در اتومبیل‌های بنزینی و همچنین هیبریدی (که ترکیبی از موتورهای برقی و بنزینی دارند) از سیستم جرقه‌زنی استفاده می‌شود. این سیستم، جرقه‌ها را با فاصله تعیین شده ایجاد می‌کند. اساسا احتراق در موتور اتومبیل نیاز به جرقه دارد و تا جرقه نداشته باشیم ماشین به حرکت در نمی‌آید. این جرقه‌ها، نقش مهمی در کار کردن و قدرت گرفتن خودرو و تبدیل واکنش‌های شیمیایی به انرژی فیزیکی و حرکتی داشته و دارند. دیر و زود و ناقص ایجاد کردن جرقه هم باعث می‌شود تا این قدرت تولید شده موتور و تبدیل آن به خوبی انجام نشده و خودرو دچار مشکل شود.
سیستم‌های جرقه‌زنی را بخشی از سیستم برق خودرو می‌دانند. این سیستم از باتری و دینام و فیوزها و سیستم جرقه‌زنی و مدارات الکتریکی و … تشکیل شده است. درباره سیستم جرقه‌زنی بیشتر بخوانیم تا به درک اهمیت آن و نحوه کارکردش برسیم.
موتور و سیستم جرقه‌زنی چطور کار می‌کند؟
اولین بار جیمز وات بود که توانست ماشین بخار را بسازد. او متوجه شد که وقتی یک کتری جوش می‌آید، بخار ناشی از آن در کتری را به حرکت وادار می‌کند. وقتی هم که در کتری یک سوراخ داشته باشد، بخار حاصله خارج شده و این تکانش‌ها دیگر به چشم نمی‌خورند. همین جرقه ذهنی کافی بود تا از طریق این ایده، ماشین بخار را ایجاد کند؛ ماشینی که از طریق حرارت و ایجاد بخار و تبدیل آن به نیروی حرکتی کار می‌کرد. حالا هم سیستم‌های بنزینی و هیبریدی تغییر زیادی نکرده‌اند و دارند از همین رویه استفاده می‌کنند. فقط اینکه بنزین، گاز و گازوئیل جایگزین نیروی بخار شده است. غالبا هم که از بنزین استفاده می‌کنند.
کلیت و رویه کار کردن موتور هم چنین است که ترکیب هوا و بخار بنزین، وارد سیلندرها شده و بعد از انفجار، نیرویی را ایجاد کرده و این نیرو، پیستون‌های موجود در سیلندرها را حرکت می‌دهد. مجموعه این پیستون‌ها، باید به گونه‌ای حرکت کنند که حالت رفت و برگشت داشته باشند و عملاً بتوانند حرکت مداوم را شکل دهند. این حرکت در نهایت توسط سامانه‌های دیگر خودرو به چرخ‌ها متنقل شده و خودرو به راه می‌افتد.
در این‌جاست که سیستم جرقه‌زنی وارد عمل شده و اهمیت خودش را نشان می‌دهد. این سیستم در ایجاد انفجارهای داخل سیلندر نقش مهمی دارد؛ چرا که از طریق جرقه‌های ایجاد شده توسط این فرآیند است که در نهایت، انفجار و تبدیل واکنش‌های شیمیایی به فیزیکی اتفاق می‌افتد. در واقع، اگر این جرقه‌ها نباشند اثری از حرکت هم نخواهد بود. در حقیقت سیستم جرقه‌زنی با ایجاد جرقه باعث منفجر شدن مخلوط متراکم شده بنزین و هوا در موتور می‌شود که البته این انفجار در لحظه مناسب در هر کدام از سیلندرها باید انجام شود. حالا اهمیت سیستم جرقه‌زنی را درک می‌کنید؟
کلیاتی درباره موتور
قبل از هر چیزی بد نیست کمی از کلیات اتومبیل سر در بیاوریم. به سیستمی که انرژی شیمیایی را تبدیل به انرژی مکانیکی کرده و باعث حرکت می‌شود، موتور یا پیشرانه می‌گویند. موتورها به دو قسم گرمایی و الکتریکی تقسیم می‌شود. هر دو نیز سیستم احتراق داخلی و خارجی دارند. در سیستم احتراق داخلی، شما با اشتعال جرقه‌ای (بنزینی) و تراکمی (دیزلی) روبه‌رو هستید. بخش دیگری از موتورهای احتراق داخلی شامل موتورهای دو و چهار زمانه هستند.
