شمع خودرو چیست و چگونه کار میکند؟
شمع خودرو یکی از قطعات کوچک اما بسیار مهم در موتورهای احتراق داخلی است. این قطعه نقشی حیاتی در روشن شدن و حرکت خودرو ایفا میکند. بدون شمع، خودرو قادر به استارت خوردن و حرکت نخواهد بود. شمع وظیفه تولید جرقه و مشتعل کردن مخلوط سوخت و هوا در داخل سیلندرهای موتور را بر عهده دارد. در این مقاله قصد داریم به صورت جامع به بررسی ساختار، عملکرد، انواع، علائم خرابی و اهمیت تعویض به موقع شمع خودرو بپردازیم. با یدک موتورز همراه باشید.
شمع خودرو چیست؟
شمع خودرو (Spark Plug) یک قطعه الکتریکی کوچک اما پیچیده و مهم در موتورهای احتراق داخلی است که وظیفه ایجاد جرقه در محفظه احتراق و مشتعل کردن مخلوط فشرده سوخت و هوا را به عهده دارد. شمع خودرو که به اسپارک پلاگ هم معروف است، در واقع آغازگر چرخه احتراق در داخل سیلندرهای موتور محسوب می‌شود. بدون وجود شمع سالم و کارآمد، موتور خودرو قادر به تولید قدرت و حرکت نخواهد بود.
شمع به صورت عمودی داخل سوراخ‌هایی در سرسیلندر موتور قرار می‌گیرد و یک سر آن به کویل و وایر شمع و سر دیگر آن به داخل محفظه احتراق راه دارد. تعداد شمع‌های موتور به تعداد سیلندرهای آن بستگی دارد. موتورهای پرقدرت معمولاً برای هر سیلندر دو شمع در نظر می‌گیرند.
نقش شمع خودرو در موتور چیست؟
شمع خودرو نقشی کلیدی در فرآیند احتراق داخلی موتور و تبدیل انرژی شیمیایی سوخت به انرژی مکانیکی ایفا میکند. برای درک بهتر عملکرد شمع، لازم است با چرخه چهار مرحله‌ای کارکرد موتورهای احتراق داخلی شامل مکش، تراکم، احتراق و تخلیه آشنا شویم:
- مرحله مکش: پیستون به سمت پایین حرکت میکند و سوپاپ ورودی باز می‌شود. مخلوط سوخت و هوا به داخل سیلندر مکیده می‌شود.
- مرحله تراکم: پیستون به سمت بالا حرکت کرده و سوپاپ‌ها بسته می‌شوند. مخلوط سوخت و هوا به‌شدت فشرده می‌شود.
- مرحله احتراق: شمع جرقه می‌زند و مخلوط فشرده سوخت و هوا را مشتعل میکند. انفجار حاصل، پیستون را با فشار زیاد به سمت پایین می‌راند و باعث چرخش میل‌لنگ و تولید قدرت می‌شود.
- مرحله تخلیه: پیستون مجدداً به سمت بالا حرکت میکند. سوپاپ خروجی باز شده و گازهای حاصل از احتراق را از سیلندر خارج میکند.
بنابراین شمع وظیفه بحرانی و حساس ایجاد جرقه در زمان دقیق و مناسب برای شروع احتراق را بر عهده دارد.
عملکرد و کارکرد شمع خودرو
شمع خودرو برای تولید جرقه، به جریان الکتریسیته با ولتاژ بسیار بالا در حدود 12,000 تا 25,000 ولت نیاز دارد. این ولتاژ توسط کویل خودرو تأمین می‌شود. کویل یک مبدل ولتاژ است که برق 12 ولتی باتری را به ولتاژ بسیار بالا تبدیل میکند.
هنگامی که جریان الکتریسیته وارد شمع می‌شود، در فاصله بسیار کم بین الکترودهای مرکزی و جانبی شمع جهش کرده و منجر به یونیزه شدن گازهای موجود در این فاصله و ایجاد یک کانال پلاسما می‌شود. دمای این کانال پلاسما به بیش از 60,000 درجه می‌رسد که به سرعت گرم شده و منبسط می‌شود. این کانال پلاسما به مانند یک پل عمل کرده و اجازه عبور جریان برق و ایجاد جرقه را می‌دهد.
