شمع موتور چگونه کار می کند و از چه قسمت هایی تشکیل شده است؟

شمع موتور یا spark plug ، وسیله ای به ظاهر ساده است، اما وظیفه آن، انجام دو کار متفاوت و بسیار مهم در خودرو می باشد. اولین و مهمترین وظیفه این قطعه، ایجاد یک جرقه مصنوعی درون محفظه احتراق (سرسیلندر) موتور است. انرژی الکتریکی (ولتاژ) منتقل شده برای ایجاد جرقه و “روشن کردن آتش” در محفظه احتراق بسیار، بالا است. در اینجا ولتاژ در جرقه می تواند از 20000 تا بیش از 100000 ولت گزارش شده است. شمع خودرو، یکی از مهمترین لوازم خودرو می باشد.

عملکرد حرارتی شمع موتور

اگرچه جرقه تولید شده توسط شمع موتور، نیروی لازم را برای ایجاد احتراق فرآهم می کند، اما جرقه ایجاد شده، پایدار نخواهد بود. این امر به انتقال گرما از محفظه احتراق به داخل پوشش آب سرسیلندر کمک می کند.

توانایی شمع موتور برای دفع گرما از محفظه احتراق توسط معیاری با نام “دامنه گرما” در شمع خودرو تعریف شده است. دمای انتهای جرقه توسط شمع باید به اندازه کافی بالا باشد تا از افت و خاموش شدن، جلوگیری شود؛ اما به اندازه کافی کم است تا بتواند از پیش احتراق، جلوگیری کند.

تولید کنندگان انواع شمع خودرو این کار، را “عملکرد حرارتی” می نامند. عملکرد حرارتی یا دامنه حرارتی شمع خودروها هیچ ارتباطی با میزان انرژی منتقل شده از سیستم جرقه زنی از طریق این قطعه ندارد. دامنه حرارتی شمع خودرو، ناحیه ای است که در آن، شمع خودرو به صورت حرارتی عمل می کند.

مقایسه انواع شمع موتور سرد و گرم؛ این قطعات چه ویژگی هایی دارند؟

شمع موتور “سرد” معمولاً مسیر کوتاهی برای جریان گرما دارد. این امر باعث انتقال سریع حرارت می شود. علاوه بر این، دماغه کوتاه عایق که در این نوع شمع های خودرو یافت می شود، دارای سطح کوچکی است که از جذب مقادیر بیشتری گرما جلوگیری می کند.

از طرف دیگر، انواع شمع موتور “داغ” دارای دماغه عایق بلندتری هستند و همچنین یک مسیر انتقال حرارت بیشتر را ایجاد می کنند. این امر باعث می شود انتقال حرارت به سرسیلندر با سرعت بسیار کندتری انجام شود.

برای ایجاد کارایی حرارتی مطلوب در شمع خودرو، باید محدوده گرمای تولیدی در این قطعات را با دقت انتخاب کرد. اگر دامنه حرارتی صحیح نباشد، باید بروز مشکلات جدی را انتظار داشته باشید. به طور معمول، دمای مناسب در مرحله پایان شلیک (تقریباً) 900-1450 درجه است. در کمتر از 900 درجه، امکان رسوب کردن کربن وجود دارد. بالاتر از این محدوده دمایی، منجر به تولید گرمای بیش از حد خواهد شد که این خود، یک دردسر جدید برای خودرو است.

افزایش ولتاژ شمع موتور

از نظر کارکرد، شمع موتور به ولتاژ بالایی که توسط یک کویل احتراقی تولید شده است، متصل می شود (از طریق یک متصل کننده معمولی یا از طریق قطعه الکترونیکی). با عبور جریان برق از سیم پیچ، یک اختلاف ولتاژ بین الکترود مرکزی و الکترود زمینه، روی شمع خودرو ایجاد می شود.

بخاطر وجود گپ جرقه، جفت شده با مخلوط هوا / سوخت (که به عنوان عایق عمل می کند) که در این فاصله قرار دارد، شمع خودرو نمی تواند فوراً آتش بگیرد.

با افزایش ولتاژ به حدود 20000 ولت، گپ یا شکاف درون شمع می تواند “شکسته” شود و نهایتاً آتش می گیرد. اگر یک شمع را از سرسیلندر جدا کنید و در نزدیکی آتش قرار دهید، می توانید یک صدایی شبیه به “کلیک” را بشنوید. اگر شرایط به اندازه کافی تاریک باشد، حتی می توانید جرقه را ببینید. صدای کلیک که شما می شنوید در واقع یک نمونه کوچک جرقه در شمع موتور است.

در داخل محفظه احتراق، گرمای شدید ایجاد شده توسط شمع خودرو ، یک گلوله کوچک آتشین را در گپ ایجاد می کند. گلوله آتشین یا احتراق، گسترش می یابد و سیلندر، احتراق کامل را تجربه می کند.

ساخت شمع موتور

طراحی و ساخت شمع موتور، بسیار ساده نخواهد بود؛ چرا که این قطعات، بسیار دقیق و حساس هستند. در تصاویری که در ادامه این قسمت نشان می دهید می توانید مشاهده کنید که بسیاری از ویژگی های فوق، در مورد قطعات شمع خودرو، در واقع چگونه به نظر می رسند. به این ترتیب، بهتر می توانید آنها را بررسی کنید.

