همه چیز در مورد شمع موتور خودرو

وظيفة شمع توليد جرقه در محفظة احتراق به جهت محترق نمودن مخلوط سوخت و هوا مي­باشد. شمع بايد ولتاژي در حدود 30000 ولت را از خود عبور داده و عايق شمع بايد تا دماي Cº 1200 خصوصيات عايق بودن را به خوبي داشته باشد و همچنين شمع بايد فشار محفظة ‌احتراق را  در حدود 50 بار تحمل نمايد. شكل (1) ساختمان شمع را نشان مي‌دهد.

1- مهره ترمينال2- رزوة ترمينال3- مانع نشت جريان4- عايق آلومين 5- رساناي شيشه­اي مخصوص (مقاومت داخلي شمع) 6- ميلة ترمينال 7- آچارخور و هادي جريان 8- واشر درزگير 9-عايق چيني 10- الكترود مركزي 11- الكترود بدنه

شكل 1- ساختمان شمع جرقه

 

قسمت­ هاي مختلف شمع در زير شرح داده مي­شوند:

1- ترمينال اصلي شمع[1]

جنس اين ترمينال از فولاد بوده كه از بالا به واير شمع و از پائين توسط هادي شيشه ه­اي (مقاومت داخلي شمع) به الكترود مركزي شمع وصل مي­ شود. اين ترمينال درون عايق سراميكي به طور كامل عايق­ بندي مي­ شود و وظيفة آن انتقال جريان برق فشار قوي از واير شمع به الكترود مركزي مي­ باشد. [1] – Terminal stud

2- عايق سراميكي

جنس اين عايق از اكسيد آلومينيم (3O2AL) يا آلومين مي­باشد كه داراي 28 درصد اكسيد آلومينيم،6/5 درصد اكسيد آهن و درصد زيادي اكسيد تيتان مي­باشد و نقطة ذوب آن Cº 2050 مي‌باشد. وظيفة عايق سراميكي، عايق­بندي ترمينال اصلي و الكترود مركزي شمع از بدنة شمع مي­ باشد.

براي اطمينان از عمل عايق­بندي، عايق سراميكي را فشرده كرده، سپس سطح خارجي آن را به وسيلة لعاب شيشه، مي­ پوشانند. استفاده از لعاب شيشه باعث پوشانيده شدن منافذ و جلوگيري از چسبيدن رطوبت و كثافات و در نتيجه جلوگيري از افت ولت مي ­شود. عايق سراميكي بايد تا دماي Cº1200 خصوصيات عايق بودن خود را حفظ كند.

3- بدنة شمع

جنس آن از فولاد بوده و وظيفة آن محكم نگه داشتن شمع به بدنة سرسيلندر مي­ باشد. قسمت بالايي بدنة شمع داراي آچارخور شش گوش مي­ باشد و قسمت پائين آن داراي رزوه مي­ باشد كه داخل سرسيلندر پيچيده مي­ شود. بين بدنة شمع و سرسيلندر با استفاده از واشر درزبند، عمل آب­بندي را انجام داده و از خروج مخلوط سوخت و هوا جلوگيري مي­ شود. براي جلوگيري از پوسيدگي بدنة شمع قسمت خارجي آن را با نيكل مي­ پوشانند.

4- الكترود بدنه[1]

اين الكترود داراي مقطع مستطيل شكل بوده و به بدنة شمع متصل مي­ باشد. به دليل آنكه به جهت تنظيم فاصلة هوايي بين الكترود بدنه و الكترود مركزي شمع، الكترود بدنه بايد قابليت خم شدن را داشته باشد، جنس آن از آلياژ كرم، نيكل مي­ باشد. [1] – Ground electrode

5- الكترود مركزي[1]

اين الكترود با توجه به كاربرد شمع داراي جنس­ هاي گوناگوني مي باشد.

