پایگاه اطلاع‌رسانی گروه صنعتی ایران خودرو

ایکوپرس

شناسه خبر: ۱۱۷۸۴ یکشنبه ۵ آبان ۱۳۹۲ - ۱۳:۵۰ تعداد بازدید: ۷۶۴۷ Print View

بررسی فنی طرز کار شمع در پیشرانه و انواع مختلف آن

ملاقات با آتش‌افروز

ملاقات با آتش‌افروز

محرم عبادی فر

 شمع چیست و چه کاری در پیشرانه انجام می دهد؟ این قطعه به‌ظاهر ساده و کوچک، کار مهمی انجام می‌دهد؟ بسیاری از ما یاد گرفته‌ایم که شمع را با آچار باز کرده و خارج کنیم و پس از این که سرمان را به خاطر کثیفی الکترودهای آن تکان دادیم، دست‌به‌کار شویم و با یک سنباده و وسایلی نظیر آن، به زدودن آلودگی‌های سیاه‌رنگ از آن اقدام کنیم. اما در دنیای امروزی و با ظهور پیشرانه‌های جدید در خودروهای مدرن، شمع نیز دچار پیشرفت شده و از حالت قدیمی خود خارج شده است، به گونه‌ای که در حال حاضر این قطعه کوچک به عنصری مهم در هرچه بهینه‌تر کردن فرایند احتراق در موتور تبدیل شده است.

اولین عمل موثر شمع (spark plug) در انواع پیشرانه‌های درون‌سوز، آتش زدن مخلوط هوا و سوخت در فرایند احتراق داخلی موتور است. شمع باید پالس الکتریکی با ولتاژ بالا را همراه با ٢٥هزار ولت به صورت مکرر به داخل محفظه احتراق موتور انتقال دهد. الکترودهای بادوام را از بین آن‌هایی که جریان برق را می توانند قوس داده یا جرقه بزنند تا مخلوط هوا و سوخت در سیلندر را محترق سازد، پیش‌بینی و تهیه می‌کنند. تحت شرایط فشار و حرارت شدید آماده اند تا میلیون‌ها بار جرقه بزنند. میزان عملکرد شمع در موتور خودرو هم‌زمان با افزایش توان خروجی خودرو، سخت تر و شدیدتر می شود.

اجزای شمع

شمع‌ها به‌طور کلی از چندین بخش تشکیل شده‌اند:

1) بخش فلزی

2) عایق چینی

3) الکترودها

4) واشرها

5) مهره سر شمع

6) پودر هوابند

بخش فلزی یا بدنه: هر شمع دارای یک بخش فلزی است. بالای این قسمت فلزی به شکل شش گوش است تا شمع به طور محکم درجای خود نصب شود.

قسمت پایین این بخش، رزوه شده و به روی سرسیلندر پیچیده می‌شود و یک الکترود منفی نیز از قسمت پایینی این بخش بیرون آمده است. یک واشر نسوز در زیر رزوه‌ها قرار دارد که در مقابل لبه بیرون‌آمده جای گرفته است. در محل قرار گرفتن شمع در سرسیلندر موتور، واشر مسی با ترکیبی از مس و آزبست با مقطع نعلی‌شکل (U) قرار گرفته تا از نشت گاز در اتاقک احتراق به خارج جلوگیری شود، در ضمن محل نصب بعضی از شمع‌ها به شکل اُریب بوده و به خوبی آب‌بندی می‌شود.

بیش‌تر شمع‌های امروزی دارای پیچی به قطر ١٤ میلی‌متر است، هر چند بعضی از شمع ها دارای ١٨ میلی‌متر قطر بوده و بعضی دیگر نیز قطرشان١٠ میلی‌متر است. معمولا رزوه ها با گام ٢/١ یا ٥/١ میلی‌متری هستند که طبق مشخصات پیچ پایه شمع ها عبارت است از ٢٥/١. گاهی هم پیچ های قطورتر از ١٤ برای موتورهای دوزمانه و قطر کمتر برای موتوسیکلت‌ها ساخته می شود. پایه شمع وقتی در سرسیلندر قرار گرفت باید با اتاق احتراق تراز باشد. چنان‌چه کوتاه تر انتخاب شود موجب تجمع جرم شده و اگر بلندتر باشد قسمت بیرون‌زده، داغ می ماند و در هر دو صورت ایجاد خودسوزی می کند.

