سیستم جرقه زنی موتور سیکلت؛ انواع، اجزا، تنظیم و عیب یابی

سیستم جرقه‌زنی موتور سیکلت یکی از مهم‌ترین سیستم‌های موتور درون‌سوز است که تعیین‌کننده لحظه و کیفیت احتراق هر سیلندر است و به‌صورت مستقیم روی توان خروجی، راندمان سوخت، آلایندگی و قابلیت اطمینان موتور اثر می‌گذارد. هرگونه اختلال در این سیستم ممکن است باعث سخت استارت خوردن، افت شتاب، ضربه یا ناک، دود غیرطبیعی یا خاموش شدن ناگهانی موتور شود.

بنابراین درک دقیق عملکرد، روش‌های تنظیم و چگونگی عیب‌یابی برای هر موتورسوار و تعمیرکاری ضروری است. در این مقاله تلاش کرده‌ایم ضمن آشنایی با سیستم جرقه زنی موتور سیکلت، به انواع آن پرداخته و روش تنظیم و عیب یابی سیستم را نیز خدمت شما عزیزان ارائه کنیم.

هنگامی که می‌گوییم سیستم جرقه‌زنی موتور سیکلت، منظور مجموعه‌ای از قطعات و مدارهاست که انرژی الکتریکی را در زمان مناسب و با مشخصات لازم (ولتاژ و مدت‌زمان پالس) به شمع‌ها می‌رسانند تا جرقه کنترل‌شده‌ای در محفظه احتراق تولید شود. از منظر فنی این عمل به دو کار اساسی مربوط می‌شود: نخست تبدیل و افزایش ولتاژ از سطح منبع تغذیه به مقادیر چندین هزار ولت که برای ایجاد قوس الکتریکی در فاصله الکترودی شمع لازم است و دوم زمان‌بندی دقیق تخلیه آن انرژی تا جرقه در نقطه مناسب چرخه پیستون اتفاق بیفتد.

این زمان‌بندی معمولاً با کمک سنسور موقعیت میل‌لنگ یا مکانیسم مکانیکی در سیستم‌های قدیمی تعیین شده و در سیستم‌های مدرن توسط واحدهای الکترونیکی مانند CDI یا TCI کنترل می‌شود. تفاوت اصولی بین روش‌های متداول در نحوه ذخیره و آزادسازی انرژی است به‌طوری‌که برخی سیستم‌ها انرژی را با استفاده از القای الکترومغناطیسی کویل تولید و با قطع آن آزاد می‌کنند و برخی دیگر انرژی را در خازن ذخیره کرده و با تخلیه سریع، پالس شدیدی به کویل می‌فرستند که نتیجه‌اش یک شیب ولتاژ بسیار تند است. این تفاوت در شیوه تولید پالس اثر مستقیم بر رفتار در دورهای مختلف موتور و در شرایط استارت سرد یا ترکیب‌های سوخت هوا دارد.

باید گفت که اجزای اصلی سیستم جرقه‌زنی عبارت‌اند از منبع تغذیه (باتری یا کویل شارژ/ژنراتور)، واحد کنترل الکترونیک (مثلاً CDI یا TCI)، کویل احتراق، شمع، سیم فشارقوی و سنسور موقعیت. باتری یا ژنراتور جریان و ولتاژ اولیه را فراهم می‌کنند؛ در موتورسیکلت‌های با دینام کوچک یا بدون باتری، مدار شارژ AC می‌تواند مستقیماً واحد CDI را تغذیه کند.

واحد کنترل وظیفه دارد زمان مناسب را تشخیص داده، خازن را در سیستم‌های CDI شارژ کند یا ترانزیستور را در سیستم‌های TCI قطع و وصل نماید. کویل نقش تبدیل را دارد یعنی ولتاژ اولیه را با نسبت پیچش مناسب به ولتاژ ثانویه بسیار بالا (چند هزار تا چند ده هزار ولت) افزایش می‌دهد تا شمع بتواند جرقه بزند. شمع، علاوه بر نقش ایجاد جرقه، یک حسگر ساده هم هست؛ رنگ و رسوب روی آن معمولاً اطلاعاتی در مورد مخلوط سوخت و هوا، دمای احتراق و شرایط روغن‌کاری می‌دهد.

