نحوه عملکرد شمع های خودرو

نحوه عملکرد شمع های خودرو

hi performance sparkplug
با توجه به بحران سوخت آگاهی از راه های علمی و عملی کاهش مصرف سوخت و افزایش توان پیشرانه اتومبیل امروزه یک امر جدی است .
در پیشرانه های احتراق داخلی نیروی موتور از احتراق مخلوط سوخت و هوا در انتهای مرحله تراکم بدست می آید. عمل احتراق با جرقه کوچک و سریع شمع در موتور آغاز و طی یک فرآیند پیچیده در زمان بسیار محدود صورت می پذیرد .
آیا می دانید در یک موتور 4 زمانه در دور موتور 3000 دور در دقیقه شمع هر سیلندر در هر ثانیه چند جرقه میزند؟ 25 جرقه!
در دورموتور 3000 دور در دقیقه، موتور در هر ثانیه 50 دور می زند و در واقع 25 سیکل کامل در موتور انجام می شود.
در صورتیکه شمع هر کدام از جرقه های فوق را از دست بدهد مخلوط سوخت و هوای وارد سیلندر شده بدون آنکه انرژی خود را آزاد کند از محیط موتور بیرون رفته که تنیجه آن کاهش قدرت موتور و افزایش آلودگی هوا می باشد. همچنین بدلیل آنکه راننده با دور موتور مذکور به قدرت مورد نظر خود نمی رسد پدال گاز رابیشتر فشار داده و بدین ترتیب با مصرف سوخت بیشتر به مطلوب خود دست می یابد.
در واقع با بالا رفتن دور موتور تعداد دفعاتی که سوخت به موتور وارد و امکان آزاد شدن انرژی آن فراهم می شود بالا می رود و حال این موتور است که باید از این فرصت استفاده نماید.آیا شما این امکان را برای موتور خود فراهم آورده اید؟
مشکلات موجود برای جرقه زنی مناسب
در پیشرانه بنزینی ولتاژ بالای تولید شده در کوئل یک جرقه در دهانه شمع با استفاده از تخلیه الکتریکی بوجود می آورد که باعث اشتعال سوخت موجود در این ناحیه می گردد. حرارت این شعله کوچک (Flame Kernel Core) باعث گرم شدن مولکول های سوخت اطراف آن شده ودر صورت کافی بودن حرارت ،آنها را مشتعل می سازد و در نتیجه شعله بزرگتر شده و نهایتا جبهه آن به لایه های اطراف گسترش یافته و در سر تا سر محیط داخل اتاق انفجار منتشر می گردد و انرژی شیمیایی سوخت آزاد و انبساط هوای فشرده ناشی از گرمای انفجار پیستون را به پایین رانده و موتور به حرکت در می آید.

در طراحی موتور های جدید سعی بر آن است که موتور با سوخت رقیق (Lean Mixture ) کار کند، گرانی بنزین و همچنین قوانین سخت محیط زیست از عوامل اصلی این روند می باشند، لذا طراحان نیروی موتور خود را با افزایش ضریب تراکم واستفاده از تکنولوژی های جدید مانند VVTI ,Vtech و از این قبیل بدست می آورند. مشکلی که اینگونه موتور ها برای کارکرد شمع های عادی بوجود می آورند این است که مقدار سوخت برای شعله ابتدایی و بعد لایه های اطراف کم است و لذا احتمال خاموشی شعله و احتراق ناقص پدید می آید.

البته لازم به ذکر است درخودرو های قدیمی کاربراتوری نیز بعضی از دوستان برای کاهش مصرف اقدام به تنگ کردن ژیگلور های سوخت می کنند که آنها هم با اینکار با همین مشکل روبرو خواهند شد و بوی بنزین خام ساطع از این خودرو ها به همین دلیل می باشد.
خاموشی شعله ( Quenching)
در ساختار خود شمع نقاطی مانند الکترود ها بخصوص الکترود منفی مانند چاه حرارتی عمل می کنند،بدین شکل که این نقاط خود گرمای شعله اولیه را جذب و از حرارت آن می کاهند و در بعضی از موارد باعث خاموشی شعله اولیه می گردند.

