任务一 火花塞的检查与更换
教学目标
知识目标
1.了解点火系统的发展过程。
2.熟悉点火系统作用和类型。
3.熟悉点火系统的结构和工作原理。
4.了解火花塞的结构。
技能目标
1.能够规范使用各种常用工具。
2.能对火花塞进行检查和更换。
知识链接
一、点火系统的概述
在现代汽油发动机中，气缸内的可燃混合气是采用高压电火花点燃的。为了在气缸中产生高压电火花，必须采用专门的点火装置，即点火系统。点火系统是汽油机重要的组成部分，点火系统的性能良好与否对发动机的功率、油耗和排气污染影响很大。
1.点火系统的功用
点火系统在发动机各种工况和使用条件下，适时、可靠地产生足够强的电火花，以点燃气缸内的可燃混合气。
汽车点火系统按照各缸点火次序，定时地供给火花塞以足够高能量的高电压，使火花塞产生足够强的火花，点燃可燃混合气而对外做功。
2.点火系统的分类
发动机点火系统按其组成和产生高压电的方式不同可分为传统点火系统、电子点火系统和微机点火系统三种类型。微机控制点火系统已经广泛应用于各种中、高级轿车，本节重点讲述传统点火系统和电子点火系统。
（1）传统点火系统
如图5-1-1所示，传统点火系统是由蓄电池、点火开关、点火线圈、分电器、火花塞等组成。
点火系统各个组成作用：
① 电源。点火系统的电源是蓄电池或发电机，作用是供给点火系统所需的电能。发动机启动时由蓄电池供电，正常工作时由发电机供电。
② 点火开关。接通或断开点火系统初级电路，控制发动机启动、工作和熄火。
③ 点火线圈。为自耦变压器，将低电压变为能击穿火花塞间隙所需的高电压。
④ 分电器。分电器由断电器、配电器、点火提前角调节装置和电容器等组成，其功用是接通和断开点火线圈初级电流，使点火线圈次级产生高压电，并按发动机点火顺序将高压电分送到各气缸火花塞，随发动机转速、负荷和燃油牌号的变化，自动或人为地调节点火提前角。电容器与断电触点并联，以减小触点分开时的火花，延长触点使用寿命。
点火提前装置的作用是根据发动机的负荷与转速的变化提供较为精确的点火时间。发动机火花塞跳火到活塞压缩上止点时所对应的曲轴转角，称为点火提前角。点火提前装置有离心式点火提前机构和离心式点火提前机构。
如图5-1-2所示离心式点火提前机构是在发动机不同转速下自动调节点火提前角的装置，通常装在断电器固定地板的下部。发动机转速升高，点火提前角增大，反之越小。
图5-1-2 离心式点火提前机构
图5-1-3 真空式点火提前机构
如图5-1-3所示真空式点火提前机构能根据发动机负荷的变化自动调节点火提前角，一般安装在分电器外壳上。在同一转速下，发动机负荷增大，点火提前角减小，反之增大。
⑤ 高压导线。用以连接点火线圈与分电器中心插孔以及分电器旁电极和各缸火花塞。
⑥ 火花塞。将高压电引入气缸燃烧室，产生电火花点燃可燃混合气。
传统点火系统工作原理如图5-1-4所示，蓄电池或发电机供给12 V低电压，经点火线圈和断电器转变为高电压，再经分电器分送到各缸火花塞，使电极间产生电火花。发动机工作时，断电器轴连同凸轮一起在发动机凸轮轴的驱动下旋转。断电器凸轮转动时，断电器触点交替地闭合和打开，因此传统点火系统的工作原理可从三个阶段分析：触点闭合，初级电流增长；触点打开，次级绕组产生高压；火花塞电极间火花放电。
（2）电子点火系统
电子点火系统又称晶体管点火系统，它的组成是在传统点火系统的基础上增加了点火信号发生器和点火控制模块。
如图5-1-5所示，电子点火系统由火花塞、分缸高压线、点火线号发生器、离心调节器、分电器、中央高压线、点火线圈、点火控制模块、蓄电池、点火开关等组成。与传统蓄电池点火系统相比，电子点火系统有点火可靠、使用方便等优点。
3.汽油机对点火系统的要求
（1）点火系统应能够产生足以击穿火花塞间隙的高电压（10～30 kV）。
（2）火花塞产生的电火花应具有足够的能量（80～100 mJ）。
（3）点火时刻（点火提前角）应与汽油机的运行工况相匹配。
（4）工作可靠。
二、火花塞
如图5-1-6所示，火花塞作用是将高压电引入气缸燃烧室，产生电火花，点燃混合气。有绝缘体和金属壳体两大组成部分。
1.对火花塞的要求
由于火花塞工作在高温、高压和燃烧物的强烈腐蚀的环境下，条件极其恶劣，因此，火花塞必须符合以下要求：
（1）要有足够的绝缘强度
一般要求火花塞应承受3万伏以上的高压。
（2）要有适当的热特性