موتورهای اشتعال جرقه‌ای: در این پیشرانه‌ها مخلوطی از سوخت و هوا به داخل سیلندرها مکیده شده و توسط جرقه‌ها و سیستم جرقه‌زنی شعله‌ور می‌شوند و در نهایت تبدیل به انرژی حرکتی می‌شوند.
اشتعال تراکمی: این موتورها شمع ندارند و با مکیدن هوا و متراکم کردن آن عمل اشتعال را انجام می‌دهند.
حتما بخوانید: علل برق دزدی ماشین؛ چطور بفهمیم برق دزدی از کجاست؟
اجزای سیستم جرقه‌زنی
البته سیستم جرقه‌زنی از بخش‌های متعددی تشکیل شده است. حالا اگر بخواهیم به صورت ریز بگوییم لیست بلندبالایی خواهد شد. اما این سیستم، از این پنج بخش بزرگ و اصلی تشکیل شده است:
- شمع خودرو
- کوئل خودرو
- وایر شمع‌ها
- دلکوی خودرو (در خودروهای کاربراتوری)
- کامپیوتر خودرو یا ECU (در خودروهای انژکتوری)
عملکرد سیستم جرقه‌زنی
برق از باتری (وقتی اتومبیل خاموش است) یا از دینام (وقتی اتومبیل روشن است) وارد کوئل می‌شود. ولتاژ ابتدایی حدود ۱۲ ولت بوده و کار کوئل این است که ولتاژ برق را آنقدر بالا ببرد که برای ایجاد جرقه توسط شمع مناسب باشد. برق بعد از کوئل وارد دلکو می‌شود. دلکو کار تقسیم برق به شمع‌ها و همچنین زمان‌بندی ایجاد جرقه در شمع را برعهده دارد. در اتومبیل‌های انژکتوری این کار توسط کامپیوتر خودرو یا همان ECU انجام می‌شود. بعد هم برق از طریق وایرها به شمع می‌رسد و جرقه زده می‌شود تا عمل احتراق در موتور انجام شود.
حتما بخوانید: علت لرزش خودرو و روش‌های عیب‌یابی این مشکل
آنچه درباره تایمینگ جرقه‌زنی باید بدانید
زمان مناسب و درست در کار کردن موتور ماشین اهمیت زیادی دارد. یعنی هر قطعه و سامانه‌ای اگر این زمان را پس و پیش کند، همه چیز به هم ریخته یا در نهایت ضعیف کار می‌کند. سیستم جرقه‌زنی نیز به شدت وابسته به زمان درست است. زمانی که گازها در سیلندر منبسط می‌شوند، باید عمل جرقه‌زنی اتفاق بیفتد تا بتواند بیشترین نیرو و بهره‌برداری را از این قضیه داشته باشد. اگر این هماهنگی زمانی برای اجرا و جرقه‌زنی در وقت مناسب به خوبی اجرا نشود، هم قدرت موتور کاسته می‌شود، هم سوخت بیشتری مصرف می‌شود و هم آلایندگی‌های ناشی از این فرآیند نیز بیشتر خواهد بود.
اما این هماهنگی زمانی و به اصطلاح تایمینگ چطور اتفاق می‌افتد؟ خب، از این‌جا شروع کنیم که مخلوط سوخت و هوا وارد سیلندر شده و مشتعل می‌شود. این امر فشاری را ایجاد می‌کند که عملا نیرویی به سمت پایین به پیستون وارد می‌کند. فشار ایجاد شده داخل سیلندر باعث می‌شود تا گشتاور و قدرت بیشتری هم از موتور دریافت کنیم. در این‌جا ما یک فشار ماکزیمم یا حداکثری را داریم. در فاصله جرقه‌زنی و ایجاد این فشار ماکزیمم، یک فاصله زمانی خیلی کمی وجود دارد. در این‌جا گفته می‌شود که قبل از اینکه پیستون به انتهای کورس تراکم در سیلندر برسد، جرقه‌زنی هم باید اتفاق بیفتد. همه تمرکز طراحان و مهندسان این است که این زمان را قاعده‌مند و نزدیک به لحظه درست کنند.
سیستم سوپاپ و ارتباط آن با سیستم جرقه‌زنی
در حوزه تایمینگ جرقه‌زنی دو مفهوم دیگر هم مطرح است که بد نیست با آن‌ها آشنا شویم:
– آوانس:
اگر در سیستم جرقه‌زنی اتفاقی زودتر از زمان استاندارد خودش بیفتد، می‌گویند آوانس شدن. مثل اینکه سوپاپ دود زودتر از زمان استانداردش باز شده و عمل تخلیه انجام شود. آوانس خودرو در دورهای بالا سرعت خودرو را بالاتر بوده و وضعیت احتراق در سیلندرها را بهبود می‌بخشد.
