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安裝在引擎燃燒室的火星塞是點燃混合汽的關鍵。汽油引擎的動力來自於將空氣與汽油的混合氣體加壓,然後經點火爆炸。火星塞負責完成點燃這混合汽(燃料+空氣)的工作。以電池為其能源,火星塞將來自於點火線圈的電能轉換成火花以點燃混合汽。換句話說,沒有火星塞,引擎就不會跑;火星塞是一個重要零件,因為其性能會影響到引擎的整體表現。
火星塞與點火
火星塞構造
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1.絕緣體 將接頭、中心軸、與中心電極與外殼絕緣,防止高電壓從電極漏出。 因為絕緣體的底部突出在燃燒室中,所以使用高純度的氣化鋁,在高溫時有極佳的防熱特性、機械強度、出色的絕緣能力和導熱度等優點。 |
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2.接頭 接頭連接到一條高電壓的導線,高電壓的電流由導線自點火系統流入。 接頭上有一個螺帽,所以這一類幾乎可以適用於世界上所有的高壓導線。對於不需要接頭螺帽的車輛,可以將接頭拿掉。 |
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3.包覆、包裝墊圈 將絕緣體與外殼緊密地安裝在一起並且維持氣密。 |
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4.中心軸(軸) 中心軸將接頭與中央電極接在一起。 中心軸為鐵製,功能為在沒有損耗的情況下將高壓電流從接頭流到中心電極。 |
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5.外殼 外殼包覆與支撐絕緣體,並且用於將火星塞安裝於引擎上。 在其底部為接地電極,以讓電流從引擎經由空隙流進中心電極。 |
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6.玻璃密封 為了讓中心軸與絕緣體間有良好的氣密,Denso使用玻璃密封法。 將一種玻璃與銅粉的特殊混合物塗於絕緣體、中心軸、與中心電極之間並且以高溫熔化。這將中心軸與中心電極熔合在一起,並且將絕緣體與金屬接合。這兩者都有良好的氣密度且溫度膨脹係數相近,所以即使在惡劣的環境下也不會有缺口產生,可以維持良好的氣密性。 |
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7.襯墊 將外殼與引擎緊密地接合並且維持燃燒室的氣密度。 鎖緊火星塞有特定程序並且必須取得合適的扭力參數。 |
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8.銅製電極 中心電極使用特殊的鎳合金以減少電極耗損。 中間部分封入銅以增加其導熱度。 |
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9.包覆、包裝墊圈 將絕緣體與外殼緊密地結合在一起,並確保兩者間之氣密性。 |
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10.中央電極 在中央電極的端點,以雷射焊上一個新的銥合金晶片,其直徑為0.4mm,將中央電極變得極細。這樣子可以降低火花電壓,維持可靠的火花,減低消炎作用,並且改善點火性能。 與鉑相同,銥為一種貴重金屬,擁有許多優越的特性,適用於火星塞電極,例如能承受高熱、高強度與低電阻。為了進一步改善高溫時的抗氧化性,Denso發展出一種含銠的全新銥合金。 |
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11.U形槽接地電極 鎳鉻材料用於接地電極並且在其形狀上使用數種方法以改進點火效能。 其中一項為U形槽。 1.接觸到混合汽的表面積比較大。 2.有許多的邊緣,容易產生火花。 3.火燄中心(火燄大小)易於擴散。 此外還有許多特色,並且可以得到很大的點火能量。 Denso從1975年至1992年取得火星塞U形槽的專利。 |
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12.細錐切口接地電極 接地電極的電極端切成一個細緻的錐形狀。 如此一來可以改善消炎作用,所以也可以改善點火性能。 |
熱值範圍
如何選擇火星塞
使用壽命
火星塞安裝
Denso 火星塞的建議扭力值與鎖緊角度
疑難排解
判斷火星塞的燃燒狀態,可有效發現引擎問題
正常
絕緣子有淺灰色或褐色沈積物與少許的電極腐蝕。
故障 故障可能是由引擎缺陷所造成的。
引擎問題| 狀況一 | 狀況二 |
|---|---|
| ‧ 發動困難 ‧ 怠速時點火失誤 ‧ 正常運轉時點火失誤 <分析解說> | . ‧ 點火失誤只有在高速或是急遽加速時發生 . <分析解說> |
| 狀況三 | 狀況四 |
| . ‧ 在高速或高負載時損失動力,汽缸損壞 . <分析解說> | . ‧ 引擎以外的問題 . <分析解說> |
狀況一 >> . 發動困難 . 怠速時點火失誤 . 正常運轉時點火失誤
[外觀] 絕緣子與電極部分佈滿乾掉的、軟的黑色積碳。
[結果] 發動困難,點火失誤,加速不良。
[原因] 多次短程駕駛(在引擎冷時駕駛),不正確的阻風門操作(過濃的混合汽),供油時間延遲、選用熱值過高的火星塞。 .
