أي ملفات الإشعال تضمن إشعال المحرك بشكل موثوق؟

كيف تعمل ملفات الإشعال: العلم الكامن وراء توصيل الشرارة بشكلٍ ثابت

تحويل الجهد: من دخل البطارية البالغ ١٢ فولت إلى خرج شرارة يتراوح بين ٢٠٬٠٠٠ و٥٠٬٠٠٠ فولت

تؤدي ملف الإشعال وظيفة مشابهة لوظيفة محول صغير ذي نسبة تحويل عالية جدًّا. فهي تأخذ طاقة بطارية السيارة القياسية البالغة ١٢ فولت، وترفعها إلى ما بين ٢٠ ألف فولت و٥٠ ألف فولت تقريبًا، وهي الجهد اللازم لكي يعمل شمعة الإشعال بشكل سليم. وبداخلها يوجد ملفان ملتفان معًا مغناطيسيًّا: الملف الأولي الذي يتكون من عدد أقل من الأسلاك، لكنها أسمك، والملف الثانوي الذي يتكوّن من آلاف الأسلاك الأدقّ بكثير. وعندما يمر التيار الكهربائي في الملف الأولي، فإنه يولّد مجالًا مغناطيسيًّا حول مادة حديدية أو مادة فيريتية. وتُحدِّد وحدة التحكم في المحرك اللحظة الدقيقة التي يجب قطع الدائرة الأولية فيها، مما يؤدي إلى اختفاء ذلك المجال المغناطيسي بسرعة كبيرة. وعند حدوث ذلك، يتولَّد في الملف الثانوي قفزة جهد كهربائي كبيرة تُرسل الطاقة إلى شمعة الإشعال. ولو لم تكن هناك هذه الزيادة الكبيرة جدًّا في الجهد، لما كانت الشرارة قوية بما يكفي لاشتعال خليط الوقود داخل أسطوانات المحرك. ويكتسب هذا الأمر أهميةً أكبر في السيارات الحديثة التي تستخدم أنظمة الحقن المباشر، والتي تضغط الوقود عند ضغوط تصل أحيانًا إلى أكثر من ٢٠٠ رطل لكل إنش مربع.

المعايير الحرجة للتوقيت: زمن البقاء، التشبع، ومعدل انهيار المجال المغناطيسي

الحصول على شرارات موثوقة من نظام الإشعال يعتمد فعليًّا على ضبط ثلاثة عوامل زمنية بدقة. ولنبدأ أولًا بزمن التحميل (Dwell Time). ويُقصد به المدة التي تبقى فيها الدائرة الأولية مشحونة قبل قطع التيار عنها. ويؤثر زمن التحميل في قوة المجال المغناطيسي المتولِّد داخل لب الملف. فإذا كان زمن التحميل غير كافٍ، فإن الملف لا يخزن طاقةً كافيةً، ما يؤدي إلى شرارات ضعيفة عند دوران المحرك بسرعات عالية. أما إذا زاد هذا الزمن أكثر من اللازم، فإن الحرارة تتزايد بسرعة، ما يؤدي مع مرور الوقت إلى تآكل مواد العزل. وغالبًا ما يخبرك الميكانيكيون أن النتائج الجيدة تتحقق عند زمن تحميل يتراوح بين ٦ و١٠ ملي ثانية، وهو مدى يوفِّر الطاقة الكافية دون التسبب في ارتفاع درجة حرارة المكونات. ثم تأتي المرحلة التالية وهي انهيار المجال المغناطيسي، والتي يتحكم فيها سرعة قطع التيار بواسطة المفتاح. فكلما كان الانهيار أسرع، زادت قمة الجهد الناتجة، مما يساعد في إثارة الشرارات حتى عند اختلاف سرعات المحرك. ووفقًا لاختبارات جمعية مهندسي السيارات (SAE)، فإن الملفات التي تستطيع إنهاء الانهيار خلال أقل من ١٠٠ ميكروثانية تقلل من حالات الفشل في الاشتعال بنسبة تبلغ نحو ٤٢٪ عند سرعة ٦٠٠٠ دورة في الدقيقة مقارنةً بالطرز القديمة. وفي هذه الأيام، تقوم وحدات تحكم المحرك الحديثة (ECUs) بضبط هذين العاملين الزمنيين باستمرار استنادًا إلى ما ترصده من ظواهر داخل غرفة المحرك. فهي تراقب عوامل مثل عدد الدورات في الدقيقة، وحمل المحرك، ودرجة حرارة سائل التبريد، وما إذا كانت تُسجِّل أصواتَ دقٍّ (Knocking). وكل ذلك يساهم في الحفاظ على عملية الاحتراق السليمة بغض النظر عن الظروف القيادية التي تتعرَّض لها المركبة.