ضریب تراکم و شرایط کارکرد سخت :
در اتاق انفجار بدلیل بالا بودن ضریب فشردگی حجم سیال موجود و نیز بالا بودن حرارت، مقاومت الکتریکی بالا رفته وهمواره شمع برای جرقه زنی با مشکل روبرو می باشد. به خصوص اینکه دهانه شمع های عادی پس از مدت کوتاهی به دلیل مصرف شدن الکترود ها باز و بازتر می شوند و با بالا رفتن ولتاژ مورد نیاز برای جرقه زنی کار سخت تر می شود چرا که ولتاژ ثابت است.
پس می بینیم که با توجه به شرایط موجود در داخل شمع و اتاق انفجاربدون در نظر گرفتن ضعف های احتمالی موجود در کل سیستم جرقه مثل وایر نامناسب و غیره احتمال از دست دادن جرقه و افت توان موتور و پایین آمدن راندمان آن در ازای مصرف سوخت بسیار بالاست.
فلزات گرانبها :
تنها راه مواجه با این شرایط سخت بدون دست بردن در کل سیستم احتراق که معمولا گرانقیمت و پیچیده هستند به کار بردن شمع هایی است که بتوانند با ولتاژ ثابت جرقه قوی تر و با دقت بالا تردر زمان مناسب فراهم آورند، لذا مهندسین به سراغ فلزات گرانبهایی چون ایریدیم ، پلاتینیوم ،اوسمیم بنا به خواص خارق العاده آنها رفتند و در ساخت شمع های جدید به جای استفاده صرف از نیکل و ایتریم و آلیاژ های آنها از فلزات جدید با خواص جدید و با کمک تکنولوژی های جدید استفاده کردند.

شمع های سوزنی:
بکار گیری نصل جدید شمع با ساختار سوزنی به دلیل نیاز به ولتاژ پایین تر برای جرقه زنی و نیز کاهش امکان خاموشی شعله و همچنین بوجود آوردن شعله گرمتر اولیه و احتراق مطمئن تر از دستاورد های جدید این صنعت است .

بنا به خاصیت تمرکز الکترون ها در سر سوزنی شکل الکترود مثبت امکان تخلیه الکتریکی در دهانه باز تر شمع با همان ولتاژ قبلی فراهم است. بازتر بودن دهانه شمع و جرقه بلند تر شعله گرمتر و در نتیجه احتراق مطمئن تر را حاصل می کند .
البته برای امکان جرقه زنی بهتر بر روی سر الکترود منفی برای ایجاد رسانایی بهتر و تخلیه الکتریکی قوی تر بعضی از کارخانجات از فلزات گرانبها استفاده می کنند.
همچنین به دلیل کوچکتر شدن سطح تماس شعله با الکترود میانی و نیز با کونیک شدن سر الکترود منفی (Taper cut) احتمال وقوع خاموشی شعله یا کوئنچینگ بسیار پایین می آید.
تا به حال برای تولید شمع های سوزنی که عمدتا دارای الکترود مثبتی به قطر4/0 تا 7/0 میلیمتر هستند می بایست از ابزار بسیار دقیق برای تولید آنها استفاده کرد. این عمل با لیزر یاگ تحقق می یابد.

همچنین امکان تولید چنین قطعات ریزی با استفاده از خواص این فلزات مثل نقطه ذوب آنها میسر شده است.
با این حال بعضی از کارخانجات برای بالا بردن خواص فلزی مثل ایریدیم با استفاده از عنصر رادیم و گاهی اوسمیم اقدام به ساخت آلیاژ های جدید می نمایند. این آلیاژ ها با استفاده از تکنولوژی نانو کریستال در محیط گاز هیدروژن و در دمای 2400 درجه سانتیگراد تولید می شوند و نه تنها امکان تولید شمع های جدید را به وجود می آورند بلکه با بالا رفتن نقطه ذوب و سختی الکترود میانی کارکرد غیر باور نکردنی 160000 کیلومتری را برای شمع فراهم می کنند.
همانطور که ذکر شد در اثر جرقه زنی الکترود ها ذوب و بخار می شوند و در نتیجه دهانه شمع از حالت استاندارد خارج می شود حال اگر این دهانه ثابت باشد شمع می تواند به کارکرد خود ادامه دهد.این مزیت در موتور های جدید که بعضا دسترسی به شمع آنها بدلیل محدودیت فضای زیردرب موتور سخت است و تعویض شمع اجرت بالایی را در بر دارد مطلوب تر است.
همچنین به دلیل ثابت ماندن دهانه شمع تنظیم موتور مدت بیشتری دوام داشته و ثابت می ماند و همچنین به دلیل یکنواخت تر بودن جرقه زنی دور آرام بهتری فراهم خواهد آمد.
نکته حائز اهمیت با استفاده از شمع های سوزنی این است نیاز به ولتاژ پایین تر برای کارکرد آنها از فشار جریان الکتریکی در کل سیستم جرقه را نیز کمتر کرده و بر طول عمر آنها می افزاید.
همچنین با کمک جرقه گرمتر و بهسوزی سوخت وارده و نیز از دست نرفتن فرصت های جرقه زنی و داشتن سیکل های قدرت بیشتر با یک استدلال ساده افزایش قدرت موتور و کاهش مصرف سوخت نسبت به شمع های عادی قابل پیش بینی است. همچنین کارخانجات معتبر با تست خودرو بر روی داینامومتر این استدلالات را در واقعیت تست و نتایج را منتشر کرده اند.
با افزایش بهسوزی و احتراق کاملتر از آلایندگی های اگزوز کاسته و نتیجه آن کاهش آلودگی هوا و نیز افزایش عمر سیستم کاتالیزور اگزوزمی شود.
عمدتا کاتالیزور ها با رسوب ذرات نسوخته ، گرفته و موجب خروج با مشکل گاز های خروجی موتور ، کم شدن کارآیی موتور و فشار آوردن به اجزای موتور می گردد.

