بررسي سيستم جرقه زني اتومبيل

مباني جرقه زني

هدف اصلي از به كار گيري سيستم جرقه زني، ايجاد جرقه در داخل سيلندر، در زماني نزديك به لحظه پايان تراكم، به منظور مشتعل ساختن مخلوط  متراكم هوا- بنزين است.

در فشار جو، براي آن كه بتوان در شكاف هوايي به پهناي 0.6 ميليمتر جرقه ايجاد كرد، ولتاژي در حدود 2 تا 3 هزار ولت لازم است. براي ايجاد جرقه در شكاف مشابهي در داخل سليندر موتور، با نسبت تراكم 8:1، ولتاژي در حدود 8 هزار ولت مورد نياز است. وقتي نسبت تراكم بالاتر و مخلوط هوا- بنزين فقير تر (كم بنزين تر) باشد، ممكن است به ولتاژي تا حدود 20 هزار ولت نياز باشد. بنابر اين سيستم جرقه زني بايد ولتاژ عادي باتري 12 ولتي را به حدود 8 تا 20 هزار ولت تبديل كند و علاوه بر آن، اين ولتاژ بالا را در لحظه مناسب به سيلندر مورد نظر برساند. در بعضي از سيستم هاي جرقه زني ولتاژي كه به شمع ها مي رسد در حدود 40 هزار ولت است.

سيستم هاي جرقه زني پيشرفته الكترونيكي بر اساس سيستم هاي جرقه زني متعارف ابداع شده اند. شايان ذكر است كه اساس كار بيشتر سيستم هاي جرقه زني تقريبا يكسان است. سيستم جرقه زني كوئل دار از اجزا و زير مجموعه هاي مختلفي تشكيل مي شود كه طرح و ساختمان آنها عمدتا به موتوري وابسته است كه قرار است روي آن نصب شوند.

در هنگام بررسي معيار هاي طراحي سيستم هاي جرقه زني بايد عوامل بسياري را به حساب آورد. مهمترين اين عوامل عبارت اند از :

• طرح محفظه احتراق
• نسبت هوا - سوخت
• گستره دور موتور
• بار موتور
• دماي احتراق در موتور
• كاربرد
• مقررات مربوط به گاز هاي آلاينده خروجي از موتور.

انواع سيستم جرقه زني

سيستم هاي اصلي جرقه زني را مي توان مطابق جدول 1 دسته بندي كرد.

توليد ولتاژ بالا

جريان اوليه لحظه اي در مدار القايي كوئل بر اساس چند عامل تعيين مي شود. ولتاژ بالاي توليدي عمدتا به مقدار اين جريان اوليه وابسته است. آهنگ افزايش جريان اوليه مهم است زيرا همين عامل است كه مقدار جريان را در لحظه «شكستن» مدار براي از بين بردن ميدان مغناطيسي تعيين مي كند.

اگر ثابت هاي الكتريكي سيستم جرقه زني اوليه را بدانيم، مي توانيم جريان لحظه اي اوليه را محاسبه كنيم. براي اين كار مي توان از معادله نمايي زير استفاده كرد :

i = V/R ( 1 - )

كه در آن:

i = جريان اوليه لحظه اي

R = مقاومت اوليه كل

L = القاييدگي سيم پيچ اوليه

t = زمان عبور جريان

e = مبناي لگاريتم طبيعي

بعضي از مقادير متداول اين پارامتر ها را به منظور مقايسه ذكر مي كنيم :

به عنوان مثال يك موتور چهار سيلندر را در نظر بگيريد كه وقتي دور آن به 3000 دور در دقيقه مي رسد، در هر قيقه به 6000 جرقه نياز دارد(چهار شمع در هر دور چرخش ميل لنگ براي كامل شدن چرخه چهار زمانه بايد جرقه بزنند). اين تعداد جرقه در دقيقه معادل 60/6000 يا 100 جرقه در هر ثانيه است! به عبارت ديگز هر جرقه بايد در 0.01 ثانيه ايجاد و مصرف شود.

اگر دوره مكث (خواب) دلكو را 60 درصد بگيريم، زمان t براي موتور چهار سيلمدري كه 3000 دور در دقيقه كار مي كند در حدود 0.006 ثانيه است. وقتي دور موتور به 6000 دور در دقيقه برسد، زمان t به 0.003 ثانيه كاهش مي يابد. با استفاده از معادله نمايي، جريان لحظه اي هر سيستم را محاسبه مي كنيم :

بدين ترتيب مشاهده مي شود كه چگونه با استفاده از كوئل هايي با مقاومت و القائيدگي كم مي توان انرژي ذخيره شده در كوئل را به شدت تقويت كرد. شايان ذكر است كه جريان بالاتر سيستم هاي الكترونيكي براي پلاتين هاي معمولي قابل تحمل نيست.

انرژي ذخيره شده در ميدان مغناطيسي كوئل از رابطه زير به دست مي آيد:

E = ½ (L × i ²)

انرژي ذخيره شده سيستم الكترونيكي در 6000 دور در دقيقه معادل 0.110 ژول است؛ انرژي ذخيره شده در سيستم معمولي 0.03 ژول است. برتري سيستم الكترونيكي آشكار است زيرا انرژي جرقه با انرژي ذخيره شده در كوئل رابطه مستقيم دارد.

