آوانس جرقه چیست؟ (بررسی تاثیرات آن)

در قلب عملکرد هر موتور احتراقی، فرآیند احتراق دقیق و زمان‌ بندی‌ شده‌ مخلوط سوخت و هوا قرار دارد.

یکی از عوامل کلیدی که نقش تعیین‌ کننده‌ای در قدرت، بازدهی و سلامت موتور ایفا می‌کند، آوانس جرقه است.

آوانس جرقه به معنای ایجاد جرقه در شمع قبل از رسیدن پیستون به بالاترین نقطه‌ حرکت خود است.

این تنظیم دقیق به موتور اجازه می‌دهد تا از انرژی حاصل از احتراق به بهترین شکل ممکن بهره‌ برداری کند.

در این مقاله به بررسی موارد زیر خواهیم پرداخت:

• آوانس جرقه چیست؟
• هدف از آوانس جرقه چیست؟
• علل اهمیت آوانس جرقه
• اصول اولیه آوانس جرقه
• تأثیرات آوانس جرقه چیست؟
• مزایای آوانس جرقه چیست؟
• نکات مهم در رابطه با آوانس جرقه

1# آوانس جرقه چیست؟

زمان ‌بندی احتراق (Ignition timing) یعنی تنظیم زمان شراره شمع (به معنای تنظیم لحظه‌ای است که جرقه شمع داخل سیلندر زده می‌شود تا مخلوط هوا و سوخت محترق شود.) نسبت به موقعیت پیستون.

هدف این است که مخلوط هوا-سوخت در بهترین زمان محترق شود تا سیلندر فشار مطلوب را داشته باشد.

آوانس جرقه یعنی زمانی که شمع زودتر از حد معمول جرقه می‌زند.

با آوانس، احتراق در زمان مناسب‌تری انجام می‌شود تا فشار ماکزیمم درست بعد از TDC اعمال شود.

این امر باعث افزایش قدرت و گشتاور می‌شود.

در دورهای بالا، نیاز به آوانس بیشتر است؛ چون زمان سوختن ثابت بوده ولی سرعت حرکت پیستون بالاتر می‌شود، بنابراین باید زودتر جرقه زده شود تا مخلوط کامل محترق شود.

آوانس جرقه یک فرآیند مهم هنگام روشن شدن موتور است.

اگر شمع در طول مرحله تراکم خیلی زود یا خیلی دیر جرقه بزند، به مرور زمان می‌تواند به موتور آسیب برساند.

در طول فرآیند، مراحل زیر رخ می‌دهد:

1. شمع در طول مرحله تراکم جرقه می‌زند.
2. مخلوط هوا و سوخت در محفظه احتراق مشتعل می‌شود.
3. با انبساط گازهای در حال سوختن، فشار در سیلندر ایجاد می‌شود.
4. درست زمانی که پیستون به نقطه انفجار بالا (TDC) می‌رسد، فشار به حداکثر می‌رسد.
5. فشار تا حد امکان پیستون را به پایین هل می‌دهد.

پس از فرآیند آوانس جرقه، کورس اگزوز برای آزادسازی گازهای قدیمی رخ می‌دهد تا این فرآیند دوباره اتفاق بیفتد.

آوانس جرقه برای حفظ عملکرد بالای موتور بسیار مهم است.

طیف وسیعی از عوامل می‌توانند بر آوانس جرقه در موتور تأثیر بگذارند؛ از جمله وضعیت شمع‌ها، دمای موتور و فشار ورودی.

تغییرات یا ارتقای موتور نیاز به تغییرات بعدی در تنظیمات آوانس جرقه دارد.

1-1# چرا باید آوانس جرقه را تنظیم کرد؟

• اگر جرقه خیلی زود زده شود، فشار قبل از TDC ایجاد می‌شود و پیستون هنوز در حال بالا رفتن است که موجب ناکینگ (ping) و کاهش عملکرد می‌شود.
• اگر خیلی دیر باشد، فشار معنادار بعد از TDC می‌آید که نیروی کمتری تولید می‌کند، مصرف سوخت افزایش یافته و دمای موتور بالا می‌رود.

