中含硅的细小粉尘,虽然量极少,但这也无法避免的造成了陶瓷绝缘体的损耗。
 
 
4、涡轮增压积炭和烧机油的影响
 
相比于自然吸气车型而言,涡轮增压车型有点烧机油,是大概率事件;加上多数涡轮增压车型采用了直喷技术,使得火花塞的工作环境异常恶劣,我把它称为炭烧咖啡,说错了,是炭烧机油。
 
低速早燃和超级爆震是直喷涡轮增压发动机普遍存在的异常燃烧模式,超级爆震时的冲击波会对发动机和火花塞造成损害。
 
在低速大负荷工况下随机发生的、能够导致超级爆震的早燃,是由非结构热点引起的。机油液滴和碳颗粒被试验证实是两种可能的早燃诱发源,燃油接机油的组分与物理化学性质也对超级爆震发生频次也有着重要影响。——《增压汽油机中早燃和超级爆震的研究进展》
 
5、火花塞积炭是导体,积炭对火花塞高压电的分流,降低了有效点火能量,增加了失火率,让早燃的风险变大。点火能量越高,滞燃期越短,早燃的风险越小;点火能量越低,滞燃期越长,早燃的风险越大。

汽车火花塞

 
如图所示,陶瓷小头完全被炭灰覆盖的火花塞,无法正常的点火,电流通过炭灰各种漏电乱串。积炭和机油的混合物(炭烧机油沉积物),不仅让点火能量变低,滞燃期变长,还让覆盖了这层沉积物的电极和陶瓷体异常发热,不仅加速损耗电极和陶瓷体,还形成结构热点,大大增加了早燃的风险,特别是炭烧机油这里引发的早燃,较容易引发超级爆震,损坏火花塞和发动机。
 
特别注意的是,积炭和机油的混合物,无法通过踩油门、跑高速的传统方法使火花塞自洁(清洁)。当然,如果火花塞都炭烧机油了,那么活塞顶、进排气门、燃烧室,就更不用说了。
 
6、机油和机油添加剂的影响
 
除了基础油外,机油制造商在调配机油的过程中还会加入各种抗磨剂、清净分散剂、缓蚀剂、黏度改进剂、抗氧化剂等等,统称为添加剂,用以改善机油的各项性能指标。添加剂中可能含有的硫、磷、钼、铜、铅、氯、铁、锌、钠、钙等,可能会高温下和陶瓷体的氧化铝或电极起反应,虽然添加剂的含量极少,但也潜在影响氧化铝的绝缘性和电极的耗损。
更重要的是,机油中的添加剂(例如磺酸钙、磺酸钠)促进早燃。
 
简单来说,“烧机油”可以促进、引起早燃,甚至超级爆震。
众所周知,涡轮增压发动机,有几个品牌敢说100%不烧一丁点机油的呢。

7、燃油添加剂的影响
 
针对涡轮直喷的清洁型燃油添加剂,例如大众的G17,它们的主要成分一般是聚异丁烯胺或聚醚胺或其他胺类,如果车主定期添加使用,以上①②条因素的影响会相对减少,而那些一棒子打死燃油添加剂、从来不加清洁型燃油添加剂的车主,影响较大。
 
 
8、车况老化因素也有影响
 
和自然吸气发动机相比,涡轮增压发动机更容易脏和老化,进气系统的积炭、油泥,燃烧状况、烧机油状况的相对恶化,更换火花塞时的安装不到位,等等,都会叠加影响火花塞的性能和寿命。
 
 
综上所述:
 
贵金属火花塞的寿命是以自然吸气发动机的测试结果做参考值的,并非是涡轮增压发动机。涡轮增压发动机即使使用了贵金属火花塞,但损耗的确是高了很多,也需要较短周期的定期更换火花塞。
 
就像我经常的比喻:
 
诺基亚3310手机,电池容量1200毫安时,充一次电能用20天;
 
苹果iPhone X 手机,电池容量2716毫安时,充一次电能用1、2天,是质量太差了吗?
 
你的汽车,可以开很久才需要保养、换零件;
 
F1赛车比赛,每开一次就要换零件, 是质量太差了吗?
 
产品性能越高,消耗自然就会大,不一样的产品怎么能比较呢?
 
 
9、关于更换的周期,建议如下:
 
①、M274等多重点火发动机,严格按照厂家、车辆说明书明确规定,2万公里更换火花塞;
 
②、哈弗H2/H6/H7/vv7等涡轮增压车型,严格按照厂家、车辆说明书明确规定1.5万至1.8万至2万公里更换火花塞,具体自行参阅;
 
③、其他直喷、涡轮增压发动机,建议2万公里更换火花塞;
 
④、其他电喷、涡轮增压发动机,建议2万公里检查火花塞,根据实际情况2万至4万公里更换火花塞。 
 
⑤、安装高性能火花塞(例如极燃)、改装点火线圈、改装多重点火线圈、改刷ECU等车辆,建议1.5万至2万公里或适当缩短周期更换火花塞。
 
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10、涡轮增压车型定期检查更换火花塞,是为了维持良好燃烧情况。
 
良好的燃烧可以让发动机动力正常、油耗正常,不让火花塞炭烧机油、异常损耗、烧断,不让发动机活塞异常磨损;
 
良好的燃烧可以让点火时候的滞燃期缩短,点火更快更精确,不让发动机早燃甚至超级爆震的重要因素。 
 
以上建议或厂家规定,一般都是一个稳妥的数值,是正态分布的,并不能代表火花塞异常损耗(例如1万公里异常)或较少损耗(X万公里没有更换)的特例。
 
当然,车辆保养手册上也有一些CTRL+C复制、CTRL+V粘贴的错误,需要注意。
 
扩展阅读——
 
虽然以上原因很详细,但也一定会有人反对笔者的论述。就像有的人鞋子坏了不肯换,
 
就像有的人,轮胎没爆炸之前也不肯换。换东西要花钱,多浪费钱啊,谁的钱都不是大风刮来的呢
 
参考资料:
 
《增压直喷发动机用火花塞研究》 谢文杰等 2015年第01期
 
《火花点燃式甲醇发动机燃烧过程及爆震机理的研究》甄旭东 2013
 
《增压汽油机中早燃和超级爆震的研究进展》王志 龙岩 王建昕 2015
 
《高功率密度汽油机超级爆震的机理与抑制策略研究》刘辉 2016