همه چیز در مورد شمع خودرو

خودروهایی که با سوخت‌های فسیلی کار می‌کنند برای تکمیل فرایند عملیات احتراق در داخل موتور احتیاج به قطعه‌ای دارند که با ایجاد جرقه این کار را انجام دهد؛ این وظیفه به شمع (به انگلیسی Sparking Plug) محول شده است. پس از مکش سوخت به داخل سیلندر و ترکیب آن با هوا شمع وظیفه دارد که با جرقه زدن عمل احتراق را آغاز و انرژی تولید کند. این انرژی سپس توسط قطعات دیگر مکانیکی باعث به حرکت درآمدن خودرو می‌شود.

شمع خودرو قطعه ای متشکل از الکترود ، عایق چینی، واشرها و غیره می باشد که در بالای محفظه احتراق و سیلندر خودرو قرار گرفته و از یک طرف جریان ولتاژ بالای برق را گرفته و از طرف دیگر با ایجاد جرقه زنی در محظه احتراق باعث انفجار بخار فشرده شده بنزین و در نتیجه ایجاد نیروی لازم برای حرکت خودرو می گردد. در حقیقت شمع خودرو وظیفه انفجار در محفظه احتراق و حرکت دادن سیلندرها به سمت پایین را دارند. با پاشش سوخت توسط انژکتور به درون سیلندر و سپس فشرده شدن آن توسط سوپاپ، شمع جرقه ایجاد نموده و باعث انفجار در محظه احتراق می گردد.

اجزای تشکیل دهنده شمع

اگر شمع خودرو نتواند در زمان درست جرقه زنی نماید و یا به طور کلی جرقه زنی نکند، در نتیجه بنزین فشرده شده در محفظه احتراق به به خوبی انفجار نیافته و در نتیجه سیلندرها به حرکت در نخواهند امد. از اینرو وظیفه این قطعه در موتور خودرو بسیار مهم بوده و باید نسبت به نگهداری آن اقدامات لازمه را انجام دهیم.

انواع شمع خودرو

شمع های خودرو همه به یک گونه طراحی نشده اند و دارای انواع گوناگونی می باشند که هر کدام برای نوعی از موتور خودرو ساخته شده اند. دسته بندی شمع خودرو به صورت ذیل می باشد:

• شمع سرد: که برای عملکرد در موتورهای با دمای بالا طراحی شده اند و دارای پایه های کوتاه می باشند تا سریعا بتوانند گرمای ایجاد شده در اثر جرقه زنی را کاهش دهند.
• شمع گرم: که برایس عملکرد در موتورهای با دمای پایین طراحی شده اند و دارای پایه های بلندتری می باشند تا گرمای خود را دیرتر از دست داده و در نتیجه بتوانند رسوبات باقی مانده حاصل از احتراق را در روی خود شمع بسوزانند.
• شمع نیکلی: که جنس الکترودهای آن از آلیاژ نیکل می باشد و دارای طول عمر کوتاهی می باشند.
• شمع پلاتینیومی: که جنس الکترود های آن از آلیاژ پلاتینیوم بوده و دارای طول عمر بسیار بالایی هستند. اینگونه شمع ها توانایی تحمل دمایی تا ۲۵۰۰ درجه سانتیگراد را داشته و قادرند تا ۱۰۰ هزار کیلومتر کارکرد مفید داشته باشند.
• شمع ایریدیومی: اینگونه از شمع خودرو نیز که الکترود مثبت آن از جنس ایریدیوم می باشد و دارای طول عمر بالاتری نسبت به شمع های پلاتینیومی می باشند.
• شمع های چند الکترودی: این گونه از شمع خودرو از چند الکترود منفی برخوردار می باشد که باعث طول عمر بسیار بالاتر می گردد. به علت اینکه هربار جرقه زنی باعث خوردگی قطب منفی می گردد، هر الکترود پس از خورده شدن، جای خود را با الکترود نزدیکتر به قطب مثبت عوش کرده و در نتیجه طول عمر بالاتری برای شمع خودرو ایجاد می نمایند.