[外觀] 絕緣子與電極部分為黑色並且佈滿濕油光亮的沉積物。
[結果] 發動困難與點火失誤。
[原因] 由於活塞環或是汽門磨損造成的漏油(容易在全新與大修過後的引擎發生),在混合汽中有大量的油料成分(二行程引擎)。
.
[外觀] 火星塞在剛取下時因汽油而溼潤,但馬上乾掉。
[結果] 發動困難與點火失誤。
[原因] 混合比太濃而無法點火。(其中一種會發生的方式是駕駛在發動動車輛時重複地踩油門。)
[操作] 取下所有的火星塞,開啟發動馬達以將新鮮空氣帶入汽缸內並將混合比調稀。
[外觀] 中心與接地電極為圓形並且間隙變太大。
[結果] 發動困難與點火失誤。
[原因] 保養不良(火星塞已超過其使用壽命)。
.
[外觀] 間隙大於合適的範圍。
[結果] 發動困難與點火失誤。
[原因] 間隙不對;選擇錯誤的火星塞。
[操作] 取下所有的火星塞,更換正確的火星塞。
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[外觀] 絕緣體裂開。
[結果] 絕緣體瑕疵造成的短路,怠速不良與加速時點火失誤。
[原因] 未依正確方式拆除/安裝火星塞。(如火星塞轉入太深,過度鎖緊,或其它不當的操作)
[操作] 取下所有的火星塞,更換新品。
.
<返回頂部>
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狀況二 >> . 點火失誤只有在高速或是急遽加速時發生
[外觀] 絕緣子有黃色或黃褐色燒痕沈積或是有一層光亮表面。
[結果] 在急遽加速或高負載時會點火失誤,但是一般運行時無誤。
[原因] 使用的汽油含鉛量過高。 .
<返回頂部> .
狀況三 >> ‧ 在高速或高負載時損失動力 ‧ 汽缸損壞
[外觀] 絕緣子燒成極白並且有黑色小點。快速的電極損耗。
[結果] 在高速或高負載時損失動力。
[原因] 火星塞未以正確的方式鎖緊,引擎冷卻問題,點火時間太早,選用熱值過低的火星塞,異常燃燒。 .
[外觀] 中心電極或接地電極熔化或燒焦。絕緣子有斑點與鋁或其它金屬粉末的沈積。
[結果] 引擎故障而造成動力損失。
[原因] 預先點火是在點火之前發生燃燒的現象,通常是由於過熱而發生。可能的原因有選用了熱值過低的火星塞,供油正時過於提早等。 .
[外觀]絕緣子破裂或是損壞。
[結果] 點火失誤。
[原因] 嚴重異常的燃燒,不注意間隙調整。
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[外觀] 外殼安裝螺紋部分熔化。
[結果] 引擎故障而造成動力損失。
[原因] 火星塞未以正確的方式鎖緊。
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[外觀] 電極彎曲並且絕緣子損壞。電極上有時候會有凹口。
[結果] 點火失誤。
[原因] 火星塞螺牙太長用錯規格,或是在燃燒室內有異物(小螺栓,螺帽等類似物體)
.
[原因] 接地電極過熱與嚴重引擎震動。
..
..