理论研究证明，火花塞工作时其裙部的温度保持在500～600℃的范围之内最佳，这一点很重要，火花塞裙部的温度过高会产生早燃，温度过低则不易点火，且火花塞容易形成积碳，我们把能使火花塞处于最良好工作状态时其裙部的温度称为火花塞的自净温度。但实际上，气缸进气时的温度为50～60℃，排气时的温度可达1 500～2 000℃，因此，为了保证火花塞裙部的温度维持在使火花塞不产生积碳的自净温度，主要取决于气缸的压缩比和火花塞裙部长度之间的关系。
（3）要有足够的机械强度(https://www.daowen.com)
为了能承受高压燃气的冲击，一般要求火花塞的裙部应承受4.88～6.86 MPa的冲击压力。
（4）要有足够的抗氧化和耐腐蚀能力
火花塞的裙部工作时不仅温度很高，同时又处在多种活性物质（如氧、臭氧、碳氧化合物、氮氧化合物和硫化物等）包围之中，因而要求火花塞的电极必须用难熔、耐腐蚀、抗氧化能力极强的材料制成。
（5）要有足够的气密性
为了保证气缸工作密封性的要求，火花塞与缸体之间、火花塞壳体与内电极之间都应该有很高的气密性，保证不漏气。
2.火花塞的结构
如图5-1-7所示，火花塞由接线螺母、绝缘体、金属杆、内垫圈、壳体、导体玻璃、密封垫圈、内垫圈、中心电极、测电极、绝缘体裙部等组成。金属壳体带有螺纹，用于拧入气缸；在壳体内装有绝缘体，它里面贯通着一根中心电极、中心电极上端有接线螺母，连接从分电盘过来的高压电线；在壳体的下端面焊有侧电极，中心电极与侧电极之间有0.6～1.0 mm的间隙，高压电经过这个间隙入地就会迸发出火花点燃混合气。
火花塞电极间的间隙对发动机的工作影响很大，间隙过大，所需击穿电压增高，发动机不易启动，而且在高速时容易发生“缺火”现象；间隙过小，则火花微弱，容易产生积碳而漏电。所以火花塞的间隙要适当，一般为0.7～0.8 mm，个别火花塞间隙可达1.0 mm以上。
技能实训一 更换火花塞
发动机被誉为汽车的心脏，而火花塞被称作汽车的心脏起搏器，决定发动机的运行状况以及汽车的驾驶性能。
当发动机出现启动困难、运转不平稳、动力下降、尾气超标、油耗增加等现象，就要考虑火花塞出现问题。
step 1 准备
（1）车辆进入工位前，清理工位卫生，排除障碍物，准备好相关的工具、物品等。
（2）车辆驶入工位，拉紧驻车制动器或变速器置于空挡位。
（3）打开机舱盖并支撑好。
（4）铺上翼子板和前格栅防护套
（5）安装转向盘套、换挡手柄套、座套、铺设地板垫。
step 2 清洁
用吹气枪除去气缸盖火花塞周围的灰尘，如图5-1-8所示。
图5-1-8 清洁火花塞周围
step 3 拆卸火花塞
（1）用一字起子撬起点火线圈（注意撬的位置与受力部位）。
（2）断开点火线圈与插头的连接插头并将拆卸的点火线圈放置归位。
（3）确保火花塞附近无异物（若有异物用高压空气清洁）。
（4）组装火花塞套筒、加长杆、扭力扳手。
（5）用扭力扳手拧松后再用棘轮扳手取出火花塞（注意棘轮扳手旋向），如图5-1-9所示。
step 4 检查火花塞
（1）检查火花塞电极的烧蚀情况，并观察火花塞电极的色泽，检查外观是否损坏、有油污、裂纹等，见表5-1-1。
表5-1-1 火花塞的各种状态
（2）检查火花塞的密封垫圈是否有断裂、扭曲等损伤现象。
（3）用铜丝和铂金砂条清理火花塞电极间的积碳等污物。
（4）用厚薄规测量火花塞中央电极和侧电极之间的间隙，间隙为应在0.9～1.1 mm之间。
（5）检测火花塞裙部螺纹与接线柱之间的电阻，电阻应大于10 MΩ。
（6）检测火花塞中心电极与接线柱之间的电阻，电阻应小于3 kΩ。
step 5 安装火花塞
（1）合格的火花塞放入缸盖并用手拧紧。
（2）用扭力扳手将火花塞紧固至10 N·m（维修手册要求为25 N·m+90°）。
（3）安装点火线圈并连接点火线圈插头复位喷油器插头。
（4）启动发动机测试发动机怠速、加速、高速是否工作稳定平顺。
（5）关闭发动机，复位工量具。
技术提示
安装火花塞时，应避免火花塞前端电极触碰到气缸盖等物体，避免引起电极间隙的改变。在安装时，还应先用手拧入，防止直接用工具拧入，防止因螺纹不正导致缸盖（特别是铝合金缸盖）火花塞孔出现滑扣现象。
学后测试
1.试述点火系统的功用。
2.点火系统的组成有哪些？
3.传统点火系统的组成有哪些？
4.试述电子点火系统的功用。
5.试述火花塞的作用及组成。
6.对火花塞的要求有哪些？
7.如何更换火花塞？