سیستم جرقه الکترونیکی مگنتی یا القایی

همانطور که در مقاله انواع سیستم جرقه اشاره شد، نسل اول سیستم‎‌های جرقه به سیستم‌های جرقه مکانیکی معروف بودند. باتوجه‌به مکانیکی بودن کنترلرها در این سیستم، عملکرد مطلوبی در مورد تغییرات دور موتور نداشتند، بعلاوه استهلاک قطعات مکانیکی زیاد بودند؛ بنابراین به‌مرور سیستم‌های کنترلر مکانیکی حذف شوند.
در این مقاله سیستم‌های الکترونیکی جرقه معرفی می‌شوند. سپس فقط از معروف‌ترین آنها یعنی سیستم جرقه از نوع القایی تشریح خواهد شد.

اجزا سیستم جرقه الکترونیکی

اجزا اصلی سیستم جرقه در مقاله قبلی اشاره شد. این اجزا عبارت بودند از:

• شمع
• افزاینده ولتاژ
• کنترلر مدار (کلید قطع و وصل)

نسل دوم سیستم جرقه در خودرو ها کنترلر مدار از حالت مکانیکی به حالت الکترونیکی تغییر پیدا کرد. شکل 1 تفاوت اجزا این دو سیستم را نشان می‌دهد.

شکل 1- تفاوت عمومی در اجزا سیستم جرقه مکانیکی و الکترونیکی

همانطور که در مقاله طرز کار دلکو بیان شده است. واحد بادامک و پلاتین و فنر به‌عنوان کنترلر مسئول تعیین زمان دقیق شروع جرقه هستند. در این سیستم‌ها زاویه داول بر اساس تغییرات در فاصله دهانه پلاتین تنظیم می‌شود که البته به‌مرورزمان در اثر ساییدگی این فاصله تغییر می‌کند. اما بهر حال در تمامی دورها این عدد ثابت است. شاید این اتفاق برای یک موتور با دور ثابت مشکلی ایجاد نکند، اما درصورتی‌که دور موتور متغیر باشد. ثابت‌بودن زاویه داول به معنی کاهش زمان شارژ کویل در دورهای بالاتر خواهد بود (هر چه دور بالاتر می‌رود سرعت دوران دلکو افزایش می‌یابد و در نتیجه بادامک زاویه موردنظر را در زمان کوتاه‌تری طی می‌کند) که اگر محدوده این اتفاق زیاد شود. زمانی فرا خواهد رسید کویل زمان کافی برای شارژ شدن نخواهد داشت و اگر کویل شارژ نشود ولتاژ به میزان کافی افزایش نیافته و جرقه ایجاد نمی‌شود. این حالت را Misfiring ( جرقه از دست رفته) می نامند. بر اساس مطالب ذکر شده مشخص است که هر چه دور موتور بالا تر رود تعداد جرقه‌های از دست رفته بیشتر خواهد شد. به‌صورت عملی به دلیل ایجاد نشدن حالت قدرت در یک سیلندر، در کل موتور نابالانسی دورانی اتفاق می‌افتد و در نتیجه موتور به لرزش خواهد افتاد. برای رفع این مشکل از کنترلرهای الکترونیکی استفاده کردند.

انواع سیستم‌های جرقه الکترونیکی

سیستم‌های جرقه الکترونیکی را می‌توان به روش‌های مختلف دسته‌بندی کرد که در شکل 2 نمونه‌ای از دسته‌بندی آنها وجود دارد.

شکل 2- انواع سیستم جرقه الکترونیکی مگنتی یا القایی

در این مقاله برای کاهش حجم مطالب، فقط نوع سیستم جرقه الکترونیکی از نوع دلکو‌دار تشریح خواهد شد. اگرچه در مقاله‌های بعدی خواهید دید که این مدل با مدل‌های امروزی تشابه‌های ساختاری دارد.

سیستم‌ جرقه‌ الکترونیکی دلکو‌دار

همانطور که اشاره شد در این سیستم از سه نوع تشکیل شده است. عموماً بخش عملگر که به واحد (Igniter یا Ignitor) شناخته می‌شود تفاوت خاصی وجود ندارد؛ اما در بخش سنسورها، از سه نوع سنسور مختلف استفاده شده است که در ادامه سیستم جرقه الکترونیکی مگنتی یا القایی به‌صورت کامل تشریح می‌شود.

