「解剖火花塞」极燃火花塞高性能方案及科学原理
===说在前面===
1、理解本文需要对火花塞基础理论有所了解，建议先阅读本账号若干前文——
【解剖火花塞】火花点火过程分解
【解剖火花塞】汽油机燃烧三阶段及影响因素
【解剖火花塞】火花塞间隙及对燃烧的影响——间隙大好还是小好？
【解剖火花塞】什么是火焰核？什么是消焰作用？
2、为什么“汽车专业人士”一开始不相信极燃高性能火花塞？
①、火花塞对发动机的性能改变的原理相关内容，是发动机类书籍的小字部分（偏门部分），不是“划重点”部分，通常老师不教，考试不考，没必要学，是脑袋不会记住相关内容。
②、传统火花塞性能都在一个档次上，即使曾经有过相关测试，但是测试的数据区别不大，巩固和加深了“火花塞没有太大区别”的观念和结论。并且，从来没有遇到过极燃高性能火花塞这么大差别的火花塞，没有实际的经历，是无法理论和实践相结合的。
③、地球上的每一个人都是井底之蛙， 只是井口的直径不同。只要他还是人类，没有任何一个“汽车专业人士”能够记得（知晓）汽车领域的所有知识，那也许是一个10000TB（或者更多的0）的数据量。
===正文部分===
根据火花点火燃烧的相关原理，火花塞性能的优化方向是：火花塞的火花击穿电压要尽量小，燃烧电压要尽量大，即间隙要适当的大。这对于传统单火焰核火花塞来说，除了使用贵金属细化电极端和优化电极的空间形状之外，需要达到这个优化方向，是需要间隙同时满足尽量小且尽量大，这是自相矛盾的。极燃火花塞的方案是增加了悬浮电极，可以同时满足火花击穿电压变小，燃烧电压变大。
一、 火花击穿电压变小
在中心电极和侧电极之间，放置悬浮极，形成极不均匀电场，可以使空间电荷发生畸变，容易发生电晕放电，击穿电压明显变小。
根据气体放电与击穿理论，气隙长度不变时，电场越不均匀，击穿电压越低；均匀电场下，气隙的击穿电压是最高的。
如何通过简单小实验说明和理解？
小实验A，将火焰（导体）放在高压电之间，较大的空气距离立刻放电击穿。
小实验B，火花塞点火测试仪的电压调节至原先的一半，对比同型号的火花塞，极燃火花塞依旧可以击穿点燃。
火花击穿电压变小，带来了什么？
1、 击穿电压变小，失火率低。
火花击穿电压变小，会使得发动机在急加速等大负荷情况下，更容易点火，降低失火率。
极燃不同系列产品的悬浮极的直径在0.5mm到1mm不等，因为增加了悬浮极，火花击穿电压变小，中心电极到侧电极之间的距离（间隙）变得更大，而传统火花塞的间隙增大或过大后，容易失火。
2、 击穿电压变小，点火能量大，即火焰核能量大。
点火系统的能量（电量）并不仅仅使用在点火上，有很多是消耗、浪费在传输过程中。就像电网传输电力的时候有损耗一样的道理。
高压电在导体传输过程，有电晕现象。电晕现象是强电场作用下导线周围空气的电离现象，电晕外围带电粒子基本都是电离子，这些离子便形成了电晕放电电流。电晕是极不均匀电场中所特有的电子崩——流注形式的稳定放电。电晕会发出“嗤嗤”“陛哩”的声音。
电晕放电消耗功率=电晕电压x电晕电流，当然，得微积分。
图例：电晕 （红色箭头指向）
点火系统的能量（电量）使用情况，如下：
点火线圈总能量=线圈内耗能量（温度、电阻、衰减震荡消耗）+缸线电阻及电晕消耗能量+火花塞接线柱电阻及电晕消耗能量+火花塞电阻体消耗能量+火花塞积碳及电晕消耗能量+预击穿阶段消耗能量+击穿阶段消耗能量+电弧放电阶段消耗能量+辉光放电阶段消耗能量
击穿电压变小，让预击穿阶段的时间缩短，让无效消耗能 相应减少，包括线圈内耗能量（电阻消耗） 和 缸线电阻及电晕消耗能量 和 火花塞接线柱电阻及电晕消耗能量 和 火花塞电阻体消耗能量 和 火花塞积碳及电晕消耗能量。使得能量更多用在电弧放电、辉光放电阶段，即有效利用能量增加，火焰核能量大。
图例，红圈内是会消耗能量的区域。
如何更形象的理解？
如下图，例如两次闪电，假设两次闪电的总能量都一样，左图是几乎直接“找到”合适的路径闪电，一条直接的线，右图是没有直接“找到”合适的路径闪电，多条路径。分别以最中间的闪电作为有效利用电量的话，左图就相当于是极燃的方式。
3、 击穿电压变小，点火能量越高，滞燃期越短，早燃的风险越小。
点火能量越高，滞燃期越短，早燃的风险越小；点火能量越低，滞燃期越长，早燃的风险越大，特别是涡轮增压车型，早燃会诱发爆震。
