اساس کار موتور خودرو تبدیل انرژی شیمیایی به مکانیکی است. یکی از اجزای مهم در موتور خودور شمع خودرو میباشد. وظيفه شمع توليد جرقه در محفظه احتراق به جهت محترق نمودن مخلوط سوخت و هوا میباشد. شمع بايد ولتاژی در حدود 30000 ولت را از خود عبور داده و عايق شمع بايد تا دمای 1200 درجه سانتیگراد 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 را نشان میدهد.
1- مهره ترمينال 5- رسانای شيشهای مخصوص (مقاومت داخلي شمع) 9-عايق چينی
2- رزوه ترمينال 6- ميله ترمينال 10- الكترود مركزی
3- مانع نشت جريان 7- آچارخور و هادی جريان 11- الكترود بدنه
4- عايق آلومين 8- واشر درزگير
شكل 1- ساختمان شمع جرقه
اگر شماهم علاقهمند به دریافت اطلاعات بیشتر در مورد شمع خودرو و نحوه عملکرد آن دارید تا پایان این مقاله با ما همراه باشید.
ترمینال اصلی شمع خودرو
جنس اين ترمينال از فولاد بوده كه از بالا به واير شمع و از پائين توسط هادی شيشهای (مقاومت داخلي شمع خودرو) به الكترود مركزی شمع وصل میشود. اين ترمينال درون عايق سراميكی به طور كامل عايقبندی میشود و وظيفه آن انتقال جريان برق فشار قوي از واير شمع به الكترود مركزی میباشد.
عایق سرامیکی شمع خودرو
با توجه به دمای بالای موتور، عایق بندی شمع خودرو باید مقاوم در برابر حرارت باشد. جنس اين عايق از اكسيد آلومينيم (3O2AL) يا آلومين میباشد كه داراي 28 درصد اكسيد آلومينيم،6/5 درصد اكسيد آهن و درصد زيادی اكسيد تيتان میباشد و نقطه ذوب آن 2050 درجه سانتیگراد میباشد. وظيفة عايق سراميكی شمع خودرو، عايقبندی ترمينال اصلی و الكترود مركزی شمع از بدنه شمع میباشد.
برای اطمينان از عمل عايقبندی، عايق سراميكی موجود در شمع خودرو را فشرده كرده، سپس سطح خارجی آن را به وسيله لعاب شيشه، میپوشانند. استفاده از لعاب شيشه باعث پوشانيده شدن منافذ و جلوگيری از چسبيدن رطوبت و كثافات و در نتيجه جلوگيری از افت ولت میشود که مورد در عملکرد موتور خودرو بسیار حائز اهمیت است. عايق سراميكی بايد تا دمای 1200 درجه سانتیگراد خاصیت عايق بودن خود را حفظ كند.
بدنه شمع خودرو
جنس بدنه شمع خودرو از فولاد بوده و وظيفه آن محكم نگه داشتن شمع به بدنه سرسيلندر موتور میباشد. قسمت بالايي بدنة شمع دارای آچارخور شش گوش میباشد و قسمت پائين آن دارای رزوه میباشد كه داخل سرسيلندر موتور خودرو پيچيده میشود. بين بدنه شمع و سرسيلندر با استفاده از واشر درزبند، عمل آببندی را انجام داده و از خروج مخلوط سوخت و هوا در مرحله تراکم جلوگيری میشود. همچنین برای جلوگيری از پوسيدگی بدنه شمع قسمت خارجی آن را با نيكل میپوشانند.
الکترود بدنه شمع خودرو
اين الكترود دارايی مقطع مستطيل شكل بوده و به بدنه شمع متصل میباشد. 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 میباشد.
الکترود مرکزی شمع خودرو
اين الكترود با توجه به كاربرد شمع داراي جنسهاي گوناگوني میباشد.
