آشنایی با شمع خودرو
معرفی شمع موتور
شمع خودرو با ایجاد جرقه باعث احتراق سوخت در موتور می شود؛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.برای ایجاد احتراق مورد نیاز درون موتور سه عامل اصلی وجود دارند که مانند سه راس مثلث یکدیگر را تکمیل میکنند؛ سوخت، اکسیژن و حرارت. حرارت بخشی است که توسط شمع با عمل جرقهزنی تامین میشود. این جرقه مانند فندکی که شعله گاز را روشن میکند آتش اولیه درون سیلندر را فراهم مینماید. به طور قطع هرچه این جرقه قویتر باشد احتراق مورد نیاز موتور بهتر و قویتر صورت میگیرد. اما شمع انرژی خود را برای جرقه زدن از باتری خودرو تامین میکند. نمونه های متنوعی از شمع خودرو در بازار با انواع و برندهای مختلف وجود دارد که یکی از مطرح ترین این برند های در بازار برند شمع NGK می باشد.
نقش شمع در مدار جرقه موتور خودرو
مدار جرقه از شمع، کوئل، وایر و دلکو در خودروهای کاربراتوری و کامپیوتر در خودروهای انژکتوری تشکیل شدهاست. کامپیوتر خودرو یا ECU بر وضعیت ماشین بهصورت لحظهای نظارت دارد و عملکرد آن را کنترل میکند. تنظیم میزان مصرف سوخت خودروهای انژکتوری هم توسط این قطعه انجام میشود. این قطعه با برق کار میکند و در صورت بروز مشکل در برقرسانی به آن، قسمتهای مختلف خودرو بهدرستی عمل نمیکنند.
یکی دیگر از اجزای مهم سیستم برق خودرو که در مدار جرقه قرار دارد، شمع است. کار شمع خودرو این است که ولتاژ کویل را به جرقه تبدیل میکند و باعث انفجار ترکیب سوخت و هوا در اتاق احتراق میشود.
جریان مستقیمی که باتری تولید میکند، ۱۲ ولت است و شمع برای ایجاد جرقه به برق ۷۰۰۰ ولت نیاز دارد. کویل درواقع یک ترانسفورماتور فشار قوی است که ولتاژ برق ذخیره کننده (باتری) را تقویت میکند تا شمع بتواند جرقه موردنیاز برای احتراق را تولید کند. قطع و وصل جریان مدار کویل هم توسط دلکو انجام میشود.
در خودروهای امروزی (انژکتوری) کنترل سیستم جرقه زنی به شیوه کامپیوتری انجام می شود؛ کامپیوتر خودرو با کمک چند سنسور ، موقعیت میل لنگ را شناسایی می کنند و با توجه به اطلاعاتی که از این دو سنسور به دست می آورد ، در زمان مناسب ، دستور جرقه زدن به کوئل هر سیلندر را می دهد در واقع در سیستم های کامپیوتری ، دلکو حذف شده و به جای آن سنسورهایی جهت شناسایی موقعیت میل لنگ به کار می روند ، این سنسورها اطلاعات را به کامپیوتر ماشین داده و کامپیوتر ماشین دستور جرقه زنی را در زمان مناسب به کوئل می دهد ، در نظر داشته باشید کوئل خودروهای انژکتوری (دارای کامپیوتر) متفاوت از کوئل های خودروهای کاربراتوری می باشد.
اجزای شمع خودرو
شمع خودرو در حرارت و ولتاژ بالا کار می کند، بنابراین لازم است که از مواد با کیفیتی ساخته شود. جریان ولتاژ بالایی که به شمع خودرو می رسد از طریق عایق سرامیکی به الکترود داخل شمع (الکترود مثبت) انتقال می یابد. این عایق سرامیکی از انتقال جریان برق به بدنه خودرو جلوگیری می کند.