جرقه تولید شده توسط شمع سوخت، مخلوط فشرده بنزین و هوا را مشتعل کرده و منجر به احتراق انفجاری، افزایش ناگهانی فشار، دما و حجم گازهای داخل سیلندر می‌شود. این فشار انفجاری پیستون را به سمت پایین رانده و از طریق شاتون به میل‌لنگ منتقل شده و باعث چرخش آن و تولید گشتاور و قدرت می‌شود. این قدرت در نهایت از طریق گیربکس به چرخ‌های محرک منتقل شده و باعث حرکت خودرو می‌شود.
اجزای تشکیل دهنده شمع خودرو
شمع خودرو علی‌رغم ظاهر ساده و ابعاد کوچکش، از اجزا و قطعات متعددی تشکیل شده است. هر یک از این اجزا نقش مهمی در کارکرد صحیح و بهینه شمع ایفا می‌کنند. در ادامه، مهم‌ترین اجزای سازنده یک شمع استاندارد خودرویی را مورد بررسی قرار می‌دهیم.
عایق سرامیکی یا چینی
یکی از مهم‌ترین اجزای شمع خودرو، عایق سرامیکی یا چینی است. جنس این عایق از آلومینا یا اکسید آلومینیوم است که مقاومت الکتریکی و استحکام حرارتی بسیار بالایی دارد. عایق چینی، الکترود مرکزی شمع را دربرگرفته و از آن در برابر حرارت و فشار بالای محفظه احتراق محافظت میکند.
عایق سرامیکی که عمدتاً به رنگ سفید است، خود توسط یک پوشش لعاب نیز پوشیده شده تا منافذ احتمالی بسته شود و از نفوذ کربن و رسوبات احتراق به بدنه عایقی جلوگیری شود. همچنین این لایه لعاب، باعث افزایش استحکام عایق چینی می‌شود.
بدنه شمع
بدنه شمع خودرو که با نام هگزاگونال (Hexagonal) یا شش‌ضلعی هم شناخته می‌شود، بخش اصلی و اسکلت فلزی شمع را تشکیل می‌دهد. جنس بدنه عمدتاً از فولاد است تا در برابر نیروهای مکانیکی و حرارتی وارده، مقاومت کافی را داشته باشد.
بدنه شمع از دو بخش رزوه‌دار انتهایی برای سوار شدن روی سرسیلندر و قسمت بالایی که پایه عایق و الکترود مرکزی به آن متصل است، تشکیل یافته. در قسمت میانی هم یک واشر فنری فلزی برای آب‌بندی بین شمع و سرسیلندر قرار دارد.
ترمینال یا پایانه شمع
ترمینال یا پایانه شمع، قسمت انتهایی که از باقی بدنه شمع بیرون زده است را تشکیل می‌دهد. شکل این پایانه عموماً استوانه‌ای برای اتصال به وایر یا کابل شمع است. ترمینال شمع وظیفه انتقال جریان ولتاژ بالا از کویل به الکترود مرکزی را برعهده دارد. جنس این پایانه عموماً از آلیاژهایی با رسانایی و مقاومت بالا در برابر زنگ‌زدگی و اکسیداسیون است.
الکترودها
الکترودهای شمع خودرو از مهم‌ترین اجزای آن هستند که عامل اصلی تولید جرقه محسوب می‌شوند. یک شمع استاندارد دارای یک الکترود مرکزی و یک الکترود کناری (جانبی) است. البته شمع‌های چند الکترودی هم وجود دارند که در ادامه به آن‌ها می‌پردازیم.
