Кіріспе
Ішкі жанатын қозғалтқыштарда ұшқын тудыратын құрылғы. Шамшырақ – іштен жанатын қозғалтқышта ауа-отын қоспасын жанау камерасында тұтандыру үшін ұшқын шығаратын электр құрылғысы. Қозғалтқыштың тұтану жүйесінің бөлігі ретінде, шамшырақ жоғары кернеулі электр тогын қабылдайды (қазіргі заманғы қозғалтқыштарда тұтану катушкасымен жасалады және шамшырақ сымы арқылы беріледі), оны оң және теріс электродтар арасындағы кішкентай кеңістікте ұшқын тудыру үшін пайдаланады. Ұшқынның уақтылы шығуы қозғалтқыштың жұмысындағы маңызды фактор, ал шамшырақ көбінесе жану циклы басталғанға дейін жұмыс істейді. Шамшырақ 1860 жылы ойлап табылды, бірақ 1902 жылы тұтану магнитосының пайда болуынан кейін ғана кеңінен қолданыла бастады. Дизельді қозғалтқыштарда ұшқынмен емес, қысыммен тұтану қолданылады, сондықтан оларда шамшырақтар қолданылмайды.
A spark plug is an electrical device used in an internal combustion engine to produce a spark which ignites the air fuel mixture in the combustion chamber. As part of the engine's ignition system, the spark plug receives high voltage electricity (generated by an ignition coil in modern engines and transmitted via a spark plug wire) which it uses to generate a spark in the small gap between the positive and negative electrodes. The timing of the spark is a key factor in the engine's behaviour, and the spark plug usually operates shortly before the combustion stroke commences. The spark plug was invented in 1860, however its use only became widespread after the invention of the ignition magneto in 1902. Diesel engines use compression ignition (instead of spark ignition), therefore they do not normally use spark plugs.
Дизайн
Жарық тұтқасының негізгі элементтері – қабық, изолятор, орталық электрод және бүйір электрод (сонымен қатар "жер тіреуі" деп те аталады). Изолятордың негізгі бөлігі әдетте жоғары диэлектрлік беріктігі бар, қатты керамикалық материал – күйдірілген алюминий тотығынан (Al2O3) жасалады. Теңіз қозғалтқыштарында жарық тұтқасының қабығы көбінесе екі рет дүрмектелген, мырыш хроматымен жабылған металлдан тұрады. Жарық тұтқасы жану камерасының қабырғасы арқылы өтетіндіктен, ол жану камерасындағы жоғары қысымды газдардың тығыздағышының бір бөлігі болуы тиіс.
Электродтар
Орталық электрод ішкі сым арқылы терминалға қосылады. Орталық электрод электрондарды шығаруға арналған катод ретінде орнатылады. Бұл себепті орталық электрод әдетте шамның ең ыстық бөлігі болып табылады, ал термиондық эмиссия принциптері ыстық беттен электрондарды шығарудың оңай екенін көрсетеді. Орталық электродтың өткір ұшы электр өрісінің күшін арттырады, соның салдарынан электрондардың шығарылуы күшейеді. Бүйірлік электрод жоғары никельді болаттан жасалады және металл қабығына дәнекерленеді немесе ыстықтай соғылады. Шамдарда орталық электродты қоршап тұрған төртке дейін бүйірлік электродтар болуы мүмкін. Көптеген бүйірлік электродтар, әдетте, ұзақ қызмет етеді, себебі электр разрядынан тозу нәтижесінде ұшқыш арақашықтық кеңейгенде, ұшқыш басқа жақын жердегі электродқа ауысады. Көптеген бүйірлік электродтардың кемшілігі – әр электрод үшін қорғаныш эффектісі пайда болуы мүмкін, бұл жанудың тиімділігін төмендетіп, жанар майдың тұтынуын арттырады.