 سیم‌کشی فشارقوی باید کمترین نشتی و مقاومت را داشته باشد زیرا هر افت در مسیر موجب کاهش شدت جرقه می‌شود؛ همین‌طور اتصالات زمین و فیش‌ها در مدار اولیه باید محکم و بدون خوردگی باشند. در نهایت سنسور موقعیت میل‌لنگ یا هال/اپتیکال سیگنال آغاز را تولید می‌کند که اگر نادرست یا دارای نویز باشد، حتی یک CDI سالم نیز نمی‌تواند جرقه دقیق تولید کند. واضح است که اختلال هرکدام از این اجزا می‌تواند به‌تنهایی باعث بروز مشکل شود و بنابراین در عیب‌یابی باید به‌صورت منظّم هر قسمت را جداگانه کنترل کرد.

سیستم پلاتینی که در موتورسیکلت‌ها و خودروهای قدیمی رایج بود بر مبنای یک کلید مکانیکی عمل می‌کند؛ یک زبانه مکانیکی که به‌وسیله کَم (cam) متصل به میل‌لنگ یا شفت توزیع‌کننده باز و بسته می‌شود، جریان مدار اولیه کویل را قطع و وصل می‌کند. وقتی نقاط بسته هستند جریان از باتری یا منبع اولیه از طریق پیچش اولیه کویل عبور می‌کند و میدان مغناطیسی در کویل ذخیره می‌شود.

هنگامی که نقاط باز می‌شوند، مدار اولیه قطع شده و میدان مغناطیسی فرو می‌ریزد؛ این فروپاشی سریع میدان باعث القای ولتاژ بسیار بالا در پیچش ثانویه کویل می‌شود که به شمع می‌رسد و جرقه ایجاد می‌کند. از نظر عملی این روش بسیار ساده، قابل‌فهم و تعمیرپذیر است. تعویض صفحات و آسیاب‌کاری و تنظیم فواصل کاری معمولی بود و اکثر تعمیرکاران محلی می‌توانستند آن را سرویس کنند؛ اما چالش‌های این طراحی نیز آشکار است.

تماس‌های مکانیکی در طول زمان دچار سایش می‌شوند و به همین خاطر فاصله تماس تغییر می‌کند و نیاز به تنظیم مکرر دارد. در دورهای بالا جرم متحرک و اینرسی مکانیکی قطعات باعث می‌شود که زمان‌بندی دچار خطا شود و نیز جرقه تولیدی در بالاترین دورها و تحت شرایط خاص کافی یا پایدار نباشد. برای کاهش پدیده جرقه‌زنی بر روی نقاط، در عمل یک خازن موازی با نقاط قرار می‌دادند که هم از پریدن قوس جلوگیری می‌کرد و هم با ایجاد یک مدار تشدید LC مقدار انرژی خروجی کویل را کمی افزایش می‌داد.

با این وجود این راهکارها فقط تا حدی مشکل را کم می‌کردند. به همین دلیل در اواخر قرن بیستم این سیستم‌ها به‌تدریج با راه‌حل‌های الکترونیکی جایگزین شدند، هرچند که به خاطر سادگی و قابلیت تعمیر تدریجی هنوز در برخی موتورهای کلاسیک و مصارف خاص مثلاً برخی موتورهای هواپیمایی با طراحی محافظه‌کار دیده می‌شوند.

سیستم TCI از نظر عملکرد میانی بین پلاتینی و CDI قرار می‌گیرد و اساساً به‌جای کلید مکانیکی از یک ترانزیستور الکترونیکی برای قطع و وصل جریان اولیه کویل استفاده می‌کند. در این طراحی سیگنال پیکاپ یا سنسور موقعیت به واحد کنترل می‌رود و آن واحد با اعمال فرمان به ترانزیستور، جریان اولیه کویل را در زمان مناسب قطع می‌کند.

قطع جریان باعث فروپاشی میدان در کویل و تولید ولتاژ ثانویه می‌شود. مزیت عملی TCI این است که حذف بخش مکانیکی باعث افزایش دقت زمان‌بندی، کاهش نگهداری و دوام بیشتر می‌شود و در فاصله کاری متوسط، جرقه با انرژی کافی تولید می‌کند. بعلاوه طراحی‌های TCI می‌توانند منطق‌های ساده جلو/عقب جرقه را بر اساس دور موتور یا فیدبک‌های ساده اجرا کنند که به بهبود عملکرد در بارهای مختلف کمک می‌کند.