– ریتارد:
در این‌جا با اتفاقی برعکس اتفاق قبلی روبه‌رو می‌شویم. یعنی عملی دیرتر از زمان خودش اتفاق بیفتد. مثل اینکه همان سوپاپ دود، دیرتر از زمان استاندارد خودش بسته شود. زمانی که دور موتور پایین است، این امر می‌تواند فشار وارده را کاهش داده و حرارت تولیدی را هم کم کند. در نهایت اینکه آلایندگی کمتری تولید خواهد شد.
-
شمع چه کار می‌کند؟
شمع، قطعه‌ای است که در بالای سیلندر قرار گرفته است. البته الکترود آن را هم داخل محفظه احتراق گذاشته‌اند. شمع با ایجاد جرقه باعث می‌شود تا مخلوط سوخت و هوا دچار اشتعال شده و نیروی لازم برای حرکت پیستون را ایجاد کند.
هر شمعی از دو الکترود شکل گرفته است. یکی از این الکترودها در وسط شمع بوده و دیگری به بدنه شمع متصل است. اولی معروف به الکترود داخلی و دومی معروف به الکترود میانی است. به الکترود داخلی برق مثبت با ولتاژ زیاد می‌دهند و به آن یکی هم ولتاژ منفی. چون فاصله این دو الکترود کم است، تخلیه الکتریکی شدیدی اتفاق افتاده که تحت عنوان جرقه زدن می‌شناسیم. دقیقا همان اتفاقی که موقع ابری بودن هوا و رعد و برق اتفاق می‌افتاد، این‌جا هم تکرار می‌شود. فقط مسأله این است که این تخلیه الکتریکی تعمدی است و با فاصله زمانی مورد نیاز رخ می‌دهد.
نکته جالب دیگر این است که شمع به بدنه سیلندر متصل است. در همه خودروها سیلندر و کابین خودرو برق منفی دارند. چرا که به قطب منفی باتری وصل هستند. خب، الان چه کار باید کرد؟ فقط کافی است به انتهای شمع برق مثبت بدهیم. بقیه اتفاقات خود به خود خواهد افتاد و اشتعال‌ها صورت گرفته و در نتیجه، پیستون به حرکت در می‌آید.
حتما بخوانید: انواع رنگ دود اگزوز؛ رنگ دود ماشین شما نشانه چیست؟
چند نکته دیگر درباره شمع
ـ شمع باید برای انتقال ولتاژ بالا مسیر عایقی را داشته باشد که دچار مشکل نشود.
ـ شمع باید بتواند گرمای زیاد و فشار داخل سیلندر را تاب بیاورد.
ـ شمع باید طوری ساخته شود که رسوب ناشی از افزودنی‌های سوخت روی آن جمع نشود.
ـ شمع، از یک قطعه سرامیکی برای عایق کردن ولتاژ بالای الکترود خودش استفاده می‌کند. این قطعه باعث می‌شود تا جرقه، فقط در نوک شمع ایجاد شده و در جای دیگری ایجاد نشود.
ـ این قطعه همچنین به از بین بردن رسوب هم کمک می‌کند. به این ترتیب که با گرم شدن آن، رسوب‌های ایجاد شده عملاًمی‌سوزند و از بین می‌روند.
ـ شمع‌ها در دو نوع گرم و سرد طراحی می‌شوند. خودروهایی که درگیر عملکرد بالای موتور هستند باید از نوع شمع سرد استفاده کنند. بسته به دمای ایجاد شده در موتور، هر کدام از این شمع‌ها در پیشرانه قرار می‌گیرد.
-
کوئل چه کار می‌کند؟
سئوال اصلی این‌جاست که ولتاژ مثبت مورد نیاز برای تخلیه الکتریکی و جرقه زدن از کجا باید ایجاد شود؟ بالاخره باید از یک‌جایی از خودرو بیاید یا نه؟ این امر را، قطعه‌ای در خودرو به نام کوئل عهده‌دار است. این قطعه برق ۱۲ ولت خودرو را از باتری یا دینام گرفته و آن را به ولتاژی بالا، از ۳۰ تا ۱۰۰ هزار ولت می‌رساند. در نتیجه ایجاد این ولتاژ مثبت بالا و اختلاف آن با منفی‌ها، جرقه‌زنی اتفاق می‌افتد.
چند نکته دیگر درباره کوئل:
ـ کوئل از دو سیم‌پیچی اولیه و ثانویه تشکیل شده است.
