स्पार्क प्लग का कार्य
स्पार्क प्लग गैसोलीन इंजन के इग्निशन सिस्टम का एक महत्वपूर्ण घटक है। यह दहन कक्ष में उच्च वोल्टेज उत्पन्न करता है और इलेक्ट्रोड के बीच के अंतराल को पार करते हुए चिंगारी पैदा करता है, जिससे सिलेंडर में ज्वलनशील मिश्रण प्रज्वलित होता है। यह मुख्य रूप से एक कनेक्शन नट, एक इंसुलेटर, एक कनेक्शन स्क्रू, एक केंद्रीय इलेक्ट्रोड, साइड इलेक्ट्रोड और एक आवरण से बना होता है। साइड इलेक्ट्रोड आवरण से वेल्ड किए जाते हैं।
स्पार्क प्लग, जिसे आमतौर पर "फायर नोजल" के नाम से जाना जाता है, उच्च वोल्टेज तार (फायर नोजल तार) द्वारा भेजी गई स्पंदित उच्च वोल्टेज बिजली को छोड़ता है, स्पार्क प्लग के दो इलेक्ट्रोडों के बीच की हवा को चीरता है, और सिलेंडर में मिश्रित गैस को प्रज्वलित करने के लिए एक विद्युत चिंगारी उत्पन्न करता है। इसके मुख्य प्रकारों में शामिल हैं: क्वासी-टाइप स्पार्क प्लग, एज बॉडी प्रोट्रूडिंग टाइप स्पार्क प्लग, इलेक्ट्रोड टाइप स्पार्क प्लग, सीट टाइप स्पार्क प्लग, फेस जंपिंग टाइप स्पार्क प्लग आदि।
स्पार्क प्लग इंजन के किनारे या ऊपर की ओर लगे होते हैं। शुरुआती दौर में, स्पार्क प्लग सिलेंडर तारों के माध्यम से डिस्ट्रीब्यूटर से जुड़े होते थे। पिछले एक दशक में, छोटी कारों के अधिकांश इंजनों को इस तरह से संशोधित किया गया है कि इग्निशन कॉइल सीधे स्पार्क प्लग से जुड़ी होती है। स्पार्क प्लग का कार्यशील वोल्टेज कम से कम 10,000 वोल्ट होता है। यह उच्च वोल्टेज इग्निशन कॉइल द्वारा 12 वोल्ट बिजली से उत्पन्न होता है और फिर स्पार्क प्लग तक पहुंचाया जाता है।
उच्च वोल्टेज के प्रभाव से, स्पार्क प्लग के केंद्रीय इलेक्ट्रोड और पार्श्व इलेक्ट्रोड के बीच की हवा तेजी से आयनित हो जाती है, जिससे धनात्मक आवेशित आयन और ऋणात्मक आवेशित मुक्त इलेक्ट्रॉन बनते हैं। जब इलेक्ट्रोडों के बीच वोल्टेज एक निश्चित मान तक पहुँच जाता है, तो गैस में आयनों और इलेक्ट्रॉनों की संख्या हिमस्खलन की तरह बढ़ जाती है, जिससे हवा का इन्सुलेटिंग गुण समाप्त हो जाता है। इस अंतराल में एक डिस्चार्ज चैनल बन जाता है और "ब्रेकडाउन" की घटना घटित होती है। इस बिंदु पर, गैस एक चमकदार पिंड का रूप ले लेती है, जिसे "स्पार्क" कहा जाता है। ऊष्मा के कारण इसके विस्तार से "पॉप पॉप" जैसी ध्वनि भी उत्पन्न होती है। इस विद्युत स्पार्क का तापमान 2000 से 3000 डिग्री सेल्सियस तक पहुँच सकता है, जो सिलेंडर के दहन कक्ष में मिश्रण को प्रज्वलित करने के लिए पर्याप्त है।
कैलोरी मान के आधार पर, स्पार्क प्लग ठंडे और गर्म प्रकार के होते हैं। इलेक्ट्रोड सामग्री के आधार पर, निकल मिश्र धातु, चांदी मिश्र धातु और प्लैटिनम मिश्र धातु आदि होते हैं। अधिक पेशेवर रूप से कहें तो, स्पार्क प्लग के प्रकार मोटे तौर पर इस प्रकार हैं:
क्वासी-टाइप स्पार्क प्लग: इसका इंसुलेटर स्कर्ट थोड़ा सा हाउसिंग के अंतिम सिरे में धंसा हुआ होता है, और साइड इलेक्ट्रोड हाउसिंग के अंतिम सिरे के बाहर होता है। यह सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला प्रकार है।
