وظيفة شمعات الإشعال
شمعة الإشعال عنصر أساسي في نظام الإشعال بمحرك البنزين. فهي تُدخل جهدًا عاليًا إلى غرفة الاحتراق، مما يُؤدي إلى قفز التيار الكهربائي عبر فجوة الأقطاب الكهربائية لتوليد شرارة تُشعل خليط الوقود والهواء في الأسطوانة. تتكون شمعة الإشعال بشكل رئيسي من صامولة توصيل، وعازل، ومسمار توصيل، وقطب مركزي، وأقطاب جانبية، وغلاف. تُلحم الأقطاب الجانبية بالغلاف.
تُعرف شمعة الإشعال، أو ما يُسمى بـ"فوهة الإشعال"، بوظيفتها في إطلاق تيار كهربائي عالي الجهد مُرسل عبر سلك الجهد العالي (سلك فوهة الإشعال)، واختراق الهواء بين قطبي شمعة الإشعال، وتوليد شرارة كهربائية لإشعال خليط الغازات في الأسطوانة. وتشمل الأنواع الرئيسية: شمعات الإشعال شبه الثابتة، وشمعات الإشعال ذات الجسم البارز من الحافة، وشمعات الإشعال ذات القطب الكهربائي، وشمعات الإشعال ذات المقعد، وشمعات الإشعال ذات القطب الكهربائي، وشمعات الإشعال ذات القفزة الأمامية، وغيرها.
تُركّب شمعات الإشعال على جانب المحرك أو أعلاه. في البداية، كانت شمعات الإشعال تُوصّل بالموزع عبر أسلاك الأسطوانات. خلال العقد الماضي تقريبًا، عُدّلت معظم محركات السيارات الصغيرة بحيث تُوصّل ملفات الإشعال مباشرةً بشمعات الإشعال. يبلغ جهد تشغيل شمعة الإشعال 10000 فولت على الأقل. يُولّد ملف الإشعال هذا الجهد العالي من كهرباء 12 فولت، ثم يُنقل إلى شمعة الإشعال.
تحت تأثير الجهد العالي، يتأين الهواء بين القطب المركزي والقطب الجانبي لشمعة الإشعال بسرعة، مُكَوِّنًا أيونات موجبة الشحنة وإلكترونات حرة سالبة الشحنة. عندما يصل الجهد بين القطبين إلى قيمة معينة، يزداد عدد الأيونات والإلكترونات في الغاز بشكل هائل، مما يُفقد الهواء خاصية العزل. تتشكل قناة تفريغ في الفجوة، وتحدث ظاهرة "الانهيار". عند هذه النقطة، يُشكِّل الغاز جسمًا مضيئًا يُسمى "الشرارة". ومع تمددها بفعل الحرارة، يُسمع صوت "فرقعة". قد تصل درجة حرارة هذه الشرارة الكهربائية إلى 2000 إلى 3000 درجة مئوية، وهي كافية لإشعال الخليط في غرفة احتراق الأسطوانة.
بحسب القيمة الحرارية، يوجد نوعان: بارد وساخن. وبحسب مواد الأقطاب الكهربائية، يوجد سبائك النيكل، وسبائك الفضة، وسبائك البلاتين، وغيرها. أما إذا أردنا أن نكون أكثر تخصصًا، فإن أنواع شمعات الإشعال هي كالتالي تقريبًا:
شمعة الإشعال شبه التقليدية: يكون غلافها العازل منزلقًا قليلاً داخل السطح النهائي للغلاف، بينما يكون القطب الجانبي خارج السطح النهائي للغلاف. وهي النوع الأكثر استخدامًا.
شمعة إشعال بارزة من الحافة: يتميز غطاء العازل بطوله النسبي وبروزه خارج السطح النهائي للغلاف، مما يمنحه قدرة عالية على امتصاص الحرارة ومقاومة التلوث. كما يمكن تبريده مباشرةً بواسطة هواء السحب لخفض درجة حرارته، وبالتالي يقلل من احتمالية حدوث اشتعال ساخن. لذلك، يتمتع هذا النوع من الشمعات بنطاق واسع من التكيف الحراري.
