当间隙大的时候,混合气中的电子和离子受电场力的作用就越小,运动速度低,不易发生碰撞电离,即相当于击穿电阻大,需要的击穿电压就越高。击穿电压取决于火花塞间隙、电极形状、电极损耗情况、燃烧室条件、混合气密度。击穿后,电弧放电、辉光放电形成火焰核,辉光放电放电时的燃烧电压,主要取决于火花塞间隙 以及混合气的运动使火花偏转的情况。
由于总的点火能量是一定的,燃烧电压高的时候,燃烧时间会变短(这里的燃烧时间是指辉光放电燃烧时间,并非气缸燃烧时间),着火落后期(滞燃期)也会变短,即更快的形成更大的火焰核区域。使用高速成像技术可以研究火焰核的发展情况,间隙越大,火焰核区域越大,火焰速度越快,区别明显,如下图。
间隙越大,火焰核发展速度越快,近似于二次函数。下图手绘仅为示意,请忽略精确度。
间隙大,燃烧电压高,火焰速度快,IMEP 指示平均有效压力大,且循环变动变异系数小,燃烧放热速率快,燃烧质量分数更大,能实现HC排放的减少,颗粒物浓度(PM)的降低,但由于缸内温度和压力较高,会导致较高的NOx排放。下图手绘大小间隙的缸压和循环变动情况,仅为示意,请忽略较夸张的数值。

3、间隙大就是好吗?

既然大间隙对发动机性能改变这么大,那赶紧把间隙调大吧。这,还真不可以!
每个车型都有一套对应匹配的点火系统,相关参数是对应设计匹配好的,特别是点火线圈(高压包)所能提供的最大电压,即点火线圈提供给火花塞的最大击穿电压是一定的。如下图,火花塞的击穿电压随着间隙的增大而增大,超过点火线圈最大提供电压后,会失火,无击穿放电,无燃烧。汽车在设计制造的时候,设计人员会在点火线圈最大提供电压和火花塞需求击穿电压之间,留有一定的冗余空间。
火花塞是耗材,很多车主不知道定期更换,特别是原车是镍合金火花塞的车型,有个别车主n万公里都不换火花塞的, 而随着火花塞的耗损,间隙越来越大,击穿电压越来越高,失火率也越来越高。如下图。
来看一下火花塞在使用损耗过程中,点火条件发生了怎么样的改变?
最初,火花塞实际需要的击穿电压一直小于点火线圈实际能提供的最大电压,包括怠速、急加速或大负荷的时候,完全没问题。
以上图示有几点说明:①.随着车速的增加,点火线圈发热量温度增加,线圈充电可能不够,工作效率略降低,导致最大提供电压随着车速的增加略有下降。②.怠速及发动车辆时,火花塞电极温度较低,电子不易发射,混合气不易发生碰撞电离,而随着车速的增加,火花塞电极温度升高,电子易发射,混合气易发生碰撞电离,导致火花塞击穿电压随着车速的增加而下降。③加速、急加速或大负荷时,进气变多、喷油变浓,火花塞电极温度降低,混合气密度增加,导致火花塞击穿电压明显升高,如上图红色尖角。
随着使用,火花塞受到电火花的蚀损以及高温高压下的氧化腐蚀,火花塞间隙变大,在急加速或大负荷的时候,火花塞实际需要的击穿电压超出了点火线圈实际能提供的最大电压,此时火花塞失火缺缸,并伴有发动机抖动等症状。
假如该车主依旧不知道更换火花塞,随着火花塞的继续磨损,火花塞间隙变得更大,在启动打着车辆、怠速、急加速或大负荷时候,火花塞实际需要的击穿电压超出了点火线圈实际能提供的最大电压,此时火花塞失火缺缸,并伴有发动机抖动、怠速不稳、转速不稳等症状,甚至在中等负荷、车速较高的时候,车辆提速慢,速度上不去,缺缸等症状。另外,如果这时该车辆是涡轮增压发动机,在所谓“涡轮介入”之后,会因为间隙过大,出现较多次火花塞失火缺缸,并伴有发动机抖动症状。
最后,该车主实在忍受不了,去了汽修店,找到问题,更换了火花塞。
间隙过大的时候,点火线圈因多次失火,能量无法通过火花塞放电正常消耗掉,点火线圈发热量异常变大及线圈高压击穿烧毁的概率较大,火花塞也因为超过本身正常的绝缘高压值而存在击穿的风险。

4、适当的间隙才更好

间隙过小时,击穿电压较低,燃烧电压较低,燃烧线较长,火花微弱,燃烧变慢,发动机动力缺失明显,爆发力小,发动机运转声发闷,容易造成燃料浪费,还可能因为间隙小、火焰核小带来的消焰作用变大,造成火焰核熄灭,点火失败。还会因为燃烧慢和失火率高,造成火花塞积碳严重。
间隙过大时,击穿电压较高,超过点火线圈实际能提供的击穿电压后,会因没有击穿空气而没有放电,火花塞失火,点火失败。
间隙适当时,在一定范围内的增大,有利于点火能量的增大,燃烧快,发动机性能好。

5、影响火花塞间隙大小的因素有什么

进气形式:自然吸气发动机间隙通常大于等于0.8mm,涡轮增压发动机间隙通常小于等于0.8mm。
压缩比:理论上压缩比越大,间隙需要越小,具体由发动机整体参数及标定确定。
点火线圈: 理论上点火线圈能提供的能量越高,击穿电压越高,间隙可以适当放大,涡轮增压发动机除外,具体由发动机整体参数及标定确定。
电极材质:铱金铂金材质由于电极细,容易放电,理论上可以适当变大,具体由发动机整体参数及标定确定。