الکترود مرکزی
الکترود مرکزی در حقیقت یک میله یا سیم نسبتاً ضخیم است که در مرکز و داخل عایق چینی شمع قرار گرفته است. جنس این الکترود عموماً از آلیاژهای نیکل است تا بتواند مقاومت لازم در برابر دماهای بالا را داشته باشد. این الکترود در برخی شمع‌ها با فلزات گران‌بهایی مانند پلاتین یا ایریدیوم روکش می‌شود تا دوام و کارایی آن افزایش یابد.
یک سر الکترود مرکزی به پایه شمع متصل است و جریان ولتاژ بالا را از پایه دریافت میکند. سر دیگر آن که به صورت عمود و دقیق در وسط عایق چینی قرار گرفته، ادامه یافته و در انتهای شمع در چند میلی‌متری الکترود جانبی قرار دارد.
الکترود جانبی
الکترود جانبی یا کناری که با نام Ground Electrode هم شناخته می‌شود، یک قطعه فولادی است که به بدنه شمع متصل است. این الکترود به شکل یک میله خمیده است که یک سر آن به بدنه جوش خورده و سر دیگر آن به صورت عمود از سطح انتهای شمع بیرون زده و در چند میلی‌متری الکترود مرکزی قرار گرفته است.
فاصله هوایی میان نوک الکترود مرکزی و جانبی که به آن گپ (Gap) یا دهانه شمع می‌گویند، نقطه جرقه‌زنی محسوب می‌شود. این فاصله بسیار حیاتی است و معمولاً بین ۰.۶ تا ۲ میلی‌متر است که بسته به نوع شمع و موتور می‌تواند متفاوت باشد. هرچه فشرده‌سازی بیشتر باشد، گپ شمع کوچک‌تر خواهد بود. نادرست بودن این فاصله، تأثیر بسزایی بر عملکرد ضعیف احتراق خواهد داشت.
واشر یا Gasket
واشر شمع خودرو (Spark Plug Gasket) یک قطعه مهم است که وظیفه آب‌بندی و ایجاد درزبندی بین شمع و سرسیلندر را برعهده دارد. چون فشار و دمای داخل محفظه احتراق بسیار بالاست، در صورت نشتی گازهای این محفظه به بیرون از طریق رزوه شمع، آسیب‌های جدی به قطعات سرسیلندر و شمع وارد خواهد شد.
این واشرها معمولاً به شکل یک حلقه فلزی از جنس مس، برنج یا فولاد ساخته می‌شوند. واشر شمع روی بدنه شمع و زیر شانه آن قرار گرفته و لبه تیز و فنری آن پس از نصب شمع و سفت شدن روی سرسیلندر، به‌خوبی مسیر نشت گازها را مسدود میکند.
انواع شمع خودرو
شمع‌های خودرو براساس جنس الکترود، ساختار و کارایی انواع مختلفی دارند. هرچند اصول کارکرد همه آن‌ها به یک صورت است، اما هر کدام ویژگی‌های منحصربه‌فردی دارند که آن‌ها را برای شرایط و کاربردهای خاصی مناسب میکند. در ادامه، مهم‌ترین انواع شمع‌های خودرو را مورد بررسی قرار می‌دهیم.
شمع سرد و گرم
یکی از مهم‌ترین انواع دسته‌بندی شمع‌ها براساس محدوده دمای کاری آن‌ها به دو نوع شمع سرد (Cold) و گرم (Hot) است. این تقسیم‌بندی براساس قابلیت هدایت حرارتی و طول مسیر عبور حرارت در شمع صورت می‌گیرد.
شمع‌های سرد، حرارت را سریع‌تر از خود عبور داده و دفع می‌کنند. به دلیل همین خنک‌شوندگی سریع، دمای کاری این شمع‌ها پایین‌تر است و از بروز احتراق ناخواسته و پیش‌رس در سیلندر جلوگیری می‌کنند. شمع سرد برای خودروهایی که دورهای بالا و بار حرارتی شدید دارند مناسب است.
در مقابل، شمع‌های گرم با واسطه طول مسیر حرارتی بیشتر در ساختار خود، گرمای محفظه احتراق را برای مدت بیشتری حفظ می‌کنند. دمای بالاتر این شمع‌ها، باعث تبخیر و پاک‌سوزی بهتر کربن و رسوبات روی سطح آن‌ها شده و مانع خاموش‌شدن شمع می‌شود. شمع گرم، برای موتورهای کم‌دور و کم‌فشار مناسب است.
