واحد دانش و تکنولوژی تبیان زنجان
موتورهاي احتراق داخلي ماشين هايي شگفت انگيزي هستند که در طي بيش از ۱۰۰ سال تکامل يافته اند . اين تکامل توسط سازندگان خودرو براي افزايش بازده و کاهش آلودگي با گذشت هر سال ادامه يافت . در نتيجه به طور باور نکردني و شگفت انگيز کامل شد و به دستگاه قابل اعتمادي تبديل شد .
مقالات ديگر سايت HowStuffWorks در باره مکانيزم موتور و بيشتر زير مجموعه هاي آن مانند: سيستم سوخت رساني ،سيستم خنک کننده ، ميل بادمک ها، توربو شارژ و دنده ها توضيح مي دهد . و يکي ديگر از اينها در مورد اين که سيستم جرقه زني کجا قرار گرفته و اين که چگونه با هم کار مي کنند و نحوه جرقه زني منظم چگونه انجام مي شود بحث مي کند .
در اين مقاله، ما در باره سيستم جرقه زني خواهيم آموخت، با تنظيم زماني (تايمينگ) جرقه شروع مي کنيم. سپس تمام اجزايي آن که جرقه ايجاد مي کنند از قبيل شمع ها، کويل ها و دلکو ها را خواهيم ديد. و سر انجام در باره بعضي از سيستم هاي جديد که از حالت جامد solid-state) ) اجزا به جايي دلکو استفاده مي کنند صحبت خواهيم کرد.
● تايمينگ ( تنظيم زماني جرقه زني )
سيستم جرقه زني که روي خودرو شما قرار دارد بايد با هماهنگي کامل با بقيه اجزاي موتور کار کند. هدف از مشتعل کردن سوخت در يک زمان معين(درست) در حقيقت اين است که گازهاي منبسط شده بتوانند بيشترين کار انجام دهند . اگر سيستم جرقه زني در زمان نا هماهنگي (اشتباهي) عمل کند ، قدرت موتور پايين مي آيد ،اتلاف سوخت و آلايندگي بيشتر مي شود
وقتي که مخلوط سوخت و هوا در داخل سيلندر مشتعل مي شود، دما افزايش مي يابد و سوخت تبديل به گاز هاي خروجي مي شود . اين تغيير شکل موجب مي شود که فشار داخل سيلندر به طور شگفت انگيزي افزايش مي يابد و نيرويي رو به پايين به پيستون وارد مي کند .
هدف از بيشتر شدن فشار داخل سيلندر طي کورس قدرت اين است که بيشترين گشتاور و قدرت را از موتور بگيريم . ماکزيمم شدن فشار همچنين بازده موتور را بيشتر مي کند . تنظيم زماني جرقه زني يک موفقيت بحراني است .
يک تاخير زماني کوچک بين جرقه زدن و مشتعل شدن کل مخلوط سوخت و هوا، و رسيدن سيلندر به فشار ماکزيمم وجود دارد . اگر جرقه زني درست زماني اتفاق بيافتد که پيستون به نقطه مرگ بالا در کورس تراکم برسد، در کورس قدرت قبل از اين که گاز ها در داخل سيلندر به حداکثر فشار برسند پيستون شروع به پايين آمدن مي کند .
به منظور استفاده بهتر از سوخت، جرقه بايد قبل از اين که پيستون به انتهاي کورس تراکم برسد، اتفاق بيافتد، بنابراين در اين لحظه پيستون در کورس قدرت شروع به پايين آمدن مي کند ، و فشار به اندازه کافي بالا است که بتواند شروع به توليد کار مفيد کند .
جابجايي * نيرو = کار
▪ در يک سيلندر :
سطح مقطع پيستون * فشار = نيرو
طول کورس = جابجايي
بنابراين وقتي ما در باره يک سيلندر صحبت مي کنيم، طول کورس * سطح مقطع پيستون * فشار = نيرو . و چون طول کورس و سطح مقطع پيستون ثابت هستند و تنها راه براي ماکزيمم شدن کار، افزايش فشار است .
تنظيم زماني( تايمينگ ) جرقه خيلي مهم است، و بستگي به شرايط مي تواند هر يک از دو حالت آوانس يا ريتارد باشد .
مدت زمان مشتعل شدن سوخت تقريبا ثابت است . اما به منظور افزايش سرعت موتور ، سرعت پيستون افزايش مي يابد . به منظور افزايش سرعت موتور بايد جرقه زني نيز زودتر اتفاق بيافتد که آوانس جرقه ناميده مي شود: به منظور افزايش سرعت موتور، به آوانس بيشتري نياز است .
