الشرارة المشتعلة

الشرارة المشتعلة

كانت فيلاخ في كارينثيا بمثابة علامة على نهاية شمعة الإشعال الكهربائية. في مركز الأبحاث غير الجامعي Carinthian Tech Research، أو اختصارًا CTR، كان من الممكن إشعال خليط الوقود والهواء في محرك اختبار بدقة وكفاءة لم يكن من الممكن تحقيقها من قبل - باستخدام ضوء الليزر بدلاً من شرارة الإشعال الكهربائية. يوضح جيرهارد كروبا، رئيس مشروع الإشعال بالليزر في CTR: "يستمر نبض الليزر لبضعة نانو ثانية فقط، ويخلق سحابة بلازما تبلغ عدة مئات الآلاف من الدرجات، ويمكن ضبطه بدقة على زاوية العمود المرفقي المثالية ويمكنه إشعال جميع أنواع الوقود التقليدية والبديلة بشكل جيد على قدم المساواة". ولكن على الرغم من هذه المزايا المقنعة، فقد تم تعليق شمعة الإشعال الليزرية التي تم تطويرها بالتعاون مع شركة AVL List GmbH ومقرها غراتس من قبل شركات تصنيع السيارات في الوقت الحالي. "يبدو أن الأمر لا يزال باهظ الثمن للغاية في الوقت الحالي"، يعلق كروبا بإيجاز على القرار ويعزي نفسه بحقيقة أن شمعات الإشعال عالية التقنية، والتي نضجت على مدار سنوات من أعمال التطوير، سيتم استخدامها قريبًا في صناعة لا يتم فيها تحويل كل سنت إلى ثلاثة أضعاف: في السفر إلى الفضاء.

الابتكارات المطلوبة
على الرغم من أن شمعات الإشعال الليزرية لن تطلق سوى الصواريخ في الوقت الحالي، إلا أن التطوير في مجال شمعات الإشعال الكهربائية للسيارات لم يتوقف بأي حال من الأحوال. في حين أن جهد الإشعال في المحركات ذات السحب الطبيعي يتراوح بين 20.000 إلى 30.000 فولت يكفي للإشعال الموثوق لخليط الوقود والهواء، فإن المحركات عالية الشحن من أحدث جيل تتطلب جهد إشعال يصل إلى 40.000 فولت. يوضح توبياس روف، نائب الرئيس لهندسة شمعات الإشعال في شركة Bosch، قائلاً: "عندما يتعلق الأمر بشمعات الإشعال، فلا يجب أن يكون نقاء السيراميك فحسب، بل يجب أن يكون التصميم العام صحيحًا أيضًا". في رأيه، الموضوع الكبير في تطوير شمعات الإشعال حاليًا هو التصغير. يقول روف: "نشهد اليوم التحول من المقابس ذات الخيوط M14 إلى M12، واعتبارًا من عام 2020، ستلعب المقابس ذات الخيوط M10 دورًا مهمًا". بدأت شركة Bosch مؤخرًا في تصنيع القطب الكهربائي المركزي لشمعات الإشعال عالية الأداء من سبيكة النيكل Alloy 602، والتي تتميز بمقاومة أكبر للتآكل الناتج عن درجات الحرارة العالية مقارنة بالسبائك المستخدمة سابقًا.

