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。