کویل (کوئل)

کویل احتراق (که به آن کویل جرقه‌زن هم گفته می‌شود)، یک کویل القایی است که در سیستم احتراق خودرو تعبیه شده است. این کویل، ولتاژ موجود در باتری را به هزاران ولت تبدیل می‌کند. این ولتاژ به منظور ایجاد جرقه الکتریکی در شمع‌های خودرو به منظور احتراق در سوخت ضروری است. در برخی از کویل‌ها یک مقاومت داخلی وجود دارد، اما برخی دیگر از کویل‌ها به یک وایر مقاومت یا یک مقاومت خارجی نیاز دارند تا بتوانند جریانی که از منبع تغذیه 12-ولتی خودرو به درون کویل جریان می‌یابد را محدود سازند. وایری که از کویل احتراق به دلکو می‌رود و وایرهای ولتاژ بالایی که از دلکو به سر هر یک از شمع‌ها می‌روند، وایر شمع یا هادی‌های فشار قوی نامیده می‌شوند. اساساً در یک سیستم کویل احتراق، باید یک نقطه قطع تماس و یک خازن (کندانسور) وجود داشته باشد. در سیستم‌های احتراق جدیدتر، از یک ترانزیستور توان برای ایجاد پالس‌هایی برای کویل احتراق استفاده می‌شود. در خودروهای سواری امروزی، ممکن است از یک کویل احتراق برای هر یک از سیلندرهای موتور (یا هر جفت از سیلندرها) استفاده شده باشد. بدین ترتیب، نیاز به کابل‌های شمع (وایر شمع) که در معرض خرابی قرار می‌گیرند و همچنین وجود دلکو برای هدایت پالس‌های ولتاژ بالا از بین می‌رود. در موتورهای دیزلی، نیازی نیست تا از سیستم‌های احتراقی استفاده شود که برای احتراق مخلوط سوخت و هوا، به تراکم نیاز دارند.

کویل جرقه‌زن آکیون برایت

ساختمان کویل

هر کویل احتراق از یک هسته آهنی پوشش‌دار تشکیل شده است که در اطراف آن، دو کویل با وایرهای مسی قرار گرفته‌اند. بر خلاف ترانسفورماتور توان، هر کویل احتراق دارای یک مدار مغناطیسی باز است - بدین معنا که هسته‌ آهنی، هیچ حلقه بسته‌ای را پیرامون سیم‌پیچ‌ها ایجاد نمی‌کند. انرژی‌ای که در میدان مغناطیسی هسته ذخیره می‌شود، همان انرژی‌ای است که به شمع منتقل شده است.

در سیم‌پیچ اولیه، تعداد دورهای نسبتاً کمی از سیم سنگین وجود دارد. سیم‌پیچ ثانویه نیز از هزاران دور از سیم‌های کوچک تشکیل شده است که با ایجاد لعاب‌هایی بر روی سیم‌ها و لایه‌های عایق کاغذ روغنی، نسبت به ولتاژ بالا عایق شده است. کویل معمولاً به درون یک قوطی فلزی یا بدنه پلاستیکی جا زده می‌شود و دارای عایق‌هایی برای اتصالات ولتاژ بالا و ولتاژ پایین است. در صورتی که قطع‌کننده تماس بسته باشد، امکان شارش جریان از باتری از طریق سیم‌پیچ اولیه در کویل احتراق وجود دارد. به دلیل اندوکتانس موجود در کویل، جریان فوراً شارش نمی‌شود. شارش جریان در درون کویل باعث می‌شود تا یک میدان مغناطیسی در هسته و همچنین در هوای پیرامون هسته به وجود آید. جریان باید به مدت کافی شارش شود تا انرژی کافی در میدان به منظور جرقه ایجاد شود. پس از آن‌که جریان به سطح کامل خود رسید، قطع‌کننده تماس باز می‌شود. با توجه به این‌که یک خازن به آن متصل شده است، سیم‌پیچ اولیه و خازن یک مدار تیون‌شده را تشکیل می‌دهند. همچنین وقتی که انرژی ذخیره‌شده بین انداکتور تشکیل‌شده به واسطه کویل و خازن نوسان می‌کند، میدان مغناطیسی متغیر در هسته کویل، ولتاژ بزرگ‌تری را در سیم‌پیچ ثانویه کویل ایجاد می‌کند. سیستم‌های احتراق نوین امروزی نیز دقیقاً بر اساس همین اصل کار می‌کنند، اما برخی از آن‌ها به جای شارژ اندوکتانس در کویل، خازن را تا حدود 400 ولت شارژ می‌نمایند. زمان‌بندی برای باز شدن تماس‌ها (یا سوئیچ‌شدن ترانزیستور) نیز باید با مکان پیستون در سیلندر هماهنگ باشد تا بتوان زمان‌بندی جرقه را به طوری تنظیم کرد که مخلوط هوا و سوخت بتواند بیشترین اندازه حرکت زاویه‌ای ممکن را به وجود آورد. این مقدار معمولاً چند درجه پیش از مقداری است که پیستون به مرکز مرگ بالای خود می‌رسد. این تماس‌ها از شفتی که به وسیله میل سوپاپ (میل‌بادامک) موتور حرکت می‌کند، دور می‌شود. همچنین اگر از احتراق به صورت الکترونیکی نیز استفاده شده باشد، یک سنسور بر روی شفت موتور، زمان‌بندی پالس‌ها را کنترل خواهد نمود.