بازه حرارتی شمع (HEAT RANGE) :
یکی از مهمترین وظایف شمع خودرو به غیر از جرقه زنی انتقال حرارت مناسب گرما از درون اتاق انفجار به بیرون است .

این حرارت بیشتراز طریق رزوه ها که با ناحیه سر سیلندر در تماس است به بیرون هدایت می گردد،مقدار باقیمانده از طریق هسته مرکزی به بیرون اتاقک انفجار انتقال می یابد.
به شمعی که حرارت را سریعا انتقال می دهد شمع سرد و به شمعی که کند تر حرارت را انتقال داده و مقداری از حرارت را در خود نگه می دارد شمع گرم اطلاق می گردد.معمولا کارخانجات یک بازه عددی برای نمایش این خاصیت تعریف می کنند.
شمع های سرد اصولا در موتور های با ضریب تراکم بالا مثل موتور های توربو و موتور های به شدت تقویت شده کاربرد دارند چراکه همواره در دور های بالا کار کرده و احتمال دوده گرفتن شمع در آنها پایین است.
شمع های گرم معمولا برای خودرو های استاندارد که هم در دور های پایین مثل ترافیک های روزمره و هم در دور های بالا مثل جاده کار می کنند مورد استفاده قرار می گیرند.
یکی از مشخصات شمع خوب و مناسب برای یک موتور این است که سر شمع که در اتاق انفجار قرار می گیرد در دمای بهینه بماند.

دمای بهینه دمائیست که شمع موجب شعله ور شدن پیش از موقع ( PRE IGNITION)تعیین شده بنزین نگردد. همچنین با داشتن دمای کافی امکان سوزاندن کربنهای نسوخته و ناخالصی های موجود در سوخت که بر روی خود شمعمی نشیند را داشته و عمل خود تمیز کردن یا SELF CLEANING ر ا به خوبی انجام دهد.

این دما همانطور که در نمودار پیداست بین 450 تا 850 درج سانتیگراد برای خودرو های بنزینی قرار دارد. در صورت انجام نشدن این عمل به طور مناسب پس از مدتی شمع دوده زده و امکان جرقه زنی از آن صلب می شود.
یکی از مضر ترین اتفاقاتی که در موتور یک خودرو رخ می دهد پدیده خوداشتعالی است که در اثر استفاده از شمع نامناسب،بنزین با اکتان پایین و مناسب نبودن بنزین ،تنظیم غلط موتور ،ضریب تراکم بیش از حد بالا رخ می دهد.این پدیده خودرا به صورت ضربه های توام با صدای شدید (KNOCK) نشان داده و موجب صدمات بسیار شدیدی به موتور می گردد. این اتفاق بدلیل فشار آمدن بر روی پیستون قبل از شروع سیکل قدرت سیلندر است که گاها باعث شکستن اجزای متحرک موتور می گردد.

