از جمله قطعات کوچک ولی حیاتی که تمام این سال‌ها همراه انواع خودروهای احتراق داخلی بوده شمع است. حتما نباید مالک خودرو یا حتی راننده باشید، بدون شک نام شمع خودرو را بارها شنیده‌اید.
شمع ماشین چیست و اهمیت آن
خودروهای موتور احتراق داخلی بنزینی برای سوزاندن سوخت داخل سیلندرهای موتور خود نیازمند یک محرک اولیه هستند. این محرک یک جرقه است که شمع آن را تولید میکند. این قطعه یکی از اصلی‌ترین قسمت های موتور خودرو می باشد و باعث روشن شدن و شروع به کار آن می‌گردد. قطعه مورد نظر دارای اهمیت بالای است که در صورت وجود ایراد در عملکرد آن، موتور روشن نشده و خودرو توانایی حرکت نخواهد داشت.
برای ایجاد احتراق داخل پیشرانه ۳ عامل مهم وجود دارد که شبیه ۳ راس مثلث یکدیگر را تکمیل می‌نمایند؛ سوخت، اکسیژن و حرارت. حرارت قسمتی است که توسط شمع با عمل جرقه زنی تامین می‌گردد.
این جرقه مانند فندک شعله گاز، آتش اولیه داخل سیلندر را فراهم میکند. قطعا هرچه این جرقه پرقدرت تر باشد، احتراق داخل موتور بهتر و قوی‌تر صورت می‌گیرد. البته انرژی شمع برای جرقه زدن توسط باتری خودرو تامین میشود.
به این معنی که شمع انرژی الکتریکی باتری را به محفظه احتراق رسانده و با مشتعل کردن مخلوط سوخت و هوای داخل محفظه، انرژی گرمایی مورد نیاز خودرو را تامین میکند. شمع در محفظه احتراق بالای سیلندر و روی سرسیلندر قرار دارد.
برای هر سیلندر بسته به نوع موتور و خودرو، یک یا دو شمع استفاده میشود. شمع باید متناسب با موتور و نیاز خودرو انتخاب گردد، در غیر این صورت به دلیل جرقه زنی بیش از حد دچار فرسایش شده و کارایی خود را خیلی زود از دست میدهد. همچنین عملکرد نادرست شمع باعث احتراق ناقص درون موتور و استهلاک دیگر قطعات خودرو میشود.
شاید بخوانید: ۶ نشانه خرابی شمع خودرو
اجزای شمع ماشین
شمع ماشین با وجود کوچک بودن، ساده و بدون پیچیدگی‌های دیگر قطعات خودرو است اما اجزای کوچک متعددی دارد. این اجزا عبارتند از:
-
عایق چینی
عایقی از جنس اکسید آلومینیوم یا آلومین همراه با یک لایه لعاب شیشه‌ای به عنوان پوشش خارجی. این لایه خارجی که با رنگ سفید روی شمع نمایان است، از جذب آلودگی توسط عایق جلوگیری نموده و منافذ آن را کاملا می‌پوشاند.
همچنین این عایق در برابر فشارها و حرارت بالایی که شمع با آن مواجه است استحکام لازم را فراهم میکند. عایق در برخی از شمع‌ها قابلیت جدا کردن دارد که به این نوع، شمع‌های دو تکه گفته میشود.
-
بدنه شمع
نگهداری شمع روی سیلندر توسط بدنه‌ی فولادی آن انجام می گردد. بالای آن آچارخور بوده و پایینش رزوه یا پایه شمع وجود دارد. بین بدنه و سرسیلندر از واشری برای عایق بندی و جلوگیری از نفوذ مخلوط سوخت و هوا به بیرون از سیلندرها استفاده می‌کنند.
-
ترمینال شمع
بالاترین بخش بدنه شمع و قسمتی که از عایق بیرون می‌زند، ترمینال شمع نام دارد. این قسمت به وایر متصل شده و ناقل قوی الکتریسیته است. ترمینال در برابر زنگ زدگی مقاومت بالایی دارد.