سیستم جرقه دلکو دار از نوع القایی(مگنتی)

در این سیستم‌های جرقه که در بازار به سیستم جرقه الکترونیکی مگنتی نیز شناخته می‌شوند. شکل 3 نمونه‌ای از دلکو این سیستم را نشان می‌دهد.

1- سیم ورودی واحد سنسور 2- روتور آهنی 3- آهنربا 4- بوبین
شکل 3- دلکو الکترونیکی با سنسور القایی

همانطور که مشاهده می‌شود واحد پلاتین کاملاً حذف شده و به‌جای آن مجموعه سنسور القایی قرار گرفته است. اجزا سنسور القایی عبارت‌اند از:

• سیم‌پیچ (بوبین)
• هسته آهنی
• تولیدکننده میدان مغناطیسی (آهنربا دائم)

هسته آهنی به تعداد سیلندرها دارای زبانه یا برجستگی است، در این سنسور سیم‌پیچ طوری قرار گرفته است که با تغییر فاصله بین هر زبانه هسته آهنی و آهنربا میدان مغناطیسی روی سیم‌پیچ اثر گذاشته و در سیم‌پیچ جریان برق (هرچند در حد بسیار کم) تولید می‌شود. فیلم 1 به‌صورت بسیار ساده این وضعیت را نشان می‌دهد.

همانطور که در انیمیشن ملاحظه می‌شود با نزدیک‌شدن هر یک از زبانه‌ها به آهن‌ربا میدان مغناطیسی تأثیر بیشتری روی بوبین سنسور می‌گذارد و در نتیجه ولتاژ تولید می‌شود. جهت جریان برق تولیدی متناسب با نزدیک‌شدن یا دور شدن زبانه به واحد آهن‌ربا تغییر می‌کند. شکل 4 الی 6 مراحل انجام این اتفاق را به ترتیب نشان می‌دهد.

1- میدان مؤثر روی سیم‌پیچ 2- سیم‌پیچ 3- هسته سیم‌پیچ و هدایت گر میدان 4- فاصله هوایی
5- تغییرات ولتاژ 6- منحنی ولتاژ تولیدی
شکل 4- نزدیک‌شدن زبانه به آهنربا

در شکل 4 نشان می‌دهد روتور آهن در حال چرخش است و یکی از زبانه‌ها (با زنگ مشکی مشخص شده) به هسته سیم پیج نزدیک می‌شود. همانطور که در تصویر سمت راست مشخص است ولتاژ تولیدی در سیم‌پیچ به‌تدریج در حال افزایش است. این افزایش ولتاژ تا زمانی که زبانه روتور دقیقاً روبروی هسته سیم‌پیچ قرار بگیرد اتفاق می‌افتد شکل 5 دقیقاً حالا روبرو قرارگرفتن را نشان می‌دهد.

1- میدان مؤثر بر سیم‌پیچ 2- زبانه
شکل 5- لحظه روبرو قرارگرفتن زبانه و هسته سیم‌پیچ

در این حالت بیشترین ولتاژ ممکن در سیم‌پیچ ایجاد می‌شود. اما به دلیل آنکه کمی پس از گذشتن زبانه از روبروی هسته سیم‌پیچ، جهت میدان مغناطیسی مؤثر نسبت به‌خصوص قوای جابه‌جا می‌شود، همانطور که در منحنی سمت راست شکل 4 نیز نشان‌داده‌شده است. ولتاژ تولید حداکثر اما در جهت معکوس (منفی) خواهد بود. این روند با دور شدن زبانه از هسته بوبین ادامه پیدا می‌کند که در شکل 6 نشان‌داده‌شده است.

1- میدان مؤثر بر سیم‌پیچ 2- فاصله هوایی بین هسته و زبانه
شکل 6- وضعیت تولید ولتاژ در سیم‌پیچ در زمان حداکثر دور بودن

هرچه در زمان چرخش زبانه دورتر از هسته شوند میدان مغناطیسی مؤثر بر سیم‌پیچ کاهش‌یافته و در نتیجه ولتاژ تولیدی نیز کاهش خواهد یافت. از این لحظه به بعد با نزدیک‌شدن زبانه بعدی به هسته همین فرایند تکرار شده و در نهایت منحنی تولیدی با استفاده از اسیلسکوپ به‌صورت فیلم 2 دیده خواهد شد.