شمع‌های چند الکترودی
حالت استاندارد شمع‌ها به صورت تک الکترود جانبی است، اما شمع‌های چند الکترودی که عمدتاً دو، سه یا چهار الکترود دارند نیز به بازار عرضه می‌شوند. وجود چند الکترود، باعث ایجاد چند جبهه برای جرقه‌زنی شده و احتمال جرقه‌زنی صحیح، حتی در شرایط سخت را افزایش می‌دهد.
نقطه قوت دیگر شمع‌های چند الکترودی، افزایش طول عمر آن‌هاست. چون جرقه‌زنی از یک نقطه به نقاط مختلف در چرخش است، فرسایش الکترودها کندتر رخ می‌دهد و طول عمر شمع را تا حدود ۲۵ درصد افزایش می‌دهد. البته شمع‌های چند الکترودی به دلیل سطح تماس بیشتر با شعله، حرارت بیشتری جذب کرده و ممکن است در کارکرد با دور موتور بالا، دچار مشکل شوند.
شمع‌های نیکلی
شمع‌های نیکلی که به شمع‌های استاندارد هم معروف هستند، عموماً الکترودی از جنس نیکل و یا آلیاژ نیکل-کروم دارند. مقاومت حرارتی این شمع‌ها معمولاً تا حدود ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد است. طول عمر استاندارد شمع‌های نیکلی بین ۲۰ تا ۳۰ هزار کیلومتر است و نسبت به انواع دیگر، قیمت پایین‌تری دارند.
شمع‌های ایریدیومی
فلز ایریدیوم، یک عنصر گران‌بها، کمیاب و بسیار مقاوم در برابر حرارت است. شمع‌های ایریدیومی، روکشی از این فلز را روی الکترود مرکزی خود دارند. به دلیل مقاومت حرارتی بسیار بالا، دوام و استحکام این شمع‌ها بسیار خوب بوده و تا دمای ۲۳۰۰ درجه سانتی‌گراد را تحمل می‌کنند.
در شمع‌های ایریدیوم، فرسایش الکترودها بسیار کم رخ داده و گپ شمع ثابت می‌ماند. ضخامت الکترود مرکزی این شمع‌ها هم کمتر است که این باعث افزایش شدت جرقه و بهبود احتراق می‌شود. حدود طول عمر شمع‌های ایریدیومی، بین ۱۰۰ تا ۱۵۰ هزار کیلومتر است.
شمع‌های پلاتینیومی
پلاتین، یکی دیگر از فلزات نجیب و گران‌بهای به‌کار رفته در ساخت شمع خودرو است. الکترودهای شمع‌های پلاتینیومی (پلاتینی) با لایه‌ای از این فلز پوشیده می‌شود. پلاتین، مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی دارد و می‌تواند تا دمای حدود ۱۷۰۰ درجه سانتی‌گراد را تحمل کند.
ویژگی شمع‌های پلاتینیومی
شمع‌های پلاتینیومی در مقایسه با شمع‌های معمولی نیکلی، مقاومت حرارتی بیشتر، طول عمر بالاتر و فرسایش کمتری در الکترودها دارند. همچنین لایه پلاتین، باعث ثبات فاصله گپ و تولید جرقه قدرتمندتر می‌شود. حدود کارکرد این نوع شمع‌ها بین ۶۰ تا ۱۰۰ هزار کیلومتر است. البته قیمت بالاتر این شمع‌ها به دلیل به‌کارگیری فلز گران‌بها، از معایب آن‌ها محسوب می‌شود.
شمع‌های سوزنی
شمع‌های سوزنی (Fine Wire) که به شمع‌های لیزری یا اسپرت (Sport) هم مشهور هستند، از انواع خاص شمع‌های ایریدیومی یا پلاتینیومی محسوب می‌شوند. تفاوت اصلی آن‌ها، قطر بسیار کمتر الکترود مرکزی (کمتر از ۱ میلی‌متر) به شکل یک سیم یا سوزن است.
