موتورهای احتراق داخلی که ماشین هستند که در طول صد سال اخیر دچار تحولات گوناگون شده اند، هر ساله از تولیدکنندگان اتومبیل با بکاربردن آخرین دستاوردهای خود سعی در ساخت موتورهایی با بازده بالا و مصرف کم هستند. در نتیجه این تحقیقات موتور خودرو تبدیل به یک ماشین بسیار دقیق و قابل اطمینان گشته است که با کمک سیستم های فعلی امکان تولید قدرت بیشتر با مصرف کمتر نسبت به گذشته را پیدا کرده است. کلی از سیستم های مهم و موثر در کارکرد موتور سیستم جرقه آن می باشد.

 ignition-system-labels.gif

 

در این مقاله ما درباره سیستم جرقه، ابتدا با زمانبندی جرقه، سپس باتمام اجزایی که باعث می شوند در نهایت شمع جرقه بزند مانند خود شمع،کوئل، دلکو آشنا خواهید شد. سپس درباره سیستم های جدیدتری که در آنها استفاده از دلکو منسوخ شده است آشنا خواهیم شد.

زمانبندی جرقه در موتور خودرو :

سیستم جرقه خودروی شما می بایست به صورت کاملا دقیق با سایر قطعات موتور خودرو همنواخت شود. دقیقا مانند یک از یک کنسرت. هدف این سیستم محترق کردن مخلوط سوخت و هوا در یک زمان بسیار دقیق می باشد بطوریکه موتور بتواند از سوزاندن آن مخلوط بیشترین کارایی را بدست آورد. چنانچه سیستم جرقه در زمان نامناسب جرقه بزند، قدرت موتور کاسته و سوخت و آلودگی خروجی اگزوز بالا خواهد رفت.

 
 ignition-system-btdc-labels.gif     

 

در شماتیک می بینید که شمع از رسیدن پیستون به نقطه مرگ بالا جرقه می زند.

وقتیکه مخلوط سوخت و هوا در داخل سیلندر می سوزد، حرارت داخل سیلندر بالا می رود و بنزین داخل سیلندر به گازهای خروجی تبدیل می شود. این تغییر وضعیت بنزین و هوا فشار بسیار بالایی درون سیلندر تولید می کند که باعث می شود پیستون به سمت پایین رانده شود.

در رابطه با بدست آوردن گشتاور و نیروی بیشتر در موتور خودرو، مطلوب آن است که فشار ناشی از انفجار در استروک قدرت را به ماکزیمم مقدار خود برسانیم. همچنین استفاده از فشار ماکزیمم در بازده قدرت ما را به بازده بیشتر موتور می رساند که در واقع با مصرف کمتر سوخت می توانید مقدار بیشتری برانید. زمانبندی جرقه برای شمع یک نقطه حیاتی و بحرانی برای رسیدن به این هدف می باشد یک تاخیر کوچک در زمان شروع جرقه و شروع به سوختن مخلوط سوخت بنزین و افزایش فشار درون سیلندر وجود دارد. چنانچه جرقه دقیقا در زمان رسیدن پیستون به نقطه مرگ بالا در انتهای استروک کمپرس واقع شود، پیستون مقداری از مسیر خود را در استروک قدرت به سمت پایین طی کرده است قبل از آنها فشار ناشی از انفجار به او نیرویی بدهد که این اتفاق باعث پایین آمدن راندمان موتور خواهد شد.

برای استفاده بهینه از بنزین درون موتور خودرو، جرقه می بایست قبل از رسیدن پیستون به نقطه مرگ بالا در استروک کمپرس اتفاق بیفتد، بنابراین وقتیکه پیستون می خواهد قدرت را شروع و به سمت پایین حرکت کند آنقدر فشار ایجاد شده است که با فشار آوردن برروی پیستون کار مفید انجام دهد.

در موتور خودرو :

جابجایی   x   نیرو  =  کار

سطح مقطع پیستون   x  فشار  =  نیرو

کورس پیستون  =  جابجایی

پس وقتی ما درباره سیلندر صحبت می کنیم،کورس پیستون  xسطح مقطع پیستون x فشار =کار و از آنجایی که سطح مقطع پیستون و کورس آن در موتور یک مقدار ثابت دارد، تنها راه افزایش راندمان و کار افزایش برروی پیستون می باشد.

زمانبندی جرقه در موتور بسیار مهم می باشد، این زمانبندی می تواند آوانس (Advanced) و یا ریتارد (Retarded) بنابه موقعیت و شرایط باشد.

زمانی که بنزین برای سوختن نیاز دارد تقریبا ثابت می باشد. اما سرعت حرکت پیستون بنا بر دور موتور کم و زیاد می گردد، باریتارد کردن زمان جرقه (با نزدیک کردن جرقه به نقطه مرگ بالا در انتهای استروک کمپرس) فشار ماکزیمم داخل سیلندر و حرارت آن پایین خواهد آمد، پایین آمدن دمای داخل سیلندر به تولید کمتر اکسید نیتروژن (NOX) کمک می کند: اکسیدهای نیتروژن یکی از مواد آلاینده به حساب می آیند. همچنین ریتارد کردن زمان جرقه در موتور می تواند به از بین  رفتن ضربه (Knocking) در موتور کمک کند، بعضی از خودروها که مجهز به سنسور ضربه (Knock Sensor) هستند این کار را به صورت اتوماتیک انجام می دهند.