2-1# چه زمانی از آوانس جرقه استفاده کنیم؟

از آوانس جرقه برای افزایش قدرت و بازدهی موتور استفاده می‌شود.

جلو انداختن زمان جرقه ‌زنی باعث می‌شود سوخت به‌ شکل کامل‌تری بسوزد، در حالی‌ که پیستون در حال پایین آمدن است.

این فرآیند سبب تولید قدرت بیشتر توسط موتور می‌شود.

این کار برای شرایطی مثل مسابقه یا حمل و نقل بار سنگین بسیار مناسب است.

سوخت با اکتان بالا برای آوانس جرقه گزینه‌ خوبی است، چون در برابر پدیده‌ ناک مقاومت بیشتری دارد.

این ویژگی به شما اجازه می‌دهد که زمان احتراق را زودتر تنظیم کنید، بدون این که مشکلی ایجاد شود.

آوانس جرقه در دورهای بالای موتور (RPM بالا) نیز مفید است.

در این حالت، موتور به زمان بیشتری برای سوزاندن کامل سوخت نیاز دارد.

جلو انداختن زمان احتراق باعث می‌شود، فرآیند احتراق با حرکت پیستون هماهنگ بماند.

این موضوع باعث می‌شود موتور قدرت را به‌ صورت روان و یکنواخت تحویل دهد.

با این حال، اگر بیش از حد زمان را جلو بیندازید، ممکن است باعث ناکینگ شود.

بنابراین یافتن تعادل مناسب در تنظیم آوانس بسیار مهم است.

3-1# وظیفه آوانس جرقه چیست؟

سوخت در سیلندر موتور توسط جرقه شمع مشتعل می‌شود.

انفجار حاصل، پیستون داخل سیلندر را به سمت پایین و دور از سوپاپ‌هایی که سوخت و هوا را وارد و خارج می‌کنند، هل می‌دهد.

اگر انفجار خیلی زود، یعنی پیش احتراق، رخ دهد، سیلندر قبل از این که به پایین رانده شود، حداقل مقدار نیرویی که توسط انفجار تحویل داده شده و به حرکت مکانیکی خودرو تبدیل می‌شود را کاهش می‌دهد.

اگر انفجار خیلی دیر رخ دهد، همان اتلاف نیرو اتفاق می‌افتد؛ اما به دلایل مختلف.

شما می‌خواهید انفجار درست در زمان مناسب اتفاق بیفتد و سرسیلندر درست همانگونه که در حال شروع حرکت رو به پایین است، با آن تماس پیدا کند.

این زمان‌ بندی باید بسیار دقیق باشد؛ زیرا هر سیلندر 10 بار در ثانیه با سرعت درجا 600 دور در دقیقه مشتعل می‌شود.

این زمان ‌بندی را به 6000 دور در دقیقه افزایش دهید، یک حد معمول در خودروهای معمولی و هر سیلندر 100 بار در ثانیه مشتعل می‌شود.

خودروهای مسابقه‌ای با سرعت 12000 دور در دقیقه یا بالاتر کار می‌کنند و در نتیجه هر سیلندر بیش از 200 بار در ثانیه مشتعل می‌شود.

2# هدف از آوانس جرقه چیست؟

این فرآیند کمک می‌کند تا در دورهای بالاتر از همان مقدار مشخص گاز، قدرت بیشتری استخراج کنید؛ زیرا موتور سریع‌تر حرکت می‌کند؛ اما جبهه شعله نه؛ به این معنا که شما باید جرقه را زودتر بزنید تا موج فشار درست در نقطه انفجار بالای پیستون یا کمی بعد از آن به آن برخورد کند.

این امر برای راندمان سوخت بسیار خوب است؛ زیرا قدرت بیشتر از همان سوخت به این معنا است که می‌توان وسیله نقلیه را با سوخت کمتری به مسافت بیشتری حرکت داد، همچنین در مسابقات اتومبیل‌رانی یک اتفاق بزرگ است.