اهداف ديگر، مانند کاهش آلايندگي ،در اولويت قرار دارد زماني که حداکثر قدرت لازم نيست . به عنوان مثال : با ريتارد کردن تنظيم زماني جرقه (به تاخير انداختن زمان جرقه زني ، نزديک نقطه مرگ بالا در کورس تراکم)، ماکزيمم فشار در داخل سيلندر، و دما مي تواند کاهش يابد . کاهش دما به کاهش تشکيل نيتروژن اکسيد (NOx) کمک مي کند که آلودگي تنظيم شود . ريتارد شدن تنظيم زماني جرقه همچنين ممکن است ضربه را رفع کند ، بعضي ماشين ها سنسور ناک (حسگر ضربه) دارند که اين کار به صورت اتوماتيک انجام مي شود .
● شمع
شمع در تئوري کاملا ساده است : آن الکتريسيته را از ميان يک فاصله( دهانه شمع) به جرقه تبديل مي کند. تقريباً شبيه به يک آذرخش . الکتريسيته بايد در يک ولتاژ بسيار بالا يي به منظور عبور از ميان يک فاصله( دهانه شمع) و توليد جرقه خوب وجود داشته باشد . ولتاژ در شمع مي تواند بين ۴۰۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰۰ ولت باشد .
شمع بايد يک مسير عايق براي عبور اين ولتاژ بالا به سمت پايين الکترود داشته باشد ،تا از يک فاصله (دهانه شمع) بتواند بجهد و به سمت بدنه موتور (الکترود اتصال به زمين) هدايت شود .همچنين شمع بايد گرماي زياد و فشار داخل سيلندر را تحمل کند و بايد طوري طراحي شود که رسوبات حاصل از افزودني هاي سوخت روي آن جمع نشود .
شمع ها از يک قطعه الحاقي سراميکي براي عايق کردن ولتاژ بالاي الکترود استفاده مي کنند . که اين اطمينان ميدهد که جرقه جزء نوک شمع، در جاي ديگر شمع ايجاد نمي شود ، اين قطعه الحاقي دو کار را انجام مي دهد و به از بين رفتن رسوبات کمک مي کند . سراميک هادي گرمايي نسبتاً ضعيفي است ، بنابراين اين مواد در طول اين عملکرد کاملاً گرم مي شود و اين گرما با,ث از بين رفتن رسوبات روي الکترود مي شود .
بعضي خودرو ها به شمع گرم نيازمندند. اين نوع شمع طراحي شده با يک قطعه الحاقي سراميکي که سطح تماس کوچکتري با قسمت فلزي شمع دارد . اين امر باعث کاهش انتقال حرارت از سراميک مي شودپس سراميک گرمتر مي شود و بنابراين رسوبات بيشتري از بين مي رود ( مي سوزد) . شمع هاي سرد با سطح تماس بيشتري طراحي مي شوند و اين باعث مي شود که رفته رفته سردتر شوند .
سازندگان خودرو شمع هاي مخصوصي ( از نظر دما) براي انواع خودرو انتخاب مي کنند . بعضي خودرو ها با عملکرد بالاي موتور به طور طبيعي گرماي زيادي توليد مي کنند بنابراين آنها به شمع سرد نياز دارند . اگر شمع زياد گرم شود مي تواند سوخت را قبل از اين که جرقه بزند مشتعل کند بنابراين مهم است که شمع مناسبي بر روي خودروتان نصب شود .
در ادامه خواهيم آموخت که کويل چگونه ولتاژ بالاي مورد نياز را براي ايجاد جرقه توليد مي کند .
● کويل
کويل وسيله ي ساده اي است . در اصل يک تبديل کننده ولتاژ بالا است ، که از دو سيم پيچ تشکيل شده است . يک سيم پيچ از سيم ها ، سيم پيچ اوليه ناميده مي شود، ک اطراف سيم پيچ ثانويه پيچيده شده است . سيم پيچ ثانويه به طور نرمال داراي صد ها دور بيشتر از سيم پيچ اوليه است .
جريان سيم پيچ اوليه مي تواند توسط پلاتين يا ادوات حالت جامد در سيستم هاي جرقه زني الکتريکي ، به طور ناگهاني قطع شود .
