نظام الشرارة المهدرة

نظام الشرارة المهدرة هو نوع من أنظمة الإشعال المستخدمة في بعض محركات الاحتراق الداخلي رباعية الأشواط . في هذا النظام، تعمل شمعات الإشعال في أزواج، حيث تعمل إحداها في أسطوانة خلال شوط الضغط، والأخرى في أسطوانة أخرى خلال شوط العادم. الشرارة الإضافية خلال شوط العادم لا تُحدث أي تأثير، وبالتالي تُعتبر "مهدرة". يُقلل هذا التصميم عدد المكونات اللازمة في نظام الإشعال التقليدي إلى النصف، بينما لا تُؤثر الشرارة الإضافية، في ظل مقاومة عازلة منخفضة للغاية، إلا بشكل طفيف على عمر مكونات الإشعال الحديثة. ^{[ 1 ]} في المحرك التقليدي، يتطلب الأمر حوالي 2-3 كيلو فولت فقط لإشعال الأسطوانة في شوط العادم. أما طاقة الملف المتبقية فتُستخدم لإشعال شمعة الإشعال في الأسطوانة خلال شوط الضغط (عادةً حوالي 8 إلى 12 كيلو فولت).  

لعلّ أهمّ ميزة لهذا النظام، مقارنةً بأنظمة الملفّ الواحد والموزّع، هي الاستغناء عن الموزّع عالي الجهد . ^{[ 2 ]} يُحسّن هذا بشكلٍ ملحوظٍ الموثوقية، إذ إنّ العديد من مشاكل النظام التقليدي تنجم عن تأثّر الموزّع بالرطوبة الناتجة عن المطر أو التكثّف، وتراكم الأوساخ، وتدهور مواد العزل مع مرور الوقت. مع أنّ أنظمة الملفات ذات المقابس العلوية قدّمت لاحقاً هذه الميزة نفسها، إلا أنّها لم تكن متوفّرةً إلا بعد ثلاثين عاماً. تزيد أنظمة المقابس العلوية من عدد الملفات المطلوبة، وتزيد من الحرارة التي يجب أن تتحمّلها هذه الملفات، وبالتالي تتطلّب موادّ أكثر تطوّراً وتكلفةً لتحمّل الاستخدام الروتيني.

لا تزال أنظمة الشرارة المهدرة تتطلب إشارة توقيت من عمود المرفق. في محرك رباعي الأشواط تقليدي، يجب أن تراعي هذه الإشارة أيضًا طور عمود الكامات بالنسبة لعمود المرفق، لذا عادةً ما يتم تشغيل قواطع التلامس من عمود الكامات ومحرك الموزع. مع نظام الشرارة المهدرة، يمكن استخدام عمود المرفق بدلاً من ذلك، حيث يعمل النظام في شوطي الصعود. يُبسط هذا الترتيبات الميكانيكية لعدم وجود محرك موزع، ويمكن تثبيت كامة قاطع التلامس على عمود المرفق. على الرغم من أن ترس تخفيض بنسبة 2:1 لا يزال مطلوبًا لتشغيل عمود الكامات والصمامات، إلا أن دقة هذا المحرك أصبحت أقل أهمية (توقيت الإشعال أكثر أهمية لأداء المحرك من توقيت الصمامات): تستمر المحركات في العمل بكفاءة حتى مع تآكل محركات عمود الكامات وعدم دقة التوقيت.

استُخدم هذا النظام على نطاق واسع، بما في ذلك محركات مثل محرك MG MG6 1.8T؛ ومحرك Mitsubishi Evolution 4G63 ، ومحرك Fiat 126 ، ومحركات Mercedes-Benz سداسية الأسطوانات (M104.94x، M104.98x، M104.99x)؛ ومحركات Buick 3800 (LN3 وما بعدها)؛ ومحرك Harley-Davidson V-Twin ؛ ودراجات BMW النارية المبردة بالهواء ؛ ومحرك Citroën 2CV ، ومحركات Mazda B ؛ ومحركات Chrysler V10 ؛ ومحرك GY6 ؛ ومحرك Volkswagen Golf Mk3 2.8 VR6 (باستثناء 2.0)؛ ومحركات Saturn Corporation رباعية الأسطوانات؛ ومحركات Toyota 5VZ-FE V6؛ ومحركات Toyota 5E-FE و Chrysler 1.8 و2.0 و2.4 . كما يُستخدم في بعض محركات Ford . تتبع العديد من محركات الدراجات النارية والمركبات المائية الشخصية من هوندا وكاواساكي تصميمًا مشابهًا، للسماح باستبدال عدد أكبر من الملفات الأصغر حجمًا بعدد أقل من الملفات الأكثر قوة في نفس المساحة المحدودة.

