發動機火花塞失效問題的分析

□ 王 琪 □ 李金鴿 □ 夏志鵬 □ 賀 鋒 □ 王文琦

寧波吉利羅佑發動機零部件有限公司 浙江寧波 315336

1 問題情況

火花塞是發動機點火系統的核心零部件,通過火花塞中心點與側電極之間的放電,點燃發動機氣缸內的混合氣?；鸹ㄈδ艿姆€定可靠是發動機穩定運行的基礎保證,火花塞失效會導致發動機失火抖動、動力不足,甚至無法啟動。筆者針對一例發動機火花塞失效問題進行分析和整改。

搭載某款發動機的整車在下線試車過程中出現批量故障,故障燈亮,車輛報單缸或多缸失火故障,發動機抖動。

根據車輛故障現象及所報故障碼信息,可以初步判斷是火花塞故障。更換火花塞后,故障消除。故障車輛火花塞裝配到正常車輛上,故障可復現。對故障火花塞的金屬殼體車削摘除后,檢查中心電極陶瓷體,發現陶瓷體表面存在裂紋,裂紋有放電發黑痕跡。故障火花塞如圖1所示。

2 火花塞結構

火花塞的主要結構包括側電極、中心電極、陶瓷體、金屬殼體、密封墊圈、連接螺桿等,如圖2所示。

3 火花塞工作原理

火花塞連接螺桿與點火線圈連接,點火線圈產生的高壓電傳遞到火花塞中心電極。高壓電在中心電極和側電極之間擊穿放電,產生的火花點燃燃燒室內被壓縮的混合氣,混合器膨脹做功?；鸹ㄈぷ髟砣鐖D3所示。

▲圖1 故障火花塞

4 問題排查

根據故障現場確認,并對及火花塞的工作原理和結構進行分析,可知火花塞陶瓷體裂紋導致火花塞異常放電,進而導致發動機失火抖動。筆者從人為因素、機械設備、材料、安裝方法、工作環境、檢測六個方面分析火花塞陶瓷體產生裂紋的原因,檢查工作流程如圖4所示。

針對生產過程,排查所有故障批次火花塞對應裝配環節的變化點。因裝配線火花塞擰緊專用低速定扭扳手故障,生產線采用手持電動擰緊槍和扭力扳手代替。生產工具如圖5所示。

針對故障火花塞進行檢查,連接螺桿端的火花塞陶瓷體釉面存在破損和磨損情況,如圖6所示。

▲圖2 火花塞結構

▲圖3 火花塞工作原理

▲圖4 檢查工作流程

對陶瓷體斷面進行電子顯微鏡掃描,可以發現斷面存在多條擊穿通道,說明放電發生在陶瓷體斷裂之后。同時斷面呈現出較多的斷裂晶體,說明陶瓷坯體無缺陷,斷裂晶體在外力作用下產生。斷面電子顯微鏡掃描圖片如圖7所示。

▲圖5 生產工具

▲圖6 陶瓷體釉面破損磨損

▲圖7 斷面電子顯微鏡掃描圖片

掰斷火花塞陶瓷體進行斷面電子顯微鏡掃描,斷面晶體特征與故障火花塞特征一致。故障模擬及斷面掃描圖片如圖8所示。

▲圖8 故障模擬及斷面掃描圖片

其它方面排查無異常。

5 分析

通過上述排查,可以判斷火花塞陶瓷體裂紋的原因是裝配過程中使用工具不合理。手持電動擰緊槍轉速變化頻率高,并且不易控制,套筒外徑匹配不合理,套筒與火花塞存在不同軸情況,裝配過程中對火花塞造成較大沖擊載荷,致使陶瓷體出現裂紋。

修復專用低速定扭扳手,同時采購同型號備品。整改方案實施后,跟蹤生產的1.5萬臺發動機未出現一例相同故障,整改措施有效。

6 結束語

火花塞是保證發動機正常運轉的關鍵零部件,當發動機出現因火花塞陶瓷體裂紋而引起的失火抖動問題時,除設計及原材料問題外,生產過程也是非常重要的環節,本例發動機火花塞失效問題的解決,對于同類型故障具有參考價值。