شمع خودرو دارای دو الکترود مثبت و منفی است. الکترود مثبت در داخل بدنه شمع قرار داد و تنها قسمت انتهایی آن مشخص است و الکترود منفی نیز به بدنه شمع متصل شده است و دارای جریان منفی است. در میان الکترود مثبت و منفی فاصله بسیار کوچکی وجود دارد که محل جرقه زنی است. به این فاصله گپ شمع خودرو نیز گفته می شود.
بنابراین شمع خودرو از قسمت های زیر تشکیل شده:
- عایق چینی
- بدنه شمع
- ترمینال شمع
- پایه شمع
- الکترود مثبت
- الکترود منفی
- گپ
عایق چینی
این عایق از جنس اکسید آلومینیوم یا آلومین است با یک لایه لعاب شیشهای به عنوان پوشش خارجی. این لایه خارجی که به رنگ سفید روی شمع دیده میشود از جذب آلودگی توسط عایق جلوگیری کرده و منافذ آن را کامل میپوشاند. عایق به شمع در برابر فشارها و حرارت بالایی که با آن مواجه است استحکام لازم را میدهد. عایق در برخی از شمعها قابلیت جدا کردن دارد که به این نوع شمعهای دو تکه میگویند.
بدنه شمع
بدنهی شمع که از جنس فولاد است شمع را روی سیلندر محکم نگه میدارد. بالای آن آچارخور و پایینش رزوه یا پایه شمع وجود دارد. بین بدنه و سرسیلندر از واشری جهت عایقبندی و جلوگیری از نفوذ مخلوط سوخت و هوا به بیرون از سیلندرها استفاده میشود.
ترمینال شمع
بالاترین قسمت بدنه شمع و بخشی که از عایق بیرون میزند همان ترمینال شمع است. این بخش به وایر متصل میشود و ناقل قوی الکتریسیته است. ترمینال در برابر زنگزدگی مقاومت بالایی دارد.
پایه شمع
این بخش از شمع که رزوه نیز نامید میشود به سر سیلندر متصل شده و روی آن بسته میشود به طوری که با محفظه احتراق هم سطح باشد. در صورت بلند یا کوتاه بودن بیش از حد این پایه، شمع دچار خودسوزی میشود. شمعها از نظر اندازه و قطر پایه به دو دسته پایه بلند و پایه کوتاه تقسیم میشوند که با توجه به موتور و سرسیلندر هر خودرو مورد استفاده قرار میگیرند.
الکترود مثبت
این بخش که الکترود مرکزی شمع نیز نامیده میشود در وسط چینی واقع شده و از آلیاژهای فولادی مانند فولاد-نیکل، فولاد-کروم یا فولاد-منگنز ساخته میشود. این الکترود در معرض حرارت بالایی قرار دارد و به همین دلیل از آلیاژی ساخته میشود که در برابر حرارت مقاومت لازم را داشته باشد. گاهی این الکترود دو تکه ساخته میشود و در بین این دو تکه از یک مقاومت با جنس شیشهای مخصوص استفاده میشود که طول عمر شمع را بالا میبرد. به تازگی در شمعها از الکترود مرکزی با جنس مس پوشیده شده از نیکل کروم استفاده میشود که علاوه بر مقاومت حرارتی بالا، رسانای الکتریسیته خوبی است. بین الکترود مثبت و عایق چینی یک فاصله هوایی وجود دارد که فضای انبساط الکترود را فراهم میکند. الکترود مثبت، الکتریسیته را از ترمینال تا محفظه احتراق منتقل میکند.
الکترود منفی
این الکترود که الکترود کناری نیز نامیده میشود به بدنه یا پایه شمع وصل است. جنس آن آلیاژ نیکل-کروم است و به شکل زائدهای انتهای پایه و در اطراف الکترود مثبت دیده میشود. تعداد الکترود منفی در انواع مختلف شمع متفاوت است.
گپ
فاصله بین دو الکترود مثبت و الکترود منفی را گپ یا شکاف جرقه میگویند که بسیار دقیق اندازهگیری و تنظیم میشود. این فاصله براساس نیازهای موتور متفاوت است و در مناسب بودن شمع برای موتور نقش مهمی دارد. اما به طور کلی، هرچه فاصله گپ بیشتر باشد جرقهزنی بهتر صورت میگیرد.