در بعضي از شمع­ ها جنس هستة الكترود مركزي را از مس در نظر گرفته، سپس آن را با آلياژ نيكل – كرم، نيكل – منگنز يا نيكل – سيليكون مي ­پوشانند. منگنز و سيليكون باعث مقاومتر شدن الكترود در مقابل عوامل شيميايي مانند دي­اكسيد سولفور كه از احتراق سوخت بدست مي­ آيد، مي­ شود. اين نوع الكترود­ها را الكترود با جنس مركب گويند. فلز ديگري كه به عنوان الكترود مركزي در نظر گرفته مي‌شود، پلاتين مي­ باشد. اين فلز در مقابل پوسيدگي بسيار مقاوم است.

اين دو نوع الكترود در شكل (2) ملاحظه مي­شود. در برخي موارد نيز جنس الكترود مركزي را از نقرة سخت در نظر مي ­گيرند. لازم به ذكر است كه در بين فلزات، نقره بيشترين قابليت هدايت گرمايي و الكتريكي را دارا مي ­باشد. بنابراين استفاده از نقره در الكترود مركزي بهتر بوده ولي قيمت شمع را افزايش مي­دهد. قطر الكترود مركزي اين نوع شمع­ ها، از شمع­هاي معمولي كمتر است ولي برخلاف قطر كمتر، انتقال حرارت آن نسبت به شمع­ هاي معمولي بهتر است. [1] – Center electrode

a : الكترود مركزي مركب                                         b: الكترود مركزي از جنس پلاتين يا طلاي سفيد

1- رساناي شيشه ه­اي مخصوص (مقاومت داخلي شمع)      2- فاصلة هوايي بين الكترود مركزي و عايق چيني به جهت انبساط الكترود مركزي 3- امتداد عايق چيني 4- الكترود مركزي مركب 5- كنتاكت فلزي 6- الكترود مركزي از جنس پلاتين يا طلاي سفيد        7- الكترود بدنه

شكل 2- دو نوع شمع با جنس الكترود مركزي متفاوت

 

شكل (3) شمع­ ها، با الكترودهاي مركزي متفاوت را نشان مي­ دهد.

A : شمع با الكترود مركزي از جنس مواد مركب

B : شمع با الكترود مركزي از جنس پلاتين

C : شمع با الكترود مركزي از جنس نقره

شكل 3- شمع­ها با الكترودهاي مركزي متفاوت

 

نكته: مواد خالص داراي هدايت الكتريكي بهتري مي­ باشند.

 

با توجه به فاصلة هوايي بين الكترود مركزي و الكترود بدنة شمع وجود دارد. به طوري كه جريان برق با ولتاژ زياد از اين فاصله پرش نموده و جرقه را بوجود مي ­آورد. اين فاصلة هوايي با توجه به نوع موتور خودرو و نوع سيستم جرقه ­زني بايد بين 5/0 تا 5/1 ميلي­متر باشد كه مقدار دقيق آن در كاتالوگ خودرو مورد نظر آمده است.

شكل 4- فاصلة هوايي بين الكترود بدنه و الكترود مركزي شمع

 

شكل (5) انواع شمع را از لحاظ چيدمان الكترود بدنه و الكترود مركزي شمع، نشان مي­دهد.

لازم به ذكر است كه شمع­ هايي كه داراي دو يا چند الكترود بدنه هستند، معمولاً فاصلة هوايي بين هر الكترود بدنه يا الكترود مركز با فاصلة هوايي بين ديگر الكترودهاي بدنة و الكترود مركزي متفاوت بوده و توسط شركت سازنده به طور كاملاً دقيق تنظيم مي­ شود. از اينرو بايد از تنظيم دهانة شمع اين نوع شمع­ ها خودداري كرد.

شكل 5- انواع چيدمان الكترود بدنه و الكترود مركزي شمع

 

6- دسته ­بندي شمع براساس نحوة انتقال حرارت

دماي قسمتي از شمع كه درون محفظة احتراق قرار مي­گيرد. بايد بين Cº450 تا Cº850 باشد. اگر دما كمتر از Cº450 باشد، احتراق نامناسب ايجاد شده و شمع رسوب مي­گيرد و اگر دما بيش از Cº850 باشد، شمع بيش از حد گرم شده و باعث ايجاد احتراق خود به خود يا خودسوزي در محفظة احتراق مي ­شود.