<返回頂部>
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狀況四 >> ‧ 引擎以外的問題
[外觀] 在外殼正上方的絕緣體有褐色沈積物。
[結果] 對於火星塞性能沒有影響。
[原因] 這是由於絕緣體附近空氣中所含有的油氣受到跳火高壓電沉積附著於絕緣體上所造成。(這不是火星塞漏氣,有時會被誤認)
<返回頂部>
火星塞與點火
火星塞
當點火系統所產生的高電壓加在火星塞的中央電極與接地電極之間時,電極點的絕緣性會崩潰,放電現象會形成電流,而產生一個電火花。這個電火花會點燃並燃燒被壓縮的混合汽。
這放電現象相當地短暫(約千分之一秒)並且相當地複雜。
火星塞的任務是要可靠地在指定時間、在電極間產生一個強大的火花以點燃混合汽。
點火
電火花點火是因為電極間的燃料分子經由火花放電產生化學(氧化)反應,反應生熱而生成中心火燄。這熱量帶動了周圍的混合汽,最後由中心火燄燃燒到四周。不過如果電極間的消炎作用(由於電極吸收熱能而使火燄熄滅)大於中心火燄生熱的動作,則中心火燄會熄滅而使燃燒中止。如果火星塞間距較寬,中心火燄會比較大並且冷卻現象會比較小,可以預期會有比較可靠的點火,不過如果間距太寬,需要的放電電壓過大,若大於一個大的放電電壓,若大於線圈效應所能提供的極限,則不可能產生放電的現象。
放電電壓的變化
點火系統通常產生 10,000 到 30,000 伏特之間的間接電壓。
放電的過程說明:
1. 當在「a」點的主電流關閉時,間接電壓會升高。
2. 在 「b」,在電壓上昇的途中,火星塞達到放電電壓,並且在電極間產生火花。
3. 在「b」與「c」之間稱為電容火花。在放電開始時,火花是由儲存在間接電路的電能所產生的。這電流很大但是時間很短。
4. 在「c」與「d」之間稱為電感火花。火花是由線圈的電磁能量所產生的。電感火花電流小但是時間長。從「c 」點起,放電將持續約 1 毫秒,到「d」點時,放電結束。
火星塞
當點火系統所產生的高電壓加在火星塞的中央電極與接地電極之間時,電極點的絕緣性會崩潰,放電現象會形成電流,而產生一個電火花。這個電火花會點燃並燃燒被壓縮的混合汽。
這放電現象相當地短暫(約千分之一秒)並且相當地複雜。
火星塞的任務是要可靠地在指定時間、在電極間產生一個強大的火花以點燃混合汽。
點火
電火花點火是因為電極間的燃料分子經由火花放電產生化學(氧化)反應,反應生熱而生成中心火燄。這熱量帶動了周圍的混合汽,最後由中心火燄燃燒到四周。不過如果電極間的消炎作用(由於電極吸收熱能而使火燄熄滅)大於中心火燄生熱的動作,則中心火燄會熄滅而使燃燒中止。如果火星塞間距較寬,中心火燄會比較大並且冷卻現象會比較小,可以預期會有比較可靠的點火,不過如果間距太寬,需要的放電電壓過大,若大於一個大的放電電壓,若大於線圈效應所能提供的極限,則不可能產生放電的現象。
放電電壓的變化
點火系統通常產生 10,000 到 30,000 伏特之間的間接電壓。
放電的過程說明:
1. 當在「a」點的主電流關閉時,間接電壓會升高。
2. 在 「b」,在電壓上昇的途中,火星塞達到放電電壓,並且在電極間產生火花。
3. 在「b」與「c」之間稱為電容火花。在放電開始時,火花是由儲存在間接電路的電能所產生的。這電流很大但是時間很短。
4. 在「c」與「d」之間稱為電感火花。火花是由線圈的電磁能量所產生的。電感火花電流小但是時間長。從「c 」點起,放電將持續約 1 毫秒,到「d」點時,放電結束。
火星塞間隙
放電電壓與火星塞間隙大小有正向關係。 當電壓損耗時火星塞間隙會慢慢地變寬,於是必須高電壓放電而造成點火失誤更容易發生。
電極形狀
即使是相同的火星塞,如果電極上有棱角,會比較容易放電。 使用過的火星塞的電極會變圓弧型,於是放電變困難而造成點火失誤更容易發生。
正向關係
放電電壓與壓縮缸壓大小有正向關係。 壓縮缸壓在低轉速與高負載時會比較高。在靜止起動時急遽的加速符合這狀況,所以需要較高的電壓,於是點火失誤更容易發生。混合汽
放電電壓在混合汽(燃料+空氣)的溫度上昇時會降低。 引擎溫度越低,就需要越高的放電電壓,所以點火失誤在低溫時比較容易發生。
電極溫度
放電電壓在電極溫度上昇時會下降。 電極溫度與引擎轉速有正向關係,所以點火失誤在低轉速時比較容易發生。
空氣-燃料比值
放電電壓在混合汽比例越稀薄時(空氣-燃料比值較大時)會有變高的傾向。 如果由於供油系統故障而造成混合汽變稀薄時,比較容易發生點火失誤。
溼度
當溼度上昇時,電極溫度會下降,所以放電電壓會稍微地變大。火星塞構造