عملکرد شمع خودرو
شمع موتور خودرو برای جرقه زنی به ولتاژ بالایی نیاز دارد. این ولتاژ بالا از طریق کوِئل خودرو تامین می شود. کوئل برق ولتاژ پایین را از باتری خودرو می گیرد و با افزایش ولتاژ آن، این جریان را به شمع ها منتقل می کند. این ولتاژ به طور معمولی عددی بین ۱۲۰۰۰ تا ۲۵۰۰۰ ولت است که موجب یونیزه شدن گازهای بین الکترودهای مرکزی و جانبی شمع شده و ایجاد جریان و در نتیجه احتراق می کند.به بیان دقیق تر سیستم شمع خودرو به گونه ای است که در آن، انتهای شمع به ولتاژ زیاد تولید شده توسط سیم پیچ یا مگنتو متصل می شود. با عبور جریان الکترونها از سیم پیچ، بین الکترود مرکزی و الکترود جانبی اختلاف ولتاژ ایجاد می شود. هنگامی که ولتاژ از مقاومت دی الکتریک گازها بیشتر شود، گازها یونیزه می شوند. گاز یونیزه شده به یک هادی تبدیل می شود و به الکترون ها اجازه می دهد تا به سمت سوخت حرکت کنند. شمع های خودرو معمولاً به اختلاف پتانسیل بیش از ۲۰،۰۰۰ ولت نیاز دارند تا به درستی کار کنند. در این هنگام با افزایش جریان الکترون ها از شکاف موجود، دمای کانال به حدی افزایش می یابد، که اتفاقی مانند بک انفجار کوچک رخ می دهد.
انواع شمع خودرو
شیوه تقسیم بندی شمع خودرو
شمع خودرو بر اساس فاکتورهای زیر طبقه بندی می شوند:
- کد حرارتی
- شکل الکترود (مثبت)
- جنس الکترود (مثبت)
- تعداد الکترود(منفی)
انواع شمع خودرو بر اساس کد حرارتی
کد حرارتی
در واقع رنج حرارتی و یا همان کد حرارتی شمع موتور میزان حرارت ایجاد شده در شمع موتور در آخرین مرحله از عملکرد آن است.این دما باید به اندازه ای پایین باشد تا مانع از احتراق پیش از موعد ترکیب سوخت و هوا در محفظه احتراق شود (حرکت ناقص پیستون) و همچنین این دما باید به اندازه ای بالا باشد تا از ایجاد رسوب در سر الکترود جلوگیری کند.
عوامل تاثیرگذار بر روی کد حرارتی شمع موتور
- مساحت سطح و یا طول دماغه عایق حرارتی
- هدایت حرارتی عایق شمع موتور و الکترود مرکزی
- ساختار الکترود مرکزی مانند هسته از جنس مس و …
- موقعیت نسبی سر عایق نسبت به پوسته شمع موتور خودرو
شمعها براساس این فاکتور به ۳ دسته تقسیم میشوند:
- شمع سرد
- شمع گرم
شمع سرد
شمع های سرد به دلیل کوتاه بودن قسمت پایه حرارت خود را با سرعت بیشتری از دست می دهند. کاهش دمای سریع شمع موتور به بالا رفتن کیفیت عمل احتراق نیز کمک می کند. شمع های پایه بلندی که دمای آنها دیرتر کاهش می یابد به دلیل مجاورت با گرمای پیستون زودتر از حد مجاز جرقه ایجاد می کنند. احتراق زودرس موجب لرزش موتور و آسیب دیدن قطعات آن می شود. بنابراین، از شمع های سرد در موتورهایی که دمای بالایی دارند استفاده می شوند.