شمع :

شمع از لحاظ تئوری بسیار ساختمان ساده ای دارد: در شمع جریان الکتریسته با نیروی بالا باید بین دو الکترود تخلیه الکتریکی بوجود بیاید و یک جرقه بوجود آورد دقیقا مانند رعد و برق. ولتاژ جریان الکتریسته باید بسیار بالا باشد تا بتواند فاصله خالی بین دو الکترود را با جرقه الکتریکی پر کند. ولتاژ در یک شمع می تواند از  6000 ولت تا  100000 ولت باشد، خود بدنه شمع  می بایست از یک جنس عایق باشد تا بتواند این ولتاژ بالای الکتریسته را از میان خود عبور دهد و به سر الکترودها برساند، جاییکه بتواند از میان دو الکترود جهش کرده و پس از آنجا به سمت بلوک سیلندر هدایت شود.
ignition-system-plug-location.jpg

همچنین شمع باید دارای مقاومت کافی برای دوام آوردن در حرارت و فشار بالای داخل سیلندر باشد، نیز باید طوری طراحی شود که بتواند خاکسترهای مواد افزودنی داخل بنزین را از روی خود بزداید (Self Cleaning). در ساخت شمع ها سرامیک به کار می رود برای آنکه بتوان شمع را با محیط اطراف آن عایق کرد طوری که جرقه فقط در سه الکترود اتفاق بیفتد. همچنین سرامیک شمع وظیفه دیگری به جز عایق بودن به عهده دارد. از آنجایی که سرامیک رسانای ضعیفی است در حین کارکرد موتور حرارت آن بالا رفته و درناحیه نوک شمع به دلیل بالا رفتن حرارت آن می توان خاکسترهای باقیمانده در سر شمع را بسوزاند و سر شمع را تمیز نگه دارد.

بعضی خودروها نیاز به شمع های گرم دارند. این گونه شمع ها طوری طراحی شده اند که سرامیک آنها به مقدار کمی با فلز اطراف در تماس است لذا مقدار کمتری از حرارت خود را به بدنه فلزی شمع انتقال می دهد و در نتیجه حرارت سرامیک و شمع بالاتر می ورد. این موقع شمع برای بنزین هایی که دارای افزودنی زیاد هستند و نیاز به خاکستر زدایی بیشتر دارند بکار می رود.

 
ignition-system-spark-plug.gif

شمع های سرد طوری طراحی می شوند که نقطه تماس بیشتری بین سرامیک و ناحیه فلزی سر شمع وجود دارد. در نتیجه آنها حرارت بیشتری را انتقال داده و خنک تر می مانند. این نوع شمع برای خودروهایی که ضریب تراکم بالا دارند و یا از پرخوران ها استفاده می کنند مناسب است.

در تصویر می توانید دو نوع شمع خنک و گرم را از لحاظ نحوه کارایی مقایسه کنید.

 
ignition-system-hot-cold.gif

سازندگان خودرو برای هر خودرو بنا به اقتضای آن موتور شمع با درجه حرارت مناسب انتخاب می کنند. در خودروهای اسپرت به دلیل بالا بودن بازده موتور و بالا بودن حرارت موتور نیاز به شمع های خنک تر می باشد ولی در خودروهای عادی و خیابانی شمع می بایست تا حدودی گرم باشد تا از تشکیل شدن خاکستر شدن برسر شمع ها جلوگیری شود. حال ببینیم این جریان ولتاژ بسیار بالا چگونه در اتومبیل تولید می شود.

کوئل :

در واقع کوئل یک قطعه بسیار ساده است. در واقع آن یک ترانسفورمر ولتاژ بالاست که از دو سیم پیچ اولیه و ثانویه تشکیل شده است. سیم پیچ اولیه درون سیم پیچ ثانویه قرار دارد. معمولا سیم پیچ ثانویه دارای هزاران دور بیشتر از سیم پیچ اولیه می باشد. جریان از باتری به سمت سیم پیچ اولیه جریان می یابد. جریان موجود در سیم پیچ اولیه می تواند به صورت ناگهانی توسط (Break Point) و یا یک سیستم الکتریکی دیگر قطع شود.

 
 ignition-system-coil.gif

ا

گر شما فکر می کنید که کوئل شبیه به یک دستگاه الکترو مگنت است، باید بگویم درست می گویید در واقع آن یک القاگر می باشد. نکته کلیدی در نحوه کارکرد کوئل قطع شدن ناگهانی جریان برق در سیم پیچ اولیه می باشد. میدان الکتریک ناشی از جریان الکتریکی سیم پیچ اولیه ناگهان افت می کند. سیم پیچ ثانویه در یک میدان الکتریکی قوی قرار دارد و وقتی که قطع می شود جریان الکتریکی درون آن القا می شود. این جریان برق چند هزار برابرجریان در مدار سیم پیچ اولیه است که آن به دلیل تعدد تعداد دور سیم پیچ در ثانویه می باشد. جریان برق تولید شده متوسط یک سیم بسیار عایق به سمت دلکو هدایت می شود.