اگر شما فکر مي کنيد کويل شبيه يک آهنربا است ؟ بله درست حدس زده ايد . اما آن همچنين يک بوبين ( القا گر) است. اساس عملکرد کويل شبيه به قطع ناگهاني مدار توسط پلاتين است . ميدان مغناطيسي سيم پيچ اوليه به سرعت فرو مي پاشد . سيم پيچ ثانويه توسط يک ميدان مغناطيسي قوي و متغير احاط مي شود . اين ميدان جرياني در کويل القا مي کند . يک جريان با ولتاژ بسيار بالا (بيش از ۱۰۰۰۰۰ ولت ) به دليل شمار زياد دور هاي سيم پيچ ثانويه ايجاد مي شود . سيم پيچ ثانويه از طريق واير دلکو را با اين ولتاژ تغذيه مي کند .
● دلکو
دلکو چند کار را مديريت مي کند . اولين کار دلکو توزيع صحيح ولتاژ بالاي کويل به سيلندر است . اين کار توسط يک درپوش و چکش برقي انجام مي شود . کويل به چکش برقي متصل شده است که در داخل درپوش مي چرخد. چکش برقي بر روي کنتاکتها مي چرخد . هر سيلندر يک کنتاکت دارد . نوک چکش برقي با عبور از هر کنتاکت يک پال ولتاژ بالا از کويل را به کنتاکت مي دهد . پالس هاي جرقه از ميان يک فاصله کوچک بين چکش برقي و کنتاکت عبور مي کنند (بدون تماس به هم ) و سپس توسط واير به شمع مخصوص هر سيلندر مي رسند . موقعي که شما موتور را تنظيم مي کنيد يکي از وسايلي که بايد تعويض شود ، چکش برقي و درپوش است ( به دليل اينکه بعد از مدتي جرقه زدن کهنه مي شوند). همچنين سيم ها ( وايرها) نيز کهنه مي شوند و عايق شان از بين مي رود . اين مي تواند دليل بعضي از مشکلات بسيار مبهم موتور باشد .
دلکوها ي قديمي با پلاتين بخش ديگري در نيمه پاييني دلکو دارند که اين بخش کار قطع کردن جزيان کويل را انجام مي دهد. اتصال به زمين کويل به پلاتين متصل است .
بادامکي که در مرکز دلکو قرار دارد اهرم وصل شده به پلاتين را فشار مي دهد . هر بار گکه بادامک اهرم را فشار مي دهد آن پلاتين را باز مي کند . اين امر باعث مي شود که کويل به طور ناگهاني اتصال به زمين را از دست بدهيد و يک پالس ولتاژ بالا را توليد کند .
پلاتين همچنين تايمينگ جرقه را کنترل مي کند آنها ممکن است يک آوانس خلائي يا يک آوانس گريز از مرکز داشته باشد . اين مکانيسم آوانس، زمان جرقه زني را متناسب با سرعت و بار موتور تنظيم مي کند .
تنظيم زماني جرقه زني به قدري براي عملکرد موتور بحراني است که بيشتر خودرو ها از پلاتين استفاده نمي کنند بنابراين به جاي آن، آنها از يک سنسور که موقعيت دقيق پيستون را به واحد کنترلي موتور (ECU)مي فرستد ، استفاده مي کنند . سپس کامپيوتر موتور يک ترانزيستور رابراي قطع و وصل جريان کويل کنترل مي کند .
در قسمت بعدي نگاهي به آوانس در سيستم هاي جرقه زني مدرن ( سيستم هاي جرقه زني بدون دلکو ) خواهيم داشت.
سيستم هاي جرقه زني بدون دلکو
در سالهلي اخير ممکن است شما در باره خودروهايي که نياز به تنظيم اوليه در ۱۰۰۰۰۰ مايل دارند ، شنيده باشيد . سيستم هاي جرقه زني بدون دلکو ، يکي از تکنولوژي هايي است که زمان تنظيم موتور را به تعويق مي اندازد .
سيستم هاي بدون دلکو به جاي يک کويل اصلي براي هر شمع يک کويل دارند که مستقيماً روي شمع قرار دارد .
کويل در اين نوع سيستم ها همانند سيستم هاي که کويل مرکزي داشتند کار مي کند واحد کنترلي موتور ترانزيستور را براي قطع کردن اتصال به زمين مدار کنترل مي کند که جرقه توليد شود . ECU کنترل تمام تايمينگ جرقه را برعهده دارد.
سيستم هاي شبيه به اين بعضي مزاياي قابل توجهي دارند . اولاً، دلکو ندارند ، در نتيجه مشکل کهنه شدن آن وجود ندارد همچنين واير هاي ولتاژ بالاي شمع وجود ندارند که از بين بروند . و سرانجام اينها کنترل تايمينگ منظمي را فراهم مي کنند که مي تواند بازده و آلايندگي را بهبود بخشد و به طور کلي قدرت موتور را افزايش دهد .
ترجمه : احمد همتی، شهروز ستاری