دو تصور اشتباه:
بعضی ها شمع با احتراق قوی تر را موجب ذوب شدن پیستون ها و انفجار موتور خودرو می دانند!
بعضی ها بنزین سوپر را برای موتور مضر دانسته و معتقدند که باعث حرارت بیشتر موتور می گردد و جالب آنکه بعضی ها آن را کم برکت خوانده و مدعی زود تمام شدن آن هستند!
شمع قوی و احتراق کامل فقط می تواند بنزین وارد موتور شده را بسوزاند نه بیشتر، احتمالا تصور این دوستان از حوادثی است که دیده یا شنیده باشند که در اثر انتخاب شمع با بازه حرارتی نامناسب برای مصرف کننده بوجود آمده است . لازم به یادآوریست که سوخت ناقص و تجمع بنزین باقیمانده از سیکل های قبلی در موتور و شعله ور شدن ناگهانی مقدار نامتعارف آن خود نوعی اشتعال ناخواسته است که دراثراستفاده از شمع های ضعیف به بار می آید.
مطلب بعدی آنکه فرق اصلی بنزین سوپر با بنزین عادی در عدد اکتان آنهاست،بطور خلاصه عدد اکتان دقت سوخت بنزین در زمان شعله ور شدن است هر چه عدد اکتان پایین تر باشد احتمال پیش اشتعالی بالا تر رفته و کار آیی موتور پایین تر می آید و احتراق ناقص تر انجام می شود.
بنزین سوپر با محترق شدن در زمان مقتضی بازده موتور را افزایش و آلایندگی موتور را کمتر و مصرف سوخت را کاهش می دهد و همچنین از صدمه خوردن به موتور خودرو جلوگیری می کند.
چه شمعی برای خودرومان انتخاب کنیم؟
در هنگام خرید شمع دقت کنید که فروشنده از بابت شماره فنی دارای علم کافی راجع به بازه حرارتی و ابعاد مناسب خودروی شما اطلاع داشته باشد.
شمع را از فروشگاه های معتبر و از مارک های شناخته شده تهیه فرمایید، از تقلبی نبودن شمع تا حد امکان مطمئن شوید چون می تواند قاتل موتور خودروی شما گردد

. www.autolite.com
www.champion.com
www.splitefire.com
www.ngk.com
www.denso.com

تفاوت شمع های چند پلاتین با سوزنی؟
علت بکار بردن پلاتین های متعدد در ساخت شمع صرفا بالا بردن طول عمر آن است و امکان جرقه زنی همزمان همه الکترود ها با هم با سیستم ولتاژ خودرو های استاندارد تقریبا محال است. فقط در زمانهایی که حرارت یک الکترود طوری بالا برود که مقاومت الکتریکی آن مانع گذر الکترون های آماده تخلیه از الکترود مثبت شود،الکترون ها الکترود منفی خنک تر را انتخاب می کنند. شاید به همین دلیل است که بعضی ها با خطای دید تصور می کنند که همه الکترود ها با هم جرقه می زنند چون چشم انسان از دیدن و تشخیص حدود چند ده جرقه در ثانیه و تمیز دادن بین آنها نا توان است.

تفاوت دیگر این شمع ها نسبت به شمع های سوزنی داشتن احتمال خاموشی شعله به دلیل چا ه های حرارتی بیشتر(الکترود های منفی بیشتر) و نیز داشتن هندسه جرقه وشعله عمود بر راستای سیلندر که امکان انتشار شعله همگن را از بین می برد است . البته تولید شمع های چند پلاتین در زمان خود نسبت به شمع های عادی یک انقلاب بود و در زمان خود گام مثبتی در راستای احتراق بهتر به حساب می آمد.

شمع های سوزنی ایریدیم جدید با تکیه بر خواص مواد بکار رفته در آنها و تکنولوژی صرف شده درساختشان دارای جرقه قوی تر در راستای سیلندر که امکان انتشار همگن شعله را پدید می آورد و باعث بهسوزی میگردد، از عمر طولانی برخوردار بوده و اقدام موثری در راستای بالا بردن کارآیی موتور های درونسوز و حفظ محیط زیست به حساب می آیند، البته اغلب به دلیل بالا بودن هزینه ساخت از قیمت های بالایی برخوردارند که البته با کاهش مصرف سوخت و افزایش عمر قطعات موتور این هزینه اولیه را برای مصرف کننده جبران خواهند کرد.
امیدواریم که امکان تهیه و تولید این نوع شمع در میهن عزیزمان هرچه زودتر فراهم گردد تا با قیمت مناسبتر بتوان آن را در اختیار همه استفاده کنندگان اتومبیل قرارداد که با کاهش مصرف سوخت و آلایندگی موتور هم به حفظ سرمایه های ملی و هم سلامت جامعه کمک شایانی گردد.

نحوه عملکرد شمع های خودرو

مطالب مشابه :

علت بالا رفتن دور موتور پراید هنگام کلاچ گرفتن

سنسور دور موتور

هنگام بالا رفتن آمپر آب چکار کنیم؟

شمع هاي ليزري

نحوه عملکرد شمع های خودرو