 

عایق شمع: عایق شمع از جنس نوعی سرامیک است که در برابر حرارت، فشار و ولتاژ بالا بسیار مقاوم است. این عایق طوری قرار داده شده که از پوسته صدفی بیرونی، به وسیله یک واشر نسوز داخلی و ترکیبات آب‌بندی‌کننده کاملا جدا است.

این عایق علاوه بر این که الکترود مرکزی را نگه می‌دارد به منزله یک محافظ برای الکترود نیز هست و جریان الکتریسیته مجبور است فقط از داخل الکترود بگذرد. عایق باید در مقابل حرارت زیاد، خنک شدن و لرزش، مقاومت داشته باشد. قسمت بالایی عایق که در معرض گرد و خاک است باید همیشه تمیز نگه داشته شود تا از هدر رفتن الکتریسته جلوگیری شود. در بعضی از انواع شمع، عایق‌های پشته‌ای وجود دارند که گاه‌گاه می‌توان از طریق این پشته، آلودگی‌های جمع‌شده را دور انداخت.

 الکترودها: شمع دارای دو الکترود میانی (مثبت) و کناری (منفی) است که به بدنه آن متصل هستند. الکترود میانی در وسط عایق سرامیکی قرار گرفته و در مقابل فشار زیاد تا ٤٠ اتمسفر و حرارت بالا تا دو هزار درجه سانتی‌گراد مقاوم است. الکترود کناری به پوسته فلزی چسبیده و با الکترود میانی فاصله هوایی دارد که فاصله دهانه شمع نامیده می‌شود. فاصله بین دهانه دو الکترود شمع، نخستین عامل جرقه‌زنی است. این فاصله باید مطابق خصوصیات موتور باشد. اگر فاصله دو الکترود خیلی کم باشد، جرقه ضعیف شده و موجب بد کار کردن و روشن‌نشدن موتور می‌شود.

 اگر فاصله دو الکترود خیلی زیاد باشد، موتور در دورهای کم خوب کار خواهد کرد، اما در دورهای زیاد یا داشتن بار، به کوئل فشار زیادی می‌آید و موجب روشن نشدن و یا بد کارکردن موتور می‌شود. سطح الکترودها در قسمتی که روبه روی هم قرار می‌گیرند باید کاملا موازی و به شکل چهارگوش باشند، به این طریق جهش جرقه از دهانه شمع راحت تر صورت می‌گیرد.

الکترود میانی شمع‌های جدید، دوتکه بوده و وایر شمع به قسمت بالای آن وصل شده و قسمت پایینی تا داخل اتاقک احتراق ادامه پیدا می‌کند. در بعضی از شمع‌ها مقاومت هزار اهم قرار داده شده است. این مقاومت، پارازیت‌های رادیو و تلویزیون را گرفته و عمر شمع را نیز افزایش می‌دهد. جنس الکترودها از فلز دیرگدازی مانند آلیاژ نیکل و یا آلیاژ آهن و کروم است که هم هادی خوبی برای جریان بوده و نیز در مقابل حرارت زیاد مقاومت می‌کند.

 عملکرد شمع: شمع‌ها دارای دو قسمت هادی یا الکترود هستند. یک الکترود به سیم درِ دلکو و دیگری به بدنه، سر دیگر هریک از الکترودها در شمع و به فاصله کمی از یکدیگر قرار دارند، موجی از ولتاژ قوی سبب القای اتصال می شود. جریان الکتریکی از کوئل به داخل در دلکو وارد  شده و از آن‌جا از طریق وایرها به یکی از الکترودهای شمع می‌رسد.

