همه چیز در مورد شمع خودرو

وظيفه شمع موتور خودرو توليد جرقه در محفظه احتراق به جهت محترق نمودن مخلوط سوخت و هوا می‌باشد. شمع بايد ولتاژي در حدود 30000 ولت را از خود عبور داده و عايق شمع بايد تا دمای Cº 1200 خصوصيات عايق بودن را به خوبی داشته باشد و همچنين شمع بايد فشار محفظه احتراق را در حدود 50 بار تحمل نمايد. شكل (1) ساختمان شمع موتور را نشان می‌دهد.

ساختمان شمع جرقه

1- مهره ترمينال2- رزوه ترمينال3- مانع نشت جريان4- عايق آلومين 5- رسانای شيشهای مخصوص (مقاومت داخلی شمع) 6- ميله ترمينال 7- آچارخور و هادی جريان 8- واشر درزگير 9-عايق چينی 10- الكترود مركزی 11- الكترود بدنه

شكل 1- ساختمان شمع خودرو

قسمت‌های مختلف شمع خودرو در زير شرح داده می شوند:

ترمينال اصلی شمع خودرو

جنس اين ترمينال از فولاد بوده كه از بالا به واير شمع و از پائين توسط هادي شيشه های (مقاومت داخلی شمع) به الكترود مركزی شمع وصل می شود. اين ترمينال درون عايق سراميكی به طور كامل عايق بندی می شود و وظيفه آن انتقال جريان برق فشار قوی از واير شمع به الكترود مركزی است .

عايق سراميكی

جنس اين عايق از اكسيد آلومينيم (3O2AL) يا آلومين ميباشد كه دارای 28 درصد اكسيد آلومينيم،6/5 درصد اكسيد آهن و درصد زيادی اكسيد تيتان ميباشد و نقطه ذوب آن Cº 2050 می باشد. وظيفه عايق سراميكی، عايق بندی ترمينال اصلی و الكترود مركزی شمع از بدنه شمع می باشد.
برای اطمينان از عمل عايقبندی، عايق سراميكی را فشرده كرده، سپس سطح خارجی آن را به وسيله لعاب شيشه، می پوشانند. استفاده از لعاب شيشه باعث پوشانيده شدن منافذ و جلوگيری از چسبيدن رطوبت و كثافات و در نتيجه جلوگيری از افت ولت می شود. عايق سراميكی بايد تا دمای Cº1200 خصوصيات عايق بودن خود را حفظ كند.

بدنه شمع موتور خودرو

جنس آن از فولاد بوده و وظيفه آن محكم نگه داشتن شمع به بدنه سرسيلندر می‌باشد. قسمت بالايی بدنه شمع دارای آچارخور شش گوش ميی باشد و قسمت پائين آن دارای رزوه می باشد كه داخل سرسيلندر پيچيده می شود. بين بدنه شمع و سرسيلندر با استفاده از واشر درزبند، عمل آب بندی را انجام داده و از خروج مخلوط سوخت و هوا جلوگيری می شود. برای جلوگيری از پوسيدگی بدنه شمع قسمت خارجی آن را با نيكل می پوشانند.

الكترود بدنه

اين الكترود دارای مقطع مستطيل شكل بوده و به بدنه شمع متصل می باشد. به دليل آنكه به جهت تنظيم فاصله هوايی بين الكترود بدنه و الكترود مركزی شمع، الكترود بدنه بايد قابليت خم شدن را داشته باشد، جنس آن از آلياژ كرم، نيكل می باشد.

الكترود مركزی

دو نوع شمع با جنس الكترود مركزي متفاوت

a: الكترود مركزی مركب b: الكترود مركزی از جنس پلاتين يا طلای سفيد

1- رسانای شيشه های مخصوص (مقاومت داخلی شمع خودرو) 2- فاصله هوايی بين الكترود مركزی و عايق چينی به جهت انبساط الكترود مركزی 3- امتداد عايق چينی 4- الكترود مركزی مركب 5- كنتاكت فلزی 6- الكترود مركزی از جنس پلاتين يا طلای سفيد 7- الكترود بدنه

شكل 2- دو نوع شمع خودرو با جنس الكترود مركزی متفاوت

اين الكترود با توجه به كاربرد شمع دارای جنس های گوناگونی می‌باشد.
در بعضی از شمع‌ها جنس هسته الكترود مركزی را از مس در نظر گرفته، سپس آن را با آلياژ نيكل – كرم، نيكل – منگنز يا نيكل – سيليكون می پوشانند. منگنز و سيليكون باعث مقاومتر شدن الكترود در مقابل عوامل شيميايی مانند دياكسيد سولفور كه از احتراق سوخت بدست می آيد، می شود. اين نوع الكترودها را الكترود با جنس مركب گويند. فلز ديگری كه به عنوان الكترود مركزی در نظر گرفته می شود، پلاتين می باشد. اين فلز در مقابل پوسيدگی بسيار مقاوم است.
اين دو نوع الكترود در شكل (2) ملاحظه ميشود. در برخی موارد نيز جنس الكترود مركزی را از نقره سخت در نظر می گيرند. لازم به ذكر است كه در بين فلزات، نقره بيشترين قابليت هدايت گرمايی و الكتريكی را دارا می‌باشد. بنابراين استفاده از نقره در الكترود مركزی بهتر بوده ولی قيمت شمع خودرو را افزايش ميدهد. قطر الكترود مركزی اين نوع شمع ها، از شمعهای معمولی كمتر است ولی برخلاف قطر كمتر، انتقال حرارت آن نسبت به شمع‌های معمولی بهتر است.

