汽车发动机用NGK火花塞结构设计

　　这款火花塞的设计核心围绕汽油机点火工况的实际需求展开，首先要考虑的是燃烧室内部的极端工作环境：点火瞬间电极区域温度超过2000℃，同时要承受混合气燃烧产生的4-6MPa冲击压力，还要耐受燃油、机油燃烧产物的化学腐蚀，所以在结构选型上，金属壳体采用了带多层密封退刀槽的六角结构，既保证扳手拧装时的受力强度，又能通过壳体与气缸盖安装孔之间的铜垫密封，防止燃烧室漏气。中心电极与侧电极的间隙设定在0.8mm，这个间隙值是匹配常规自然吸气汽油机的点火能量设定的，既不会因为间隙过大导致点火线圈负荷过高，也不会因为间隙过小造成点火能量不足、混合气点燃不充分的问题。从安装边界来看，螺纹规格选用M14×1.25，

　　这是目前多数小排量乘用车汽油机的通用火花塞安装螺纹，拧入深度设定为19mm，安装时要保证电极端面刚好伸入燃烧室3-4mm，既不会因为伸入过深顶到活塞顶部造成运动干涉，也不会因为伸入过浅导致点火位置凹在缸盖内，造成火焰传播距离变长、燃烧效率下降。绝缘体部分采用了高氧化铝陶瓷材质，肋条结构的设计一方面增加了表面爬电距离，避免高压电在壳体与接线螺母之间出现表面闪络，另一方面多道肋条的结构也提升了绝缘体的抗折强度，能承受安装拧紧时的侧向力矩，不会出现陶瓷开裂的问题。在实际装车应用中，这类火花塞主要适配排量1.3L-2.0L的自然吸气多点电喷汽油机，覆盖多数家用乘用车型的点火系统需求，工作时接线螺母连接点火线圈输出的高压电，

　　电流通过中心电极传导到端部，在电极间隙处击穿空气产生电火花，点燃气缸内被压缩的油气混合气，完成发动机做功行程的点火触发。设计过程中还要考虑热匹配特性，这款火花塞的热值设定为中等热值，也就是7度热值，既能在发动机低负荷工况下保持足够的电极温度，避免积碳附着在电极表面造成漏电、点火失败，也能在发动机高负荷连续运转时，通过壳体的螺纹传导将电极热量及时散到气缸盖水套中，避免电极温度过高出现早燃、电极烧蚀的问题。侧电极采用了焊接在壳体端面的镍基合金结构，焊接位置做了圆滑过渡处理，避免应力集中在焊接根部，长期受高温冲击出现侧电极断裂脱落的故障；中心电极内部嵌入了铜芯，提升电极的导热能力，把中心电极端部的热量快速传导到绝缘体与壳体的密封位置，

　　再通过壳体散出，避免中心电极过热。密封结构上采用了多层内密封垫，在绝缘体与壳体的压装位置设置了铜质内密封环，压装时通过壳体的收口变形将密封环压紧，保证燃烧室的高压燃气不会从绝缘体与壳体之间的缝隙漏出，同时也能避免外界的水汽、灰尘进入火花塞内部造成绝缘性能下降。接线端的结构采用了卡扣式接线螺母，既可以适配插装式的点火线圈高压接头，也能通过加装螺母适配压线式的高压分缸线，兼容不同年代车型的点火系统连接方式。在做三维结构建模的时候，要特别注意螺纹部分的收尾结构，不能出现螺纹收尾超出安装平面的情况，否则安装时会出现螺纹卡滞、拧入深度不足的问题；六角对边尺寸严格控制在16mm，匹配标准火花塞套筒的尺寸公差，避免套筒套入时出现间隙过大打滑、或者间隙过小无法套入的情况。电极部分的同轴度要求控制在0.1mm以内，如果中心电极与侧电极的同轴度偏差过大，会造成点火间隙周向不均匀，各个方向的击穿电压不一致，工作时容易出现某一方向电极过度烧蚀，缩短火花塞的使用寿命。另外绝缘体下部的锥度设计也要匹配气缸盖安装孔的倒角，安装时能起到导向作用，避免陶瓷部分与缸盖安装孔的硬接触造成磕碰开裂。