1.絕緣體
將接頭、中心軸、與中心電極與外殼絕緣,防止高電壓從電極漏出。
因為絕緣體的底部突出在燃燒室中,所以使用高純度的氣化鋁,在高溫時有極佳的防熱特性、機械強度、出色的絕緣能力和導熱度等優點。
2.接頭
接頭連接到一條高電壓的導線,高電壓的電流由導線自點火系統流入。
接頭上有一個螺帽,所以這一類可以適用於世界上幾乎所有的高壓導線。對於不需要接頭螺帽的車輛,可以將接頭拿掉。
3.包覆、包裝墊圈
將絕緣體與外殼緊密地安裝在一起並且維持氣密。
4.中心軸(軸)
中心軸將接頭與中央電極接在一起。
中心軸為鐵製,並且功能為在沒有損耗的情況下將高壓電流從接頭流到中心電極。
5.外殼
外殼包覆與支撐絕緣體,並且用於將火星塞安裝於引擎上。
在其底部為接地電極,以讓電流從引擎經由空隙流進中心電極。
6.玻璃密封
為了讓中心軸與絕緣體間有良好的氣密,Denso使用玻璃密封法。
一種玻璃與銅粉的特殊混合物塗於絕緣體、中心軸、與中心電極之間並且以高溫熔化。這將中心軸與中心電極熔合在一起,並且將絕緣體與金屬接合。這兩者的氣密度都很好並且溫度膨脹系數相近,所以即使在惡劣的環境下不會有缺口產生,可以維持良好的氣密性。
7.襯墊
將外殼與引擎緊密地接合並且維持燃燒室的氣密度。
鎖緊火星塞有特定程序並且必須取得合適的扭力參數。
8.銅製電極
中心電極使用特殊的鎳合金以減少電極耗損。
中間部分封入銅以改進其導熱度。
9.包覆、包裝墊圈
將絕緣體與外殼緊密的結合在一起,並確保兩者間之氣密性。
10.中央電極
在中央電極的端點,由雷射焊上一個新的銥合金晶片,其直徑為0.4mm,將中央電極變得極細。這樣子可以降低火花電壓,維持可靠的火花,減低消炎作用,並且改善點火性能。
如同鉑、銥為一貴重金屬,並且有許多優越的特性適用於火星塞電極,如能承受高熱、高強度、與低電阻。為了進一步改善其高溫的抗氧化性,Denso發展出一個含銠的全新銥合金。
11.U形槽接地電極
鎳鉻材料用於接地電極並且在其形狀上使用數種方法以改進點火效。
其中一項為U形槽。
1.接觸到混合汽的表面積比較大。
2.有許多的邊緣,容易產生火花。
3.火燄中心(火燄大小)易於擴散。
還有許多特色,並且可以得到很大的火能量。
Denso從1975年至1992年取得火星塞U形槽的專利。
12.細錐切口接地電極
接地電極的電極端切成一個細緻的錐形狀。
如此可以改善消炎作用,所以也可以改善點火性能。
熱值範圍
說明受熱狀態火星塞的散熱程度與車輛的速度。


如何選擇火星塞
熱值範圍會隨著季節而改變
當氣溫高時,如夏季時,進氣的氣溫比較高,增加引擎的負載。這時候,應該使用熱值範圍較高的火星塞。引擎馬力增加,熱值範圍需求也隨之增高
如果引擎馬力因改裝而增加,增加的爆發力會提高燃燒室的溫度,讓預先點火更容易發生;在這種情況必須使用熱值範圍較高而且抗熱性較佳的火星塞。使用有終端螺帽的火星塞
使用壽命
電極耗損
電極會從容易放電的地方開始損耗。 特別是當中心電極在高溫時,它會氧化而磨損。 電極磨損量視電極的熔點、強度、硬度等參數而有所不同。 為了減少此磨損,電極會使用鎳合金、鉑、銥與其它類似的材料,極細的電極也可以延長使用壽命。 此外,磨損會視引擎種類與使用狀況而有所不同,不過以正常火星塞來說,每行駛一萬公里約磨損 0.10 到 0.15 mm。
需求的電壓上昇
需求的電壓(用以在間隙間產生放電的電壓)依行駛的距離而持續增加。 此電壓會持續上昇直到中心電極的尖端已變成某種程度的圓形損耗(約 4000 公里)。 之後,主要的因素為電極損耗造成間隙的變大,這時需要電壓的上昇會變慢。
點火失誤與其原因
電極耗損
火星塞的使用壽命可以看成是火星塞使用多少里程後開始點火失誤。點火失誤不但浪費油料,並且會造成不正常的引擎震動與輸出降低。特別是對於廢氣排放控制的車輛,點火失誤可能會破壞觸媒轉化器,所以將火星塞用到使用壽命結束是不智且不經濟的。 所以,以經濟壽命而言建議以下表所示之里程數進行火星塞的更換(鉑火星塞為 100,000 公里)。
火星塞安裝
Denso 火星塞的建議扭力值與鎖緊角度
疑難排解
判斷火星塞的燃燒狀態,可有效發現引擎問題
正常
故障
故障可能是由引擎缺陷所造成的。
引擎問題
| 狀況一 | 狀況二 |
|---|---|
| ‧ 發動困難 ‧ 怠速時點火失誤 ‧ 正常運轉時點火失誤 <分析解說> |
. ‧ 點火失誤只有在高速或是急遽加速時發生 . <分析解說> |
| 狀況三 | 狀況四 |
| . ‧ 在高速或高負載時損失動力,汽缸損壞 . <分析解說> |
