تعتبر شمعة الإشعال جهازًا بسيطًا بشكل خادع، على الرغم من أنها تحتوي على عدد قليل من الوظائف المختلفة ولكن الحاسمة. أولا وقبل كل شيء، فإنه يخلق (حرفيا) البرق الاصطناعي داخل غرفة الاحتراق في المحرك (رأس الاسطوانة). إنه ينقل الطاقة الكهربائية (الجهد الكهربي) عالية جدًا من أجل خلق شرارة و"إشعال النار" في الفوضى الخاضعة للتحكم في غرفة الاحتراق. هنا، يمكن أن يتراوح جهد شمعة الإشعال من 20,000 إلى أكثر من 100,000 فولت.
الخصائص الحرارية لشمعة الإشعال
على الرغم من أنها تطلق شرارة لإنتاج الاحتراق، إلا أن شمعة الإشعال لا تدعمها. إنه يساعد حقًا في نقل الحرارة من غرفة الاحتراق إلى الغلاف المائي لرأس الأسطوانة.
يتم تحديد قدرة شمعة الإشعال على تبديد الحرارة من غرفة الاحتراق من خلال "النطاق الحراري" لشمعة الإشعال. يجب أن تظل درجة الحرارة عند طرف إشعال شمعة الإشعال مرتفعة بدرجة كافية لمنع التلوث، ولكن منخفضة بدرجة كافية لمنع الاشتعال المسبق. يطلق مصنعو شمعات الإشعال على هذا "الأداء الحراري". لا علاقة للأداء الحراري أو النطاق الحراري لشمعة الإشعال بالطاقة التي ينقلها نظام الإشعال عبر شمعة الإشعال. النطاق الحراري لشمعة الإشعال هو المنطقة التي تعمل فيها حرارة شمعة الإشعال.
شمعات الإشعال الباردة وشمعات الإشعال الساخنة
عادةً ما يكون لشمعات الإشعال "الباردة" مسار تدفق حرارة أقصر. وهذا يؤدي إلى معدل نقل الحرارة سريع جدًا. بالإضافة إلى ذلك، فإن أنف العازل القصير الموجود على شمعة الإشعال الباردة له مساحة سطح أقل ولا يسمح له بامتصاص كمية كبيرة من الحرارة.
من ناحية أخرى، تحتوي شمعة الإشعال "الساخنة" على أنف عازل أطول ومسار أطول لنقل الحرارة. يؤدي هذا إلى نقل الحرارة بشكل أبطأ بكثير إلى رأس الأسطوانة المحيطة (وبالتالي سترة الماء).
يجب تحديد النطاق الحراري لشمعة الإشعال بعناية لإنتاج الأداء الحراري الأمثل. إذا كان نطاق الحرارة غير صحيح، فقد تواجه مشكلات خطيرة. عادة، درجة الحرارة المناسبة لنهاية الحريق هي (تقريبًا) 900-1,450 درجة. أقل من 900 درجة، قد يحدث تراكم الكربون. وفوق ذلك، يصبح ارتفاع درجة الحرارة مشكلة.
يزداد جهد شمعة الإشعال
من حيث التشغيل، يتم توصيل شمعة الإشعال بالجهد العالي الناتج عن ملف الإشعال (إما عبر موزع تقليدي أو عبر الأجهزة الإلكترونية). عندما يتدفق التيار من الملف، ينشأ فرق جهد بين القطب المركزي والقطب الأرضي الموجود على شمعة الإشعال.
لن تشتعل شمعة الإشعال على الفور بسبب "فجوة" شمعة الإشعال وخليط الهواء/الوقود الموجود داخل الفجوة (يعمل كعازل).
عندما يرتفع الجهد إلى حوالي 20,000 فولت، "تنكسر" الفجوة الموجودة داخل شمعة الإشعال وتشتعل. بمجرد إزالة شمعة الإشعال من رأس الأسطوانة وتأريضها بشكل صحيح للإشعال، يجب أن تسمع صوت نقر واضح. إذا كانت الظروف مظلمة بما فيه الكفاية، يمكنك رؤية الشرر.
النقرات التي تسمعها هي في الأساس رعد مصغر، والشرر الذي تلاحظه يشبه صواعق البرق المصغرة.
داخل غرفة الاحتراق، تخلق الحرارة الشديدة الناتجة عن شمعة الإشعال كرة نارية صغيرة داخل الفجوة. تتوسع كرة النار أو "نواة" الاحتراق وتخضع الأسطوانة (نظريًا على الأقل) للاحتراق الكامل.
