مبانی جرقه زنی زاویه آوانس، اجزای سیستم جرقه زنی معمولی

سیستم جرقه زنی

مبانی جرقه زنی

هدف اصلی از به کار گیری سیستم جرقه زنی، ایجاد جرقه در داخل سیلندر، در زمانی نزدیک به لحظه پایان تراکم، به منظور مشتعل ساختن مخلوط  متراکم هوا- بنزین است

در فشار جو، برای آن که بتوان در شکاف هوایی به پهنای 0.6 میلیمتر جرقه ایجاد کرد، ولتاژی در حدود 2 تا 3 هزار ولت لازم است. برای ایجاد جرقه در شکاف مشابهی در داخل سلیندر موتور، با نسبت تراکم 8:1، ولتاژی در حدود 8 هزار ولت مورد نیاز است. وقتی نسبت تراکم بالاتر و مخلوط هوا- بنزین فقیر تر (کم بنزین تر) باشد، ممکن است به ولتاژی تا حدود 20 هزار ولت نیاز باشد. بنابر این سیستم جرقه زنی باید ولتاژ عادی باتری 12 ولتی را به حدود 8 تا 20 هزار ولت تبدیل کند و علاوه بر آن، این ولتاژ بالا را در لحظه مناسب به سیلندر مورد نظر برساند. در بعضی از سیستم های جرقه زنی ولتاژی که به شمع ها می رسد در حدود 40 هزار ولت است.

سیستم های جرقه زنی پیشرفته الکترونیکی بر اساس سیستم های جرقه زنی متعارف ابداع شده اند. شایان ذکر است که اساس کار بیشتر سیستم های جرقه زنی تقریبا یکسان است. سیستم جرقه زنی کوئل دار از اجزا و زیر مجموعه های مختلفی تشکیل می شود که طرح و ساختمان آنها عمدتا به موتوری وابسته است که قرار است روی آن نصب شوند.

در هنگام بررسی معیار های طراحی سیستم های جرقه زنی باید عوامل بسیاری را به حساب آورد. مهمترین این عوامل عبارت اند از :

• طرح محفظه احتراق
• نسبت هوا – سوخت
• گستره دور موتور
• بار موتور
• دمای احتراق در موتور
• کاربرد
• مقررات مربوط به گاز های آلاینده خروجی از موتور.

انواع سیستم جرقه زنی

سیستم های اصلی جرقه زنی را می توان مطابق جدول 1 دسته بندی کرد.

تولید ولتاژ بالا

جریان اولیه لحظه ای در مدار القایی کوئل بر اساس چند عامل تعیین می شود. ولتاژ بالای تولیدی عمدتا به مقدار این جریان اولیه وابسته است. آهنگ افزایش جریان اولیه مهم است زیرا همین عامل است که مقدار جریان را در لحظه «شکستن» مدار برای از بین بردن میدان مغناطیسی تعیین می کند.

اگر ثابت های الکتریکی سیستم جرقه زنی اولیه را بدانیم، می توانیم جریان لحظه ای اولیه را محاسبه کنیم. برای این کار می توان از معادله نمایی زیر استفاده کرد :

i = V/R ( 1 – )

که در آن:

i = جریان اولیه لحظه ای

R = مقاومت اولیه کل

L = القاییدگی سیم پیچ اولیه

t = زمان عبور جریان

e = مبنای لگاریتم طبیعی

بعضی از مقادیر متداول این پارامتر ها را به منظور مقایسه ذکر می کنیم :

به عنوان مثال یک موتور چهار سیلندر را در نظر بگیرید که وقتی دور آن به 3000 دور در دقیقه می رسد، در هر قیقه به 6000 جرقه نیاز دارد(چهار شمع در هر دور چرخش میل لنگ برای کامل شدن چرخه چهار زمانه باید جرقه بزنند). این تعداد جرقه در دقیقه معادل 60/6000 یا 100 جرقه در هر ثانیه است! به عبارت دیگز هر جرقه باید در 0.01 ثانیه ایجاد و مصرف شود.

اگر دوره مکث (خواب) دلکو را 60 درصد بگیریم، زمان t برای موتور چهار سیلمدری که 3000 دور در دقیقه کار می کند در حدود 0.006 ثانیه است. وقتی دور موتور به 6000 دور در دقیقه برسد، زمان t به 0.003 ثانیه کاهش می یابد. با استفاده از معادله نمایی، جریان لحظه ای هر سیستم را محاسبه می کنیم :

بدین ترتیب مشاهده می شود که چگونه با استفاده از کوئل هایی با مقاومت و القائیدگی کم می توان انرژی ذخیره شده در کوئل را به شدت تقویت کرد. شایان ذکر است که جریان بالاتر سیستم های الکترونیکی برای پلاتین های معمولی قابل تحمل نیست.

انرژی ذخیره شده در میدان مغناطیسی کوئل از رابطه زیر به دست می آید:

E = ½ (L × i²)

انرژی ذخیره شده سیستم الکترونیکی در 6000 دور در دقیقه معادل 0.110 ژول است؛ انرژی ذخیره شده در سیستم معمولی 0.03 ژول است. برتری سیستم الکترونیکی آشکار است زیرا انرژی جرقه با انرژی ذخیره شده در کوئل رابطه مستقیم دارد.