کویل‌های جرقه‌زن دوقلو (سیلندرهای آبی، بالای تصویر) بر روی یک ساب 92

مقدار انرژی مورد نیاز در شمع برای احتراق مخلوط هوا و سوخت، بسته به فشار و ترکیب مخلوط و همچنین سرعت موتور متغیر است. در شرایط آزمایشگاهی، صرفاً به میزان 1 میلی‌ژول انرژی برای هر جرقه لازم است، اما در عمل، در کویل‌ها باید انرژی بسیار بیشتری نسبت به این مقدار وجود داشته باشد تا فشار بالاتر، مخلوط‌های غنی یا خالص، افت در وایرهای احتراق و رسوبات و نشتی در پلاگ وجود داشته باشد. در صورتی که سرعت گاز در فاصله شمع زیاد باشد، قوس بین ترمینال‌ها از درون ترمینال‌ها بیرون می‌جهد و قوس طویل‌تر می‌شود. بنابراین، انرژی بیشتری برای ایجاد هر جرقه لازم است. بدین ترتیب، چیزی بین 30 و 70 میلی‌ژول در هر جرقه تحویل داده می‌شود.

مواد تشکیل دهنده کویل

پیش از این، کویل‌های احتراق را از لاک و سیم‌پیچ‌های ولتاژ بالای عایق‌شده با کاغذ می‌ساختند که در درون یک قوطی از جنس فولاد کشیده‌شده جا زده می‌شدند. در درون آن‌ها را نیز با روغن یا آسفالت پر می‌کردند تا عایق شده و در برابر رطوبت محافظت شوند. کویل‌های موجود در خودروهای امروزی را در رزین‌های اپوکسی پرشده می‌ریزند که این رزین‌ها به درون تمامی حفره‌های موجود در سیم‌پیچ نفوذ می‌نمایند.

در سیستم‌های تک‌شمعی امروزی، یک کویل به ازای هر شمع وجود دارد. برای آن‌که از ایجاد جرقه‌های کامل‌نشده در آغاز پالس اولیه جلوگیری شود، یک دیود یا یک فاصله در جرقه را در کویل نصب می‌کنند تا از پالس معکوسی که به هر شکل دیگری ممکن است اتفاق بیفتد، جلوگیری شود.

در وسط کویل برای سیستم جرقه هدررفته، سیم‌پیچ ثانویه دارای دو ترمینال است که از سیم‌پیچ اولیه ایزوله بوده و هر ترمینال نیز به یک شمع وصل شده است. در این سیستم، نیاز به هیچ دیود اضافی وجود ندارد، زیرا هیچ مخلوط هوا و سوختی در شمع غیرفعال وجود ندارد.

در کویل‌های دارای اندوکتانس کم، از دورهای اولیه کمتری استفاده می‌شود و بنابراین، جریان اولیه بیشتر است. این موضوع با ظرفیت نقاط قطع‌کننده‌ی مکانیکی سازگار نبوده و بنابراین، از سوئیچینگ حالت جامد استفاده می‌شود.