دلکو :

دلکو کارهای متفاوتی انجام می دهد. کار اول آن پخش کردن جریان برق ولتاژ بالا که از کوئل به دلکو می آید، بین سیلندرها می باشد. این کار با درب دلکو و چکش برق انجام می شود. کوئل بوسیله یک سیم به چکش برق که در میان درب دلکو می چرخد متصل است. وقتی که چکش برق می چرخد از جلوی یک سری محل اتصال درون درب دلکو می گذرد، تعداد این محل های اتصال با تعداد سیلندرهای موتور برابر است وقتی که سر چکش برق از جلوی هرکدام از این نقاط می گذرد یک پالس با ولتاژ بالا از طریق وایر شمع به سمت شمع رفته و در نهایت یک جرقه در سر شمع ایجاد می کند. معمولا در سرویس های دوره ای خودرو درب دلکو و چکش برق تعویض می شوند، علت خوردگی محل های اتصال و سرچکش برق به دلیل قوس های الکتریکی می باشد. همچنین سیم های شمع (وایر شمع) نیز می بایست همیشه چک شوند و در صورت کم شدن عایق بودن آنها (مانند ترک های ریز روی سیم) حتما باید با وایر جدید تعویض شوند در غیر این صورت به دلیل نشتی جریان برق در آنها موتور بسیار به کار خواهد آمد.

 ignition-system-cap-label.gif

 

دلکوهای قدیمی تر که دارای پلاتین بودند، یک قسمت در پایین دلکو به نام پلاتین وجود داشت که وظیفه قطع و وصل جریان برق برای ایجاد جریان القایی در کوئل را برعهده داشت.
ignition-system-points.gif
 ignition-system-points-labels.gif

یک قطعه که دارای برآمدگی هایی به تعداد سیلندر بود و به میله وسط دلکو متصل بود. این برآمدگی ها در برخورد به یکی از بازوهای پلاتین که به سر نقطه اتصال آن متصل بود، آن بازو را از نقطه اتصال دیگر دور می کرد و در نتیجه کوئل برق (-) خود را از دست می داد و جریان ولتاژ بالا در آن ایجاد می شد. همچنین پلاتین و مجموعه آن زمانبندی جرقه را نیز در این خودروها به عهده داشتند. این دلکوها معمولا به یکی از دو روش وکیوم آوانس و یا سانتریفوژال آوانس بنا به سرعت موتور زمان جرقه را آوانس یا به پیش می انداختند.

زمانبندی جرقه در موتور نقش بسیار مهمی را در بازده موتور بازی می کند، به همین دلیل کمپانی ها از سیستم پلاتین دیگر استفاده نکردند. به جای آن از یک سیستم با یک سنسور که موقعیت دقیق پیستون را به (ECU) کامپیوتر مرکز کنترل موتور اطلاع می دهد استفاده کردند. کامپیوتر کنترل گر موتور، یک ترانزیستور را که وظیفه  قطع و وصل جریان متصل به کوئل را بر عهده دارد، فرمان قطع و وصل جریان را بنا به دور موتور می دهد.

سیستم های بدون دلکو (Distributorless Engine)

در سال های اخیر، شما درباره خودروهایی شنیده اید که اولین تون آپ موتور خود را پس از طی 100000 مایل احتیاج دارند. یکی از مکانیزم های بکار رفته در این گونه اتومبیل ها بریا رسیدن به این زمان طولانی برای تون آپ بکاررفتن سیستم کنترل جرقه بدون دلکو در آنهاست.
 ignition-system-direct.jpg

به جای بکاربردن یک کوئل برای کل سیستم، سیستم های بدون دلکو به ازای هر شمع یک کوئل دارند که مستقیما برروی خود شمع قرار دارند.

مکانیزم کارکرد کوئل های بکاررفته در این سیستم نیز همانند همان کوئل ها را قطع و وصل و مستقیما برروی هر شمع تولید جرقه می کند که این خود کنترل دقیق و بیشتر برروی زمان جرقه زنی شمع را برای آن به ارمغان می آورد.

یک سیستم بدون دلکو دارای سه مزیت زیر می باشد :

1-  در این سیستم دلکویی وجود ندارد که بخواهد خراب شود و نیاز به تعمیر و نگهداری داشته باشد.

2-  دراین سیستم وایرهای شمع حذف می شوند که خود در بعضی موانع با ایجاد شدن نشتی الکتریکی در آنها موجب مشکلاتی برای راتتده خودرو خواهد شد.

کنترل بهتر در زمان جرقه یکنواخت که به افزایش قدرت موتور، کاهش مصرف سوخت و آلایندگی کمک خواهد کرد.