مزایای شمع‌های سوزنی
علی‌رغم قیمت بسیار بالاتر شمع‌های سوزنی، کارایی و مزایای آن‌ها این هزینه را توجیه‌پذیر میکند. الکترود مرکزی سوزنی شکل، باعث افزایش تمرکز میدان الکتریکی شده و یک جرقه بسیار متمرکز و پرشدت تولید میکند. همچنین کاهش سطح این الکترود، مساحت تماس شعله با آن را کاهش داده و باعث بهبود خنک‌شوندگی شمع می‌شود.
جرقه قدرتمند شمع سوزنی، احتراق بهتر و کامل‌تر سوخت را رقم زده و افزایش راندمان و کاهش مصرف سوخت را به دنبال دارد. به‌کارگیری این شمع‌های اسپرت در خودروهای پرقدرت، باعث بهبود شتاب‌گیری و استارت سریع‌تر آن‌ها می‌شود. همچنین طول عمر این شمع‌ها بسیار بالا و در حدود ۱۶۰ هزار کیلومتر است.
علائم خرابی شمع خودرو
شمع خودرو مانند هر قطعه دیگری، پس از طی کردن یک دوره کارکرد دچار استهلاک و فرسایش خواهد شد. استفاده بیش از حد از شمع فرسوده، باعث بروز ایرادات فنی در موتور و کاهش راندمان آن می‌شود. بنابراین تشخیص به‌موقع علائم خرابی شمع از اهمیت زیادی برخوردار است. در ادامه، مهم‌ترین نشانه‌های خرابی شمع خودرو را مرور می‌کنیم.
روشن نشدن و استارت نخوردن ماشین
یکی از بارزترین نشانه‌های خرابی شمع، روشن نشدن خودرو و استارت نخوردن آن است. اگر با چرخاندن سوئیچ، استارت می‌زنید اما موتور روشن نمی‌شود، احتمالاً شمع‌ها نمی‌توانند جرقه بزنند. خرابی شمع، باعث عدم احتراق سوخت و در نتیجه روشن نشدن موتور می‌شود.
مصرف سوخت بالا
خرابی شمع باعث کاهش کیفیت احتراق سوخت در موتور شده و پدیده سوخت ناقص را رقم می‌زند. در این شرایط، بخشی از سوخت بدون سوختن از منیفولد خروجی خارج می‌شود. نتیجه این عدم احتراق کامل، افزایش مصرف سوخت خودرو خواهد بود.
لرزش و کارکرد نامنظم موتور
عملکرد نامناسب شمع‌ها باعث ایجاد رگه یا میس‌فایرینگ در موتور می‌شود. میس‌فایرینگ یعنی یکی از سیلندرها در یک سیکل احتراق، مرحله احتراق را به‌درستی انجام نمی‌دهد. در این حالت، لرزش‌های نامنظم و ضربه‌های شدید به بدنه موتور وارد می‌شود.
افت شتاب و قدرت موتور
شمع فرسوده و معیوب، جرقه لازم برای احتراق کامل و به‌موقع سوخت را تولید نمی‌کند. چون بخشی از سوخت نسوخته باقی می‌ماند، حداکثر قدرت و شتاب موتور تولید نخواهد شد و رانندگی با خودرو لذت‌بخش نخواهد بود.
صدای غیرعادی موتور
افت کیفیت احتراق به واسطه خرابی شمع، باعث انفجارهای نامنظم در سیلندرها و تولید صداهای غیرعادی کوبش مانند در موتور می‌شود. ممکن است صدای تق‌تق یا کلیک مانندی هم از درون موتور به گوش برسد.