مشکل زمانی پیش می‌آید که زمان ‌بندی زیادی را برای نوع سوخت یا سرعت موتور خود اعمال کرده و با ناک جرقه مواجه شوید، ناک در جرقه زدن با هیچ چیز دیگری جز ریتارد کردن جرقه قابل جبران نیست؛ اما ناک اکتان را می‌توان با استفاده از سوخت اکتان بالاتر یا با خنک کردن شارژ هوا برطرف کرد؛ معمولاً تولیدکنندگان اصلی تجهیزات از اینترکولر استفاده می‌کنند.

بنابراین به صورت کلی، همیشه باید بین آنچه باید ایمن باشد و آنچه واقعاً استفاده می‌کنید، فاصله‌ای بین خودتان و آن چیزی که باید است، بگذارید؛ زیرا اگر اشتباه کنید، ممکن است مجبور شوید به نزدیکترین اسقاطی یا نمایندگی بروید تا یک موتور جدید بخرید.

3# علل اهمیت آوانس جرقه چیست؟

یک موتور بنزینی چهار زمانه استاندارد با:

• مکیدن
• فشردن
• انفجار
• فشار دادن

کار می‌کند.

مکش، هوا را به داخل می‌کشد.

این کار با دور شدن پیستون از سرسیلندر (در اکثر موتورها به سمت پایین) انجام می‌شود.

سپس با حرکت پیستون به سمت بالا، سوپاپ‌ها بسته می‌شوند و مخلوط هوا – سوخت فشرده می‌شود.

حال اگر زمان‌ بندی جرقه موتور شما خیلی زود باشد و در این حین جرقه بزند، ممکن است سعی کنید پیستون را به زور به پایین فشار دهید و موتور خاموش شود.

جرقه موتور معمولاً کمی قبل از رسیدن پیستون به بالا زده می‌شود، مزیت این فرآیند آن است، انفجاری که ایجاد می‌کنید، تمایل دارد پیستون را قبل از رسیدن به بالا کُند کند؛ اما به اندازه کافی قوی نیست که آن را به عقب هل دهد.

همچنین، تضمین می‌کند که شعله بیشتری در نقطه‌ای که می‌خواهید انبساط گازهای داغ پیستون را به پایین هل دهد، پخش می‌شود؛ تنها مرحله از 4 مرحله‌ای که قدرت را ارائه می‌دهد.

اگر سوخت خیلی دیر مشتعل شود، پیستون در حال حرکت به سمت پایین است، انبساط حاصل از انفجار واقعاً ادامه نخواهد یافت و قدرت از دست می‌رود.

بدتر از آن، اگر واقعاً خیلی دیر این کار را انجام دهید، ممکن است قبل از این که پیستون شروع به حرکت به سمت بالا برای بیرون راندن گازهای ظاهراً سوخته از موتور کند، نتواند تمام سوخت را به درستی بسوزاند.

در این صورت، سوخت نسوخته تمایل دارد، راه خود را به اگزوز پیدا کند و در آنجا می‌تواند به انفجار ادامه دهد و باعث آتش معکوس شود.

4# اصول اولیه آوانس جرقه

آوانس جرقه، زمان جرقه زدن شمع را در طول مرحله تراکم کنترل می‌کند.

آوانس جرقه بر حسب درجه چرخش میلنگ، قبل از نقطه انفجار بالا (BTDC) اندازه‌ گیری می‌شود.

در یک حالت بی ‌نقص:

1. شمع جرقه می‌زند.
2. شعله از طریق محفظه احتراق حرکت می‌کند و مخلوط هوا و سوخت را مشتعل می‌سازد.
3. گازهای سوزان منبسط می‌شوند و فشار را در سیلندر افزایش می‌دهند.
4. فشار درست زمانی که پیستون به نقطه انفجار بالا (TDC) می‌رسد، به حداکثر می‌رسد.
5. فشار تا حد امکان پیستون را به پایین هل می‌دهد و حداکثر قدرت را ایجاد می‌کند.