زاویه آوانس

برای آنکه موتور بازده بهینه داشته باشد، زاویه آوانس باید به اندازه ای باشد که حداکثر فشار احتراق در حدود ˚10 پس از نقطه مرگ بالایی ایجاد شود. تنظیم زمان جرقه زنی ایده آل به دو عامل مهم وابسته است: دور موتور و بار موتور. افزایش دور موتور مستلزم آوانس کردن زمان جرقه زنی است. مخلوط متراکم هوا – سوخت درون سیلندر فرصت معینی برای احتراق لازم دارد و بنابراین وقتی دور موتور بالا می رود باید زورتر آن را مشتعل کرد.

با تغییر بار موتور نیز باید در زملن جرقه زنی تغییراتی ایجاد کرد، زیرا مخلوط هوا- سوخت فقیرتر، که تحت بار کم مصرف می شود، آهسته می سوزد بنابراین سیستم جرقه زنی باید آوانس باشد. تغییر در مقدار گاز باقیمانده و کم شدن مقدار مخلوط هوا- سخت در سیلندر سبب ایجاد تاخیر بیشتر در جرقه زنی و کاهش آهنگ احتراق مخلوط می شود، در نتیجه باز هم به آوانس نیاز است.

جرقه زنی را می توان به روش های مختلف آونس کرد. ساده ترین روش ها عبارت اند از به کارگیری سیستم های مکانیکی آوانس گریز از مرکزی و واحد کنترل خلا. فشار منیفولد دود با بار موتور متناسب است. سیستم های جرقه زنی الکترونیکی را نیز می توان از لحاظ زمانی، متناسب با دما و غلظت مخلوط هوا – سوخت، تنظیم کرد. برای تعیین نقطه ایدئال جرقه زنی، مقادیر همه پارامتر های تنظیم زمانی حرقه زنی را باید، به صورت مکانیکی یا الکترونیکی، تلفیق کرد.

کوئل انرژی را به صورت میدان مغناطیسی ذخیره می کند. برای اطمینان از آمادگی کامل کوئل از رسیدن به نقطه جرقه زنی نیز باید دوره مکثی را در نظر گرفت.

مصرف سوخت و گازهای آلاینده خروجی

تنظیم زمان جرقه زنی بر مصرف سوخت، گشتاور خروجی موتور، راندن پذیری و گاز های آلاینده خروجی اثر چشمگیری دارد. سه آلاینده مهم خروجی از موتور اتومبیل عبارت اند از هیدروکربن های نسوخته (HC)، مونوکسید کربن (CO) و اکسیدهای نیتروژن (NO_x). با آوانس شدن جرقه، میزان خروج هیدروکربن های نسوخته افزایش می یابد. در این حالت میزان خروج NO_x نیز افزایش می یابد. در این حالت میزان خروج NO_x نیز افزایش می یابد زیرا دمای احتراق بالاتر است. تغییرات میزان CO با تنظیم زمان جرقه زنی بسیار ناچیز است و عمدتا به نسبت هوا- سوخت بستگی دارد.

مانند همه تغییرات دیگر از این دست، تغییر تنظیم زمان جرقه زنی برای کاهش خروج گازهای آلاینده به افزایش مصرف سوخت منتهی می شود. وقتی از مخلوطهای فقیرتر استفاده می شود، که امروزه رایج است، باید آوانس جرقه را افزایش داد تا آهسته تر سوختن مخلوط جبران شود. بدین ترتیب مصرف سوخت کاهش و گشتاور موتور افزایش می یابد، اما مخلوط هوا- سوخت را باید به دقت کنترل کرد تا بهترین حالت از لحاظ میزان گازهای آلاینده خروجی حاصل شود.

اجزای سیستم جرقه زنی معمولی

• شمع : الکترودهایی دارد که وارد سیلندر موتور می شوند و جرقه در فاصله بین آنها ایجاد می شود. شمع باید بتواند ولتاژ، فشار و دمای بالا را تحمل کند.
• کوئل : انرژی را به صورت مغناطیس ذخیره می کند و از طریق یک کابل ولتاژ بالا(وایر) آن را به دلکو می رساند. کوئل از دو سیم پیچ، یکی اولیه و دیگری ثانویه تشکیل شده است.
• مغزی سوئیچ : راننده از طریق آن سیستم جرقه زنی را کنترل می کند؛ معمولا برای استارت زدن و موتور گردانی نیز از همین وسیله استفاده می شود.
• مقاومت متعادل کننده : در هنگام استارت زدن از مدار خارج می شود تا جرقه پرتوان تری ایجاد شود. در دورهای بالا نیز سبب بهبود کیفیت جرقه می شود.
• پلاتین: مدار اولیه سیستم جرقه زنی را قطع و وصل می کند تا کوئل پر و خالی شود.
• فیوز دلکو (خازن) : وقتی دهانه پلاتین باز می شود، بخش عمده جرقه را حذف می کند تا جریان اولیه سریعتر قطع شود و بنابراین میدان مغناطیسی کوئل سریعتر از بین برود و ولتاژ خروجی بالاتری حاصل شود.
• دلکو : جرقه را به ترتیب معین شده، از کوئل به سیلندر های موتور انتقال می دهد.
• آوانس گریز از مرکزی : تنظیم زمان جرقه زنی را، متناسب با دور موتور، تغییر می دهد. با افزایش دور موتور، جرقه آوانس می شود.
• آوانس خلائی : تنظیم زمان جرقه زنی را، متناسب با بار موتور، تغییر می دهد. در سیستم های جرقه زنی معمولی، در هنگام رانندگی با سرعت بهینه (گشت زنی) نقش آوانس خلائی مهمتر است.