خودرو از قطعات متعددی تشکیل شده که وجود هر یک برای عملکرد صحیح وسایل نقلیه کاملا ضروری است. در این میان بعضی از قطعات اهمیت بالاتری نسبت به دیگران، بهویژه در بحث روشن شدن و کارکرد صحیح موتور خودرو برخوردارند. شمع خودرو یکی از این اجزای مهم پیشرانههای احتراقی است. این قطعه انواع مختلفی دارد و اطلاع از نشانهها و علائم خرابی آن برای هر رانندهای ضروری است تا بداند چه زمانی اقدام به تعویض شمع خودرو کند.
شمع خودرو چیست؟
شمع موتور خودرو قطعهای کوچک اما ضروری در سیستم احتراق و برق خودرو است که وظیفه اصلی آن ایجاد جرقهای دقیق برای انفجار مخلوط هوا و بنزین داخل سیلندرهاست. این انفجار نیروی لازم برای حرکت پیستونها به پایین، گردش میللنگ و درنهایت روشن شدن موتور را فراهم میکند.
تاریخچه شمع خودرو
پیدایش نخستین شمع خودرو به اوایل قرن ۱۹ میلادی برمیگردد. در آن دوران موتورهای احتراقی تازه اختراع شده و مهندسان به دنبال راهی برای ایجاد جرقه درون سیلندر بودند که مخلوط سوخت و هوا را بهطور یکنواخت و مداوم منفجر و محترق کند تا موتور توانایی روشن ماندن و تولید نیرو برای به حرکت درآوردن خودرو را داشته باشد.
در دهه ۱۸۶۰ میلادی، یک مهندس بلژیکی-فرانسوی بنام اتین لونوار از یک شمع برقی در اولین موتور احتراقی گازی خود استفاده کرد. اما در سال ۱۸۹۸ میلادی نیکولا تسلا حق اختراع شمع را به نام خودش ثبت کرد تا این افتخار نصیب او شود. دو سال بعد رابرت بوش مهندس آلمانی، سامانه احتراقی را توسعه داد که در آن استفاده از شمعهای ولتاژ بالا در موتورهای تجاری امکانپذیر بود.
در سال ۱۹۳۰ هلن بلر بارتلت آمریکایی که در رشته زمینشناسی فعالیت داشت، ماده عایق بر پایه یک نوع سرامیک آلومینا را برای شمع خودرو اختراع کرد. در دهه ۱۹۴۰ و ۱۹۵۰ شمعهای پولونیوم توسط فایرستون و سپس شمعهایی با روکش نیکل و پلاتین راهی بازار شدند. شمعهای با نوک ایریدیوم و روکش پلاتین نیز محصول سال ۱۹۸۰ هستند. طی دهه اول قرن بیستم نیز شمعهای موسوم به چند پلاتین (دارای چند الکترود منفی) به بازار آمدند.
اجزای شمع ماشین
شمع خودرو از ۵ بخش اصلی تشکیل شده است که در زیر به توضیح جزیی آنها پرداختهایم:
الکترود مرکزی (مثبت):این الکترود از جنس آلیاژ نیکل، پلاتین یا ایریدیوم است و وظیفه آن انتقال برق ولتاژ بالا جهت تولید جرقه بین خودش و الکترود منفی است.
الکترود منفی (موسوم به پلاتین) : این الکترود فرمی خمیده دارد وبه بدنه متصل میشود و با الکترود مثبت تشکیل قوس الکتریکی یا جرقه میدهد.
بدنه فلزی رزوهای:به سرسیلندر پیچ میشود و شمع را در جای خود نگه میدارد.
ترمینال:این بخش به حالت یک استوانه فلزی در بالای شمع قرار دارد و محل اتصال وایر به شمع است تا برق را از کوئل به شمع برساند.
عایق چینی:عایق یا چینی شمع از جنس سرامیک است و از الکترودها در برابر ولتاژ بالا و گرمای شدید موتور مراقبت میکند.
نحوه عملکرد شمع ماشین
در هر دور از گردش میللنگ، مخلوط هوا و سوخت از طریق سوپاپ هوا وارد سیلندر میشود. این مخلوط همزمان با بالا آمدن پیستون فشرده میشود. در این بین باتری خودرو، برق مورد نیاز کوئل را تامین میکند. این برق توسط سیمپیچهای داخلی کویل خودرو به ولتاژ بسیار بالای بین ۱۰ هزار تا ۲۵ هزار ولت افزایش مییابد. سپس ولتاژ تولیدی به واسطه وایرها به الکترود مرکزی شمع در داخل محفظه احتراق منتقل میشود. گپ بین الکترود مثبت و الکترود منفی (بدنه شمع) به گونهای تنظیم شده اس که با عبور ولتاژ بالا از آن جرقه یا قوس الکتریکی ایجاد میشود. دمای جرقه شمع حدود ۱۰ هزار درجه سانتیگراد برآورد شده و فوقالعاده داغ است.
