سیستم جرقه زنی نوع کترینگ (Kettering) در خودروهای احتراق داخلی
در خودروهای مجهز به موتورهای احتراق داخلی، سیستم جرقه زنی نقش حیاتی در تأمین عملکرد بهینه و سوخترسانی مناسب ایفا میکند. یکی از قدیمیترین و پرکاربردترین سیستمهای جرقه زنی که بیش از ۱۰۰ سال است به کار میرود، سیستم جرقه زنی نوع کترینگ (Kettering) است. در این مقاله به بررسی جامع این سیستم، اجزاء تشکیلدهنده، عملکرد، مزایا، معایب، و کاربردهای آن در صنعت خودرو پرداخته خواهد شد.
مقدمهای بر سیستم جرقه زنی
در موتورهای احتراق داخلی بنزینی، جرقه زنی دقیق و به موقع مخلوط سوخت و هوا، برای ایجاد احتراق ضروری است. عدم هماهنگی در زمان یا شدت جرقه باعث کاهش راندمان، افزایش مصرف سوخت و تولید آلایندگی میشود. سیستم جرقه زنی وظیفه تولید ولتاژ بسیار بالا جهت ایجاد جرقه در شمعها را بر عهده دارد. این سیستم شامل اجزای متعددی است که در ادامه به نوع کترینگ و مشخصات آن خواهیم پرداخت.
تاریخچه و معرفی سیستم جرقه زنی نوع کترینگ
سیستم جرقه زنی کترینگ در اوایل قرن بیستم توسط چارلز اف کترینگ (Charles F. Kettering) ابداع شد. این سیستم جایگزین سیستم جرقه زنی مغناطیسی قدیمی گردید و با معرفی کویل احتراق و باتری خودرو متداول شد. سیستم کترینگ به سرعت در صنعت خودرو گسترش یافت زیرا عملکرد مطمئنتر و قابلیت تنظیم بهتری نسبت به سیستمهای قبلی ارائه میداد.
ویژگیهای اصلی سیستم جرقه زنی کترینگ
- تولید ولتاژ بالا برای شمعها با استفاده از کویل احتراق و جریان DC باتری
- استفاده از توزیع کننده (دیسک توزیع جرقه) برای زمانبندی جرقه در سیلندرها
- کنترل از طریق جمله قطع و وصل جریان الکترومغناطیسی در سیمپیچ کویل
- سهولت در تعمیر و نگهداری به دلیل اجزای مکانیکی قابل دسترسی
ساختار و اجزاء سیستم جرقه زنی نوع کترینگ
سیستم کترینگ متشکل است از اجزاء مکانیکی و الکتریکی که هماهنگ با هم وظیفه جرقه زنی را به عهده دارند. در ادامه به شرح هر یک میپردازیم.
۱. باتری (باطری)
باتری خودرو تامینکننده جریان DC اصلی است که از طریق سیستم جرقه زنی عبور میکند. ولتاژ مورد نیاز معمولا ۱۲ ولت است. باتری جریان لازم را برای کویل احتراق فراهم میکند.
۲. کویل احتراق (Ignition Coil)
کویل احتراق یک ترانسفورمر الکترومغناطیسی است که ولتاژ ۱۲ ولت باتری را به ولتاژی بین ۲۰ تا ۳۰ هزار ولت تبدیل میکند. این ولتاژ بالا برای ایجاد جرقه قوی در فواصل گسستگی شمع کافی است. کویل از دو سیمپیچ اولیه و ثانویه تشکیل شده است:
- سیمپیچ اولیه: چند صد دور سیم نازک که جریان ضعیف DC از باتری از آن عبور میکند.
- سیمپیچ ثانویه: چند هزار دور سیم بسیار نازک که ولتاژ بالا را تولید میکند.
۳. توزیعکننده (Distributor)
وظیفه توزیع جرقه ولتاژ بالا به سیلندرهای مختلف است. توزیعکننده شامل اجزای زیر است:
- دیسک توزیعکننده با الکترودهای خروجی به شمعها
- کلید قطع و وصل جریان اولیه (کانتکت پوینت)
- پایه و میل توزیعکننده که با میل بادامک انطباق دارد
۴. کلید قطع و وصل جریان یا کانتکت پوینت (Breaker Points)
کانتکت پوینتها دو زبانه فلزی هستند که به صورت مکانیکی با میل توزیعکننده باز و بسته میشوند. باز شدن این کلید باعث قطع جریان در سیمپیچ اولیه و تولید ولتاژ بالا در سیمپیچ ثانویه میشود. این کلید همانند سنسور زمان بندی مکانیکی عمل میکند.
۵. کندانسور (Condenser یا Capacitor)
کندانسور در کنار کانتکت پوینت متصل شده و نقش کاهش جرقه قوس الکتریکی در زمان قطع جریان کلید را دارد. این امر باعث افزایش طول عمر کانتکت پوینتها و جلوگیری از ارتعاشات اضافی میشود.
