همه چیز در مورد شمع موتور خودرو

همه چیز در مورد شمع موتور خودرو

وظیفه شمع تولید جرقه در محفظه احتراق به جهت محترق نمودن مخلوط سوخت و هوا می­باشد. شمع باید ولتاژی در حدود 30000 ولت را از خود عبور داده و عایق شمع باید تا دمای Cº 1200 خصوصیات عایق بودن را به خوبی داشته باشد و همچنین شمع باید فشار محفظه ‌احتراق را  در حدود 50 بار تحمل نماید. شکل (1) ساختمان شمع را نشان می‌دهد.

1- مهره ترمینال2- رزوه ترمینال3- مانع نشت جریان4- عایق آلومین 5- رسانای شیشه­ای مخصوص (مقاومت داخلی شمع) 6- میله ترمینال 7- آچارخور و هادی جریان 8- واشر درزگیر 9-عایق چینی 10- الکترود مرکزی 11- الکترود بدنه

شکل 1- ساختمان شمع جرقه

 

قسمت­ های مختلف شمع در زیر شرح داده می­شوند:

1- ترمینال اصلی شمع[1]

جنس این ترمینال از فولاد بوده که از بالا به وایر شمع و از پائین توسط هادی شیشه ه­ای (مقاومت داخلی شمع) به الکترود مرکزی شمع وصل می­ شود. این ترمینال درون عایق سرامیکی به طور کامل عایق­ بندی می­ شود و وظیفه آن انتقال جریان برق فشار قوی از وایر شمع به الکترود مرکزی می­ باشد. [1] – Terminal stud

2- عایق سرامیکی

جنس این عایق از اکسید آلومینیم (3O2AL) یا آلومین می­باشد که دارای 28 درصد اکسید آلومینیم،6/5 درصد اکسید آهن و درصد زیادی اکسید تیتان می­باشد و نقطه ذوب آن Cº 2050 می‌باشد. وظیفه عایق سرامیکی، عایق­بندی ترمینال اصلی و الکترود مرکزی شمع از بدنه شمع می­ باشد.

برای اطمینان از عمل عایق­بندی، عایق سرامیکی را فشرده کرده، سپس سطح خارجی آن را به وسیله لعاب شیشه، می­ پوشانند. استفاده از لعاب شیشه باعث پوشانیده شدن منافذ و جلوگیری از چسبیدن رطوبت و کثافات و در نتیجه جلوگیری از افت ولت می ­شود. عایق سرامیکی باید تا دمای Cº1200 خصوصیات عایق بودن خود را حفظ کند.

3- بدنه شمع

جنس آن از فولاد بوده و وظیفه آن محکم نگه داشتن شمع به بدنه سرسیلندر می­ باشد. قسمت بالایی بدنه شمع دارای آچارخور شش گوش می­ باشد و قسمت پائین آن دارای رزوه می­ باشد که داخل سرسیلندر پیچیده می­ شود. بین بدنه شمع و سرسیلندر با استفاده از واشر درزبند، عمل آب­بندی را انجام داده و از خروج مخلوط سوخت و هوا جلوگیری می­ شود. برای جلوگیری از پوسیدگی بدنه شمع قسمت خارجی آن را با نیکل می­ پوشانند.

4- الکترود بدنه[1]

این الکترود دارای مقطع مستطیل شکل بوده و به بدنه شمع متصل می­ باشد. به دلیل آنکه به جهت تنظیم فاصله هوایی بین الکترود بدنه و الکترود مرکزی شمع، الکترود بدنه باید قابلیت خم شدن را داشته باشد، جنس آن از آلیاژ کرم، نیکل می­ باشد. [1] – Ground electrode

5- الکترود مرکزی[1]

این الکترود با توجه به کاربرد شمع دارای جنس­ های گوناگونی می باشد.