در بعضي از شمعها جنس هسته الكترود مركزی را از مس در نظر گرفته، سپس آنرا با آلياژ نيكل – كرم، نيكل – منگنز يا نيكل – سيليكون میپوشانند. منگنز و سيليكون باعث مقاومتر شدن الكترود در مقابل عوامل شيميايي مانند دي-اكسيد سولفور كه از احتراق سوخت بدست میآيد، میشود. اين نوع الكترودها را الكترود با جنس مركب گويند. فلز ديگری كه به عنوان الكترود مركزي در شمع خودرو در نظر گرفته میشود، پلاتين میباشد. اين فلز در مقابل پوسيدگی بسيار مقاوم است.
اين دو نوع الكترود در شكل (2) ملاحظه میشود. در برخي موارد نيز جنس الكترود مركزي را از نقره سخت در نظر میگيرند. لازم به ذكر است كه در بين فلزات، نقره بيشترين قابليت هدايت گرمايي و الكتريكي را دارا ميباشد. بنابراين استفاده از نقره در الكترود مركزي بهتر بوده ولي قيمت شمع را افزايش میدهد. قطر الكترود مركزي اين نوع شمعها، از شمعهاي معمولي كمتر است ولي برخلاف قطر كمتر، انتقال حرارت آن نسبت به شمعهاي معمولي بهتر است.
a : الكترود مركزي مركب b: الكترود مركزي از جنس پلاتين يا طلاي سفيد
1- رساناي شيشهاي مخصوص (مقاومت داخلي شمع) 5- كنتاكت فلزي
2- فاصلة هوايي بين الكترود مركزي و عايق 6- الكترود مركزي از جنس پلاتين يا طلاي سفيد
چيني به جهت انبساط الكترود مركزي 7- الكترود بدنه
3- امتداد عايق چيني 4- الكترود مركزي مركب
شكل 2- دو نوع شمع با جنس الكترود مركزي متفاوت
شكل (3) شمع خودرو، با الكترودهاي مركزي متفاوت را نشان میدهد.
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
با توجه به شكل (4) فاصلة هوايي بين الكترود مركزي و الكترود بدنة شمع خودرو وجود دارد. به طوري كه جريان برق با ولتاژ زياد از اين فاصله پرش نموده و جرقه در محوطه سیلندر موتور را بوجود ميآورد. اين فاصلة هوايي با توجه به نوع موتور خودرو و نوع سيستم جرقهزنی بايد بين 0/5 تا 1/5 ميلیمتر باشد كه مقدار دقيق آن در كاتالوگ یا دفترچه راهنمای خودرو مورد نظر آمده است.
شكل 4- فاصله هوايی بين الكترود بدنه و الكترود مركزي شمع
شكل (5) انواع شمع را از لحاظ چيدمان الكترود بدنه و الكترود مركزي شمع، نشان میدهد.
لازم به ذكر است كه شمعهايی كه داراي دو يا چند الكترود بدنه هستند، معمولاً فاصله هوايی 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 میشود. از اينرو بايد از تنظيم دهانة شمع اين نوع شمعها خودداری كرد.
شكل 5- انواع چيدمان الكترود بدنه و الكترود مركزي شمع
دسته بندی شمع خودرو بر اساس انتقال حرارت
دماي قسمتي از شمع خودرو كه درون محفظة احتراق موتور قرار مي¬گيرد. بين 450 تا 850 درجه سانتیگراد میباشد. اگر دما شمع خودرو كمتر از 450 درجه سانتیگراد باشد، احتراق نامناسب ايجاد شده و شمع رسوب میگيرد و اگر دما بيش از Cº850 باشد، شمع بيش از حد گرم شده و باعث ايجاد احتراق خود به خود يا خودسوزی در محفظه احتراق میشود.
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، نحوة خنككاری، تنظيم سيستم سوخترساني و نوع سوخت میباشند و اين امر باعث میشود كه دمای احتراق موتورها متفاوت بوده و نتوان در همه آنها از يك نوع شمع استفاده نمود.