کویل جرقه‌زن بوش در یک ساب 96

استفاده از کویل در خودروها

در موتورهای احتراق داخلی بنزینی (نفتی) قدیمی از یک سیستم احتراق دینامی استفاده می‌شد، بنابراین هیچ باتری‌ای در خودرو وجود نداشت؛ هنوز هم در هواپیماهای دارای موتور پیستونی از دینام استفاده می‌شود تا در صورت بروز اختلال در برق، موتور همچنان به کار خود ادامه دهد. ولتاژی که توسط دینام خودرو تولید می‌شود، وابسته به سرعت موتور است و بنابراین، روشن‌کردن آن دشوار است. کویل‌هایی که با باتری کار می‌کنند، می‌توانند جرقه ولتاژ بالایی را حتی در سرعت‌های پایین به وجود آورده و روشن‌کردن، آسان‌تر می‌شود. زمانی که استفاده از باتری در خودروها برای روشن‌کردن خودرو و سیستم روشنایی آن مرسوم شد، سیستم کویل احتراق، جای خود را به احتراق دینامی داد.

در خودروهای قدیمی، یک کویل تک، به تمامی شمع‌ها از طریق دلکوی احتراق خدمت می‌دهد. موارد استثنای قابل ملاحظه‌ای را می‌توان در ساب 92، برخی از خودروهای فولکس‌واگن و وارتبرگ 353 مشاهده نمود که دارای یک کویل احتراق به ازای هر سیلندر هستند. در خودروی سیتروئن 2CV با دو سیلندر مسطح، از یک کویل دو سر بدون دلکو استفاده شده است و فقط قطع‌کننده‌های تماس در یک سیستم جرقه هدر رفته وجود دارد.

نمودار سیستم احتراق جرقه هدر رفته در یک سیتروئن 2CV

سیستم‌های احتراق نوین

در سیستم‌های نوین امروزی، دلکو حذف شده است و احتراق نیز به وسیله برق کنترل می‌شود. از کویل‌های بسیار کوچک‌تر با یک کویل برای هر شمع استفاده شده و یا این‌که از یک کویل برای دو شمع استفاده می‌شود (به عنوان مثال، دو کویل در یک موتور چهار سیلندر یا سه کویل در یک موتور شش سیلندر). ولتاژ خروجی از یک کویل احتراق بزرگ، در حدود kV 40 است. همچنین ولتاژ خروجی در یک کویل کوچک، مانند آن‌چه در یک ماشین چمن‌زنی وجود دارد، برابر با kV 15 است. این کویل‌ها ممکن است در فاصله‌ای دورتر نصب شده باشند یا این‌که ممکن است در بالای شمع‌ها قرار گرفته باشند که به آن‌ها احتراق مستقیم (DI) یا کویل روی شمع گفته می‌شود. در صورتی که یک کویل به دو شمع (در دو سیلندر) خدمت دهد، این کار از طریق سیستم جرقه هدر رفته صورت می‌گیرد. در این چیدمان، کویل دو جرقه را در هر سیکل بر روی دو سیلندر اعمال می‌کند. سوختی که در هر سیلندر به انتهای مرحله تراکم نزدیک می‌شود، هیچ تأثیری ندارد. سیستم جرقه هدررفته، قابل اطمینان‌تر از یک سیستم کویل تکی با یک دلکو بوده و ارزان‌تر از کویل بر روی شمع است.

بسته کویل در یک موتور اُپل

در مواردی که کویل‌ها به صورت انفرادی بر روی هر سیلندر تعبیه می‌شوند، می‌توان آن‌ها را در یک بلوک تکی ریخته‌شده با چند ترمینال فشار قوی قرار داد. به این مجموعه معمولاً بسته‌-کویل گفته می‌شود.

در صورتی که از یک بسته کویل بد استفاده شده باشد، آتش‌گیری به شکل بد انجام شده، مصرف سوخت بد بوده و برق‌دزدی نیز وجود خواهد داشت.

چنانچه در خصوص تهیه لوازم یدکی هیوندای و یا لوازم یدکی کیا نیاز به اطلاعاتی دارید میتوانید با کارشناسان ما تماس حاصل فرمایید.