二、 间隙变大
极燃高性能火花塞不同系列产品的悬浮极的直径在0.5mm到1mm不等，因为增加了悬浮极，中心电极到侧电极之间的距离（间隙）变得更大，即小间隙+悬浮极放电路径+大间隙，明显大于同型号的传统火花塞间隙。如下图所示，A+B+C>D。
1、 间隙变大，燃烧电压变高。
燃烧电压与中心电极到侧电极之间的距离成正比。间隙越大，火焰核区域越大，火焰核发展速度越快，近似于二次函数。
A、 燃烧电压变高，压力升高速率变快 。
B、 燃烧电压变高，燃烧变快，使得缸内最大压力的出现时刻更靠近上止点。
C、 燃烧电压变高，火焰核发展速度越快，速燃期的火焰发展越快。速燃期对汽油机性能有决定性影响，速燃期越短，越接近上止点，汽油机的动力性、经济性也越好。
D、 燃烧变快使点火提前角变小（推后），且点火提前角变小越接近MBT(最大扭矩的最小点火提前角Minimum Advance for Best Torque)。
2、 燃烧电压变高，缸压与燃烧电压成正比。
燃烧电压变高就是缸压变大，缸压通过曲轴表现就是扭矩，缸压变大就是扭矩变大。
3、循环变动变异系数小
燃烧电压高，火焰速度快，IMEP 指示平均有效压力大，循环变动变异系数小，增强了稳定性。特别的，因为低转速时，汽油机的循环变动率原本较大，所以使用极燃后，改善特别明显。
三、 电容数值变大
两个相互靠近的导体，中间夹一层不导电的绝缘介质，就构成了电容器。
传统火花塞电容结构组成为金属外壳-陶瓷绝缘体-中心电极，可以近似看成1个平板电容。
极燃高性能火花塞电容结构组成为金属外壳-陶瓷绝缘体-悬浮电极-陶瓷绝缘体-中心电极，可以近似看成2个平板电容，即复式电容，电容数值变大。
电容数值越大，越有利于存储和释放电能。
四、 宽热值
使用极燃高性能火花塞，火花击穿电压变小，对利用热值来调节点火难易（特别是击穿电压）的依赖性降低，通用性高，相当于增加了热值的宽度。
五、极燃高性能火花塞的改善因素
1、扭矩增大，动力增强
2、提高了燃油经济性
3、碳排放及尾气排放数值降低
4、改善发动机的NVH问题（Noise、Vibration、Harshness低噪声、振动与声振粗糙度）
通过噪声波形对比，使用极燃后，波形振动幅度更小。
5、发动机不易产生早燃、爆燃
6、可提高发动机压缩比，优化稀薄燃烧、分层燃烧等性能。
六、极燃高性能火花塞缺点
1、因火焰核消焰作用，电极温度高，电极损耗增大。
2、因燃烧电压高，电极损耗增大。
3、因燃烧温度高，排气产生的Nox（三元之前）会有升高，但通过完好的三元催化器后，会降至较低数值，数值通常等于或略高于传统火花塞。
4、因制造成成本很高、制造工艺复杂，价格较高。
七、标准安装对极燃火花塞的影响
1、按照标准扭力值安装紧固，确保无过紧过松异常，无漏气隐患，使缸内最大压力能正常出现。
2、涂抹硅脂，使火花塞陶瓷部分的电晕损耗减小，有效能量变大。
如果没有标准安装，会影响效果。
参考资料：
《火花塞间隙对发动机点火波形影响的研究》冯兆强
《Impact of spark plug gap on flame kernel propagation and engineperformance》 Tawfik Badawy a, XiuChao Bao b,a, Hongming Xu a,c,
《汽车工程手册4·动力传动系统设计篇》 北京理工大学出版社
《内燃机结构》李明海 徐小林 张铁臣 编 中国水利水电出版社 2010
《汽车发动机构造、原理与维修》于增信等编著 2016 机械工业出版社
《内燃机学》第4版 主编刘圣华周龙保 机械工业出版社 2017
《车辆内燃机原理》孙军主编 2012 高等教育出版社
《内燃机燃烧科学与技术》李向荣等编著 北京航空航天大学出版社 2012
《汽车发动机原理》王建昕 帅石金 主编 2011 清华大学出版社
《汽油机管理系统——控制、调节和检测》第4版 康拉德·赖夫 著 机械工业出版社 2017
《汽车点火系统原理与故障检修示例》麻友良 主编 2010 机械工业出版社
《内燃机原理教程》 主编许锋 隆武强 大连理工大学出版社 2015
《大能量电点火系统设计与火花放电特性实验研究 》张云明 刘庆明 宇 灿 汪建平
等