كيف تعمل شمعات الإشعال

شمعة الإشعال عبارة عن جهاز كهربائي يتم تركيبه في رأس الأسطوانة لبعض محركات الاحتراق الداخلي ويقوم بإشعال بنزين الهباء الجوي المضغوط عن طريق شرارة كهربائية. تحتوي شمعات الإشعال على قطب مركزي معزول يتم توصيله بواسطة سلك معزول بشدة بملف الإشعال أو دائرة مغناطيسية من الخارج، مما يشكل فجوة شرارة داخل الأسطوانة مع طرف مؤرض في قاعدة القابس. يمكن تقسيم محركات الاحتراق الداخلي إلى محركات الإشعال بالشرر، والتي تتطلب شمعات الإشعال لبدء الاحتراق، ومحركات الاشتعال بالضغط (محركات الديزل)، التي تضغط الهواء ثم تحقن وقود الديزل في خليط الهواء المضغوط الساخن حيث يشتعل ذاتيًا. قد تستخدم محركات الاشتعال بالضغط شمعات التوهج لتحسين خصائص البداية الباردة.

شمعة الإشعال لها وظيفتان أساسيتان:

لإشعال خليط الهواء/الوقود. تنتقل الطاقة الكهربائية من خلال شمعة الإشعال، وتتجاوز الفجوة الموجودة في نهاية إشعال القابس إذا كان الجهد الكهربي المورد إلى القابس مرتفعًا بدرجة كافية. تقوم هذه الشرارة الكهربائية بإشعال خليط البنزين/الهواء في غرفة الاحتراق. لإزالة الحرارة من غرفة الاحتراق. لا يمكن لشمعات الإشعال توليد الحرارة، بل يمكنها فقط إزالة الحرارة. يجب أن تظل درجة حرارة نهاية طرف إشعال القابس منخفضة بما يكفي لمنع الاشتعال المسبق، ولكن مرتفعة بما يكفي لمنع التلوث. تعمل شمعة الإشعال كمبادل حراري عن طريق سحب الطاقة الحرارية غير المرغوب فيها من غرفة الاحتراق ونقل الحرارة إلى نظام تبريد المحرك. يتم تعريف النطاق الحراري لشمعة الإشعال على أنه قدرتها على تبديد الحرارة من طرفها.

عملية :

يتم توصيل القابس بالجهد العالي الناتج عن ملف الإشعال أو المغناطيس. ومع تدفق الإلكترونات من الملف، ينشأ فرق الجهد بين القطب المركزي والقطب الجانبي. لا يمكن لأي تيار أن يتدفق لأن الوقود والهواء الموجود في الفجوة يعتبر عازلًا، ولكن مع ارتفاع الجهد أكثر، يبدأ في تغيير بنية الغازات بين الأقطاب الكهربائية. بمجرد أن يتجاوز الجهد قوة العزل الكهربائي للغازات، تصبح الغازات متأينة. يصبح الغاز المتأين موصلًا ويسمح للإلكترونات بالتدفق عبر الفجوة. تتطلب شمعات الإشعال عادةً جهدًا كهربائيًا يزيد عن 20000 فولت حتى "تشتعل" بشكل صحيح.

ومع اندفاع تيار الإلكترونات عبر الفجوة، فإنه يرفع درجة حرارة قناة الشرارة إلى 60000 كلفن. وتؤدي الحرارة الشديدة في قناة الشرارة إلى تمدد الغاز المتأين بسرعة كبيرة، مثل انفجار صغير. هذه هي "النقرة" التي تُسمع عند ملاحظة شرارة تشبه البرق والرعد.

الحرارة والضغط يجبران الغازات على التفاعل مع بعضها البعض، وفي نهاية حدث الشرارة يجب أن تكون هناك كرة صغيرة من النار في فجوة الشرارة حيث تحترق الغازات من تلقاء نفسها. ويعتمد حجم هذه الكرة النارية أو النواة على التركيب الدقيق للخليط بين الأقطاب الكهربائية ومستوى اضطراب غرفة الاحتراق وقت الشرارة. نواة صغيرة تجعل المحرك يعمل كما لو أن توقيت الإشعال متأخر، ونواة كبيرة كأن التوقيت متقدم.