در بعضی از شمع­ ها جنس هسته الکترود مرکزی را از مس در نظر گرفته، سپس آن را با آلیاژ نیکل – کرم، نیکل – منگنز یا نیکل – سیلیکون می ­پوشانند. منگنز و سیلیکون باعث مقاومتر شدن الکترود در مقابل عوامل شیمیایی مانند دی­اکسید سولفور که از احتراق سوخت بدست می­ آید، می­ شود. این نوع الکترود­ها را الکترود با جنس مرکب گویند. فلز دیگری که به عنوان الکترود مرکزی در نظر گرفته می‌شود، پلاتین می­ باشد. این فلز در مقابل پوسیدگی بسیار مقاوم است.

این دو نوع الکترود در شکل (2) ملاحظه می­شود. در برخی موارد نیز جنس الکترود مرکزی را از نقره سخت در نظر می ­گیرند. لازم به ذکر است که در بین فلزات، نقره بیشترین قابلیت هدایت گرمایی و الکتریکی را دارا می ­باشد. بنابراین استفاده از نقره در الکترود مرکزی بهتر بوده ولی قیمت شمع را افزایش می­دهد. قطر الکترود مرکزی این نوع شمع­ ها، از شمع­های معمولی کمتر است ولی برخلاف قطر کمتر، انتقال حرارت آن نسبت به شمع­ های معمولی بهتر است. [1] – Center electrode

a : الکترود مرکزی مرکب                                         b: الکترود مرکزی از جنس پلاتین یا طلای سفید

1- رسانای شیشه ه­ای مخصوص (مقاومت داخلی شمع)      2- فاصله هوایی بین الکترود مرکزی و عایق چینی به جهت انبساط الکترود مرکزی 3- امتداد عایق چینی 4- الکترود مرکزی مرکب 5- کنتاکت فلزی 6- الکترود مرکزی از جنس پلاتین یا طلای سفید        7- الکترود بدنه

شکل 2- دو نوع شمع با جنس الکترود مرکزی متفاوت

 

شکل (3) شمع­ ها، با الکترودهای مرکزی متفاوت را نشان می­ دهد.

A : شمع با الکترود مرکزی از جنس مواد مرکب

B : شمع با الکترود مرکزی از جنس پلاتین

C : شمع با الکترود مرکزی از جنس نقره

شکل 3- شمع­ها با الکترودهای مرکزی متفاوت

 

نکته: مواد خالص دارای هدایت الکتریکی بهتری می­ باشند.

 

با توجه به فاصله هوایی بین الکترود مرکزی و الکترود بدنه شمع وجود دارد. به طوری که جریان برق با ولتاژ زیاد از این فاصله پرش نموده و جرقه را بوجود می ­آورد. این فاصله هوایی با توجه به نوع موتور خودرو و نوع سیستم جرقه ­زنی باید بین 5/0 تا 5/1 میلی­متر باشد که مقدار دقیق آن در کاتالوگ خودرو مورد نظر آمده است.

شکل 4- فاصله هوایی بین الکترود بدنه و الکترود مرکزی شمع

 

شکل (5) انواع شمع را از لحاظ چیدمان الکترود بدنه و الکترود مرکزی شمع، نشان می­دهد.

لازم به ذکر است که شمع­ هایی که دارای دو یا چند الکترود بدنه هستند، معمولاً فاصله هوایی بین هر الکترود بدنه یا الکترود مرکز با فاصله هوایی بین دیگر الکترودهای بدنه و الکترود مرکزی متفاوت بوده و توسط شرکت سازنده به طور کاملاً دقیق تنظیم می­ شود. از اینرو باید از تنظیم دهانه شمع این نوع شمع­ ها خودداری کرد.

شکل 5- انواع چیدمان الکترود بدنه و الکترود مرکزی شمع

 

6- دسته ­بندی شمع براساس نحوه انتقال حرارت

دمای قسمتی از شمع که درون محفظه احتراق قرار می­گیرد. باید بین Cº450 تا Cº850 باشد. اگر دما کمتر از Cº450 باشد، احتراق نامناسب ایجاد شده و شمع رسوب می­گیرد و اگر دما بیش از Cº850 باشد، شمع بیش از حد گرم شده و باعث ایجاد احتراق خود به خود یا خودسوزی در محفظه احتراق می ­شود.