العوامل الرئيسية التي تضمن موثوقية ملفات الإشعال الحديثة

المقاومة الحرارية: لفائف نحاسية، وتصليب بالإيبوكسي، وتصميم يتيح تبديد الحرارة

السبب الأول لفشل ملفات الإشعال هو الحرارة. فغالبًا ما ترتفع درجات الحرارة داخل حجرات المحركات إلى ما يزيد عن ١٢٠ درجة مئوية، وأحيانًا تصل إلى نحو ٢٥٠ فهرنهايت. وتتصدّى ملفات الإشعال عالية الجودة لهذه المشكلة باستخدام عدة أساليب ذكية. فهي تستخدم لفائف نحاسية تتفوّق بنسبة ٤٠٪ تقريبًا في توصيل الحرارة مقارنةً بالخيارات الأرخص المصنوعة من الألومنيوم، مما يساعد في الحدّ من مشاكل التسخين الناتجة عن المقاومة. ومن الميزات الرئيسية الأخرى وجود مادة لاصقة إيبوكسية خاصة تحافظ على جميع المكونات الداخلية محميّة من الرطوبة والاهتزازات والتغيرات المتكررة في درجات الحرارة. كما يصمّم المصنعون الغلاف الخارجي بطرق مثل استخدام أغلفة ذات زعانف ومواد حرارية خاصة لتحسين طرح الحرارة بكفاءة أكبر. وبتضافر كل هذه العناصر معًا، تُمنع تشكُّل النقاط الساخنة الخطرة وتحمي الطبقة العازلة التي تُعدّ في الواقع المسؤولة عن نحو ٦٢٪ من حالات فشل الملفات في المحركات التي قطعت مسافات طويلة، وفقًا لتقرير مجلة «إنجينييرينغ أوتوموتيف إنترناشيونال» الصادرة العام الماضي.

الاستقرار الكهربائي: تباين الإخراج تحت الحمل (بيانات SAE J2009: ±3% مقابل ±12%)

يجب أن يُبقي ملف الإشعال الجيد على توصيل جهدٍ ثابتٍ حتى عند التغيرات المفاجئة في الأحمال. ووفقاً للمعايير التي وضعتها جمعية مهندسي السيارات (SAE J2009)، فإن ملفات الإشعال عالية الجودة تحافظ على اتساقٍ كبيرٍ في إنتاجها، حيث لا تتغير قيمتها إلا بنسبة ±3% تقريباً أثناء التسارع العنيف أو عند سحب أحمالٍ ثقيلة. أما النماذج الأرخص ثمناً فهي تميل إلى التقلّب بشكلٍ أكبر بكثير، وقد تصل نسبة التقلّب أحياناً إلى 12%. فما السبب في استقرار هذه الملفات المتفوّقة؟ الحقيقة أن الأمر يعود إلى طريقة تصنيعها داخلياً. فالمصنّعون يبذلون جهداً إضافياً لضبط الدوائر المغناطيسية بدقة، والتحكم بدقةٍ في الفجوات الهوائية الصغيرة جداً، واستخدام موادٍ للنواة تكون متجانسةً تماماً في جميع أجزائها. ويكتسب هذا الأمر أهميةً قصوى في الصباحات الباردة، حين تحتاج المحركات إلى جهدٍ يتجاوز 35 كيلوفولت لإشعالها بشكلٍ صحيح. فإذا لم يكن الملف مستقراً بما يكفي في تلك اللحظات، زادت حالات انطفاء الاحتراق داخل المحرك (الانفجارات غير المنتظمة) وارتفعت نسب الانبعاثات الضارة بشكلٍ ملحوظٍ أيضاً. وقد أظهرت بعض الأبحاث الحديثة المنشورة من قِبل جمعية مهندسي السيارات (SAE) أن الانبعاثات قد تزداد بنسبة تقارب الربع في مثل هذه الحالات.

لفائف الإشعال الأصلية مقابل لفائف الإشعال من السوق الثانوي: أدلة واقعية على الموثوقية

دراسة حالة تويوتا كامري: معدلات بقاء لفائف الإشعال المباشر (COP) من شركة بوش ودينسو بعد قطع مسافة ١٠٠٬٠٠٠ ميل

كشفت دراسة ميدانية طويلة الأمد شملت ٢٠٠ مركبة من طراز تويوتا كامري (للسنوات الطرازية ٢٠١٥–٢٠١٨) عن فروقٍ ذات دلالة في طول عمر لفائف الإشعال المباشر (COP) بين الوحدات الأصلية والمورَّدة من السوق الثانوي بعد قطع مسافة ١٠٠٬٠٠٠ ميل في ظروف قيادة مختلطة تشمل المناطق الحضرية والطرق السريعة:

• ملفات لف دينسو الأصلية من المصنع (OEM) حققت نسبة بقاء بلغت ٩٢٪، مع بقاء التباين المقاس في الإخراج ضمن نطاق ±٤٪—ما يدل على انخفاض طفيف جدًّا في الأداء.
• مقابلات بوش للسوق aftermarket ، وعلى الرغم من توافقها الوظيفي، أظهرت نسبة بقاء بلغت ٧٨٪؛ حيث فشلت ٢٢٪ منها بسبب انهيار اللف الثانوي أو تفكك الراتنج الإيبوكي تحت تأثير التغيرات الحرارية المتكررة.