شمعها با الكترودهاي مركزي متفاوت

شكل 3- شمعها با الكترودهای مركزی متفاوت

شكل (3) شمع ها، با الكترودهای مركزی متفاوت را نشان می دهد.

A : شمع با الكترود مركزی از جنس مواد مركب
B : شمع با الكترود مركزی از جنس پلاتين
C : شمع با الكترود مركزی از جنس نقره

نكته: مواد خالص دارای هدايت الكتريكی بهتری می باشند.

فاصله هوايي بين الكترود بدنه و الكترود مركزي شمع

شكل 4- فاصله هوايی بين الكترود بدنه و الكترود مركزی شمع

با توجه به فاصله هوايی بين الكترود مركزی و الكترود بدنه شمع خودرو وجود دارد. به طوری كه جريان برق با ولتاژ زياد از اين فاصله پرش نموده و جرقه را بوجود می آورد. اين فاصله هوايی با توجه به نوع موتور خودرو و نوع سيستم جرقه زنی بايد بين 5/0 تا 5/1 ميليمتر باشد كه مقدار دقيق آن در كاتالوگ خودرو مورد نظر آمده است.

انواع چيدمان الكترود بدنه و الكترود مركزي شمع

شكل 5- انواع چيدمان الكترود بدنه و الكترود مركزی شمع

شكل (5) انواع شمع را از لحاظ چيدمان الكترود بدنه و الكترود مركزی شمع موتور، را نشان می‌دهد.
لازم به ذكر است كه شمع هايی كه دارای دو يا چند الكترود بدنه هستند، معمولاً فاصله هوايی بين هر الكترود بدنه يا الكترود مركز با فاصله هوايی بين ديگر الكترودهای بدنه و الكترود مركزی متفاوت بوده و توسط شركت سازنده به طور كاملاً دقيق تنظيم می‌شود. از اينرو بايد از تنظيم دهانه شمع اين نوع شمع‌ها خودداری كرد.

دسته بندی شمع خودرو براساس نحوه انتقال حرارت

دسته بندي شمع ها

1- شمع گرم 2- شمع نيمگرم 3- شمع سرد

شكل 6- دسته بندی شمع ها

دمای قسمتی از شمع كه درون محفظه 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 خودسوزی در محفظة احتراق می شود.
از طرفی ديگر موتورهای خودرو دارای خصوصيات متفاوتی از قبيل : بار اعمال شده به خودرو، اصول كار (دو زمانه، چهار زمانه، وانكل و …) ، نسبت تراكم، دور موتور، نحوه خنك كاری، تنظيم سيستم سوخت‌رسانی و نوع سوخت می باشند و اين امر باعث می شود كه دمای احتراق موتورها متفاوت بوده و نتوان در همه آنها از يك نوع شمع موتور استفاده نمود.
با توجه به مطالب فوق شمع ها را به سه گروه گرم، نيمه گرم و سرد دسته بندی می‌كنند.

شمع سرد

شمعی است كه سطح عايق سراميكی درون محفظه احتراق كوچك بوده و در نتيجه حرارت كمتری از احتراق سوخت و هوا دريافت می‌كند و به آن شمع پايه كوتاه نيز گفته می شود.

شمع نيمه گرم

اين نوع شمع خودرو دارای سطح حرارت گيری بيشتری نسبت به شمع سرد ميباشد، يعنی سطح عايق سراميكی درون محفظه احتراق بزرگتر می باشد و در نتيجه حرارت بيشتری از احتراق مخلوط سوخت و هوا دريافت می كند.

شمع گرم

انتقال حرارت شمع

شكل 7- انتقال حرارت شمع خودرو

‌اين شمع دارای سطح حرارت‌گيری زيادی بوده و سطح عايق سراميكی درون محفظه احتراق حرارت زيادتری 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 می شوند.
نحوه انتقال حرارت شمع خودرو به بدنه سرسيلندر و هوای محيط در شكل (7) ملاحظه می شود.

جذب حرارت به عايق سراميكی موجود در محفظه احتراق بستگی دارد، در حاليكه انتقال حرارت به نوع و جنس الكترود مركزی نيز وابسته است.
با توجه به شكل (8) ديده ميشود كه اگر جنس الكترود مركزی از نقره باشد، حرارت جذب شده بوسيله عايق سراميكی دارای دمايی در حدود Cº 850 می باشد ولی به دليل آنكه نقره انتقال حرارت زيادتری دارد، دمای الكترود مركزی آن در حدود Cº 500 می باشد.
نحوه انتقال حرارت شمع با توجه به جنس الكترود مركزي

a : دمای عايق اطراف الكترود مركزی b: دمای الكترود مركزی

شكل 8- نحوه انتقال حرارت شمع با توجه به جنس الكترود مركزی

دسته بندی شمع سرد و گرم براساس استاندارد SAE و Bosch مطابق شكل (9) می باشد.
همان گونه كه از شكل پيداست اعداد كوچكتر، 2 تا 4 بيان كننده شمع سرد، اعداد 5 و 6 برای شمع نيمه گرم و اعداد 7 تا 11 شمع گرم را نشان می دهند.
در انتها بايد دقت كرد كه شمع سرد را برای موتورهای گرم (موتوری كه سيستم خنك كاری خوبی ندارد، دور موتور زيادی دارد، نسبت تراكم بالاست، ارزش حرارتی سوخت مصرفی زياد است و ….) و شمع گرم برای موتورهای سرد (دارای سيستم خنك كاری خوب، دور موتور پائين، نسبت تراكم پائين، سوخت نامرغوب و…) مورد استفاده قرار داد.
دسته بندی شمع بوسيله عدد براساس استاندارد SAE و Bosch