-
پایه شمع
این قسمت شمع که رزوه هم نامیده میشود، به سر سیلندر وصل شده و روی آن نصب میشود به شکلی که با محفظه احتراق هم سطح گردد. در صورت بلند یا کوتاه بودن بیش از اندازه پایه، شمع به خودسوزی دچار میشود. شمع‌ها به دو دسته پایه بلند و پایه کوتاه از نظر اندازه و قطر پایه تقسیم میشوند که با توجه به موتور و سرسیلندر هر خودرو استفاده قرار می‌گیرند.
-
الکترود مثبت
این قسمت که الکترود مرکزی شمع نام دارد، در وسط چینی قرار گرفته و از آلیاژ‌های فولادی مانند فولاد-نیکل، فولاد-کروم یا فولاد-منگنز ساخته میشود. این الکترود در مواجه با حرارت بالایی قرار داشته و به همین خاطر از آلیاژی تهیه میشود که در برابر حرارت مقاومت لازم را داشته باشد.
برخی اوقات این الکترود دو تکه بوده و در بین این دو تکه از یک مقاومت با جنس شیشه‌ای مخصوص استفاده می‌کنند که طول عمر شمع را بالا می‌برد. به تازگی در شمع‌ها از الکترود مرکزی با جنس مس پوشیده شده از نیکل کروم بهره می‌برند که علاوه بر مقاومت حرارتی بالا، رسانای الکتریسیته خوبی نیز می باشد.
میان الکترود مثبت و عایق چینی یک فاصله هوایی است که فضای انبساط الکترود را فراهم می‌نماید. الکترود مثبت، الکتریسیته را از ترمینال تا محفظه احتراق منتقل میکند.
-
الکترود منفی
این الکترود که الکترود کناری هم خوانده میشود به بدنه یا پایه شمع وصل می باشد. جنس آن آلیاژ نیکل-کروم بوده و به شکل زائده‌ای انتهای پایه و در اطراف الکترود مثبت دیده میشود. تعداد الکترود منفی در انواع مختلف شمع متفاوت است.
-
گپ
به فاصله میان دو الکترود مثبت و منفی، گپ یا شکاف جرقه گویند که بسیار دقیق اندازه گیری و تنظیم میشود. این فاصله طبق نیاز‌های موتور متفاوت بوده و در مناسب بودن شمع برای موتور نقش مهمی ایفا میکند. ولی به طور کلی، هرچه فاصله گپ بیشتر باشد جرقه زنی بهتر صورت می‌گیرد.
طرز کار شمع خودرو
وظیفه انتقال انرژی الکتریکی باتری به موتور و سیلندرها و ایجاد جرقه برای احتراق درون آنها برعهده شمع است و آن را در ۳ مرحله‌ی اصلی انجام میدهد.
۱– انتقال جریان برق به شمع
شمع در بخش ترمینال به کوئل (سیم پیچ الکتریکی برای ایجاد جریان برق با ولتاژ بالا) متصل شده و این اتصال از راه سیمی با عایق الکتریسیته قوی برقرار می‌گردد.
برق تولید شده کوئل از راه ترمینال به الکترود مثبت یا میانی منتقل شده و تا پایه شمع می‌رود. الکتریسیته زمان رسیدن به شکاف جرقه یا گپ، تمایل به انتقال به قطب منفی یا الکترود بدنه دارد، ولی خاصیت عایق الکتریسیته بودن مخلوط سوخت و هوا مانع از این انتقال خواهد شد.
۲– یونیزه کردن مخلوط سوخت و هوا
سپس شمع برای انتقال پایانی الکتریسیته از قطب مثبت به قطب منفی، ولتاژی قوی از برق را به گپ انتقال میدهد که این ولتاژ بالا ساختار مولکولی مخلوط موجود در شکاف جرقه را تغییر داده و با افزایش ولتاژ از قدرت دی الکتریک گاز، آن را یونیزه میکند. بعد از آن، برق از مخلوط یونیزه شده عبور نموده و به قطب منفی منتقل می‌گردد.