Саңылаудың өлшемі
Жарық тұғырғышының ұшы мен орталық электроды арасындағы қашықтық "жарық тұғырғышының арақашықтығы" деп аталады және жарық тұғырғышының жұмыс істеуінің маңызды факторы болып табылады. Автокөлік қозғалтқыштары үшін жарық тұғырғыштарының арақашықтығы көбінесе, үзіліс бөлігіштер мен карбюраторларды пайдаланатын ескі қозғалтқыштарға қарағанда үлкен болады. Қозғалтқыштардың жаңа үлгілері (қатты күйдегі тұтандыру жүйелерін және электронды отын инжекциясын пайдаланатындар) көбінесе үлкен арақашықтықты қолданады. Кішкентай арақашықтықтар жарық шығаруға сенімдірек болады, бірақ жарық отын-ауа қоспасын тұтандыру үшін жеткіліксіз күшті болуы мүмкін. Үлкен арақашықтықтар күшті жарық шығарады, бірақ жарық әрқашан пайда бола бермейді (мысалы, жоғары айналымдарда). Иридий және платина жарық тұғырғыштарының арақашықтығын реттеу ұсынылмайды, себебі электродқа тіркелген металл дискіге зақым келтіру қаупі бар.
Қалдықтарды пайдаланған шұғылдар
Жоғалған ұшқын жүйелері ұшқын тудырғыштарға үлкен жүктеме салады, себебі олар ұшқындарды екі бағытта кезекпен жібереді (жер электродынан орталық электродқа және керісінше, тек орталық электродтан жерге емес). Осының салдарынан, мұндай жүйесі бар көліктерде металлдың екі бағытта да жылдам тозуын ескере отырып, тек орталық электродта ғана емес, екі электродта да құнды металдар болуы тиіс.
Жылу диапазоны
Жарық тұтқасының маңызды факторы – оның ұшының төзімділікпен есептелген температурасы, ол жылу диапазоны деп аталады. Жолаушылар автомобильдерінің қозғалтқыштары үшін қалыпты жылу диапазондары әдетте белгілі бір шекте болады. Жылу диапазоны жоғарырақ болған жарық тұтқасының цилиндр басымен арасындағы оқшаулау көбірек болады, нәтижесінде жарық тұтқасынан аз жылу шығып, оның температурасы жоғарырақ болады. Жарық тұтқасында көмірдің жиналуын болдырмау үшін 450 °C (842 °F) жоғары температура талап етіледі, ал 800 °C (1472 °F) жоғары температура тұтқаның қызып кетуіне әкелуі мүмкін. Отын беру немесе майды тұтыну мәселелерін шешу үшін кейде жоғары жылу диапазонына көшу қолданылады, бірақ бұл ерте тұтану қаупін арттырады.
Тарих
Бельгиялық француз инженері Этьен Ленуар 1860 жылы тұтандырғышты ойлап тапқан деп есептеледі, себебі ол алғашқы Ленуар газ қозғалтқышында қолданылған. 1890 жылдардың соңында серб инженері Никола Тесла, британдық инженер Фредерик Ричард Симмс және неміс инженері Роберт Бош сияқты электрлік тұтану жүйелеріне қатысты бірнеше патенттер тіркелді. Бірақ, коммерциялық тұрғыдан тиімді қозғалтқыштарда жоғары кернеулі тұтандырғыштарды пайдалану 1902 жылдан кейін ғана мүмкін болды, бұл Bosch инженері Готтлоб Хонольдтың магнит негізіндегі тұтану жүйелерін ойлап тапқанының арқасында іске асты. Тұтандырғыштарды алғашқы өндірушілердің қатарында американдық Champion компаниясы, британдық Lodge Brothers компаниясы және Лондон негізделген KLG (миканы оқшаулағыш ретінде қолдануды бастағандар) болды. 1930 жылдары американдық геолог Хелен Блэр Бартлетт тұтандырғышқа арналған алюминий керамикалық негізді изоляторды жасады. Firestone компаниясы 1940 жылдан 1953 жылға дейін полонийлі тұтандырғыштарды сатты. Бұл тұтандырғыштардан шығатын радиация мөлшері өте аз болғандықтан тұтынушыларға қауіп төндірмеді, бірақ полонийдің қысқа жартылай ыдырау периоды және өткізгіштердегі жинақталу қозғалтқыштың жұмысын жақсартатын радиацияны тоқтатып, олардың тиімділігі шамамен бір айдан кейін тез төмендеді. Полонийлі тұтандырғыштың, сондай-ақ оған дейін Альфред Мэтью Хаббард жасаған радийлі тұтандырғыштың мақсаты – радиация отынның цилиндрде иондануын жақсарту арқылы тұтандырғыштың жылдам және тиімді жұмыс істеуіне көмектесу болды.