سیستم جرقه زنی اتومبیل چگونه کار می کند؟

موتورهای احتراق داخلی، ماشین های شگفت انگیزی هستند که در طی بیش از 100 سال تکامل یافته اند. این تکامل توسط سازندگان خودرو برای افزایش بازدهی و کاهش آلودگی با گذشت هر سال ادامه دارد. در انیمیشن زیر سیستم جرقه زنی را مشاهده می کنید.

در این مقاله شما می توانید با سیستم جرقه زنی و اینکه سیستم جرقه زنی کجا قرار گرفته و چگونه کار می کند، آشنا شوید.

بحث را با نحوه تنظیم زمانی (تایمینگ) جرقه شروع می کنیم. سپس تمام اجزایی که جرقه ایجاد می کنند از قبیل شمع ها، کوئل و دلکو را خواهیم شناخت و سرانجام درباره بعضی از سیستم های جدید که از حالت جامد اجزا به جای دلکو استفاده می کنند، صحبت خواهیم کرد.

تایمینگ (تنظیم زمانی جرقه زنی)

سیستم جرقه زنی که روی خودرو قرار دارد، باید با هماهنگی کامل با سایر اجزای موتور کار کند. هدف از مشتعل کردن سوخت در یک زمان معین این است که گازها به حداکثر انبساط برسند و به هنگام انفجار، بیشترین بازدهی را داشته باشند. اگر سیستم جرقه زنی در زمان نامناسب عمل کند، قدرت موتور پایین می آید و باعث اتلاف سوخت و آلایندگی بیشتر می شود.

شمع داخل موتور درست پیش از اینکه پیستون به نقطه مرگ بالا برسد، باید جرقه بزند. وقتی که مخلوط سوخت و هوا در داخل سیلندر مشتعل می شود، دما افزایش می یابد و سوخت تبدیل به گاز خروجی می شود. این تغییر شکل موجب می شود که فشار داخل سیلندر بطور شگفت انگیزی افزایش یابد و نیرویی رو به پایین به پیستون وارد کند. هدف از افزایش فشار داخل سیلندر طی مرحله تراکم و انفجار این است که بیشترین گشتاور و قدرت را از موتور بگیریم.

همانطور که در انیمیشن فوق دیده می شود، تنظیم زمانی سیستم جرقه زنی یک موفقیت بحرانی است. همانطور که می دانید بین زمان جرقه زدن شمع و مشتعل شدن سوخت و ایجاد فشار داخل سیلندر، تاخیرهای زمانی کوچکی وجود دارد. اگر جرقه زنی شمع ها درست زمانی اتفاق بیفتد که پیستون به نقطه مرگ بالا رسیده است، قبل از اینکه گازها در داخل سیلندر به حداکثر فشار برسند، پیستون شروع به پایین آمدن می کند، به همین دلیل به منظور استفاده بهتر از سوخت، جرقه باید قبل از اینکه پیستون به نقطه مرگ بالا برسد اتفاق بیفتد. در این حالت پیستون شروع به پایین آمدن می کند و فشار به اندازه کافی بالا است که بتواند میل لنگ را بچرخاند.

بعد از اینکه سوخت داخل سیلندرها متراکم شد، نوبت به کار شمع ها می رسد. شمع ها با ایجاد جرقه در سیلندر، باعث انفجار و احتراق سوخت می شوند. اگر موتور اتومبیل چهار سیلندره باشد، 4 شمع هم نیاز دارد که باید بطور متناوب برق به آنها برسد. برای اینکار ولتاژ 12 ولت باتری یا دینام در مبدل ولتاژ پایین به بالای سیم پیچ های کوئل تبدیل به ولتاژ بسیار زیاد می شوند. ولتاژ تقویت شده سپس از طریق وایر به دلکو و از آنجا با چرخش چکش برق، به نوبت به سر شمع ها منتقل می شود. لحظه جرقه زدن شمع ها باید دقیقاً در اواخر زمان تراکم سوخت داخل سیلندر صورت گیرد تا بیشترین بازدهی را داشته باشد.

درست کار نکردن موتور و مصرف سوخت بالای اتومبیل اغلب به خاطر اشکال در سیستم جرقه است. خراب شدن شمع ها و کثیف بودن پلاتین دلکو از عمده ترین دلایل خوب کار نکردن موتور است. شمع ها به مرور فرسوده می شوند و چند ماه یکبار باید تعویض شوند.

شمع

شمع در تئوری، وسیله کاملاً ساده ای است. این وسیله باید الکتریسیته را در دهانه خود تبدیل به جرقه کند. (تقریباً شبیه به یک آذرخش) به این منظور جریان الکتریسیته باید در یک ولتاژ بسیار بالایی به منظور عبور از میان فاصله دهانه شمع و تولید جرقه خوب وجود داشته باشد. ولتاژ در شمع می تواند بین 40 تا 100 هزار ولت برسد. در اغلب موتورهای سیلندری، شمع ها را بین سوپاپ های ورود سوخت و خروج دود قرار می دهند. شمع باید یک مسیر عایق برای عبور ولتاژ بالا به سمت پایین الکترود داشته باشد تا از یک فاصله (دهانه شمع) بتواند بجهد و به سمت بدنه موتور (الکترود اتصال به زمین) هدایت شود. همچنین شمع باید گرمای زیاد و فشار داخل سیلندر را تحمل کند و طوری طراحی شود که رسوبات حاصل از افزودنی های سوخت روی آن جمع نشود.