در این میان جرقه شمع، مخلوط هوا و بنزین فشردهشده را مشتعل میکند و انفجار داخل موتور رخ میدهد. در اثر این انفجار مخلوط انرژی زیادی آزاد میشود که پیستون را به سمت پایین هل میدهد. درنتیجه میللنگ به گردش درآید و موتور به کار میافتد. این سیکل در تمام سیلندرها تکرار میشود و موتور روشن میماند. بعد از روشن شدن برق مورد نیاز کوئل از دینام تامین خواهد شد.
انواع شمع ماشین
شمع خودرو از چندین جنبه نظیر کد حرارتی، تعداد الکترود منفی و جنس الکترود مثبت دستهبندی میشود.
از نظر کد حرارتی
انواع شمع خودرو سرد و گرم
انواع شمع خودرو از نظر کد حرارتی به سه دسته تقسیم میشود:
شمع سرد
شمعهای سرد یا پایه کوتاه حرارت را به سرعت از الکترود به بدنه شمع و سپس به سرسیلندر منتقل میکنند و کد حرارتی آنها با عددی مانند ۱۰ یا ۹ مشخص میشود. از این شمعها در موتورهای پرقدرت، مانند موتورهای توربوشارژ یا تقویتشده استفاده میشود.
شمع گرم
شمعهای گرم یا پایه بلند دارای پایه یا همان رزوههای بلندتری هستند و حرارت را با سرعت کمتر دفع میکنند. کد حرارتی آنها با عددهایی مانند ۴ یا ۵ تعیین میشود. از شمعهای گرم در موتورهایی که کارکرد معمولی دارند، مانند خودروهای شهری یا موتورهای دور پایین استفاده میشود.
شمع نیمه گرم
در شمع نیمه گرم یا پایه استاندارد، طول پایه و ضریب انتقال حرارت بین دو مدل دیگر قرار میگیرد و کد حرارتی آنها با اعداد بین ۱۰ تا ۵ مشخص میشود. از این شمعها در موتورهایی با قدرت متوسط که ترکیبی از کارکرد سرد و گرم دارند، استفاده میشود تا کارایی پیشرانه در حد بهینه قرار گیرد.
از نظر الکترود منفی
شمع ماشین از نظر تعدد الکترود منفی قابل دستهبندی است:
شمع تک الکترودی
این شمع به تک پلاتین معروف است و تنها یک الکترود منفی دارد و عمر آن کمتر از مدل چند پلاتین است.
شمع چند الکترودی
شمع خودرو چند الکترودی
این شمع به چند پلاتین معروف است و دو الی چهار الکترود منفی دارد تا اگر یکی خراب شد، دیگری جای آن را بگیرد. این شمع عمر بالاتری دارد و برای خودروهای دوگانهسوز مناسب است.
از نظر جنس الکترود مثبت
شمع خودرو را میتوان از نظر جنس و مایل الکترود مثبت به دستههای زیر تقسیمبندی کرد.
شمع معمولی
شمع معمولی
شمعهای معمولی که همه ما با آنها سروکار داشتهایم، دارای الکترود مثبت استوانهای شکل با سر تخت و گرد هستند. جنس این الکترود معمولا از آلیاژ نیکل است و قدرت جرقهزنی و طول عمر آن نسبت به شمعهای سوزنی پایینتر است.
شمع سوزنی
فاو شمع سوزنی با معمولی
شمعهای سوزنی دارای سر الکترود مثبت با قطر بسیار کمتر از شمعهای معمولی هستند، به همین دلیل هم به آنها سوزنی گفته میشود. جنس الکترود مرکزی این شمعها از آلیاژهای گرانقیمتتر نظیر پلاتینیوم و ایریدیوم است که کیفیت جرقه بالاتر و عمر بیشتری ارائه میدهند.
شمع پلاتینیوم
شمع پلاتینیوم یک نوع شمع سوزنی است که آلیاژ الکترود مرکزی آن از جنس پلاتینیوم ساخته میشود. این آلیاژ در افزایش طول عمر شمع و کیفیت جرقه تاثیر بالایی دارد، اما سطح کیفی آن به انواع ایریدیوم نمیرسد.
شمع ایریدیوم
شمع سوزنی ایریدیوم
بهترین و گرانقیمتترین نوع شمع خودرو، شمعهای سوزنی ایریدیوم هستند. این نوع شمعهای سوزنی بهترین کیفیت جرقه و بیشترین طول عمر را ارائه میدهند و برای خودروهای گرانقیمت و پرقدرت مناسب هستند.