شمعات الإشعال ذات الأقطاب الكهربائية: تتميز هذه الشمعات بأقطابها الدقيقة للغاية، مما يمنحها شرارة قوية وقدرة إشعال عالية، ويضمن تشغيل المحرك بسرعة وموثوقية حتى في فصل الشتاء. كما أنها تتمتع بنطاق حراري واسع، ما يجعلها مناسبة للاستخدامات المتعددة.
شمعة الإشعال ذات المقعد: تم تصميم غلافها وخيطها اللولبي بشكل مخروطي، بحيث يمكنها الحفاظ على إحكام جيد بدون حشية، مما يقلل من حجم شمعة الإشعال ويكون أكثر فائدة لتصميم المحرك.
شمعات الإشعال القطبية: تحتوي عادةً على قطبين جانبيين أو أكثر. من مزاياها الإشعال الموثوق وعدم الحاجة إلى ضبط الفجوة بشكل متكرر. لذلك، تُستخدم غالبًا في بعض محركات البنزين حيث تكون الأقطاب عرضة للتآكل ولا يمكن ضبط فجوة شمعة الإشعال بشكل متكرر.
شمعة الإشعال ذات الوجه: تُعرف أيضًا باسم شمعة الإشعال ذات الفجوة الوجهية، وهي أبرد أنواع شمعات الإشعال، وتكون الفجوة بين القطب المركزي والوجه النهائي للغلاف متحدة المركز.
شمعات إشعال قياسية وبارزة
شمعة الإشعال القياسية هي شمعة إشعال أحادية القطب، حيث يكون طرف العازل فيها أدنى قليلاً من الطرف الملولب للغلاف. وهي تعتمد بنية طرف الإشعال التقليدية الأكثر شيوعًا في محركات الصمامات الجانبية. ولتمييزها عن النوع "البارز" الذي ظهر لاحقًا، تُسمى هذه البنية "النوع القياسي".
صُممت شمعة الإشعال البارزة في الأصل لمحركات الصمامات العلوية. يبرز غلافها العازل من الطرف الملولب للغلاف ويمتد داخل غرفة الاحتراق. يمتص هذا الغلاف كمية كبيرة من الحرارة في خليط الاحتراق، ويتميز بدرجة حرارة تشغيل عالية نسبيًا عند سرعة الاحتراق، كما يمنع التلوث. عند السرعات العالية، وبسبب وجود الصمام في الأعلى، يتجه تدفق الهواء الداخل نحو غلاف العازل، مما يؤدي إلى تبريده. ونتيجة لذلك، لا ترتفع درجة الحرارة القصوى كثيرًا، وبالتالي يكون النطاق الحراري واسعًا نسبيًا. لا تُعد شمعات الإشعال البارزة مناسبة لمحركات الصمامات الجانبية نظرًا لكثرة الانحناءات في ممر السحب، وقلة تأثير تدفق الهواء في تبريد غلاف العازل.
شمعات إشعال أحادية القطب ومتعددة الأقطاب
تُعاني شمعة الإشعال التقليدية أحادية القطب من عيبٍ واضح، وهو أن القطب الجانبي يُغطي القطب المركزي. عند حدوث تفريغ كهربائي عالي الجهد بين القطبين، يمتص خليط الغازات في فجوة الشرارة حرارة الشرارة ويتأين مُشكلاً ما يُعرف بـ"لب الشرارة". يتشكل لب الشرارة عادةً بالقرب من القطب الجانبي. خلال هذه الفترة، يمتص القطب الجانبي كمية أكبر من الحرارة، وهو ما يُعرف بـ"تأثير كبح اللهب" للقطب. يُقلل هذا من طاقة الشرارة ويُضعف أداء إخماد اللهب.