از طرفی دیگر موتورهای خودرو دارای خصوصیات متفاوتی از قبیل : بار اعمال شده به خودرو، اصول کار (دو زمانه، چهار زمانه، وانکل و …) ، نسبت تراکم، دور موتور، نحوه خنک­کاری، تنظیم سیستم سوخت‌رسانی و نوع سوخت می­ باشند و این امر باعث می­ شود که دمای احتراق موتورها متفاوت بوده و نتوان در همه آنها از یک نوع شمع استفاده نمود.

با توجه به مطالب فوق شمع­ ها را به سه گروه گرم، نیمه­ گرم و سرد دسته­ بندی می­ کنند.

1- شمع ­گرم 2- شمع نیم­گرم 3- شمع سرد

شکل 6- دسته­ بندی شمع ­ها

 

1- شمع سرد

شمعی است که سطح عایق سرامیکی درون محفظه احتراق کوچک بوده و در نتیجه حرارت کمتری از احتراق سوخت و هوا دریافت می­ کند و به آن شمع پایه کوتاه نیز گفته می­شود.

2- شمع نیمه گرم

این نوع شمع دارای سطح حرارت­گیری بیشتری نسبت به شمع سرد می­باشد، یعنی سطح عایق سرامیکی درون محفظه احتراق بزرگتر می ­باشد و در نتیجه حرارت  بیشتری از احتراق مخلوط سوخت و هوا دریافت می­ کند.

3- شمع گرم

‌این شمع دارای سطح حرارت‌گیری زیادی بوده و سطح عایق سرامیکی درون محفظه احتراق حرارت زیادتری از احتراق سوخت و هوا دریافت می­کند. به این نوع شمع، شمع پایه بلند نیز گفته می‌شود. این سه نوع شمع در شکل (6) دیده می­ شوند.

نحوه انتقال حرارت شمع به بدنه سرسیلندر و هوای محیط در شکل (7) ملاحظه می­ شود.

شکل 7- انتقال حرارت شمع

 

جذب حرارت به عایق سرامیکی موجود در محفظه احتراق بستگی دارد، در حالیکه انتقال حرارت به نوع و جنس الکترود مرکزی نیز وابسته است.

با توجه به شکل (8) دیده می­شود که اگر جنس الکترود مرکزی از نقره باشد، حرارت جذب شده بوسیله عایق سرامیکی دارای دمایی در حدود Cº 850 می‌باشد ولی به دلیل آنکه نقره انتقال حرارت زیادتری دارد، دمای الکترود مرکزی آن در حدود Cº 500 می­ باشد.

a : دمای عایق اطراف الکترود مرکزی               b: دمای الکترود مرکزی

شکل 8- نحوه انتقال حرارت شمع با توجه به جنس الکترود مرکزی

 

دسته­بندی شمع سرد و گرم براساس استاندارد SAE و Bosch مطابق شکل (9) می­باشد.

همان گونه که از شکل پیداست اعداد کوچکتر، 2 تا 4 بیان­ کننده شمع سرد، اعداد 5 و 6 برای شمع نیمه­ گرم و اعداد 7 تا 11 شمع گرم را نشان می­ دهند.

در انتها باید دقت کرد که شمع سرد را برای موتورهای گرم (موتوری که سیستم خنک­ کاری خوبی ندارد، دور موتور زیادی دارد، نسبت تراکم بالاست، ارزش حرارتی سوخت مصرفی زیاد است و ….) و شمع گرم برای موتورهای سرد (دارای سیستم خنک­ کاری خوب، دور موتور پائین، نسبت تراکم پائین، سوخت نامرغوب و…) مورد استفاده قرار داد.

شکل 9- دسته­ بندی شمع بوسیله عدد براساس استاندارد SAE و Bosch

 

شکل (10)، مفهوم اعداد و عبارات درج شده بر‌روی شمع را براساس استاندارد Bosch نشان می‌دهد.

شکل 10- مشخصات شمع براساس استاندارد Bosch

 

نویسنده صیاد نصیری

گروه فنی مهندسی اِیمِگ