نمونه ای از شمع چند الکترودی

نسل های مختلف شمع:

1.شمع های دارای هسته مسی   Copper core spark plugs

2.شمع های پلاتینیوم Platinum spark plugs

3.شمع های دوبل پلاتینیوم Double platinum spark plugs

4.شمع های ایریدیم Iridium spark plugs 

5.شمع های دوبل ایریدیوم   Double Iridium Spark Plugs

 

ویژگی هایی که یک شمع باید داشته باشد:

1.هدایت بالا
2.مقاوم  در برابر حرارت
3.جنس سخت 

 

شمع های مسی:(نیکلی)

 

شمع های متداول ارزان قیمت در بازار هستند.دارای هدایت بالا و مقاومت کم در برابر گرما هستند. طول عمر مفید ان ها 20،000 تا 40،000 کیلومتر است.شمع های مسی عملکرد خوبی به دلیل هدایت بالا دارند اما در دماهای بالا کارکرد مناسبی ندارند.زیرا با افزایش حرارت توانایی خوبی برای انتقال جرقه ندارند.شمع های مسی دارای الکترود مرکزی با پوشش نیکل برای تحمل درجه حرارت بالاتر طراحی میشوند.

 

شمع های پلاتینیوم:

پلاتینیوم بسیار شبیه ایریدیوم است رسانایی کم و نقطه ذوب پایین تری به نسبت ایریدیوم دارد .پلاتینیوم عنصری کمیابی بوده و به همین دلیل این شمع ها گران هستند.همانطور در شکل بالا میبینید جنس الکترود مرکزی و پلیت زمین یک جنس هستند اما در بعضی از شمع ها ممکن است برای هر یک از الیاژ خاصی استفاده شود.

 

دوبل پلاتینیوم و دوبل ایریدیوم:

این شمع ها دارای پلیت مرکزی و زمین یک جنس(ایریدیوم یا پلاتینیوم) یا از جنس  مخالف یکدیگر هستند که نمونه(پلاتینیوم) ان را در تصویر بالا مشاهده میکنید.ویژگی این شمع ها طول عمر بالای ان ها است.به طوری که گفته میشود عمر ان ها 4 برابر نسل اولیه شمع ها می باشد.بر طبق ادعا های شرکت سازنده تا 160000 کیلومتر نیز طول عمر ان ها اعلام شده است.

 

شمع های ایریدیوم:

اخرین نسل شمع ها ایریدیوم است. ایریدیوم به صورت خالص شکننده است و رسانایی کمی دارد اما به انجام فرایند ها یا ترکیب با الیاژ هایی کارایی ان را بالا می برند. در دمای بالا به خوبی عمل می کنند.چون دارای نقطه ذوب 1500 تا 2000 درجه سانتیگراد است.ایریدیوم شش برابر سخت تر از پلاتینیوم است و مقاوم تر در برابر خوردگی، نسبت به پلاتینیوم و سایر فلزات است. عمر کارکرد ان هابه طور متوسط بین 40،000 – 60،000 عمر که براساس ادعا های شرکت سازنده تا حدود 100000 هزار کیلومتر یا بیشتر مطرح شده است.

 

 

شمع های ایریدیوم دارای عملکرد بهتر و مسبب احتراق کاملتر در خودرو هستند که این خود کمک میکند موتور به نرمی کار کند.بدلیل نایاب بودن این عنصر به نسبت پلانتینیوم گران تر است. 

 

 شمع های ایریدیوم دارای نوک سوزنی هستند به همین دلیل دقت جرقه بالاتری داشته و نیاز به ولتاژ کمتری برای ایجاد جرقه در فاصله ایجاد شده دارند و بدلیل تمرکز ایجاد شده جرقه بهتری درفاصله(gap)ایجاد میشود.

 

مقایسه پلیت ها در شمع های چند الکترود،معمولی و ایریدیوم:

همانطور که مشاهده میشود.شمع های ایریدیوم جرقه متمرکز تر به دلیل الکترود سوزنی خود دارند و به نسبت بقیه شمع ها نیاز به ولتاژ جرقه کمتری برای احتراق دارند.

 

 

نکته ای دیگر که باید گفت این است که در شمع های سوزنی به دلیل الکترود سوزنی شکل و نازک،اثر انتقال حرارت محیط احتراق به الکترود  که تاثیر منفی در انتقال جرقه می باشد،کاهش پیدا می کند.

 

 

کربنی شدن شمع:

به واسطه طراحی سوزنی الکترود شمع های ایریدیوم و طراحی ساختار شمع الکترود، این شمع ها دوده کمتری جذب کرده به همین جهت طول عمر بالای دارند و در طی کارکردشان دوده بسیار کمتری به نسبت شمع های مسی معمولی جذب می کنند.در تصویر های زیر تفاوت 2 شمع در برابر دوده به تصویر کشیده شده است.