ـ سیم‌پیچی ثانویه دورهای بیشتری نسبت به سیم‌پیچی اولیه دارد.
ـ این قطعه کارکردی دارد که شاید شما را به یاد کارکرد آهن‌ربا انداخته و البته در کنارش، کارکرد القاگری را هم دارد. این‌ها باعث می‌شوند در نهایت ولتاژ تولیدی بیشتری شوند.
-
دلکو چیست؟
برای ایجاد تایمینگ دقیق جرقه‌زنی که قبلا توضیح دادیم، چه اتفاقی باید بیفتد؟ اول اینکه باید بدانیم در خودروهای کاربراتوری و انژکتوری، دو سیستم متفاوت برای کنترل زمان جرقه‌زنی در نظر گرفته شده است.
– کاربراتوری:
در این خودروها، کنترل این امر توسط دلکو انجام می‌شود. به این ترتیب که برق خروجی از کوئل، به ورودی دلکو می‌رسد. از این‌جا نیز طی چند خروجی، به سیلندرها می‌رسد. تعداد خروجی‌ها متناسب و مساوی با تعداد سیلندرهاست. هر کدام از این خروجی‌ها وظیفه دارند که در زمان مناسب و در نظر گرفته شده، جرقه را به وایر سیلندر منتقل کنند. در حقیقت می‌توان یکی از وظایف دلکو را گرفتن جرقه از کوئل و پخش آن بین سیلندرها دانست. بخش پایانی هر دلکو هم با میل لنگ موتور ارتباط دارد. میل لنگ موتور که می‌چرخد، این چرخش به قطعه‌ای به نام چکش برق در دلکو منتقل می‌شود. کل این فرآیند باعث پخش برق مثبت تولید شده بین وایر سیلندرها می‌شود. دلکو علاوه بر چکش برق، ادواتی دیگر مثل پلاتین و خازن و… را هم دارد که این‌ها به قطب منفی کوئل وصل هستند. این سیستم روی خودروهای جدید نصب نمی‌شود.
– انژکتوری:
در خودروهای انژکتوری، کار جرقه‌زنی راحت‌تر شده و به کامپیوتر خودرو یا همان ECU واگذار شده است. این کامپیوتر از طریق سنسورها و تشخیص موقعیت میل لنگ‌ها و اطلاعات به دست آمده و آنالیز آن‌ها، دستور جرقه‌زنی را صادر می‌کند. در حقیقت این قطعه اطلاعاتی را دریافت می‌کند و بعد بر اساس آن اطلاعات دستوراتی را صادر خواهد کرد.. نتیجه ساده‌تر اینکه در سیستم‌های کامپیوتری، دلکو نداریم و به جایش سنسورهایی داریم برای دریافت اطلاعات. ضمن اینکه کوئل این خودروها هم با مدل‌های کاربراتوری تفاوت دارد. در ضمن یکی دیگر از کارهایی که کامپیوتر خودرو یا ECU انجام می‌دهد تنظیم مقدار و زمان پاشش سوخت توسط انژکتورهاست.
حتما بخوانید: آشنایی با سیستم اگزوز و عملکرد آن
چند نکته دیگر درباره دلکو:
ـ کار اصلی دلکو توسط یک درپوش و چکش برقی انجام می‌شود.
ـ موقع تنظیم موتورها، یکی از قطعاتی که بازبینی آن‌ها واجب است، همین چکش برقی و درپوش است.
درباره سیستم جرقه‌زنی بدون دلکو چه می‌دانید؟
درباره کارکرد دلکو گفتیم و خواندید. اما شاید درباره سیستم‌های جرقه‌زنی بدون دلکو هم چیزهایی شنیده باشید. در این سیستم در حقیقت دلکو و کوئل با هم ادغام شده و ما در سیستم جرقه‌زنی فقط کوئل را داریم. همان‌طوری که خواندید، هر دلکو خروجی‌هایی دارد که به اندازه سیلندرهای موتور است. از طریق این خروجی‌ها ولتاژ و جرقه منتقل شده و به سیلندرها می‌رسد. در سیستم‌های جرقه‌زنی بدون دلکو، در حقیقت از نوعی کوئل استفاده می‌شود که با کوئل‌های رایج در سیستم‌های معمول متفاوت است و کار تقسیم برق بین سیلندرهای موتور را هم انجام می‌دهد. البته در این نوع سیستم به جای یک کوئل، دو کوئل داریم و در نهایت اینکه این کوئل‌ها در این سیستم به شمع‌ها خروجی برق لازم را می‌دهند تا جرقه بزنند.