و اما اکنون بپردازیم به معرفی اجزای تشکیل دهنده شمع موتور در خوروها:

1-دنده ها (Ribs): دنده های عایق محافظت بیشتری را در برابر ولتاژ ثانویه یا جرقه فلش فرآهم می کنند و همچنین به اتصال بهتر بخش لاستیکی در قسمت پایین شمع خودرو، مقابل با بدنه شمع، کمک می کند.

2-عایق: بدنه عایق از سرامیک اکسید آلومینیوم ساخته شده است. به منظور ساخت این قسمت از شمع موتور، از سیستم قالب گیری خشک و تحت فشار قوی استفاده می شود. پس از قالب گیری عایق، آن را تحت درجه حرارت بالاتر از نقطه ذوب فولاد، در کوره قرار می دهند. این فرایند موجب می شود برخی از پارامترها در قطعه شمع خودرو، بهبود داده شود؛ فاکتورهایی نظیر مقاومت دی الکتریک فوق العاده بالا، هدایت حرارتی بالا و مقاومت عالی در برابر شوک، همگی پس از پایان این فرآیند ایجاد می شوند.

در شکل بالا، نشانگر، عایق شمع موتور را نشان می دهد. همانطور که در بالا ذکر شد، این ماده از سرامیک اکسید آلومینیوم تشکیل شده است. سطح بیرونی به صورت میله ای ساخته شده است تا بتواند از پایه لاستیکی شمع موتور استفاده کند و همزمان نیز در برابر جرقه (آتش سوزی) نیز محافظت کند.

3-هگز یا Hex: هگزاگون یا هگز، یک قطعه 6 وجهی است که شبیه به یک مهره اتصال دیده می شود. این مهره در حقیقت، استفاده از آچار را ساده تر می کند. اندازه های هگزاگون در شمع خودرو، یکنواخت است و عموماً با توجه به اندازه رشته شمع تعیین می گردد.

شش گوش نقطه تماس آچار سوکت را فراهم می کند. اندازه سحر و جادو در اصل یکنواخت است و عموماً مربوط به اندازه نخ جرقه است.

4-پوسته: پوسته فولادی با استفاده از یک فرایند ویژه با نام “اکستروژن سرد” با یک “آستانه تحمل دقیق” ساخته شده است. برای ساخت پوسته در انواع خاصی از شمع موتور، از پایه های فولادی استفاده می شود. این قسمت در شکل زیر با نشانگر، نشان داده شده است.

5-آبکاری: در ساخت شمع موتور، پوسته تقریباً همیشه باید آبکاری شود. این کار باعث دوام و مقاومت این قطعه در برابر زنگ زدگی و خوردگی می شود. پوسته فولادی با استفاده از یک فرآیند اکستروژن سرد، ساخته شده از روکش فلزی، ساخته می شود. قطعه شش ضلعی تعبیه شده بر روی پوسته به شما امکان می دهد از یک آچار مخصوص برای نصب یا حذف شمع موتور استفاده کنید.

6-واشر: برخی از انواع شمع موتور از واشر استفاده می کنند در حالی که نمونه های دیگر “بدون واشر” هستند. واشر مورد استفاده در انواع شمع خودرو، یک طراحی فلزی تاشو است که یک سطح صاف را برای آب بندی بیشتر، فراهم می کند. انواع شمع خودرو بدون واشر از یک پوسته کمربندی استفاده می کنند که آب بندی را از طریق حد تحمل نزدیک به آنچه در درون شمع موتور گنجانده شده، انجام می دهد.

7-رزوه ها یا Thteads: انواع شمع موتور به طور معمول، با فرآیند “رولینگ” یا پیچش، تولید می شوند، و قطع نمی شوند. این مشخصات مطابق با مشخصات ارائه شده در انجمن استاندارد بین المللی کنترل می گردد.

8-الکترود پایه: الکترود پایه که در شمع خودرو به کار می رود عموماً از نظر تعداد، شکل و پیکربندی، مختلف هستند، اما اکثر آنها از فولاد آلیاژ نیکل ساخته می شوند. الکترود پایه باید در برابر فرسایش ناشی از جرقه و فرسایش شیمیایی، هر دو تحت فشار شدید و درجه حرارت بالا، مقاوم باشد. این الکترود را در شکل زیر مشاهده می کنید.

9-الکترود مرکزی: الکترودهای مرکزی در شمع خودرو باید از یک آلیاژ ویژه ساخته شوند که در برابر فرسایش، جرقه و خوردگی شیمیایی نیز مقاوم باشند. به خاطر داشته باشید که دمای محفظه احتراق، متفاوت است. الکترود مرکزی باید تحت این پارامترها پایداری و ثبات خود را حفظ کند.

10-گپ الکترود و محل جرقه: به منطقه بین الکترود پایه و الکترود مرکزی، شکاف یا گپ گفته می شود. الكترودهای مركزی باید از آلیاژ ویژه ای ساخته شوند كه در برابر فرسایش، جرقه و خوردگی شیمیایی نیز مقاوم باشند.

11-دماغه عایق: تعداد زیادی شکل و اندازه دماغه عایق در در انواع شمع موتور وجود دارد. این قطعه باید در سرعت های پایین تر، قادر به جریان کربن، روغن و سوخت باشد. در سرعت های بالاتر موتور، عایق به طور کلی خنک می شود تا دما و خوردگی الکترود کاهش پیدا کند.