با توجه به مطالب فوق شمع خودرو را به سه گروه گرم، نيمهگرم و سرد دستهبندي میكنند.
1- شمع گرم 2- شمع نيمگرم 3- شمع سرد
شكل 6- دستهبندی شمعها
- شمع سرد: شمعي است كه سطح عايق سراميكي درون محفظة احتراق كوچك بوده و در نتيجه حرارت كمتري از احتراق سوخت و هوا دريافت میكند و به آن شمع پايه كوتاه نيز گفته میشود.
- شمع نيمه گرم: اين نوع شمع داراي سطح حرارتگيری بيشتري نسبت به شمع سرد میباشد، يعني سطح عايق سراميكي درون محفظة احتراق بزرگتر میباشد و در نتيجه حرارت بيشتری از احتراق مخلوط سوخت و هوا دريافت میكند.
- شمع گرم: اين شمع داراي سطح حرارتگيري زيادی بوده و سطح عايق سراميكي درون محفظه احتراق حرارت زيادتری از احتراق سوخت و هوا دريافت میكند. به اين نوع شمع، شمع پايه بلند نيز گفته میشود. اين سه نوع شمع در شكل (6) ديده میشوند.
نحوه انتقال حرارت شمع به بدنه سرسيلندر و هواي محيط در شكل (7) ملاحظه میشود.
شكل 7- انتقال حرارت شمع خودرو
دستهبندي شمع سرد و گرم براساس استاندارد SAE و Bosch مطابق شكل (8) میباشد.
همانگونه كه از شكل پيداست اعداد كوچكتر، 2 تا 4 بيانكننده شمع سرد، اعداد 5 و 6 براي شمع نيمهگرم و اعداد 7 تا 11 شمع گرم را نشان میدهند.
در انتها بايد دقت كرد كه شمع سرد را براي موتورهای گرم (موتوری كه سيستم خنككاری خوبي ندارد، دور موتور زيادي دارد، نسبت تراكم بالاست، ارزش حرارتي سوخت مصرفي زياد است و ….) و شمع گرم براي موتورهای سرد (دارای سيستم خنككاری خوب، دور موتور پائين، نسبت تراكم پائين، سوخت نامرغوب و…) مورد استفاده قرار داد.
شكل 8- دستهبندی شمع بوسيله عدد براساس استاندارد SAE و Bosch
شكل (9)، مفهوم اعداد و عبارات درج شده برروی شمع را براساس استاندارد Bosch نشان میدهد.
شكل 9- مشخصات شمع براساس استاندارد Bosch
عیب یابی خودرو با استفاده از بررسی شمع ها
با توجه به ظاهر شمع ميتوان از صحت يا سقم عملكرد سيستم جرقه زنی خودرو، سوخترسانی و نحوه كار موتور اطمينان حاصل نمود. بعضی از اين شرايط در زير بيان شده است:
-
شرايط خوب و معمولی کارکرد موتور
مطابق شكل (10) رنگ عايق سراميكی درون محفظة احتراق سفيد متمايل به خاكستري يا خاكستری متمايل به زرد يا قهوهای میباشد.
شكل 10- شرايط خوب و معمولي شمع خودرو
در اين حالت وضعيت كار موتور و انتقال حرارت شمع مطلوب است. سيستم جرقه و سوخترسانی نيز تنظيم میباشد. هيچ رسوبي از سوخت و روغن موتور روی شمع وجود ندارد و در كل بهترين وضعيت از كار موتور است.
-
وجود دوده كربن روی شمع خودرو
با توجه به شكل (11)، عايق سراميكی و الكترودهای شمع موتور با لايه نازك و نرمی از دوده پوشيده شده است. اين عيب به علت غني بودن مخلوط سوخت و هوا، كثيف بودن فيلتر هوا، معيوب بودن ساسات اتوماتيك(در خودرو های کاربراتوری)، سرد ماندن شمع و يا كوچك بودن عدد روی شمع میباشد كه در اينصورت بايد نسبت به رفع عيب اقدام نمود.