۱. این سیستم‌ها غالباً روی موتور چهار یا شش سیلندر تعبیه می‌شوند. چرا که وقتی سیلندرها بیشتر شوند، پیچیدگی کار اجازه استفاده از آن‌ها را نمی‌دهد.
۲. این سیستم بر اساس جرقه‌های هرز کار می‌کند.
۳. در این سیستم از دو کوئل دو سر استفاده می‌شود که به وسیله یک واحد الکترونیکی برق مورد نیاز را ارسال می‌کند.
۴. زمان جرقه‌زنی در این سیستم‌ها با آنالیز اطلاعات به دست آمده از حسگر وضعیت، دور میل لنگ و اطلاعات دریافتی از بار موتور و موارد دیگر در نظر گرفته می‌شود.
۵. در این سیستم‌ها، جرقه که زده می‌شود معمولا دو تا از سیلندرها درگیر شده و حرکت می‌کنند. سیلندرهای دیگر چون درگیر تخلیه هستند، درگیر این جرقه‌زنی نمی‌شوند. در نتیجه ولتاژ مورد نیاز برای ایجاد جرقه در این سیلندرها به شدت پایین می‌آید که از چکش برقی و… تأمین می‌شود.
۶. در این سیستم‌ها شمع‌ها عمر کوتاه‌تری دارند و باید سریع‌تر تعویض شوند.
حتما بخوانید: علل استارت نخوردن ماشین و نحوه برطرف کردن آن
سیستم جرقه‌زنی بدون دلکو چه اجزایی دارد؟
این بخش از سه قسمت اصلی شکل گرفته است:
– مدول الکترونیکی
– حسگر وضعیت میل لنگ
– کویل مخصوص
– حسگر فشار منیفولد (البته در برخی از سیستم‌ها از این حسگر استفاده می‌شود که در همان مدول الکترونیکی به کار گرفته می‌شود.)
حتما بخوانید: زمان تعویض تسمه تایم و نشانه‌هایی که باید جدی بگیرید
-
وایر چیست؟
خب، حالا که این ولتاژ مثبت بالا ایجاد شد، به شمع چه ربطی پیدا می‌کند؟ این ولتاژ از طریق وایر به شمع منتقل شده تا جرقه‌زنی اتفاق بیفتد. وایر یک سیم روکش‌دار است که مقاومت و ضخامت زیادی دارد. این بخش در واقع وظیفه‌اش انتقال ولتاژ بالا بین کوئل، شمع‌ها و واسطه‌های بین آن‌هاست. البته در خودروهای قدیمی‌تر، وایر واسطه بین دلکو و شمع‌هاست. وایرهای خوب این توانایی را دارند که برق را در سریع‌ترین زمان ممکن و با کمترین تلفات به شمع‌ها برسانند. بد نیست بدانید که در سیستم‌های جرقه زنی مدرن، به جای وایرشمع از کوئل استفاده شده که به طور مستقیم روی شمع قرار دارد.
خودسوزی به چه معناست؟
اگر قبل از زمان در نظر گرفته شده، عمل اشتعال توسط سیستم جرقه‌زنی اتفاق بیفتد، در این صورت می‌گویند خودسوزی اتفاق افتاده است. اگر هم این اشتعال به دلیلی غیر از جرقه‌زنی صورت بگیرد، باز هم می‌گویند عمل خودسوزی اتفاق افتاده است.
سیستم جرقه‌زنی مگنتی چیست؟
یک نوع سیستم جرقه‌زنی وجود دارد که در آن نیازی به باتری وجود ندارد تا برق اولیه را تأمین کند. در این سیستم‌ها، با شروع به کار موتور، جریان حرکتی آن‌ها تبدیل به جریان الکتریکی شده و عملا برق مورد نیاز برای جرقه‌زنی ایجاد می‌شود. از برق تولید شده مگنت برای شارژ گوشی و دیگر موارد هم می‌شود استفاده کرد. به واقع این سیستم شباهت زیادی به یک ژنراتور الکتریکی دارد که مبدل نیروها به هم است. مزیت این سیستم، آن است که جرقه‌های تولید شده کیفیت خوبی دارند، ضمن اینکه عدم نیاز به باتری باعث می‌شود تا وزن خودرو کاهش یابد. البته ضعف‌های خاص خودش را هم دارد؛ مثل اینکه موقع خاموش بودن خودرو، دیگر امکان برق گرفتن از آن وجود ندارد. امروزه مدل مگنتی الکترونیکی هم ایجاد شده است.