اهمیت تعویض به موقع شمع خودرو
با توجه به نقش حیاتی شمع در عملکرد موتور و همچنین فرسایش پذیر بودن آن، تعویض به موقع شمع خودرو از اهمیت زیادی برخوردار است. استفاده طولانی مدت از شمع فرسوده، علاوه بر کاهش راندمان خودرو، می‌تواند به سایر قطعات موتور نیز آسیب برساند. در ادامه برخی از مزایای مهم تعویض به موقع شمع را مرور می‌کنیم.
بهبود عملکرد موتور
شمع نو و سالم، جرقه ای قدرتمند، به موقع و متمرکز تولید میکند. این جرقه باعث احتراق کامل سوخت و تولید حداکثر قدرت در موتور می‌شود. وقتی شمع ها به درستی و در زمان مقرر تعویض شوند، موتور عملکردی روان، قدرتمند و پر شتاب خواهد داشت.
افزایش طول عمر قطعات موتور
استفاده از شمع فرسوده می‌تواند به قطعات دیگری در موتور مانند پیستون، رینگ، سوپاپ، منیفولد و کاتالیزور آسیب برساند. برای مثال، وقتی شمع جرقه نامناسب تولید میکند، مخلوط سوخت و هوای نسوخته به منیفولد اگزوز و کاتالیزور وارد می‌شود و می‌تواند به این قطعات آسیب برساند.
با تعویض منظم شمع‌ها، شرایط بهینه احتراق فراهم می‌شود و دیگر قطعات موتور در شرایط صحیح کار خواهند کرد. در نتیجه، طول عمر موتور و قطعات آن به شکل چشمگیری افزایش خواهد یافت.
کاهش مصرف سوخت
شمع‌های نو به دلیل ایجاد جرقه مناسب، از احتراق کامل سوخت اطمینان حاصل می‌کنند. در نتیجه، بهره‌وری موتور بهبود یافته و مصرف سوخت کاهش می‌یابد. با تعویض به‌موقع شمع‌ها، همواره موتوری کم‌مصرف و اقتصادی خواهید داشت.
کاهش آلودگی محیط زیست
وقتی شمع‌ها فرسوده می‌شوند، احتراق ناقص سوخت رخ می‌دهد. در این حالت، سوخت نسوخته وارد منیفولد اگزوز شده و از اگزوز خودرو خارج می‌شود. این هیدروکربن‌های نسوخته، آلاینده های مضری هستند که به محیط زیست آسیب می‌رسانند.
تعویض مرتب شمع‌ها، با بهینه‌سازی احتراق از تولید این آلاینده‌ها جلوگیری میکند. موتورهای مجهز به شمع‌های سالم، آلایندگی کمتر داشته و دوستدار محیط زیست هستند.
جمع‌بندی
شمع خودرو یکی از مهم‌ترین اجزا در موتورهای احتراق داخلی است که با ایجاد جرقه، چرخه احتراق را آغاز میکند. شمع‌ها ساختاری شامل الکترودها، عایق سرامیکی، بدنه فلزی و ترمینال دارند. انواع مختلف شمع‌ها شامل شمع‌های سرد، گرم، چند الکترودی، نیکلی، پلاتینی، ایریدیومی و سوزنی در بازار یافت می‌شوند که هرکدام مزایا و ویژگی‌های خاصی دارند.
با توجه به نقش کلیدی شمع در کارکرد خودرو، تشخیص نشانه‌های خرابی آن مانند روشن نشدن موتور، کاهش شتاب، لرزش موتور، افزایش مصرف سوخت و تولید صداهای غیرعادی بسیار مهم است. تعویض به‌موقع شمع‌ها مزایای بسیاری مانند بهبود عملکرد موتور، کاهش مصرف سوخت و افزایش طول عمر قطعات موتور را به دنبال خواهد داشت.
برای خرید شمع مناسب برای خودرو خود با کیفیت عالی و قیمت مناسب، به فروشگاه لوازم یدکی یدک موتورز مراجعه کنید. کارشناسان ما آماده ارائه مشاوره تخصصی برای انتخاب بهترین شمع متناسب با خودروی شما هستند. برای کسب اطلاعات بیشتر و ثبت سفارش همین الان با ما تماس بگیرید.