ما نراه هنا يتعلّق فعليًّا بمواصفات الإنتاج الخاصة بكلِّ مصنّع. فلنتأمّل مثلاً خلطات الإيبوكسي الخاصة التي تُحضَّر وفقًا لمعايير المصنّعين، والتي تتميّز بقدرتها الأفضل على التحمّل أمام التغيّرات المفاجئة في درجات الحرارة، إضافةً إلى النحاس ذي النقاوة الأعلى بنسبة ٩٩,٩٧٪ مقارنةً بنسبة ٩٩,٨٩٪ تقريبًا الموجودة في معظم القطع المصنّعة من قِبل جهاتٍ خارجية. وهذه الفروقات الطفيفة تُحدث فرقًا كبيرًا فعليًّا في منع تشكُّل الشقوق الدقيقة بعد كل تلك الدورات المتكرّرة من التسخين والتبريد. كما لاحظ الميكانيكيون العاملون في الميدان أمرًا مثيرًا للاهتمام أيضًا: فعندما تتعطّل المكونات الخارجة عن نطاق المصنّع الأصلي (After Market)، فإنها غالبًا ما تُولّد رموز خطأ شائعة ومزعجة مثل «P0300» الخاصّة بالانفجارات غير المنتظمة في الاحتراق، وبشكلٍ أكثر تكرارًا بكثيرٍ مما تفعله القطع الأصلية المعتمدة من قِبل المصنّع (OEM). أما عند حدوث عطلٍ في القطع الأصلية، فإن ذلك عادةً ما يؤثّر على أسطوانة واحدة فقط، بدلًا من التسبّب في مشاكل واسعة الانتشار تشمل المحرك بأكمله. ويبرز هذا النمط بوضوح السبب الكامن وراء الفرق الملحوظ في متانة هذه المكونات عندما تصل المركبات إلى تلك المسافات الطويلة مع مرور الوقت.

أفضل علامات لملفات الإشعال من حيث التقييم لضمان موثوقية المحرك على المدى الطويل

ملف إشعال ديلفي: لفّة ذات مرحلتين لمقاومة حدوث خلل في المحركات المزودة بشاحن توربيني

إن تصميم اللفّة ذات المرحلتين من شركة ديلفي يساهم فعلاً في تعزيز شدة المجال المغناطيسي عند اشتداد الظروف، وهو ما يكتسب أهمية كبيرة في المحركات المزودة بشاحن توربيني، حيث يمكن أن ترتفع ضغوط الأسطوانات إلى أكثر من ٢٥٠٠ رطل لكل بوصة مربعة (psi). وعند تقسيم اللفّة الثانوية إلى أقسام مضبوطة بدقة، يبقى طاقة الشرارة ثابتة حتى عند دوس دواسة الوقود بقوة، مما يقلل من حالات الخلل المزعجة في تشغيل المحرك والتي تحدث عادةً في المحركات المُعزَّزة. وتُصنع هذه الملفات داخل راتنج إيبوكسي خاص موصل للحرارة، ويمكنها تحمل التشغيل المستمر عند درجات حرارة تجاوز ١٢٠ درجة مئوية. أما ما يثير الإعجاب فهو قدرتها على الحفاظ على استقرار جهد الخرج ضمن تنوّع لا يتجاوز ٣٪، حتى عند التحميل الشديد لها لفترات طويلة دون أن تتعطل.

ملف إشعال بلويستريك: أداء نواة الفريت في ظروف الحرارة العالية تحت غطاء المحرك

تستخدم شركة بلوستريك تصميمًا خاصًّا لقلب من الفريت ذي الهستيريسيس المنخفض، ما يقلل من تراكم الحرارة الداخلية داخل حجرات المحرك شديدة السخونة. ويكتسب هذا الأمر أهمية خاصةً في السيارات المزودة بمحركات عرضية، حيث ينتهي مجمع العادم بالقرب الشديد من مكوّنات نظام الإشعال. وعند مقارنة قلوب الفولاذ السيليكوني الاعتيادية بهذه المواد الجديدة من الفريت، تُظهر الاختبارات انخفاضًا بنسبة ٢٥٪ تقريبًا في خسائر الهستيريسيس، وفقًا للبحث المنشور العام الماضي في مجلة «مراجعة علوم المواد». فما المقصود عمليًّا بهذا؟ إن ملف الإشعال قادرٌ على الحفاظ على استقرار مخرجات الجهد عند مستويات تجاوز ٤٥٬٠٠٠ فولت حتى عند التشغيل بسرعة ٦٬٠٠٠ دورة في الدقيقة. أما بالنسبة للفنيين العاملين على المركبات عالية الأداء التي تتعرّض لساعات طويلة لدرجات حرارة قصوى، فإن هذا النوع من الإدارة الحرارية يحقّق فرقًا حقيقيًّا في المدة الفعلية التي تدومها القطع قبل الحاجة إلى استبدالها.