تصميم شمعة جديد 
ترى الشركة المصنعة اليابانية NGK، وهي أيضًا شركة مصنعة للمعدات الأصلية لكبرى شركات تصنيع السيارات والدراجات النارية، المستقبل في أنواع مختلفة من شمعات الإشعال المصنوعة من المعدن الثمين ذات الكتلة الواحدة. في عام 2011، قدمت NGK تصميمًا مبتكرًا لكوب الاتصال بشمعة الإشعال، والذي يتيح جهد اشتعال شديد في المحركات عالية الشحن دون التعرض لخطر الانهيار أو وميض كهربائي. توضح NGK مدى التكنولوجيا العالية التي يمكن أن تحتوي عليها شمعة الإشعال من خلال سلسلة شمعات الإشعال الخاصة بها لسيارة مرسيدس A45 AMG ذات أربع أسطوانات بقوة 360 حصان. وبالإضافة إلى "تصميم الكوب" المذكور، فهو مزود بعازل طويل مصنوع من السيراميك الجديد المقاوم للكهرباء بشكل خاص. تضمن قاعدة عازل التسخين السريع خصائص بداية باردة جيدة، ويترك خيط M12 النحيف مساحة أكبر لقنوات التبريد. يعمل القطب الكهربائي المركزي للإيريديوم ذو المرحلتين مقاس 0.8 مم على تقليل التآكل، كما يعمل القطب الأرضي SPE المشطوف مع كتل البلاتين على الحافة على تحسين إمكانية الوصول إلى الخليط وانتشار اللهب. 
كما يستخدم المورد الياباني دينسو المعدن الفضي الثمين، الذي يشبه البلاتين، في شمعات الإشعال "إيريديوم باور". تقدم Denso نتائج القياس التي بموجبها تعمل شمعات الإشعال الإيريديوم على زيادة أداء المحرك بمقدار نصف حصان على الأقل مقارنة بشمعات الإشعال التقليدية. عندما يتعلق الأمر بالتصميم، تسلك Denso طريقتها الخاصة وتشكل طرف القطب الكهربائي الأرضي على شكل مخروط دقيق. يؤدي هذا إلى تقليل الحرارة التي يمتصها القطب الكهربائي ويحسن أداء الإشعال لأن المنطقة الموجودة على القطب الكهربائي التي تتلامس فعليًا مع اللهب الدليلي صغيرة جدًا. يسمح المخروط الانسيابي لخليط الوقود والهواء بالتدفق مع احتكاك أقل، مما يسمح بإشعال ثابت. 
قام المورد الألماني BorgWarner Beru Systems بتطوير حل ذكي للاستخدام بأعلى جهود الإشعال من خلال ملف الإشعال الإضافي "Plug Top Coil". يسمح اتصال زنبركي الضغط الخاص باستخدام شمعات الإشعال ذات رقبة عازلة ممتدة ووصلة "وعاء" جديدة على شكل وعاء، مما يضمن اشتعالًا موثوقًا لخليط الوقود والهواء. ابتكار آخر من Beru هو "نظام الإشعال المزدوج" الذي يحتوي على ملفين لولبيين في مبيت واحد. المزايا مقارنة بملفات الإشعال التقليدية: فترات إشعال أقصر وتوقيت أكثر دقة بسرعات مختلفة وتغيرات شحن سريعة.

مستقبل الاشتعال
قامت الشركة الأمريكية المصنعة لشمعات الإشعال، Federal Mogul Motorparts، بتطوير نظام الإشعال كورونا المبتكر خصيصًا لمحركات البنزين في عملية الاحتراق الخفيف، وقد أثبتت توفير الوقود بنسبة تصل إلى عشرة بالمائة في الاختبارات. تتكون وحدة الإشعال الخاصة بشمعة الإكليل من ملف تحريضي ووحدة تحكم تقوم بتحويل جهد الدخل من 12 فولت إلى جهد متناوب بتردد يبلغ حوالي 1 ميجاهرتز. ومن أربعة أقطاب الإشعال، يشع مجال كهربائي متناوب قوي إلى مسافة بعيدة في غرفة الاحتراق، ليحول خليط الهواء والوقود في منطقة أقطاب الإشعال إلى بلازما تشعل الشحنة خلال بضع نانو ثانية. كلاوس بولاي، مدرب التكنولوجيا في شركة Federal Mogul: "يتم بالفعل استخدام الإشعال كورونا بنجاح في المحركات الصناعية الثابتة ولديه فرصة جيدة لاستخدامه في محركات سيارات الركاب في المستقبل القريب."