شمع ها از یک قطعه الحاقی سرامیکی برای عایق کردن ولتاژ بالای الکترود استفاده می کنند. این قطعه الحاقی باعث می شود که جرقه تنها در نوک شمع ایجاد شود. سرامیک ها، هادی گرمایی نسبتاً ضعیفی هستند، بنابراین گرمای نوک شمع ها را به خارج منتقل نمی کنند و همین موضوع باعث سوختن و از بین رفتن رسوبات روی الکترودها می شود.

سازندگان شمع های مخصوصی برای انواع خودرو انتخاب می کنند. بعضی خودروها با عملکرد بالای موتور بطور طبیعی گرمای زیادی تولید می کنند، بنابراین آنها به شمع سرد نیاز دارند. اگر شمع زیاد گرم شود می تواند سوخت را قبل از اینکه جرقه بزند، مشتعل کند. بنابراین مهم است که شمع مناسبی بر روی خودرو نصب شود.

در ادامه خواهیم آموخت که کوئل چگونه ولتاژ بالای مورد نیاز را برای ایجاد جرقه تولید می کند.

کوئل

کوئل وسیله ساده ای است و اساس کار آن تبدیل جریان ولتاژ ضعیف باتری به ولتاژ زیاد می باشد. ساختمان کوئل از دو سیم پیچ اولیه و ثانویه تشکیل شده است. سیم پیچ ثانویه بطور معمول صدها دور بیشتر از سیم پیچ اولیه است. وقتی جریان از باتری به سمت سیم پیچ اولیه کوئل جاری می شود، در یک لحظه معین، پلاتین دلکو یا سیستم کامپیوتری جریان آن را قطع می کنند. با قطع ناگهانی جریان، میدان مغناطیسی سیم پیچ اولیه به سرعت فرو می پاشد و به این ترتیب یک شار (میدان مغناطیسی متغیر) دور سیم پیچ ثانویه ایجاد می شود.

تغییر میدان مغناطیسی باعث ایجاد جریان در مدار نزدیک آن می شود. به این ترتیب، تغییر میدان شَدید کوئل، جریانی با ولتاژ بسیار بالا در سیم پیچ ثانویه ایجاد می کند. این ولتاژ بالا از طریق وایر (سیم)، به دلکو و از آنجا به شمع ها منتقل می شود.

دلکو

دلکو چند کار را مدیریت می کند. اولین کار دلکو، توزیع صحیح ولتاژ بالای کوئل به سیلندرها است. این کار را چکش برقی انجام می دهد. کوئل به چکش برقی متصل شده است که در داخل سرپوش می چرخد. چکش برقی روی کنتاکت ها می چرخد. هر سیلندر یک کنتاکت دارد. نوک چکش برقی با عبور از هر کنتاکت، یک پالس ولتاژ بالا را از کوئل به کنتاکت می دهد. پالس های جرقه سپس توسط وایر به شمع مخصوص هر سیلندر می رسند.

موقعی که شما اتومبیل خود را برای تنظیم موتور می برید، یکی از وسائلی که باید تعویض شود، چکش برقی و درپوش آن است. همچنین سیم ها (وایرها) نیز کهنه می شوند و عایق شان از بین می رود. این موضوع می تواند دلیل بعضی از مشکلات مبهم موتور باشد.

دلکوهای قدیمی، بخشی در نیمه پایینی دارند که وظیفه قطع کردن جریان کوئل را انجام می دهد. بادامکی که در مرکز دلکو قرار دارد، اهرم متصل به پلاتین را فشار می دهد و باعث می شود که مدار جریانی کوئل (اتصال به زمین) بطور ناگهانی قطع می شود و به این ترتیب یک پالس ولتاژ بالا تولید می شود. پلاتین دلکو همچنین تایمینگ جرقه زنی را متناسب با سرعت و بار موتور تنظیم می کند.

تنظیم زمانی جرقه زنی به قدری برای عملکرد موتور بحرانی است که بیشتر خودروها از پلاتین استفاده نمی کنند و به جای آن، از یک سنسور که موقعیت دقیق پیستون را به واحد کنترلی موتور (ECU) می فرستد، کمک می گیرند. در این موتورهای پیشرفته، کامپیوتر (کامپیوتر اتومبیل) واحد کنترلی قطع و وصل جریان کوئل را کنترل می کند.

سیستم های جرقه زنی بدون دلکو

سیستم های جرقه زنی بدون دلکو، یکی از تکنولوژی هایی است که زمان تنظیم موتور را به تعویق می اندازند. سیستم های بدون دلکو به جای یک کوئل اصلی، برای هر شمع یک کوئل دارند که مستقیماً روی شمع قرار دارد. کوئل این سیستم ها همانند سیستم های دارای کوئل مرکزی کار می کند، با این تفاوت که به جای استفاده از دلکو، واحد کنترلی موتور از یک ترانزیستور برای قطع و وصل کردن جریان آنها و تولید جرقه کمک می گیرد. سامانه واحد کنترل موتور ECU کنترل تمام زمان های جرقه زنی را بر عهده دارد.

این سیستم ها مزایای قابل توجهی دارند. اولاً دلکو ندارند و در نتیجه مشکل کهنه شدن آن وجود ندارد. همچنین وایرهای ولتاژ بالای شمع وجود ندارند که از بین بروند و سرانجام اینکه کنترل تایمینگ منظمی را فراهم می کنند که می توانند بازده و آلایندگی را بهبود بخشد و بطورکلی قدرت موتور را افزایش دهد.

منابع

مقاله علمی و آموزشی «سیستم جرقه زنی اتومبیل چگونه کار می کند؟»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری، ترجمه و نگارش هیئت تحریریه پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا مقاله وب سایت HowStuffWorks ترجمه شده توسط بهنام زاده به عنوان منبع اصلی مورد استفاده قرار گرفته است.