شمع گرم
شمع های گرم حرارت حاصل از احتراق سوخت و هوا را بیشتر در خود نگه می دارند. این ویژگی نیز مزایای خاص خود را دارد که از جمله آنها می توان به سوختن و از بین رفتن روغن و کربن رسوب کرده بر روی شمع اشاره کرد. در واقع باقی ماندن رسوبات احتراق قبلی بر روی شمع موجب کاهش کیفیت جرقه زنی و پایین آمدن راندمان موتور می شود. از شمع های گرم در پیشرانه هایی که دمای تولیدی کمتری دارند استفاده می شود.
شمع سرد یا گرم؟
هر شمع بسته به ویژگی های فنی و ساختار فیزیکی، مناسب یک نوع موتور و یک سبک رانندگی طراحی شده است. برای مثال شمع موتور یک خودروی شهری که مدام در ترافیک شهری و با دور پایین کار میکند با شمع موتور همان خودرو در جاده و رانندگی دور بالا متفاوت است.توصیه میشود پیش از خرید شمع جدید حتما به دفترچه راهنمای خودرو مراجعه کنید.
در صورت انتخاب شمع با کد حرارتی نادرست شاهد مشکلات و عوارض زیر در خودرو خواهیم بود:
پیش احتراق
پیش احتراق سبب می شود احتاق قبل از بالا آمدن پیستون انجام شود در نتیجه پیستون به جای بالا بردن تراکم سوخت و هوا، با گازهای ناشی از احتراق پیش از موعد درگیر می شود.
احتراق ناقص
احتراق ناقص سبب کاهش قدرت ، لرزش و صدای اضافه در پیشرانه می شود همچنین میزان مصرف سوخت خودرو و انتشار آلایندگی آن افزایش پیدا می کند.
انواع شمع خودرو بر اساس شکل الکترود(مثبت)
شمع های معمولی
شمع های معمولی و رایج در بازار از آلیاژ نیکل ساخته شده که تحمل حرارتی معادل ۴۰۰ درجه دارند و به همین دلیل نهایت عمر آن ها ۳۰،۰۰۰ کیلومتر است و بخاطر تخت بودن الکترود مثبت آن ها جرقه کاملا منظم نیست و همین نکته باعث بالا رفتن مصرف سوخت و خام سوزی می شود.
شمع های سوزنی
الکترود مثبت این شمع ها به شکل سوزن نوک تیز است و این خاصیت باعث می شود که جرقه حاصله از شمع بسیار دقیق، در راستای سیلندر و خیلی قوی تر از یک شمع معمولی باشد.مزیت این الکترود ها کاهش مصرف سوخت، افزایش شتاب، کاهش صدا و لرزش و در نهایت عملکرد بهتر موتور و پایین آمدن استهلاک قطعات آن است.
انواع شمع خودرو بر اساس جنس الکترود(مثبت)
شمع های نیکلی
اغلب شمعهای موجود در بازار الکترودی از جنس نیکل دارند.
این نوع شمعها دارای الکترودی مرکزی با شکل تخت بوده و به علت آلیاژ بهکاررفته در ساخت الکترود، از مقاومت گرمایی کمتری نسبت به ش
معهای جدیدتر برخوردارند و طول عمر کوتاهتری دارند. عموما بعد از هر ۲۰۰۰۰ کیلومتر باید این نوع شمعها تعویض شوند. البته این زمان به نوع کارکرد موتور هم بستگی دارد. همچنین مصرف سوخت در این نوع شمعها از شمعهای جدیدتر بالاتر است.