عملکرد سیستم جرقه زنی نوع کترینگ
روند عملکرد سیستم به شرح زیر است:
- جریان DC ۱۲ ولت باتری از طریق کلید کانتکت پوینت وارد سیمپیچ اولیه کویل میشود که باعث ایجاد میدان مغناطیسی میگردد.
- میل توزیعکننده که با میل بادامک موتور جفت شده است، کانتکت پوینتها را باز میکند، به این ترتیب جریان اولیه قطع میشود.
- قطع جریان اولیه سبب تغییر سریع میدان مغناطیسی در کویل میشود که القای ولتاژ بالای سیمپیچ ثانویه را به دنبال دارد.
- ولتاژ بالا از طریق سیم خروجی کویل به توزیعکننده میرسد و با توجه به موقعیت دیسک توزیع جرقه به شمع مناسب ارسال میگردد.
- جرقه در شمع ایجاد شده و مخلوط هوا و سوخت در سیلندر منفجر میشود.
- روند فوق به صورت متناوب و هماهنگ با موقعیت میل بادامک تکرار میشود.
زمانبندی جرقه در سیستم کترینگ
یکی از موارد حیاتی در عملکرد این سیستم، تنظیم صحیح فاصله باز و بسته شدن کانتکت پوینتها و زاویه زمانبندی جرقه نسبت به موقعیت پیستون است. تنظیم دقیق باعث افزایش توان موتور و کاهش مصرف سوخت و آلایندگی میشود.
مزایا و معایب سیستم جرقه زنی نوع کترینگ
مزایا
- سادگی ساختار و امکان تعمیر و تنظیم آسان توسط تکنسینهای خودرو
- قابلیت تولید ولتاژ بالا برای ایجاد جرقه مطمئن در شمعها
- استفاده گسترده در خودروهای قدیمی و موتورسیکلتها
- عدم نیاز به سیستمهای الکترونیکی پیچیده که در اوایل قرن بیستم قابل دسترس نبودند
معایب
- وجود قطعات مکانیکی متحرک (کانتکت پوینتها) که مستعد فرسایش و نیاز به تنظیم دورهای هستند
- دقت زمانبندی پایینتر نسبت به سیستمهای جرقه زنی الکترونیکی مدرن (مانند سیستم جرقه زنی با ECU)
- کاهش عملکرد در سرعتهای بالا به دلیل محدودیت کنترل مکانیکی
- نیاز به نگهداری منظم و حساس بودن به شرایط محیطی مانند رطوبت و آلودگی
نمونههای عملی و کاربردهای سیستم کترینگ
این سیستم هنوز در برخی خودروهای کلاسیک و موتورهای صنعتی پایینرده کاربرد دارد. همچنین در بعضی موتورسیکلتها و تجهیزات کشاورزی که نیاز به ساختار ساده و قابلیت تعمیر آسان دارند، سیستم کترینگ استفاده میشود.
برای مثال، در خودروهای تولید شده از دهه ۱۹۵۰ تا ۱۹۸۰، بسیاری از شرکتهای خودروسازی از سیستم جرقه زنی کترینگ بهره میبردند. در این خودروها، تنظیم دقیق فاصله و زمانبندی کانتکت پوینتها بخشی از سرویس دورهای به شمار میرفت.
مقایسه با سیستمهای مدرن جرقه زنی
با پیشرفت فناوری الکترونیک، سیستمهای جرقه زنی الکترونیکی (مانند Distributorless Ignition System و سیستمهای مجهز به ECU) جایگزین سیستم کترینگ شدهاند. این سیستمها بدون قطعات مکانیکی متحرک بوده و دقت و قابلیت اطمینان بالاتری ارائه میدهند.
نتیجهگیری
سیستم جرقه زنی نوع کترینگ، با وجود قدمت بالا، یک نقطه عطف در فناوری خودرو به شمار میرود. درک کامل این سیستم به فهم بهتر نحوه عملکرد موتورهای احتراق داخلی و تاریخچه توسعه فناوریهای جرقه زنی کمک میکند. اگرچه امروزه سیستمهای الکترونیکی جایگزین این تکنولوژی شدهاند، اما سیستم کترینگ همچنان در آموزشهای مکانیک خودرو و برخی خودروهای کلاسیک کاربرد دارد و دانش آن برای تعمیرکاران خودرو ضروری است.
منابع و مراجع
- Smith, J.D., “Automotive Electrical Systems,” 2018.
- Kettering, C.F., “Ignition Systems for Automobiles,” Patents and Publications, 1910-1920.
- Heywood, J.B., “Internal Combustion Engine Fundamentals,” McGraw-Hill, 1988.
- انجمن تکنسینهای خودرو ایران، “کتابچه آموزشی سیستمهای جرقه زنی،” 1395.