شمع ماشین و اجزای تشکیل دهنده و نحوه کارکرد آن
شمع ماشین چیست و چه اهمیتی دارد؟
خودروهای احتراق داخلی برای سوزاندن سوخت درون سیلندرهای موتور خود نیاز به محرکی اولیه دارند. این محرک اولیه جرقه‌ای است که شمع تولید می‌کند. در واقع این قطعه کوچک از اصلی‌ترین بخش‌های موتور است و موجب روشن شدن و شروع به کار آن می‌شود. اهمیت این قطعه در حدی است که در صورت نقص در عملکرد آن به هر دلیل، موتور روشن نشده و خودرو قادر به حرکت نخواهد بود.
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.
به بیان دقیق‌تر شمع انرژی الکتریکی باتری را به محفظه احتراق رسانده و با مشتعل کردن مخلوط سوخت و گاز درون این محفظه، انرژی گرمایی مورد نیاز خودرو را تولید می‌کند. شمع برای ایجاد جرقه در محفظه احتراق بالای سیلندر و روی سرسیلندر قرار می‌گیرد. برای هر سیلندر یک یا دو شمع استفاده می‌شود.شمع باید متناسب با موتور و نیاز خودرو انتخاب شود در غیر این صورت به دلیل جرقه‌زنی بیش از حد دچار فرسایش شده و کارایی خود را به زودی از دست می‌دهد. همچنین خوب کار نکردن شمع موجب احتراق ناقص درون موتور و استهلاک دیگر قطعات خودرو می‌شود.
اجزای شمع ماشین
شمع ماشین قطعه‌ای کوچک با اهمیتی بالا و وظیفه‌ای بزرگ است. این قطعه در عین کوچک بودن ساده و عاری از پیچیدگی‌های دیگر قطعات خودرو است. البته با این وجود اجزای کوچک اما متعددی دارد. این اجزا عبارتند از؛
- 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.
طرز کار شمع خودرو
شمع وظیفه انتقال انرژی الکتریکی باتری به سیلندرها و ایجاد جرقه برای احتراق درون آن‌ها را در سه مرحله‌ی اصلی انجام می‌دهد. به این ترتیب:
– انتقال جریان برق به شمع
شمع در قسمت ترمینال به کوئل که یک سیم‌پیچ الکتریکی برای ایجاد جریان برق با ولتاژ بالا است متصل شده و این اتصال از طریق سیمی با عایق الکتریسیته قوی برقرار می‌شود. برق تولید شده در کوئل از طریق ترمینال به الکترود مثبت یا میانی انتقال یافته و تا پایه شمع می‌رود. الکتریسیته هنگام رسیدن به شکاف جرقه یا گپ، تمایل به انتقال به قطب منفی یا الکترود بدنه دارد، اما خاصیت عایق الکتریسیته بودن مخلوط سوخت و هوا مانع از این انتقال می‌شود.
– یونیزه کردن مخلوط سوخت و هوا
در این مرحله، شمع برای انتقال نهایی الکتریسیته از قطب مثبت به قطب منفی، ولتاژ قوی‌تری از برق را به گپ منتقل می‌کند. این ولتاژ بالا ساختار مولکولی مخلوط موجود در شکاف جرقه را تغییر می‌دهد و با بالاتر بردن ولتاژ از قدرت دی‌الکتریک گاز، آن را یونیزه می‌کند. حالا برق از مخلوط یونیزه شده عبور کرده و به قطب منفی منتقل می‌شود.
– جرقه زنی
عبور برق از الکترون‌ها دمای آن‌ها را تا حد زیادی بالا برده و گازهای یونیزه شده را منبسط می‌کند، این انبساط در نهایت به جرقه‌زدن منتهی می‌شود. چیزی شبیه به آنچه در رعد و برق اتفاق می‌افتد. در پایان جرقه‌زنی واکنش گازها با هم افزایش یافته و ایجاد یک گوی آتش در گپ می‌کند. به این گوی هسته آتشین می‌گویند که اندازه آن به ترکیب سوخت و گاز موجود در سیلندر و شرایط محفظه احتراق در زمان جرقه‌زنی بستگی دارد