عمليًا، يحتاج محرك V-6 إلى ثلاث مجموعات ملفات إشعال فقط بدلًا من ست. تُشعل مجموعة الملفات شمعات الإشعال في أسطوانتين في آنٍ واحد، فعلى سبيل المثال، تُشعل الأسطوانتان 1 و4، أو 2 و5، أو 3 و6 معًا. تُنتج شمعة الإشعال في إحدى الأسطوانات خلال شوط الضغط الطاقة، بينما لا تُنتج شمعة الإشعال في الأسطوانة الأخرى أي طاقة خلال شوط العادم. قد تكون ملفات الإشعال في نظام الإشعال المهدر على شكل مجموعة، أو على شكل ملف إشعال مباشر (COP)، حيث يتصل سلك شمعة الإشعال بكل وحدة COP، ويتصل بدوره بشمعة إشعال أخرى.

تستخدم معظم محركات الأسطوانة الواحدة (رباعية الأشواط) نظام الشرارة المهدرة للاستفادة من بساطة وموثوقية مغناطيس دولاب الموازنة. تحتاج هذه المحركات إلى دولاب موازنة لتعمل بسلاسة، وتساعد المغناطيسات القوية المولدة للتيار في توفير الزخم مع توفير قيادة لا تحتاج إلى صيانة لنظام الإشعال. يُثبّت دولاب الموازنة هذا في نهاية عمود المرفق، ويدور مرتين لكل شوط ضغط.

إلى جانب مزايا هذا النظام من حيث الوزن وسهولة الصيانة، فإنه يوفر ميزة في الضبط. فبتركيبه مباشرة على طرف عمود المرفق، يتم تجنب كل الضغط الذي قد يسببه توليد الشرارة على سلسلة عمود الكامات (أو أي محرك آخر بنصف السرعة لأغراض خاصة)، بينما يكاد ينعدم الإجهاد الذي يؤدي بالضرورة إلى تدهور توقيت الإشعال في الأنظمة التي تعتمد على السلاسل أو التروس.

بخلاف أنظمة الأسطوانات المتعددة المذكورة أعلاه (التي تُشغّل شمعتي إشعال في آنٍ واحد من ملف مزدوج الأطراف)، فإن الملف في هذا النظام مزود بسلك جهد عالٍ واحد فقط موصول بشمعة الإشعال. ويوفر مغناطيس دولاب الموازنة خدمات أخرى، على سبيل المثال في الدراجات النارية الصغيرة، حيث يمكن تصميمه بسهولة لتوفير طاقة شحن البطارية بالتيار المستمر بتكلفة أو وزن إضافيين شبه معدومين.

في الظروف الحديثة، لا يؤثر هذا الأسلوب إلا تأثيرًا طفيفًا على مدة فترات صيانة المركبة وعمر مكوناتها. فأنظمة الإشعال الحديثة لا تحتوي على نقاط تلامس، إذ استُبدلت بالكامل تقريبًا بأنظمة إلكترونية. وتدوم ملفات الإشعال الحديثة أطول من معظم مكونات المركبة الأخرى، كما تتمتع شمعات الإشعال الحديثة بعمر خدمة ممتاز، مع وجود فرق طفيف بين الشمعتين فيما يتعلق بتآكل القطب المركزي. ولأن الشرارة تقفز في اتجاهين متعاكسين على الشمعتين، فإن إحدى المجموعتين ستؤدي إلى تآكل القطب المركزي بشكل أكبر، بينما ستؤدي المجموعة الأخرى إلى تآكل القطب الأرضي بشكل أكبر. لذا، يُنصح باستخدام شمعات الإشعال في أنظمة الشرارة المهدرة، حيث يُفضل أن تحتوي على معادن ثمينة، مثل البلاتين و/أو الإيريديوم، على كل من القطب المركزي والقطب الأرضي لزيادة متوسط ​​فترة الصيانة قبل الحاجة إلى الاستبدال. ^{[ 3 ]}

منذ ظهور محركات البنزين الأولى، استُخدمت أنظمة الإشعال المزدوج ، حيث يُستخدم شمعتا إشعال لكل أسطوانة. تُورَّد كل مجموعة من الشمعات على حدة. تشمل أسباب ذلك الموثوقية (خاصةً كإجراء احتياطي في محركات الطائرات)، وتحسين بدء التشغيل، وتحسين أداء الاحتراق من خلال بدء جبهة اللهب في نقطتين متقابلتين في آنٍ واحد (كما في سيارات ألفا روميو ). لا تُعتبر هذه الأنظمة من أنظمة الإشعال المهدرة، لأن شراراتها تحدث جميعها بعد شوط الضغط المفيد، بدلاً من أن تُهدر في شوط العادم.