۳– جرقه زنی
دمای الکترون‌ها بدلیل عبور برق از آنها تا حد زیادی بالا رفته و گازهای یونیزه شده را منبسط می‌کنند. این انبساط در نهایت به جرقه زدن ختم میشود. چیزی شبیه به آنچه در رعد و برق رخ میدهد.
در پایان جرقه زنی واکنش گازها با هم زیاد شده و ایجاد یک گوی آتش در گپ می‌کنند. به این گوی، هسته آتشین گفته شده که اندازه آن به ترکیب سوخت و گاز موجود در سیلندر و شرایط محفظه احتراق در زمان جرقه زنی بستگی دارد.
انواع تقسیم بندی شمع ماشین
شمع‌ها بر اساس مشخصه های گوناگونی تقسیم بندی میشوند که همین مورد تنوع آنها را افزایش داده است. این مشخصه ها عبارتند از:
-
کد حرارتی
-
جنس الکترود
-
تعداد الکترود
انواع شمع از نظر کد حرارتی
کد حرارتی شمع یعنی مقدار حرارت موجود در آن، در آخرین مرحله کار خود و مقاومت آن در برابر این حرارت می باشد. این دما باید به اندازه ای باشد که موجب احتراق پیش از موعد نشود. یعنی شمع بتواند تا زمان یونیزه شدن کامل گازها در گپ، دما را کنترل کند.
البته این توان حرارتی هم باید در حدی بالا باشد تا از رسوب مخلوط گاز و سوخت روی الکترود جلوگیری کند. کد حرارتی که به بیان دیگر توانایی انتقال حرارت آن جهت تنظیم حرارت مورد نیازش است بسته به ساختمان و رزوه آن تغییر میکند.
این شاخص که بازه حرارتی شمع هم گفته میشوند، همزمان بیان کننده میزان حرارتی که شمع از داخل سیلندر به بدنه موتور منتقل میکند نیز می باشند. عواملی زیادی در تعیین کد حرارتی شمع تاثیر گذارند. اصلی ترین آنها اندازه پایه شمع می باشد. ساختار الکترود مثبت و قدرت هدایت حرارتی آن نیز از دیگر عوامل موثر این فاکتور است. شمع‌ها طبق بازه حرارتی به ۳ دسته تقسیم میشوند:
∗ شمع سرد
این مدل که از نوع پایه کوتاه است، حرارت را با سرعت بیشتری انتقال داده و از دست میدهد و به خاطر پایه کوتاه‌تر، کمتر در معرض دمای حاصل از احتراق می باشد. این شمع‌ها برای موتورهای با دمای بالا مناسبند و گرمای حاصل از جرقه‌زنی و احتراق را با سرعت بیشتری کاهش می‌دهند.
∗ شمع نیمه گرم
این نوع دارای پایه‌های بلندتری نسبت به شمع سرد هستند و توان انتقال حرارت کمتری هم دارند و پایه بلندتر آنها، درگیری حرارتی‌شان را با محفظه احتراق و دمای حاصل از جرقه‌زنی افزایش میدهد. این شمع‌ها برای خودروهایی با موتورهای درجه حرارت متوسط مناسب است.
∗ شمع گرم
این دسته پایه بلندتری نسبت به دو مدل قبلی داشته و حرارت را هم کمتر انتقال میدهد و بیشتر در معرض گرمای احتراق هستند و در نتیجه گرمتر میشوند. این شمع‌ها برای موتورهای با دمای پایین مناسب هستند تا با حفظ گرمای خود، از تشکیل رسوبات ناشی از احتراق روی الکترودهای خود جلوگیری نمایند.