شمعهای پلاتینیومی
این شمعها از الکترودهایی از جنس پلاتینیوم بهره میبرند و با توجه به اینکه این عنصر خاصیت ضد خوردگی دارد و از مقاومت گرمایی بالایی برخوردار است،
ازاینرو این شمعها از پایداری خوبی در برابر دما بهرهمیبرند که این میزان تا دمای ۲۵۰۰ درجه سانتیگراد برآورد میشود. همچنین بعد از ۱۰۰۰۰۰ کیلومتر کارکرد موتور، نیاز به تعویض دارند. معمولا الکترود مثبت این شمعها سوزنی شکل هستند که موجب بالا رفتن دقت و قدرت جرقهزنی در موتور میشود. شمعهای پلاتینیوم از قیمت بالاتری نسبت به شمعهای نیکلی برخوردارند که باگذشت زمان متوجه خواهید شد که استفاده از این شمعها به افزایش طول عمر قطعات موتور و بهبود کیفیت کارکرد موتور مثل افزایش شتاب و کاهش مصرف سوخت منجر خواهد شد. پس استفاده از این نوع شمعها نسبت به شمعهای معمولی بهصرفهتر است.
شمعهای ایریدیومی
الکترود مثبت این سری از شمعها از جنس ایریدیوم ساختهشده است.
همچنین یک نقطه از جنس پلاتین در ساخت الکترود منفی و در محل جرقهزنی بهکار برده میشود که موجب افزایش طول عمر این نوع شمعها شده است. چراکه ایریدیوم فلزی از خانوادهی پلاتین است و خواصی مشابه پلاتین دارد. شمعهای ایریدیومی مقاومت دمایی بالاتری نسبت به شمعهای پلاتینیومی دارند و بههمین علت این نوع شمعها از طول عمر بالاتری برخوردارند. شمعهای ایریدیومی هم معمولا دارای الکترود سوزنی با دقت و قدرت جرقهزنی بالا هستند و تقریبا کاربردی مشابه شمعهای پلاتینیومی دارند.مقاومت حرارتی ایریدیوم نیز بالاترین مقاومت در بین شمعها است. نتیجه اینکه کاملترین احتراق با شمع سوزنی ایریدیوم تامین میشود.
انواع شمع خودرو بر اساس تعداد الکترود(منفی)
شمع های چند الکترودی
شمعهایی با تعداد الکترود منفی بیشتر از یک را چند الکترودی مینامند که بر اساس تعداد الکترودها دو، سه و چهار زمانه خطاب میشوند.این شمعها تنها دوام و طول عمر بیشتری نسبت به شمعهای تک الکترودی دارند.با هربار جرقهزنی به دلیل دمای بالا قسمت بسیار ناچیزی از الکترودها از بین میرود.
ازآنجاییکه تنها یک جرقه و آنهم در کوتاهترین فاصله بین الکترود مرکزی و یکی از الکترودهای منفی ایجاد میشود پس تنها یکی از الکترودهای منفی در این جریان الکتریکی القایی درگیر میشود. تا زمانی که این الکترود کمترین فاصله را با الکترود مرکزی داشته باشد و هنوز خوردگی زیاد نشده باشد این الکترود کار جرقهزنی را انجام خواهد داد. اما درصورتیکه مقدار این خوردگی زیاد و فاصلهی دو الکترود از هم زیاد شود الکترود دیگری که فاصله داشته باشد جرقه را ایجاد میکند. درنتیجه با از بین رفتن یک الکترود، الکترودهای بعدی درگیر جرقهزنی خواهند شد. درنتیجه زمان بیشتری بهطول میانجامد تا الکترودها شکل اولیهی خود را از دست بدهند و کیفیت شمع خودرو از بین برود.شمع های چند الکترودی گران قیمتتر از شمعهای تک الکترودی هستند. گپ در آنها قابل تنظیم نیست و در صورت خرابی باید تعویض شوند. مناسب برای هر موتور و خودرویی نیستند.از طرف دیگر احتراق کامل توسط آنها صورت میگیرد و انتشار شعله نیز به خوبی انجام میشود. بازده یا کد حرارتی بالایی دارند. قادر به روشن کردن خودرو در هوای سرد به راحتی و به سرعت هستند.
عیب یابی شمع خودرو
نشانه های خرابی شمع
گاهی در حین رانندگی با دیدن یک سری از موارد مانند کم شدن توانایی موتور و حتی خام سوزی در هنگام شتاب گرفتن، متوجه می شوید که باید برای خودروی خود یک شمع مناسب تهیه کرده و این شمع قدیمی را تعویض کنید.
