محركاتُ السّياراتِ الّتي تعتمد على دورةَ أوتو تُعرفُ بمحركاتِ الإشعالِ المتحكمِ بها أو محركاتِ الاحتراق بالشّمعة…

 ما سببُ هذه التّسمية؟! وكيفَ يعملُ نظامُ الإشعالِ في هذا النّوعِ من المحركات ؟

شمعةُ الاحتراق : هي القطعةُ المسؤولةُ عن بدءِ عملية الاحتراقِ في المحركِ وبدونها لا يمكن للخليطِ أن يشتعلَ

وتتكونُ من عدّةِ أجزاءٍ كما هو موضح في الصّورة:

يتمُّ إشعال الخليطِ عن طريقِ شرارةٍ (هي عبارةٌ عن قوسٍ كهربائيّ ينتجُ بين قطبي الشّمعة)، وهذه الشّرارةُ تنتجُ في اللّحظةِ المناسبةِ عند نهايةِ عمليةِ الضّغط

عندما يكونُ المكبسُ قريباً من النّقطةِ الميتةِ العليا, ففي هذه اللّحظة يصلُ الخليطُ إلى ضغطٍ مرتفعٍ وحرارةٍ مناسبةٍ لبدايةِ عمليةِ الاحتراق.

كيفَ تقومُ شّمعةُ الاحتراق بإنتاجِ القوس الكهربائيّ؟

يصلُ التّيارُ الكهربائيّ من بطاريةِ السّيارةِ إلى شمعةِ الاحتراق بجهدٍ كهربائيّ يعادلُ 12 فولت، وهذا لا يكفي لإشعالِ خليط الوقود والهواء..

لذلك لا بدّ من توفرِ قيمة أعلى للجهد يتم رفعِ قيمةِ هذا الجهد الكهربائيّ بواسطة قطعة بحيث يكون قادراً على إشعالِ الخليط… هذه القطعة تُعرفُ بـ “مولدِ شرارةِ الإشعال”.

ما هو مولدُ شرارةِ الإشعالِ؟

يتكونُ مولدُ شرارةِ الاشعالِ بشكلٍ أساسي من ملفين(ملف أوليّ وملف ثانوي) ذي أسلاك نحاسية لفافية.

في الملفِ الثّانوي، تكونُ الأسلاكُ النّحاسيةُ ملفوفةً على قضيبٍ حديديّ, أمّا أسلاكُ الملفِ الأوليّ تكون ملفوفةً فوقَ الثّانوي.. كما هو موضح في الصّورة.

ونذكرُ أنَّ عددَ اللّفاتِ في الملفِ الثانويّ أكثر بكثيرٍ من عددِ اللّفاتِ في الملفِ الأولي, فما فائدةُ ذلك؟   

عند تشغيلِ السّيارةِ  وإغلاقِ الدّارةِ الكهربائية, يمرُّ التّيارُ الكهربائيّ من البطاريةِ إلى الملفِ الأولي من مولدِ الشّرارةِ فيخلقُ مجالاً مغناطيسياً حوله.

وعند فتحِ الدّارة الكهربائية, فإنَّ المجالَ المغناطيسيّ في الملفِ الأوليّ ينهارُ، وانهياره يخلقُ تياراً كهربائياً في الملفِ الثّانوي بمجردِ عبورِ خطوط المجال المغناطيسيّ فيه

 ولأن عددَ لفاتِ الملفِ الثّانوي أكبر منها في الأولي؛ سيؤدي إلى إنتاجِ تيار كهربائي ذي جهدٍ عالي يصلُ إلى حوالي 12 ألف فولت (في السّياراتِ الحديثةِ يصلُ إلى 30 ألف فولت)

هذا الجهدُ العالي يكونُ قادراً و كافياً لكسرِ الحاجزِ العازلِ للخليطِ, وبالتّالي قادر على إنتاجِ الشّرارةِ بين قطبي الشّمعة.

 الجهدُ الكهربائيّ الضّروري لكسرِ الحاجزِ العازلِ للخليطِ تمَّ تحديدهُ عن طريقِ قانون paschen  حسب المعادلة التّالية:

 d = المسافةُ بين القطبين.

 P = الضّغطُ المطلقُ للغازِ.

A,B,y = عواملٌ تعتمدُ على نوعِ الغازِ وعلى نوعِ المادةِ المصنوعة منها الأقطاب.

من الرّسمِ البياني الموضح أعلاه (الّذي يعبرُ عن قانونِ Paschen) يمكننا القول:

إنَّ أيّ جهد كهربائي أصغر من النّقطة الصّغرى يكون غير كافياً لإشعال الخليط..

وانطلاقاً من هذه النّقطة (الصّغرى) إذا قمنا برفعِ ضغطِ الغازِ والمسافةِ بين القطبين فإننا نحتاجُ إلى جهدٍ أكبر.

تؤثرُ المسافةُ بشكلٍ خاصٍ على أداءِ شمعةِ الاحتراق,

ووفقاً لذلك:

اولاً: عندما تكونُ المسافةُ مثاليةً بين القطبين، ستكون الشّرارةُ أكثرَ كثافةً وعملية الاحتراق تكون سريعةً وبالتالي الكفاءة جيدة.

ثانياً: عندما تكونُ المسافةُ بين القطبين صغيرةً، فإنَّ الشّرارةَ قد تنطلقُ قبلَ موعدها المحدد بلحظاتٍ, وأحياناً تكون ضعيفةً وغير قادرة حتى على إشعالِ الخليط.

ثالثاً: عندما تكونُ المسافةُ بين القطبين كبيرةً، هذا سيؤدي إلى انتاجِ الشّرارة بصعوبةٍ أو إنتاجها متأخراً

وسيؤدي ذلك إمّا إلى تأخيرِ عملية الإشعالِ أو عدم إشعالِ الخليطِ نهائياً( وهذا يحدثُ خاصة عند دوراتِ المحرك العالية).

ماذا عن صيانةِ شمعة الاحتراق؟

ينصحُ بتغييرِ شمعةِ الاحتراق كلّ حوالي 15-20 ألف كيلومتر للسيارات القديمة, أو كلَّ 40-60 ألف كيلو متر للسياراتِ الحديثة.

مصدرالمقال :

• U. S. Patent, “United States Patent : 5861366 United States Patent : 5861366,” New York, vol. 1, no. 19, pp. 1–29, 2010.
• A. A. Abdel-Rehim, “Impact of spark plug number of ground electrodes on engine stability,” Ain Shams Eng. J., vol. 4, no. 2, pp. 307–316, 2013.
• Meccanica dell’automobile – Davide Scullino

• إعداد : المهندس جورج قمصية
• تدقيق : المهندسة اسماء حمود
• تحرير : المهندس بشار الحجي