شكل 11- وجود دوده كربن روی شمع خودرو
-
وجود روغن روی شمع:
در اين وضعيت عايق سراميكي و الكترودها با لاية نازكي از روغن و دوده پوشيده میشوند. اين موضوع در شكل (12) مشاهده میشود. اين عيب به دليل وجود روغن در محفظه احتراق میباشد كه به دليل بالا بودن سطح روغن، خراب بودن رينگها و معيوب شدن راهنمای سوپاپها میباشد. در موتورهای دو زمانه نيز كه روغن را با سوخت به جهت روغنكاری قطعات استفاده میكنند، وجود اين عيب نشانه اين است كه روغن مخلوط با سوخت زياد میباشد.
شكل 12- وجود روغن روی شمع
-
وجود خاكستر روی شمع موتور
لايه ضخيمي از خاكستر روغن و افزودنیهای سوخت، روی الكترودها و عايق سراميكی را پوشانده است كه در شكل (13) مشاهده میشود.
اين عيب به علت وجود عناصر نامناسب در تركيبات روغن میباشد كه به صورت خاكستر، محفظه احتراق و شمع را میپوشاند.
شكل 13- وجود خاكستر روی شمع
-
قسمتی از الكترودهای شمع خودرو ذوب شده است
سطح الكترودها به صورت فرورفتگي و برجستگي درآمده است كه در شكل (14) مشاهده میگردد. ممكن است سطح ذوب شده ناشی از ذوب شدن شمع نباشد. اين مشكل به دليل بيش از حد گرم شدن شمع و در نتيجه ايجاد خودسوزی میباشد و يا به دليل معيوب بودن سوپاپها، دلكو و يا نامناسب بودن كيفيت سوخت میباشد.
شكل 14- ذوب شدن الكترود شمع
-
پوسيدگی زياد در الكترود بدنه شمع
در اين حالت فاصلة هوايي زيادي به دليل فرسايش الكترودها بين الكترود مركزي و الكترود بدنه بوجود آمده است كه در شكل (15) ملاحظه میگردد اين عيب به دليل نامناسب بودن افزودنیهای روغن و سوخت میباشد و يا به دليل حركت نامناسب مخلوط سوخت و هوا در اتاق احتراق و يا ضربه میباشد.
شكل 15- پوسيدگی الكترود بدنه شمع
جمع بندی
همانطور که ملاحظه کردید شمع در خودرو یکی از اصلیترین قطعات موتور به شمار میرود زیرا با کمک جرقه به وجود آمده در سر شمع، سوخت و هوا پس از مرحله تراکم، منفجر میشود تا با انرژی آزاد شده، پیستون به سمت پایین حرکت کند و میللنگ (میل لنگ،اجزا و علائم خرابی آن) را به گردش درآورد. پس راندمان موتور تا حد زیادی به عملکرد صحیح شمعها بستگی دارد از سوی دیگر به دلیل اینکه شمع خودرو در داغترین نقطه موتور قرار گرفته است، تحمل دما و فشار بالا، همچنین نحوه انتقال حرارت در آن بسیار پراهمیت است. با توجه به اینکه پلاتینهای شمع خودرو در داخل محوطه موتور و اتاق احتراق قرار دارد بررسی و بازرسی شمع ها در هنگام تعویض میتواند اطاعات مفیدی در خصوص نحوه عمکرد موتور به ما بدهد. در پایان فراموش نکنید شمع خودرو یک قطعه مصرفی است که در سرویسهای دورهای باید مورد بررسی قرار گیرد و در صورت نیاز تعویض شود. همچنین برای انتخاب شمع مناسب از دفترچه راهنمای خودور خود استفاده نمایید.