اگر که شمع مناسب با کد حرارتی درست برای خودرو انتخاب نگردد می‌تواند مشکلات و معضلات زیادی را برای خودرو ایجاد نماید. چرا که عملکرد صحیح موتور به میزان زیادی بسته به تناسب این کد دارد. این مشکلات عبارتند از:
– خود احتراقی، پیش احتراق
این مشکل می‌تواند باعث عملکرد نادرست موتور بشود. به این معنی که قبل از بالا آمدن پیستون، احتراق رخ دهد و پیستون به جای تلاش برای بالا بردن تراکم سوخت و هوا، با گازهای ناشی از احتراق پیش از موعد درگیر شده و پیستون مسیر کامل را طی نمیکند.
– احتراق ناقص
این مشکل موجب پایین آمدن کارایی موتور شده و آلودگی صوتی زیادی هم ایجاد میکند.
انواع شمع از نظر تعداد الکترود منفی
تعداد الکترودهای منفی متصل به پایه که اطراف الکترود منفی هستند می‌تواند متفاوت بوده و از یک تا ۴ عدد متغیر است. شمع هایی با الکترودهای منفی بیشتر از یک عدد را چند الکترودی گویند که طبق تعداد الکترودها ۲، ۳ و ۴ زمانه هم گفته میشوند.
شمع ۴ الکترودی
البته این شمع‌ها مناسب هر خودرویی نبوده و باید از طرف سازنده خودرو استفاده از آنها تاکید یا توصیه شود. طول عمر شمع های چند الکترودی بیشتر از تک الکترودی‌ها می باشد، چون افزایش قطب‌های منفی موجب تاخیر در خوردگی آنها میشود. اما این شمع‌ها معایب و مزایای دیگری نیز دارند.
♦ معایب
- قیمت بیشتر از شمع‌های تک الکترودی.
- تنظیم نبودن گپ در آنها و در صورت خرابی هم باید تعویض شوند.
- مناسب برای هر موتور و خودرویی نیستند.
♦ مزایا
- باعث احتراق کامل میشوند و انتشار شعله نیز به خوبی انجام می‌گردد.
- بازده یا کد حرارتی بالا.
- توانایی روشن کردن سریع و راحت خودرو در هوای سرد.
- خوردگی الکترودها در این شمع‌ها یکنواخت و همزمان بوده و سرعت آن کمتر از نوع تک الکترودی است.
انواع شمع از نظر ساختار و جنس الکترود مثبت
شمع‌ها از نظر ساختار الکترود مثبت شامل دو دسته سوزنی و معمولی می باشند. نوک الکترود مثبت در شمع‌های سوزنی به شکل سوزن بوده و شمع‌های معمولی الکترود مثبت سر گرد دارند.
۱. شمع های معمولی
الکترود مثبت شمع معمولی از جنس نیکل است. سر گرد و تخت الکترود مثبت این مدل، دقت جرقه زنی را کاهش داده و در نتیجه کیفیت احتراق پایین می‌آید که باعث خام سوزی و بالا رفتن مصرف سوخت می‌گردد. این شمع‌ها طول عمر کمتری نسبت به شمع های سوزنی داشته و دارای مقاومت حرارتی بالایی هم نیستند.
۲. شمع های سوزنی
این شمع به خاطر ساختار الکترود مثبت خود، یک جرقه زنی دقیق و قوی دارد و شعله انفجار حاصل از جرقه زنی آن بزرگتر است و به کمک آنها احتراق به صورت کامل در سیلندر انجام می‌گیرد.
جرقه زنی بهتر موجب کاهش مصرف سوخت، افزایش شتاب، کاهش صدا و لرزش و در نهایت عملکرد بهتر موتور و پایین آمدن استهلاک قطعات آن می شود.شمع‌های سوزنی از نظر متریال الکترود به دو دسته تقسیم میشوند:
♦ شمع های پلاتینیوم: آلیاژ الکترود مثبت این نوع، پلاتینیوم بوده و دارای مقاومت حرارتی بالایی است. آلیاژ پلاتینیوم باعث میشود که در دما و دور موتور بالا، افت ولتاژ و کاهش کیفیت جرقه اتفاق نیفتد و احتراق در دورهای بالا هم کامل انجام گیرد. این شمع‌ها از عمر مفید بیشتری نیز برخوردار هستند.