با این حال TCI به خاطر تکیه بر القای کویل برای تولید انرژی دارای محدودیت‌هایی در سرعت شیب ولتاژ و مدت‌زمان پالس نسبت به CDI است، پس در شرایطی که نیاز به پالس خیلی تند و پرشیب باشد ممکن است CDI ترجیح داده شود. در عمل بسیاری از موتورسیکلت‌های مدرن با کاربرد شهری از TCI استفاده می‌کنند چون ترکیبی از قابلیت اطمینان، هزینه منطقی و قابلیت تعمیر است. باید دانست که در سیستم TCI مسائل مرتبط با جریان اولیه و وضعیت باتری می‌تواند تأثیر محسوسی بر کیفیت جرقه بگذارد.

سیستم جرقه‌زنی CDI بر اساس مفهوم ذخیره انرژی در خازن و تخلیه سریع آن به کویل کار می‌کند. باید گفت ابتدا ولتاژ منبع توسط یک مدار شارژ کوچک درون واحد CDI تا چند صد ولت افزایش می‌یابد و این ولتاژ برای شارژ خازن به کار می‌رود. وقتی سیگنال آغازگر از پیکاپ برسد، یک تریستور یا کلید مشابه داخل CDI خازن را به پیچش اولیه کویل متصل می‌کند و تخلیه ناگهانی خازن باعث تولید یک پالس جریان بسیار تند در کویل می‌شود که به دنبال آن در پیچش ثانویه، ولتاژ بالا و شیب‌دار تولید شده و جرقه شکل می‌گیرد.

این مکانیسم سبب می‌شود CDI قدرت تولید پالس با شیب بسیار بالا را داشته باشد و برای استارت سرد، دورهای بالا و شرایطی که مقاومت‌های مسیر باعث افت انرژی می‌شوند، عملکرد قابل‌اطمینان‌تری نسبت به سیستم‌های القایی سنتی ارائه کند. نقاط قوت CDI شامل زمان شارژ کوتاه، حساسیت کم به مقاومت مسیر و توانایی تولید جرقه‌های پی‌درپی است که استارت در شرایط نامطلوب را بهبود می‌بخشد؛ اما محدودیت اصلی آن دوام کوتاه‌تر پالس (مدت‌زمان جرقه) است که در مخلوط‌های بسیار رقیق یا ترکیب‌های خاص ممکن است باعث ناکامل بودن احتراق شود.

همچنین بسیاری از انواع CDI به‌سختی قابل تعمیر بوده و در صورت خرابی معمولاً تعویض واحد لازم است. به‌علاوه در CDI های نوع AC (تغذیه از کویل شارژ) تفاوت‌هایی در نیازهای تغذیه و رفتار نسبت به نوع DC وجود دارد که تعمیرکار باید بداند. به همین جهت طراحان موتور و تعمیرگاه‌ها باید بسته به نوع موتور، شرایط بهره‌برداری و نیازهای سرویس‌دهی، بین CDI و دیگر گزینه‌ها تصمیم‌گیری کنند.

تنظیم سیستم جرقه‌زنی باید با رعایت ایمنی و ابزار مناسب انجام شود؛ در ابتدا پیش‌نیاز کار چک کردن وضعیت کلی شامل سالم بودن کابل‌ها، اتصالات، پایه شمع و وضعیت منبع تغذیه است. برای موتورهایی با شمع قابل تنظیم، تنظیم فاصله الکترودی شمع باید با فیلرگِیج انجام شود و مقدار دقیق را از دفترچه فنی سازنده استخراج کرده و اعمال کنید، زیرا کوچک یا بزرگ بودن این فاصله افت انرژی یا عدم ایجاد قوس را موجب می‌شود.