في عشرينيات القرن الماضي، ظهرت شمعات الإشعال ثلاثية الأقطاب. بالمقارنة مع الشمعات أحادية القطب، تتكون فجوة الشرارة في الشمعات متعددة الأقطاب من المقاطع العرضية لأقطاب جانبية متعددة (مثقوبة في ثقوب دائرية) والسطح الأسطواني للقطب المركزي. تُزيل فجوة الشرارة الجانبية هذه عيب تغطية الأقطاب الجانبية للقطب المركزي، وتزيد من سهولة وصول الشرارة، وتمنحها طاقة شرارة أكبر، وتسهل اختراقها لداخل الأسطوانة، مما يُحسّن من احتراق الخليط ويقلل من انبعاثات العادم. وبفضل توفير الأقطاب متعددة الأقطاب قنوات شرارة متعددة، يطول عمر الشمعة وتتحسن موثوقية الإشعال. تجدر الإشارة هنا إلى أنه عند لحظة التفريغ، لا يمكن إلا لقناة واحدة أن تُشعل الشرارة، ويستحيل أن تُشعل أقطاب متعددة الشرارة في الوقت نفسه. وتُثبت عملية التفريغ في التصوير عالي السرعة هذه النقطة.
تمثل الأحرف اللاحقة (الأحرف التي تلي القيمة الحرارية) D و J و Q في نماذج شمعات الإشعال المحلية على التوالي القطب المزدوج والقطب الثلاثي والقطب الرباعي.
شمعات إشعال مصنوعة من سبيكة أساسها النيكل وأقطاب كهربائية ذات قلب نحاسي
تتمثل أهم المتطلبات الأساسية للأقطاب الكهربائية الممتدة إلى غرفة الاحتراق في مقاومتها للتآكل (الكهربائي والكيميائي) وموصلية حرارية جيدة. ومع تطور علم المواد وتقنيات التصنيع، شهدت مواد الأقطاب الكهربائية تطورًا ملحوظًا، بدءًا من الحديد والنيكل وسبائك النيكل، مرورًا بمركبات النيكل والنحاس، وصولًا إلى المعادن النفيسة. وتُعد سبائك النيكل أكثر السبائك استخدامًا في الوقت الحاضر. عمومًا، تتمتع المعادن النقية بموصلية حرارية أفضل من السبائك، إلا أن المعادن النقية (مثل النيكل) أكثر حساسية لتفاعل التآكل الكيميائي الناتج عن غازات الاحتراق والترسبات الصلبة المتكونة. لذلك، تُستخدم مواد النيكل في صناعة الأقطاب الكهربائية، مع إضافة عناصر مثل الكروم والمنغنيز والسيليكون. يُعزز الكروم مقاومة التآكل الكهربائي، بينما يُحسّن المنغنيز والسيليكون مقاومة التآكل الكيميائي، وخاصةً مقاومة أكاسيد الكبريت شديدة الخطورة.
أنواع شمعات الإشعال الشائعة وشمعات الإشعال المقاومة
تُعدّ شمعة الإشعال، باعتبارها مولدًا لتفريغ الشرارة، مصدرًا للتداخل الكهرومغناطيسي المستمر واسع النطاق. منذ ستينيات القرن الماضي، سارعت دول العالم بتطوير شمعات الإشعال المقاومة للحدّ من التداخل القوي للإشعاع الكهرومغناطيسي الناتج عن الشرارات في المجال اللاسلكي، وحماية الاتصالات اللاسلكية، ومنع أعطال الأجهزة الإلكترونية في المركبات. كما أصدرت الصين سلسلة من المعايير الوطنية الإلزامية للتوافق الكهرومغناطيسي، وفرضت قيودًا صارمة على خصائص التداخل اللاسلكي لأجهزة المركبات التي تعمل بمحركات الإشعال بشمعات الإشعال. ونتيجةً لذلك، ازداد الطلب على شمعات الإشعال المقاومة بشكل ملحوظ. لا تختلف شمعات الإشعال المقاومة في بنيتها عن النوع الشائع؛ والفرق الوحيد هو استبدال مادة منع التسرب الموصلة داخل جسم العزل بمادة مانعة للتسرب مقاومة.
إذا كنت ترغب في معرفة المزيد، فتابع قراءة المقالات الأخرى على هذا الموقع!
يرجى الاتصال بنا إذا كنتم بحاجة إلى مثل هذه المنتجات.
تشو منغ شنغهاي للسيارات المحدودة تلتزم ببيع منتجات MG&ماكسوسقطع غيار السيارات مرحب بها لشراء.