سپس این جریان از شکاف و فاصله بین دو الکترود انتهای شمع جهش کرده و به طرف الکترود دیگر و بدنه می‌رود و به این ترتیب ضمن جهش جریان برق از شکاف و فاصلة بین الکترودهای شمع، مدار کامل شده و عبور جریان برق همچنان ادامه می‌یابد.

کامل کردن مدار برق یکی از کارهای مهم سیم‌پیچ ثانویه است. حقیقت مهم دیگر آن است که وقتی که جریان برق از شکاف و فاصله بین دو الکترود انتهای شمع ‌می گذرد، یک جرقه ایجاد می‌شود و این آخرین کاری است که مدار جرقه‌زنی انجام می‌دهد.

شمع سرد و شمع گرم و محدوده حرارتی

به طور کلی شمع‌ها به دو نوع گرم و سرد تقسیم می‌شوند. شمع گرم به گونه‌ای طراحی شده است که دما به اندازه کافی در دماغه سرامیک نگه‌داری شود تا رسوبات روغن و کربن بسوزند. در این حالت، حرارت روی دماغه عایق پخش می‌شود.

 نوع سرد به منظور جلوگیری از احتراق زودرس طراحی شده است. در این حالت حرارت، سریع‌تر انتقال می‌یابد و به همین دلیل است که این نوع شمع‌ها در زمانی که موتورها باید بار زیادی تحمل کنند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. در نوع گرم، به دلیل جریان بیش‌تر، سطح دماغه بیش از نوع سرد در معرض گازهای احتراقی قرار دارد و در مقایسه با شمع سرد، به درجه حرارت بیشتری می‌رسد، اما در محدوده حرارتی، مهم‌ترین شاخص عملیاتی شمع موتور خودرو به شمار می‌رود (توصیه می‌شود که شمع‌ها در محدودهای حرارتی گوناگون طراحی شوند.) دلیل در نظر گرفتن محدوده حرارتی آن است که سر شمع‌ها باید در دماهای بالا عمل کنند تا از جرم‌گیری یا کثیف شدن جلوگیری شده و به اندازه کافی خنک بمانند تا «پیش اشتغال» نیز پیش نیاید سرعت انتقال حرارت - چه سریع، چه آهسته - به طراحی شمع مربوط می‌شود و تفاوت بین شمع گرم و سرد را نشان می‌دهد.

انواع شمع از نظر ساختار جدید و کاربرد

شمع‌ها از نظر ساختار و کاربرد به چند دسته تقسیم می‌شوند: شمع سوپر (C)، شمع مقاومتی یا رزیستور (R)، شمع‌های (سه الکترود) مسابقه‌ای یا سه‌پلاتینه (D) و شمع با الکترود پلاتین (P).

ویژگی‌های فنی شمع سوپر (C): ١( کاهش مصرف، 2) جرقه دقیق و مطمئن به محض استارت زدن، به ویژه در هوای سرد، ٣) عملکرد مناسب موتور به دلیل داشتن الکترود میانی مسی بسیار رسانا در وضعیت‌های آب و هوایی بسیار متفاوت، 4) برخورداری از طراحی مخصوص برای سوزاندن ذرات پس‌مانده و جلوگیری از جرم گرفتن دهانه شمع، ٥) احتراق کامل سوخت، ٦) صرفه‌جویی ارزی، ٧) طول عمر بیش‌تر، ٨) حذف سیستم پارازیت گیری و 9) مهم‌تر از همه کاهش آلودگی هوا.

 شمع سوپر یا ترموالاستیک

شمع ترموالاستیک یا سوپر CU-Electrode، شمع‌هایی با تکنولوژی برتر با الکترودهای آلیاژی یا مغزی مسی هستند. این شمع‌ها رسانایی حرارتی بهتر، دسترسی سریع‌تر به دمای خود، پاک‌سازی (Self-Cleaning) و حذف لایه نرم ته‌نشین‌شده کربن را باعث می شوند که به نوبه خود احتراق مناسب‌تر، جرقه قوی‌تر و کارآیی بهتر موتور را تضمین می کند. شمع سوپر دارای نشانه C بعد از شماره مشخصه است.