با این حال، شرایط داخل موتور همیشه در حال تغییر است.

طراحی‌های مختلف سرسیلندر و پیستون، سرعت حرکت شعله را تغییر می‌دهند.

بنابراین، جرقه باید در زمان‌های مختلف زده شود تا حداکثر فشار را در زمان مناسب ایجاد کند.

راه حل، آوانس یا ریتارد کردن زمان ‌بندی است.

5# تأثیرات آوانس جرقه

به هر حال، افزایش زمان احتراق فراتر از مشخصات کارخانه می‌تواند عملکرد و مصرف سوخت را بهتر یا بدتر کند.

این امر کاملاً به موارد زیر بستگی دارد:

• نسبت تراکم
• طراحی محفظه‌های احتراق
• دمای موتور و هوا
• بار خاص
• نقطه دور موتور مورد نظر
• نسبت هوا به سوخت
• سوخت طراحی شده برای کار موتور
• سوخت مورد استفاده
• و مواردی از این قبیل

تحت بارهای سبک‌تر، کاملاً ممکن است زمان احتراق بیش از حد جلو بیفتد و راندمان موتور بدون ایجاد ضربه کاهش یابد.

اگر زمان احتراق بیش از حد جلو باشد، فرآیند احتراق خیلی زود شروع می‌شود و انفجار با انجام کار منفی، سعی می‌کند پیستون را قبل از رسیدن به نقطه انفجار بالا (TDC) در طول مرحله تراکم، به پایین هل دهد.

حتی اگر به نقطه‌ای نرسد که فوراً به موتور آسیب برساند، راندمان و عملکرد همچنان تحت تأثیر قرار خواهد گرفت.

1-5# مصرف سوخت

در حالت دریچه گاز کامل، عامل محدودکننده زمان احتراق اغلب هنگام استفاده از بنزین، ناک است، اما نه همیشه.

می‌توان قبل از این که ناک زدن به مشکل تبدیل شود، از افزایش یا حتی از دست دادن قدرت ناشی از افزایش بیش از حد زمان احتراق در حالت دریچه گاز کامل جلوگیری کرد، بنابراین اگر مشخصاتی مانند موتور سفارشی ارائه نشده باشد، علاوه بر یک روش قابل اعتماد برای نظارت بر ناک زدن، برای بهینه‌ سازی زمان احتراق به یک داینو و همچنین یک روش قابل اعتماد برای نظارت بر ناک زدن نیاز است.

این داستان که سوخت با اکتان بالاتر ذاتاً کندتر می‌سوزد و بنابراین به آوانس بیشتری نیاز دارد، کاملاً نادرست است.

اکتان صرفاً معیاری از میزان گرما و فشار لازم برای احتراق سوخت است. اکتان به هیچ وجه به سرعت احتراق آن مربوط نیست.

اگر این موضوع درست بود، استفاده از سوخت با اکتان بالاتری از مقدار مشخص شده، با به تأخیر انداختن مؤثر زمان احتراق، باعث از دست رفتن قدرت و راندمان سوخت می‌شد که بارها و بارها ثابت شده که این گونه نیست.

برای هر دور موتور و شرایط بار، یک آوانس جرقه ایده ‌آل وجود دارد که احتراق را با پیستون در حدود ۱۴ درجه بعد از نقطه انفجار بالا کامل می‌برد.

این زمان‌ بندی در مورد همه موتورها صدق می‌کند.

در دور موتور پایین، آوانس جرقه ۷ تا ۸ درجه ممکن است، کافی باشد؛ اما در دور موتور بالا، آوانس جرقه ۳۵ تا ۴۰ درجه برای سوختن سوخت توسط  ۱۴ATDC مورد نیاز است.

بار نیز مهم است، در بارهای سبک از آوانس بیشتر و در بارهای سنگین از آوانس کمتری استفاده می‌شود.