باتوجه‌به اینکه فضای داخل دلکو محدود است برای اینکه ولتاژ تولیدی در قسمت بوبین بیشتر شود تا بتوان بادقت بیشتری آن را کنترل کرد، ساختار قرارگرفتن می‌تواند مطابق شکل 7 تغییر کند.

1- هسته آهنی (روتور) 2- فاصله هوایی 3- سیم‌پیچ
شکل 7- نمونه بهینه‌سازی‌شده سنسور القایی مورداستفاده در دلکو

در این نمونه باتوجه‌به اینکه در 4 ناحیه (موتور 4 سیلندر) به‌صورت هم زمان منحنی‌ها ذکر شده ایجاد می‌شود. این منحنی‌ها با یکدیگر تجمیع شده و دامنه ولتاژ افزایش می‌یابد. به‌عنوان نمونه دلکو پراید کاربراتوری که از نوع القایی است از روش بهینه‌سازی با دوزبانه ثابت استفاده شده است. (شکل 8)

شکل 8 – اجزا داخلی واحد سنسور دلکو پراید

یکی از مزایای استفاده از سنسور القایی برای واحد Pick up جرقه ، تناسب بین دور موتور و ولتاژ تولیدی است. هر چه دور موتور بالاتر برود ولتاژ تولیدی نیز افزایش می‌یابد. این افزایش ولتاژ بر اساس رابطه نیروی الکتروموتوری وجود می‌آید.

E=B.V.L.SinΦ
E: ولتاژ تولیدی B: میدان مغناطیسی L : طول سیم‌پیچ V: سرعت خطی روتور Φ : زاویه بین خطوط قوا و جهت حرکت

 در سیستم جرقه الکترونیکی مگنتی از این خاصیت استفاده کرده و زمان داول (توجه کنید زمان داول نه زاویه داول) را افزایش می‌دهند
سنسور القایی فقط بخشی از کار واحد پلاتین را انجام می‌دهد. در کنار این سنسور واحد Igniter نیز باید وجود داشته باشد. شکل 9 نمونه بسیار ساده‌ای از این مجموعه را نشان می‌دهد.

1- شمع 2- باتری 3- کویل 4- igniter 5- ترانزیستور 2 6- ترانزیستور 1
7- روتور آهنی 8- آهنربا 9- Pick up
شکل 9- مدار شماتیک سیستم جرقه الکترونیکی مگنتی یا القایی

هدف واحد Igniter قطع و وصل کردن مدار سیم‌پیچ اولیه برای ایجاد جرقه است. (اگر ساختار عملکرد پلاتین را فراموش کردید حتماً مجدداً به مقاله طرز کار دلکو مراجعه کنید) .زمانی که زبانه روتور به سیم‌پیچ پیک آپ نزدیک میشود ولتاژ تولیدی در سیم‌پیچ افزایش می‌یابد . هنگامی که ولتاژ به حد راه اندازی ترانزیستور 1 (شکل 9- شماره 6) رسید این ترانزیستور فعال میشود و و جریانی را به ترانزیستور 2 (شماره 5) میرساند که باعث فعال شدن آن شده و در نهایت سیم‌پیچ اولیه کویل از طریق آن به بدنه متصل می‌شود که معادل بسته شدن دهانه پلاتین و شروع زمان داول است.
هنگامی که زبانه روتور دقیقا روبرو واحد سیم‌پیچ قرار گرفت بر اساس شکل 5 ولتاژ تولیدی در بوبین Pick up ناگهان صفر میشود. در نتیجه ترانزیستور 1 خاموش میشود و خاموش شدن آن سبب از کار افتادن ترانزیستور 2 می شود. هنگامی که ترانزیستور 2 از کار افتاد سیم‌پیچ اولیه کویل از بدنه جدا شده و معادل باز شدن دهانه پلاتین و شروع جرقه ولتاژ بالا خواهد

در مقاله‌های بعدی در مورد انواع دیگر سیستم جرقه الکترونیکی صحبت خواهد شد.