هيكل شمعة الإشعال:
من الناحية الهيكلية، قد لا تكون شمعات الإشعال بسيطة كما تعتقد. في الواقع، إنها أجهزة دقيقة.
ضلوع: توفر الأضلاع العازلة حماية إضافية ضد الجهد الثانوي أو وميض الشرارة وتساعد أيضًا على تحسين قبضة غطاء قابس الإشعال المطاطي على جسم القابس.
عازل: الجسم العازل مصنوع من سيراميك الألومينا. لتصنيع هذا الجزء من شمعة الإشعال، يتم استخدام نظام التشكيل الجاف عالي الضغط. بعد تشكيل العازل، يتم تسخينه في فرن إلى درجة حرارة تتجاوز نقطة انصهار الفولاذ. تنتج العملية مكونات ذات قوة عازلة ممتازة، وموصلية حرارية عالية ومقاومة ممتازة للصدمات.
يُظهر المؤشر عازل شمعة الإشعال. كما ذكرنا سابقًا، فهو مصنوع من سيراميك الألومينا. السطح الخارجي مضلع لتوفير قبضة لحذاء قابس الإشعال مع إضافة حماية من وميض قابس الإشعال (تبادل إطلاق النار).
سداسي الشكل: يوفر الشكل السداسي نقطة الاتصال لمفتاح المقبس. يتم توحيد الحجم السداسي بشكل أساسي في الصناعة ويرتبط بشكل عام بحجم خيط شمعة الإشعال.
السكن: يتم تصنيع الغلاف الفولاذي وفقًا لتفاوتات دقيقة باستخدام عملية البثق البارد الخاصة. تستخدم بعض أنواع شمعات الإشعال الفولاذ الخام (مخزون القضبان) لبناء المساكن.
تصفيح: الغلاف مطلي دائمًا تقريبًا. وهذا يعزز المتانة ويوفر الحماية ضد الصدأ والتآكل. يتم تصنيع الغلاف الفولاذي وفقًا لتفاوتات دقيقة باستخدام عملية بثق باردة خاصة، أو في حالات خاصة أخرى، يتم تصنيعه من الفولاذ الخام. يسمح لك السداسي المشكل آليًا الموجود على الهيكل بتثبيت القابس أو إزالته باستخدام مفتاح ربط.
غسالات: تستخدم بعض شمعات الإشعال غسالات، بينما تكون الأمثلة الأخرى "بدون حشية". تتميز الحشيات المستخدمة في شمعات الإشعال بتصميم فولاذي مطوي يوفر سطحًا أملسًا لأغراض الختم. تستخدم شمعات الإشعال بدون حشيات غطاء مقعد مدبب يغلق بتفاوتات مشددة داخل شمعة الإشعال.
الخيوط: عادة ما يتم لف خيوط شمعات الإشعال، وليس قطعها. وهذا يتوافق مع المواصفات التي وضعتها SAE ومعهد المعايير الدولية.
أقطاب الأرض: هناك العديد من أشكال وتكوينات الأقطاب الكهربائية الأرضية المختلفة، ولكن في أغلب الأحيان، تكون مصنوعة من سبائك الفولاذ المصنوعة من النيكل. يجب أن تكون الأقطاب الكهربائية الأرضية قادرة على مقاومة التآكل الشراري والتآكل الكيميائي في درجات الحرارة القصوى.
مركز القطب: يجب أن يكون القطب المركزي مصنوعًا من سبيكة خاصة مقاومة للتآكل الشراري والتآكل الكيميائي. ضع في اعتبارك أن درجات حرارة غرفة الاحتراق ستتغير (كثيرًا في بعض الأحيان). يجب أن يعمل القطب المركزي ضمن هذه المعلمات.
فجوة قطب بارك بارك: تسمى المنطقة الواقعة بين القطب الأرضي والقطب المركزي بالفجوة. يجب أن يكون القطب المركزي مصنوعًا من سبيكة خاصة مقاومة للتآكل الشراري والتآكل الكيميائي.
الأنف العازل: هناك مجموعة متنوعة من أشكال وأحجام أنف العازل المتاحة، ولكن في الأساس يجب أن يكون أنف العازل قادرًا على التخلص من رواسب الكربون والزيت والوقود بسرعات منخفضة. عند سرعات المحرك الأعلى، عادةً ما يتم تبريد الواجهة الأمامية للعازل، مما يقلل من درجة الحرارة وتآكل القطب الكهربائي.