 

شمع معمولی:

 

شمع از جنس ایریدیوم:(الکترود تحت تاثیر دوده قرار نگرفته است)

 

 

ساختار طراحی ایریدیوم شرکت ngk:(برای رفع این مساله)

 

 

قضیه side gaping یا شمع های cutting spark plug ground strap :

این شمع های دارای پلاتین زمینی هستد که نصف حالت معمولی طول دارند و باعث ایجاد جرقه به صورت زاویه دار میشوند.طبق این پدیده احتراق به صورت کامل تری در محفظه ایجاد شده و سبب بهبود عملکرد خودرو می شود.این قضیه تا مدت ها یک راز بین دارندگان خودرو های ریس و تاریخچه ان به دهه 60 میلادی باز میگرده است.انجام این عمل برای خودرو های ریس که دارای تراکم بالا، دمای حرارتی بالا بوده و حجم سوخت بیشتری به سیلندر تزرق می کنند،مانند خودرو های دارای توربوبسیار مناسب است.این پدیده مسبب افزایش توان خودرو و مسافت پیموده شده به دلیل احتراق کامل تر خواهد بود.در حال حاضر اکثر شمع های جدید این طرح را بر روی شمع ها پیاده کرده اند.البته به دلیل گران بودن این شمع ها بعضی افراد به صورت دستی این کار را بر روی شمع های معمولی انجام می دهند.

 

تفاوت ظلاهری شمع معمولی و این شمع ها:

 

 

 

نحوه احتراق در شمع های side gaping:

به دلیل جرقه جانبی،احتراق سوخت کامل تر صورت میگیرد.

 

 

مقاومت داخلی شمع:

اکثر شمع ها دارای مقاومت داخلی حدود 5 کیلو اهم هستند این مقاومت برای سرکوب تداخل امواج الکترومغناطیسی و رادیویی جهت عملکرد صحیح سیستم های الکترونیکی خودرو در طراحی داخل شمع به کار رفته است.گرچه شمع های جدید با مقاومت کمتر به همراه قابلیت سرکوب کنندگی تداخل امواج الکترومغناطیسی تولیده شده اند.

 

انواع شمع از نظر طراحی:(شرکت Denso)

نوع A از نوع Racing و نوع D ،شمع ایریدیوم این شرکت است.

 

پلیت زمین:

پلیت های زمین ممکن است به صورت U شکل باشند مانند شکل زیر که سازندگان این شمع وجود ان را مسبب احتراق کامل تر می دانند. و اولین بار ان را شکل Denso به ثبت رساند.

 

نکته ای دیگر که در مورد شمع ها باید به ان توجه کرد وجود دیسک بر روی پلیت منفی است.وجود این دیسک کوچک سبب تمرکز بهتر جرقه و احتراق بهتر خواهد شد. نسل بعدی بعد از پلیت های معمولی U شکل،پلیت های دیسکی میباشند.

 

 

نمونه شمع Denso دارای دیسک زمین:(شمع های Twin-Tip)

این شمع ها با نام Twin-Tip یا به اصطلاح TT در محصولات Denso شناخته میشوند.

 

 

چند نمونه شمع های Racingشرکت ها:

شمع هایی که در خودرو های ریس استفاده میشوند به دلیل دور بالای ان خودرو ها تحت فشار های زیادی هستند. دما، فشار، ارتعاشات در محفظه احتراق بسیار زیادبوده(مخصوصا خودرو های دارای توربو) که در صورت استفاده از الکترودهای معمولی احتمال ذوب شدن الکترود وجود دارد.

 

شمع های Racing Iridium Denso :

ترکیب آلیاژ های Iridium-Rhodium  در تکنولوژی ساخت ان ها به کار رفته است،همانطور که می بینید طراحی کاملا متفاوتی نسبت به شمع های عمومی دارند.

 

 

شمع Autolite Racing Hi-Performance Spark Plugs:

در این شمع ها از الیاژ Yttrium به کار رفته است که تحمل حرارتی بالاتری دارند و مقاوم در برابر خوردگی هستند به همین دلیل برای خودرو های ریس کاربرد دارند.همانطور که میبینید به این شمع ها side gaping میگویند. گفته میشود مسبب احتراق کامل تر خواهند بود که در این مورد در اینده توضیح خواهم داد.

 

 

شمع NGK Racing:

از الیاژ gold-palladium بهره گرفته است. از نوع Angled ground strap type است.طبقه گفته های سازنده برای موتورهای ریس و دارای توربو  مناسب اند.نوع دیگری از شمع ها Semi-surface discharge هستند که به واسطه طراحی که دارند الکترود مرکزی ان مقاومت بیش تری دربرابر خوردگی و حرارت حاصل از احتراق دارد.

 

در شکل زیر کل محصولات NGK به تصویر کشیده شده است:

لیست شمع های NGK به همراه شماره مدل نمونه ،همانطور که می بینید شمع های چند الکترود نیز معرفی شده اند.