2-5# ناک زدن

اگر زمان احتراق بیش از حد جلو باشد، می‌تواند منجر به ناک زدن موتور (پیش احتراق یا انفجار) شود که برای سلامت موتور مضر است.

این اتفاق زمانی می‌افتد که مخلوط سوخت و هوا خیلی زود مشتعل شده و باعث صدای ضربه و آسیب احتمالی به موتور می‌شود.

در حالت ایده ‌آل، مخلوط سوخت و هوا در نقطه انفجار بالا می‌سوزد؛ اما نمی‌تواند فوراً مشتعل شود، بنابراین جرقه باید به اندازه کافی زده شود تا سوخت بسوزد.

اگر خیلی سریع بسوزد و جرقه خیلی زیاد زده شود، پیستون سعی می‌کند، در برابر فشار رو به افزایش مقاومت کند.

این امر باعث افزایش بیشتر دما و فشار می‌شود که به آن ناک زدن موتور می‌گویند.

این امر نه تنها به موتور آسیب می‌رساند؛ بلکه باعث اتلاف توان نیز می‌شود و از طریق دمای بالا، اکسیدهای نیتروژن را افزایش می‌دهد.

اگر جرقه به اندازه کافی پیش نرود، پیستون می‌تواند قبل از افزایش فشار، شروع به پایین آمدن کند و پتانسیل انبساط آن بخش از کورس را هدر دهد.

امروزه آوانس جرقه با دقت بیشتری کنترل می‌شود تا حتی عواملی مانند کیفیت سوخت را نیز در نظر بگیرد و در شرایط بیشتر، سازش‌های بهتری ایجاد کند.

اکتان سوخت تعیین نمی‌کند که چه مقدار آوانس جرقه بهینه است؛ مگر این که ناک زدن عامل محدود کننده باشد.

اغلب می‌توان با استفاده از سوختی با اکتان بالاتر و تنظیم مجدد برای بهره‌ گیری از آن، قدرت و راندمان را افزایش داد؛ اما اگر موتور صرفاً آوانس بیشتری روی سوخت فعلی نمی‌خواهد، تغییر به سوختی با اکتان بالاتر، این وضعیت را تغییر نخواهد داد.

تا زمانی که اکتان به اندازه کافی بالا باشد تا از ناک زدن جلوگیری کند، اکتان اضافی کاری جز ایجاد حاشیه ایمنی بیشتر انجام نمی‌دهد.

3-5# قدرت موتور

آوانس جرقه در موتورها بسیار مهم است، همه چیز مجموعه‌‌ ای از اقدامات است که به صورت دقیق یکی پس از دیگری در هر سیلندر انجام می‌شوند.

وقتی موتور را روشن می‌کنید، موقتاً استارت را درگیر می‌کند تا چرخ‌ دنده میلنگ را بچرخاند و در نتیجه حرکت پیستون‌ها و سوپاپ‌ها آغاز شود.

آوانس جرقه در موتور خودرو می‌تواند به صورت قابل توجهی بر عملکرد و راندمان سوخت تأثیر بگذارد.

آوانس جرقه می‌تواند به احتراق کامل‌تر مخلوط هوا و سوخت ختم شود. این امر به افزایش توان خروجی موتور، به ویژه در دورهای بالاتر کمک می‌کند؛ زیرا موتور می‌تواند انرژی بیشتری از سوخت استخراج کند.

همچنین می‌تواند پاسخ دریچه گاز را بهبود بخشد و باعث شود خودرو هنگام شتاب‌ گیری پاسخ گوتر و سرزنده‌تر به نظر برسد.

زمان ‌بندی صحیح احتراق بیشترین قدرت را ایجاد می‌کند.

هر احتراق حدود ۲ تا ۳ هزارم ثانیه طول می‌کشد و زمان ایده‌ آل برای تکمیل احتراق زمانی است که پیستون در مسیر پایین آمدن، حدود ۱۰ تا ۱۴ درجه از نقطه انفجار بالا گذشته باشد.

این امر به شاتون زاویه کافی برای میلنگ می‌دهد تا شروع به تولید گشتاور روی آن کند.