- روشن نشدن خودرو
- افزایش مصرف سوخت خودرو
- کاهش قدرت پیشرانه خودرو
- درست کار نکردن سیلندر
- بد کار کردن موتور و لرزش در آن
- بد استارت خوردن خودرو
- روشن شدن چراغ چک
علائم فیزیکی خرابی شمع
- لعاب روی چینی
اگر شما به رانندگی با سرعت بسیار بالا علاقه دارید باید به این نکته هم توجه کنید که در اثر این سرعت بالای شما یک لایه سربی از بنزین بر روی چینی تشکیل می شود و در آخر باعث ایجاد یک لایه لعابی به رنگ زرد یا حتی سبز بر روی قطعه شده تا تنها راه حل آن تعویض قطعه موردنظر باشد.
- ترک خوردگی چینی
یکی از عواملی که می تواند باعث ترک خوردگی چینی شود، کاهش میزان اکتان موجود در سوخت است تا فرایند جرقه زدن را در سیلندر به شدت مختل کند. اگر صدایی نامطلوب از موتور ماشین خود شنیدید باید به ترک خوردگی چینی شک کنید.
- تغییر رنگ چینی
در بنزینی که شما برای ماشین خود استفاده می کنید یک سری از مواد افزودنی وجود دارد و معمولا آن ها برای افزایش میزان اکتان سوخت کاربرد دارند ولی در اثر آن روی سطح خارجی چینی شما قرمز یا صورتی می شود.
- فرسودگی الکترود
در مواقعی هم ممکن است که شمع شما دچار آسیب شده باشد و شما نسبت به تعویض آن بی توجهی بورزید ولی جالب است بدانید که در اثر آن ممکن است که الکترود مرکزی آن دچار سوختگی شده باشد.
- وجود بنزین بر روی شمع
در اثر بروز عوامل مختلفی ممکن است که سر شمع خودروی شما به وسیله مقداری از بنزین آلوده شود و باعث ایجاد تغییر رنگ در چینی آن شده و رنگ آن را به سمت سیاهی میل دهد.
- ذوب شدن الکترود مرکزی
در برخی مواقع شمع شما بسیار داغ شده و حرارت آن از حد مشخص شده بالاتر می رود که در این صورت ممکن است که الکترود مرکزی آن دچار ذوب شدگی شده و باعث ایجاد مشکلی جدی برای چینی آن بشود.
عمر شمع خودرو چقدر است؟
هر کدام از شمع هایی که از آن ها برای موتور خودروی خود استفاده می کنید دارای یک طول عمر مفید هستند که زمان تعویض این شمع ها هم به این بازه زمانی بستگی دارد. به عنوان نمونه شمع هایی که پلاتینیومی هستند حدود ۱۰۰۰۰۰ کیلومتر عمر مفید دارند و شمع های مسی هم در نهایت ۳۰۰۰۰ کیلومتر را می توانند به طور مفید کار کنند و در مورد سایرین شمع هایی که در بازار به فروش می رسند تقریبا می توان عمر مفید ۱۵۰۰۰۰ کیلومتری را برای آن ها در نظر گرفت.
شمع خودرو پس از هر ۲۰۰۰۰ کیلومتر کارکرد باید بازدید شود. این بازدید موجب آگاهی از وضعیت شمع میشود تا اگر معیوب شده باشد آن را تعویض کرد یا آنکه اگر فاصلهی گپی که بین الکترودها وجود دارد از حالت استاندارد خارجشده باشد بتوان آن را تنظیم کرد. استفاده از شمع معیوب یا نامناسب در خودرو موجب کاهش شتاب، افزایش مصرف سوخت، روشن نشدن یا دیر روشن شدن خودرو، خامسوزی سوخت و ایجاد لرزش و صدا در موتور میشود یا اینکه در شرایط بدتر موجب ایجاد آسیب در قطعات موتور خودرو خواهد شد.