زاويه آوانس

براي آنكه موتور بازده بهينه داشته باشد، زاويه آوانس بايد به اندازه اي باشد كه حداكثر فشار احتراق در حدود ˚10 پس از نقطه مرگ بالايي ايجاد شود. تنظيم زمان جرقه زني ايده آل به دو عامل مهم وابسته است: دور موتور و بار موتور. افزايش دور موتور مستلزم آوانس كردن زمان جرقه زني است. مخلوط متراكم هوا - سوخت درون سيلندر فرصت معيني براي احتراق لازم دارد و بنابراين وقتي دور موتور بالا مي رود بايد زورتر آن را مشتعل كرد.

با تغيير بار موتور نيز بايد در زملن جرقه زني تغييراتي ايجاد كرد، زيرا مخلوط هوا- سوخت فقيرتر، كه تحت بار كم مصرف مي شود، آهسته مي سوزد بنابراين سيستم جرقه زني بايد آوانس باشد. تغيير در مقدار گاز باقيمانده و كم شدن مقدار مخلوط هوا- سخت در سيلندر سبب ايجاد تاخير بيشتر در جرقه زني و كاهش آهنگ احتراق مخلوط مي شود، در نتيجه باز هم به آوانس نياز است.

جرقه زني را مي توان به روش هاي مختلف آونس كرد. ساده ترين روش ها عبارت اند از به كارگيري سيستم هاي مكانيكي آوانس گريز از مركزي و واحد كنترل خلا. فشار منيفولد دود با بار موتور متناسب است. سيستم هاي جرقه زني الكترونيكي را نيز مي توان از لحاظ زماني، متناسب با دما و غلظت مخلوط هوا - سوخت، تنظيم كرد. براي تعيين نقطه ايدئال جرقه زني، مقادير همه پارامتر هاي تنظيم زماني حرقه زني را بايد، به صورت مكانيكي يا الكترونيكي، تلفيق كرد.

كوئل انرژي را به صورت ميدان مغناطيسي ذخيره مي كند. براي اطمينان از آمادگي كامل كوئل از رسيدن به نقطه جرقه زني نيز بايد دوره مكثي را در نظر گرفت.

مصرف سوخت و گازهاي آلاينده خروجي

تنظيم زمان جرقه زني بر مصرف سوخت، گشتاور خروجي موتور، راندن پذيري و گاز هاي آلاينده خروجي اثر چشمگيري دارد. سه آلاينده مهم خروجي از موتور اتومبيل عبارت اند از هيدروكربن هاي نسوخته (HC)، مونوكسيد كربن (CO) و اكسيدهاي نيتروژن (NO_x). با آوانس شدن جرقه، ميزان خروج هيدروكربن هاي نسوخته افزايش مي يابد. در اين حالت ميزان خروج NO_x نيز افزايش مي يابد. در اين حالت ميزان خروج NO_x نيز افزايش مي يابد زيرا دماي احتراق بالاتر است. تغييرات ميزان CO با تنظيم زمان جرقه زني بسيار ناچيز است و عمدتا به نسبت هوا- سوخت بستگي دارد.

مانند همه تغييرات ديگر از اين دست، تغيير تنظيم زمان جرقه زني براي كاهش خروج گازهاي آلاينده به افزايش مصرف سوخت منتهي مي شود. وقتي از مخلوطهاي فقيرتر استفاده مي شود، كه امروزه رايج است، بايد آوانس جرقه را افزايش داد تا آهسته تر سوختن مخلوط جبران شود. بدين ترتيب مصرف سوخت كاهش و گشتاور موتور افزايش مي يابد، اما مخلوط هوا- سوخت را بايد به دقت كنترل كرد تا بهترين حالت از لحاظ ميزان گازهاي آلاينده خروجي حاصل شود.

اجزاي سيستم جرقه زني معمولي

• شمع : الكترودهايي دارد كه وارد سيلندر موتور مي شوند و جرقه در فاصله بين آنها ايجاد مي شود. شمع بايد بتواند ولتاژ، فشار و دماي بالا را تحمل كند.
• كوئل : انرژي را به صورت مغناطيس ذخيره مي كند و از طريق يك كابل ولتاژ بالا(مكانيك واير) آن را به دلكو مي رساند. كوئل از دو سيم پيچ، يكي اوليه و ديگري ثانويه تشكيل شده است.
• مغزي سوئيچ : راننده از طريق آن سيستم جرقه زني را كنترل مي كند؛ معمولا براي استارت زدن و موتور گرداني نيز از همين وسيله استفاده مي شود.
• مقاومت متعادل كننده : در هنگام استارت زدن از مدار خارج مي شود تا جرقه پرتوان تري ايجاد شود. در دورهاي بالا نيز سبب بهبود كيفيت جرقه مي شود.
• پلاتين: مدار اوليه سيستم جرقه زني را قطع و وصل مي كند تا كوئل پر و خالي شود.
• فيوز دلكو (خازن) : وقتي دهانه پلاتين باز مي شود، بخش عمده جرقه را حذف مي كند تا جريان اوليه سريعتر قطع شود و بنابراين ميدان مغناطيسي كوئل سريعتر از بين برود و ولتاژ خروجي بالاتري حاصل شود.
• دلكو : جرقه را به ترتيب معين شده، از كوئل به سيلندر هاي موتور انتقال مي دهد.
• آوانس گريز از مركزي : تنظيم زمان جرقه زني را، متناسب با دور موتور، تغيير مي دهد. با افزايش دور موتور، جرقه آوانس مي شود.
• آوانس خلائي : تنظيم زمان جرقه زني را، متناسب با بار موتور، تغيير مي دهد. در سيستم هاي جرقه زني معمولي، در هنگام رانندگي با سرعت بهينه (گشت زني) نقش آوانس خلائي مهمتر است