♦ شمع های ایریدیوم: این شمع‌ها بهترین نوع شمع در بازار هستند و آلیاژ الکترود مثبت آنان ایریدیوم و الکترود منفی پلاتین می باشد. این دو آلیاژ در کنار یکدیگر بهترین و دقیق ترین جرقه زنی را به همراه دارند.
نوع ایریدیوم در بین شمع‌ها دارای بالاترین مقاومت حرارتی است. در نتیجه کامل ترین احتراق با شمع سوزنی ایریدیوم تشکیل میشود. همچنین این شمع طول عمر بیشتری نسبت به سایر انواع دارد.
عیب یابی شمع خودرو و لزوم آن
هر شمعی طول عمر معینی دارد و بعد از تمام شدن این مدت زمان تعیین شده باید اقدام به تعویض آن نمود. ولی گاهی به خاطر بالا رفتن سطح رسوبات حاصل از احتراق در سر الکترودها و کثیف شدن آنها و یا از بین رفتن الکترودها و در نتیجه جرقه زنی نادرست، نیاز است شمع خودرو قبل از اتمام طول عمر استاندارد خود تعویض بشود.
این موارد موجب میشود ماشین به خوبی کار نکرده و دچار بدسوزی یا خام‌سوزی گردد. عملکرد ضعیف حتی یکی از شمع‌ها باعث ناقص سوختن سوخت داخل سیلندر مربوط به آن شده و در نتیجه میزان آلایندگی افزایش یافته و به قطعات موتور نیز صدمات جدی وارد می‌گردد. بعضی از جدی ترین مشکلات ظاهری شمع‌ها که می‌تواند نشان از بد کار کردن آنها باشد و دلایل ایجادشان عبارتند از:
– ترک روی چینی شمع: عبور جریان با ولتاژ بالا از الکترود بیش از حد توان شمع و زیاد شدن فاصله گپ.
– شکستن چینی شمع: نصب غیر اصولی و ضربه هنگام نصب.
– روغنی بودن پایه شمع: روغن سوزی موتور خودرو در یک یا همه سیلندرها.
– ذوب شدن الکترودها: عدم تناسب کد حرارتی شمع با موتور ماشین.
– آب خوردن به پایه شمع: به دلیل هرگونه نفوذ از سیلندرها اتفاق می‌افتد. می‌تواند دلیل نقص سرسیلندر یا بوش هم باشد.
– رسوب گرفتن الکترودها و پایه: به خاطر کیفیت پایین سوخت.
– آلوده شدن الکترودها و پایه به کربن و سیاه شدن آنها: بدلیل تنظیم نادرست درصد سوخت و هوا رخ میدهد. این تنظیم نبودن شاید از ایراد انژکتور یا کاربراتور، سنسور اکسیژن یا آلودگی فیلتر هوا ایجاد شود. همچنین متناسب نبود کد حرارتی شمع با موتور و تاخیر در احتراق نیز منجر به این مشکل میشود.
– تغییر رنگ چینی عایق: این چینی به حالت عادی باید خاکستری، زرد یا قهوه‌ای کم‌رنگ باشد. در صورت تغییر رنگ آن به صورتی یا قرمز، باید میزان اکتان سوخت را اندازه‌گیری کرد. این معضل از افزودنی‌های بنزین بدون سرب ایجاد میشود.
– آلوده بودن پایه و الکترودها به سوخت: به دلیل ترکیب نادرست سوخت و هوا در محفظه احتراق اتفاق می‌افتد.
اما به غیر از علائم ظاهری، موارد دیگری نیز هستند که از بد کار کردن شمع‌ها و نقص آنها خبر می‌دهند. این علائم عبارتند از:
– روشن شدن چراغ چک
– مصرف بالا و غیرعادی سوخت و راندمان پایین موتور
– بد کار کردن موتور و لرزش در آن