 شمع‌هایی با الکترود مغز مسی برای بهبودبخشی به بخش حرارتی و مقاومت در برابر رسوب‌گیری طراحی شده است. این موضوع خصوصا در موتورهای کوچک تر و مدرن مهم است و اجازه می دهدکه در محدوده دمایی وسیع تری کارایی را داشته باشد. در بقیه خواص، شمع‌های سوپر مطابق با شمع‌های استاندارد (معمولی) هستند.

شمع رزیستور یا شمع ضد تداخل

با افزایش استفاده از باندهای VHF و UHF برای ارسال برنامه های رادیویی و تلویزیونی، بسیاری از کشورهای جهان قواعدی را برای کنترل تداخل امواج صادره از شمع خودرو در امواج مذکور وضع کرده اند، زیرا ممکن است از از باندهای فوق که رادیو و یا تلویزیون استفاده می کنند در خودرو استفاده شود.

روش‌هایی که سازندگان خودرو برای جلوگیری از این تداخل انجام می دهند متفاوت است، اما راه‌حل اساسی، استفاده از شمع‌های مقاومتی است. عمل جلوگیری از تداخل عبارت از کاهش سقف جریان در تولید جرقه و در نتیجه حذف تداخل صوتی و برفک‌های تلویزیونی ایجاد شده است. شمع های سوپر مقاومتی یا رزیستور، با یک نشانه R بعد از مشخصه، متمایز می شوند (FE65CPR).

شمع سه‌الکترود مسابقه‌ای یا سه‌پلاتینه

توسعه صنعت خودرو، اخیرا نیازهای سرویس کردن و مونتاژ قطعات را بهبود بخشیده و قسمت های مصرفی را کاهش داده اند و به این منظور عمر شمع‌ها را افزایش داده اند. سطوح جانبی الکترودها افزایش یافته که این امر به طور قابل توجهی مقدار سایش را کاهش می دهد و به همین خاطر فاصله بین الکترودها ثابت مانده و در نتیجه ولتاژ مورد نیاز برای احتراق مخلوط سوخت و هوا تقریبا ثابت می ماند.همچنین این موضوع باعث افزایش قابلیت روشن شدن خودرو خصوصا در هوای سرد می‌شود. شمع‌های ذکر شده، در کدگذاری با پسوند (D) مشخص می شوند.

شمع با الکترود پلاتین

الکترود مرکزی این گونه شمع‌ها از آلیاژهای پلاتینی مقاوم به سایش است که تحت عملیات خاصی تولید شده اند. آلیاژ پلاتین هادی حرارتی و برقی خوبی است. سرعت سایش الکترود مرکزی در اثر خوردگی، سایش و سوختن، در نتیجه جرقه‌زدن شدیدا کاهش یافته است، در این روش فاصله بین الکترودها و ولتاژ مورد نیاز برای احتراق تقریبا ثابت می ماند.

 مشخصات قدرتی و دور ثانویه موتورها بهبود یافته است. از آن‌جا که الکترودها می توانند نسبتا کوچک تر و نازک تر با شند، در نتیجه جرقه راحت تر می تواند از مخلوط سوخت و هوا عبور کند.  با توسعه دماغه عایق و جا زدن الکترودهای پلاتینی، دماغه عایق می تواند به آسانی گرم شود. در فشارهای بالای موتور، پراکندگی حرارت افزایش می یابد، شمع‌های فوق روشن شدن موتور را آسان تر می کنند و اغلب با قدرت انباشتگی پایین تر که عرضه می کند، دارای مصرف سوخت پایین تر و بهره‌وری بالاتر است. شمع‌های با الکترود پلاتینی، با پسوند P در کدگذاری مشخص می شوند.