بنابراین زمان ایده ‌آل برای جرقه زدن شمع، زمانی است که احتراق در آن نقطه از حرکت پیستون کامل شود.

در حالت درجا کار کردن موتور، تقریباً ۶ تا ۸ درجه قبل از نقطه انفجار بالا است.

در سرعت‌های بالاتر، جرقه باید سریع زده شود؛ زیرا هنوز حدود ۲ تا ۳ هزارم ثانیه طول می‌کشد تا تمام سوخت بسوزد.

عامل دیگری هم وجود دارد؛ هر بار شارژ گازهای تازه مقداری آلودگی دارد، زیرا فضای بالای موتور هنوز حاوی مقداری گاز اگزوز است.

6# مزایای آوانس جرقه چیست؟

تنظیم زمان احتراق پیشرفته به تنظیم نقطه ‌ای در چرخه موتور که در آن شمع جرقه می‌زند، نسبت به موقعیت پیستون اشاره دارد.

در این بخش مزایای کلیدی تنظیم زمان احتراق پیشرفته آمده است:

• بهبود راندمان موتور: با جرقه زدن زودتر شمع در مرحله تراکم، مخلوط سوخت و هوا زمان بیشتری برای سوختن کامل دارد. این امر می‌تواند به راندمان احتراق بهتر و قدرت بیشتر از همان مقدار سوخت ختم شود.
• افزایش توان خروجی: افزایش زمان‌ بندی می‌تواند، توان خروجی موتور را، به ‌ویژه در دورهای بالاتر، افزایش دهد؛ زیرا امکان احتراق تهاجمی‌تر مخلوط هوا و سوخت را فراهم می‌کند و عملکرد موتور را بهینه می‌سازد.
• پاسخ بهتر دریچه گاز: موتورهایی که زمان ‌بندی پیشرفته ‌تری دارند، می‌توانند پاسخ بهتری به دریچه گاز نشان دهند؛ زیرا در این حالت، موتور می‌تواند هنگام شتاب‌ گیری راننده، سریع ‌تر قدرت تولید کند.
• کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای: احتراق کامل‌تر می‌تواند منجر به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای شود؛ زیرا سوخت نسوخته و فرآورده‌های جانبی مضر به حداقل می‌رسند.
• گشتاور بهبود یافته: پیشرفت در زمان ‌بندی می‌تواند به بهبود گشتاور کمک کند، به خصوص در کاربردهای عملکرد -محور که در آن‌ها توان پایین بسیار مهم است.

7# نکات مهم در مورد آوانس جرقه

• طراحی موتور: موتورهای مختلف واکنش‌های متفاوتی به تغییرات آوانس جرقه نشان می‌دهند.
  به عنوان مثال، موتورهای توربوشارژ ممکن است به دلیل افزایش فشار سیلندر، از زمان ‌بندی پیشرفته ‌تر، استفاده کرده و سود بیشتری ببرند.
• کیفیت سوخت: سوخت‌های اکتان بالاتر می‌توانند، زمان ‌بندی پیشرفته ‌تری را بدون ناک زدن تحمل کنند، در حالی که سوخت‌های اکتان پایین ‌تر ممکن است به تنظیمات زمان ‌بندی محافظه ‌کارانه ‌تری نیاز داشته باشند.
• تنظیم: بسیاری از موتورهای مدرن دارای واحدهای کنترل الکترونیکی (ECU) هستند که به صورت پویا زمان احتراق را بر اساس پارامترهای مختلف تنظیم کرده و امکان عملکرد و راندمان بهینه را در شرایط مختلف فراهم می‌کنند.

به صورت خلاصه، اگر زمان جرقه‌ زنی به درستی تنظیم شود، می‌تواند، عملکرد موتور و راندمان سوخت را افزایش دهد؛ اما برای جلوگیری از اثرات منفی مانند ناک زدن موتور و کاهش راندمان، نیاز به تنظیم دقیق و منظمی دارد.