از طرفي ديگر موتورهاي خودرو داراي خصوصيات متفاوتي از قبيل : بار اعمال شده به خودرو، اصول كار (دو زمانه، چهار زمانه، وانكل و …) ، نسبت تراكم، دور موتور، نحوة خنك­كاري، تنظيم سيستم سوخت‌رساني و نوع سوخت مي­ باشند و اين امر باعث مي­ شود كه دماي احتراق موتورها متفاوت بوده و نتوان در همة آنها از يك نوع شمع استفاده نمود.

با توجه به مطالب فوق شمع­ ها را به سه گروه گرم، نيمه­ گرم و سرد دسته­ بندي مي­ كنند.

1- شمع ­گرم 2- شمع نيم­گرم 3- شمع سرد

شكل 6- دسته­ بندي شمع ­ها

 

1- شمع سرد

شمعي است كه سطح عايق سراميكي درون محفظة احتراق كوچك بوده و در نتيجه حرارت كمتري از احتراق سوخت و هوا دريافت مي­ كند و به آن شمع پايه كوتاه نيز گفته مي­شود.

2- شمع نيمه گرم

اين نوع شمع داراي سطح حرارت­گيري بيشتري نسبت به شمع سرد مي­باشد، يعني سطح عايق سراميكي درون محفظة احتراق بزرگتر مي ­باشد و در نتيجه حرارت  بيشتري از احتراق مخلوط سوخت و هوا دريافت مي­ كند.

3- شمع گرم

‌اين شمع داراي سطح حرارت‌گيري زيادي بوده و سطح عايق سراميكي درون محفظة احتراق حرارت زيادتري از احتراق سوخت و هوا دريافت مي­كند. به اين نوع شمع، شمع پايه بلند نيز گفته مي‌شود. اين سه نوع شمع در شكل (6) ديده مي­ شوند.

نحوة انتقال حرارت شمع به بدنة سرسيلندر و هواي محيط در شكل (7) ملاحظه مي­ شود.

شكل 7- انتقال حرارت شمع

 

جذب حرارت به عايق سراميكي موجود در محفظة احتراق بستگي دارد، در حاليكه انتقال حرارت به نوع و جنس الكترود مركزي نيز وابسته است.

با توجه به شكل (8) ديده مي­شود كه اگر جنس الكترود مركزي از نقره باشد، حرارت جذب شده بوسيلة عايق سراميكي داراي دمايي در حدود Cº 850 مي‌باشد ولي به دليل آنكه نقره انتقال حرارت زيادتري دارد، دماي الكترود مركزي آن در حدود Cº 500 مي­ باشد.

a : دماي عايق اطراف الكترود مركزي               b: دماي الكترود مركزي

شكل 8- نحوة انتقال حرارت شمع با توجه به جنس الكترود مركزي

 

دسته­بندي شمع سرد و گرم براساس استاندارد SAE و Bosch مطابق شكل (9) مي­باشد.

همان گونه كه از شكل پيداست اعداد كوچكتر، 2 تا 4 بيان­ كنندة شمع سرد، اعداد 5 و 6 براي شمع نيمه­ گرم و اعداد 7 تا 11 شمع گرم را نشان مي­ دهند.

در انتها بايد دقت كرد كه شمع سرد را براي موتورهاي گرم (موتوري كه سيستم خنك­ كاري خوبي ندارد، دور موتور زيادي دارد، نسبت تراكم بالاست، ارزش حرارتي سوخت مصرفي زياد است و ….) و شمع گرم براي موتورهاي سرد (داراي سيستم خنك­ كاري خوب، دور موتور پائين، نسبت تراكم پائين، سوخت نامرغوب و…) مورد استفاده قرار داد.

شكل 9- دسته­ بندي شمع بوسيلة عدد براساس استاندارد SAE و Bosch

 

شكل (10)، مفهوم اعداد و عبارات درج شده بر‌روي شمع را براساس استاندارد Bosch نشان مي‌دهد.

شكل 10- مشخصات شمع براساس استاندارد Bosch

 

نویسنده صیاد نصیری

گروه فنی مهندسی اِیمِگ