در موتورهای با سیستم پلاتینی، تنظیم زاویه باز شدن نقاط و تنظیم فاصله تماس از طریق ابزار مناسب و نورسنج یا دورسنج انجام می‌شود؛ سپس با کمک چراغ زمان‌بندی و چرخاندن صفحه تنظیم می‌توان زاویه جرقه را نسبت به نقطه مرگ بالا (TDC) مطابق مقادیر کارخانه تنظیم کرد. در سیستم‌های TCI معمولاً لازم است وضعیت سیگنال پیکاپ و ولتاژ تغذیه بررسی شود و در صورت نیاز کلیدها یا ترانزیستورها جایگزین شوند؛ تنظیم تایمینگ در برخی مدل‌ها از طریق جابه‌جایی پیکاپ یا تنظیم ECU صورت می‌گیرد.

در CDI بسیاری از پارامترها خودکار است ولی باید اطمینان حاصل شود که پیکاپ سیگنال تمیز و بدون نویز ارسال می‌کند، ولتاژ شارژ خازن در محدوده استاندارد قرار دارد و سیم‌کشی فشارقوی سالم است. در تمام موارد پس از هر اقدامی باید تست رانندگی و بررسی عملکرد در دورهای مختلف انجام شود تا اطمینان حاصل شود که جرقه در شرایط بارگیری و دورهای مختلف پایدار و بدون نشانه ضربه ناک یا تأخیر است. کارشناسان توصیه می‌کنند که برای هر مدل موتور پارامترهای مرجع را از دفترچه سازنده یا جدول‌های سرویس استخراج کرده و دقیقاً رعایت کنید.

وقتی با مشکل نداشتن جرقه یا جرقه ضعیف روبه‌رو هستیم، اولین گام بررسی شمع از نظر رنگ و رسوب است زیرا این مشاهده ساده اطلاعات فوری درباره غنای مخلوط یا ورود روغن می‌دهد؛ سپس شمع را از مدار جدا کرده و تست جرقه‌زنی مستقیم با باز کردن کابل فشارقوی انجام می‌دهیم تا ببینیم آیا قوس الکتریکی دیده می‌شود یا خیر.

اگر جرقه وجود ندارد، به ترتیب باید کویل را از نظر مقاومت اولیه و ثانویه با اهم‌متر اندازه‌گیری کرد و مقادیر را با استاندارد سازنده مقایسه نمود؛ مقادیر خارج از محدوده معمولاً نشان‌دهنده خرابی کویل است. گام بعدی بررسی سیگنال پیکاپ با ابزار مناسب (اسیلوسکوپ یا مولتی‌تستر در حالت AC/Hz) است تا اطمینان حاصل شود که واحد کنترل، پالس آغاز را دریافت می‌کند. در صورتی که پیکاپ سیگنال صحیح می‌دهد اما جرقه تولید نمی‌شود، احتمال خرابی واحد CDI یا TCI بالا می‌رود.

برای CDI معمول‌ترین الگوهای خرابی شامل عدم تولید جرقه پس از گرم شدن واحد، یا تولید جرقه‌های نامنظم است که در عمل اغلب به تعویض CDI منجر می‌شود. همچنین بررسی سیم‌کشی و سوکت‌ها نباید نادیده گرفته شود زیرا مقاومت جزئی یا اتصال ضعیف می‌تواند باعث افت ولتاژ و جرقه ضعیف شود. در نهایت توصیه عملی این است که عیب‌یابی را به‌صورت سیستماتیک و از مرحله ساده به پیچیده انجام دهید و در هر مرحله نتایج را مستند کنید تا در صورت نیاز به تعویض قطعات مطمئن شوید که مشکل اصلی شناسایی شده است.

در آخر باید گفت روشن است که شناخت عمیق هر یک از انواع سیستم‌های جرقه‌زنی و آگاهی از روش‌های دقیق تنظیم و عیب‌یابی، ابزاری ضروری برای حفظ کارایی و طول عمر موتور سیکلت است. سیستم پلاتینی به خاطر سادگی‌ هنوز آموزشی و در برخی موارد کارا است، سیستم TCI میانگین خوبی از دقت و قابلیت تعمیر ارائه می‌دهد و سیستم CDI با تولید پالس‌های سریع و پرشیب برای شرایط دور بالا و استارت‌ مطلوب بسیار مناسب است، هرچند محدودیت مدت‌زمان جرقه و قابلیت تعمیر کمتر را نیز دارد.