. ‧ 引擎以外的問題 . <分析解說> |
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狀況一 >> . 發動困難 . 怠速時點火失誤 . 正常運轉時點火失誤
[外觀] 絕緣子與電極部分佈滿乾掉的、軟的黑色積碳。
[結果] 發動困難,點火失誤,加速不良。
[原因] 多次短程駕駛(在引擎冷時駕駛),不正確的阻風門操作(過濃的混合汽),供油時間延遲、選用熱值過高的火星塞。
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[外觀] 絕緣子與電極部分為黑色並且佈滿濕油光亮的沉積物。
[結果] 發動困難與點火失誤。
[原因] 由於活塞環或是汽門磨損造成的漏油(容易在全新與大修過後的引擎發生),在混合汽中有大量的油料成分(二行程引擎)。
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[外觀] 火星塞在剛取下時因汽油而溼潤,但馬上乾掉。
[結果] 發動困難與點火失誤。
[原因] 混合比太濃而無法點火。(其中一種會發生的方式是駕駛在發動動車輛時重複地踩油門。)
[操作] 取下所有的火星塞,開啟發動馬達以將新鮮空氣帶入汽缸內並將混合比調稀。
[外觀] 中心與接地電極為圓形並且間隙變太大。
[結果] 發動困難與點火失誤。
[原因] 保養不良(火星塞已超過其使用壽命)。
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[外觀] 間隙大於合適的範圍。
[結果] 發動困難與點火失誤。
[原因] 間隙不對;選擇錯誤的火星塞。
[操作] 取下所有的火星塞,更換正確的火星塞。
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[外觀] 絕緣體裂開。
[結果] 絕緣體瑕疵造成的短路,怠速不良與加速時點火失誤。
[原因] 未依正確方式拆除/安裝火星塞。(如火星塞轉入太深,過度鎖緊,或其它不當的操作)
[操作] 取下所有的火星塞,更換新品。
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狀況二 >> . 點火失誤只有在高速或是急遽加速時發生

[外觀] 絕緣子有黃色或黃褐色燒痕沈積或是有一層光亮表面。
[結果] 在急遽加速或高負載時會點火失誤,但是一般運行時無誤。
[原因] 使用的汽油含鉛量過高。
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狀況三 >> ‧ 在高速或高負載時損失動力 ‧ 汽缸損壞
[外觀] 絕緣子燒成極白並且有黑色小點。快速的電極損耗。
[結果] 在高速或高負載時損失動力。
[原因] 火星塞未以正確的方式鎖緊,引擎冷卻問題,點火時間太早,選用熱值過低的火星塞,異常燃燒。
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[外觀] 中心電極或接地電極熔化或燒焦。絕緣子有斑點與鋁或其它金屬粉末的沈積。
[結果] 引擎故障而造成動力損失。
[原因] 預先點火是在點火之前發生燃燒的現象,通常是由於過熱而發生。可能的原因有選用了熱值過低的火星塞,供油正時過於提早等。
.
[外觀]絕緣子破裂或是損壞。
[結果] 點火失誤。
[原因] 嚴重異常的燃燒,不注意間隙調整。
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[外觀] 外殼安裝螺紋部分熔化。
[結果] 引擎故障而造成動力損失。
[原因] 火星塞未以正確的方式鎖緊。
.
[外觀] 電極彎曲並且絕緣子損壞。電極上有時候會有凹口。
[結果] 點火失誤。
[原因] 火星塞螺牙太長用錯規格,或是在燃燒室內有異物(小螺栓,螺帽等類似物體)
.
[原因] 接地電極過熱與嚴重引擎震動。
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狀況四 >> ‧ 引擎以外的問題

[外觀] 在外殼正上方的絕緣體有褐色沈積物。
[結果] 對於火星塞性能沒有影響。
[原因] 這是由於絕緣體附近空氣中所含有的油氣受到跳火高壓電沉積附著於絕緣體上所造成。(這不是火星塞漏氣,有時會被誤認)
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絕緣子有淺灰色或褐色沈積物與少許的電極腐蝕。