 

شمع های  BOSCH:

Platinum+4 Spark Plugs:

شمع های چند پلاتینه Bosch با طراحی جدید،جنس الکترود مرکزی ان از پلاتینیوم و پلیت های زمین از الیاژ Yttrium است.

 

 

 

Silver Spark Plugs:

جنس الکترود مرکزی ان ها از نقره است به همین دلیل مقاوم در برابر سایش بوده و جرفه بهتری را ارایه می کنند.

 

Super Plus Spark Plugs:

جنس الکترود مرکزی ان ها از Yttrium است. که تحمل درجه حرارت بالای دارد.

 

تفاوت شمع ها با توجه به جنس به کار رفته ان:

در تصویر زیر تفاوت شمع ها از نظر جنس و الیاژ به کار رفته و همچنین نقطه ذوب و طول عمر ان ها اشنایی پیدا می کنید.تصویر زیر دید کاملی در مورد انواع شمع به شما میدهد.وضعیت هر شمع از نظر جنس Center electrode (الکترود مرکزی)-Ground electrode(پلیت زمین)-Life time(طول عمر)-Melting point (نقطه ذوب) نشان داده شده است.

*توجه شود که طول عمر براساس شرکت سازنده متفاوت است.

تفاوت اتش جرقه یک شمع با الکترود مسطح معمولی و الکترود سوزنی از جنس ایریدیوم:

 

 

در جدول زیر مشخصات الیاژ ها ارایه شده:

همانطور که در جدول زیر میبینید.الیاژ ایریدیوم نقطه ذوب بالایی به نسبت پلانتینیوم،مس ونیکل دارد و همچنین هدایت خوبی به نسبت پلانتینیوم،نیکل، و هدایت کمتری به نسبت مس دارد.با توجه به جدول ،سختی ایریدیوم  از تمام الیاژ های مقایسه شده بیش تر است.

 

 

تاثیرات استفاده از یک شمع با کیفیت:

برخلاف انچه تصور دارید واقعیت اینست که شمع ها نمیتوانند قدرت موتور را 2 برابر کنند.اما میتوانند عملکرد موتور را بهبود ببخشند.

1.افزایش توان موتور (بین 1 تا 3 درصد)

2.پاسخ بهتر دریچه تراتل به دلیل راندمان بالاتر در احتراق سوخت که سبب بهبود عملکرد موتور می شود

2.کاهش الایندگی و مصرف سوخت به دلیل احتراق کاملتر

عیب یابی شمع خودرو

همانطور که دیدیم هر شمع دارای یک طول عمر خاص می باشد که پس از طی این مدت زمان باید نسبت به تعویض آن اقدام نمود. اما گاهی به دلیل ازدیاد رسوبات حاصل از احتراق در سر الکترودها و کثیف شدن آن و یا جرقه زنی نادرست و از بین رفتن الکترودها، نیاز به تعویض شمع خودرو پیش از طی کردن طول عمر استاندارد خواهد بود. در این مواقع خودرو به خوبی کار نخواهد کرد و به نوعی دچار بدسوزی می گردد. درست کار نکردن یکی از شمع ها باعث می شود که سیلندر مربوطه سوخت را بطور ناقص بسوزاند و در نتیجه باعث افزایش آلایندگی و در نتیجه صدمه به قطعات موتور گردد.

نمونه از شمع خودرو

علائم ظاهری خرابی شمع خودرو

برای تشخیص خرابی شمع باید به علایم ظاهری آن توجه کرد.

در صورتی که علایم نشان از نقص در خودرو بدهند باید قبل از تعویض نقص فنی بر طرف شود.

 

۱: ترک روی چینی شمع به علت فاصله زیاد بین دو الکترود و عبور بیش از حد جریان برق

۲: شکستن چینی شمع به علت ضربه خوردن و نصب ناصحیح

۳: روغن زدن سر شمع به علت روغن سوزی موتور

۴: ذوب شدن الکترود به علت نامناسب بودن شمع برای بازه حرارتی خودرو

۵: آب زدن سر شمع به علت از بین رفتن واشر سر سیلندر یا خود سر سیلندر

۶: گچ گرفتن سر شمع به علت کیفیت پایین سوخت

۷: دوده گرفتن سر شمع به علت تنظیم نبودن میزان سوخت و هوا

عدم تعمیر و نگهداری کاربراتور

خطای سوزن انژکتور

خطای سنسور اکسیژن

الودگی فیلتر هوا

تاخیر در زمان احتراق و مناسب نبودن بازه حرارتی شمع