एज बॉडी प्रोट्रूडेड स्पार्क प्लग: इसका इंसुलेटर स्कर्ट अपेक्षाकृत लंबा होता है और हाउसिंग के अंतिम सिरे से बाहर निकला रहता है। इसमें उच्च ताप अवशोषण और बेहतर एंटी-फाउलिंग क्षमता के फायदे हैं। इसके अलावा, यह सीधे इनटेक हवा द्वारा ठंडा होकर तापमान को कम कर सकता है, जिससे गर्म प्रज्वलन की संभावना कम हो जाती है। अतः, इसकी तापीय अनुकूलता व्यापक है।
इलेक्ट्रोड-प्रकार के स्पार्क प्लग: इनके इलेक्ट्रोड बहुत बारीक होते हैं। ये मजबूत चिंगारी उत्पन्न करते हैं, इनमें प्रज्वलन क्षमता अच्छी होती है, और ये ठंडे मौसम में भी इंजन को जल्दी और भरोसेमंद तरीके से स्टार्ट कर सकते हैं। इनका तापमान रेंज व्यापक होता है और ये विभिन्न उपयोगों के लिए उपयुक्त होते हैं।
सीट स्पार्क प्लग: इसका आवरण और स्क्रू थ्रेड शंक्वाकार आकार में बने होते हैं, इसलिए यह गैस्केट के बिना भी अच्छी सील बनाए रख सकता है, जिससे स्पार्क प्लग का आकार कम हो जाता है और इंजन के डिजाइन के लिए अधिक फायदेमंद होता है।
पोलर स्पार्क प्लग: इनमें आमतौर पर दो या दो से अधिक साइड इलेक्ट्रोड होते हैं। इनकी खासियत यह है कि इनसे विश्वसनीय इग्निशन होता है और स्पार्क प्लग के गैप को बार-बार एडजस्ट करने की जरूरत नहीं पड़ती। इसलिए, इनका उपयोग अक्सर कुछ गैसोलीन इंजनों में किया जाता है जहां इलेक्ट्रोड घिसने के प्रति संवेदनशील होते हैं और स्पार्क प्लग के गैप को बार-बार एडजस्ट नहीं किया जा सकता।
फेस स्पार्क प्लग: इसे फेस गैप टाइप के नाम से भी जाना जाता है, यह सबसे ठंडा प्रकार का स्पार्क प्लग है, और केंद्रीय इलेक्ट्रोड और हाउसिंग के अंतिम सिरे के बीच का अंतर संकेंद्रित होता है।
मानक प्रकार और उभरे हुए प्रकार के स्पार्क प्लग
मानक स्पार्क प्लग एक तरफा इलेक्ट्रोड वाला स्पार्क प्लग होता है, जिसमें इंसुलेटर स्कर्ट का सिरा हाउसिंग के थ्रेडेड सिरे से थोड़ा नीचे होता है। इसमें पारंपरिक इग्निशन एंड संरचना का उपयोग किया जाता है, जो साइड-माउंटेड वाल्व इंजनों में सबसे अधिक प्रचलित है। बाद में आए "प्रोट्रूडिंग टाइप" से इसे अलग करने के लिए, इस संरचना को "मानक प्रकार" कहा जाता है।
प्रोट्रूडेड स्पार्क प्लग मूल रूप से ओवरहेड वाल्व इंजनों के लिए डिज़ाइन किया गया था। इसका इंसुलेटर स्कर्ट शेल के थ्रेडेड सिरे से बाहर निकला हुआ होता है और कम्बशन चैम्बर में फैला होता है। यह कम्बशन मिश्रण में काफी मात्रा में ऊष्मा अवशोषित करता है, कम्बशन गति पर अपेक्षाकृत उच्च कार्य तापमान बनाए रखता है और संदूषण से बचाता है। उच्च गति पर, वाल्व के शीर्ष पर स्थित होने के कारण, अंदर आने वाली वायु का प्रवाह इंसुलेटर स्कर्ट की ओर निर्देशित होता है, जिससे यह ठंडा हो जाता है। परिणामस्वरूप, अधिकतम तापमान में बहुत अधिक वृद्धि नहीं होती है, और इस प्रकार थर्मल रेंज अपेक्षाकृत बड़ी होती है। प्रोट्रूडेड स्पार्क प्लग साइड-माउंटेड वाल्व इंजनों के लिए उपयुक्त नहीं होते हैं क्योंकि इनमें इनटेक पैसेज में कई मोड़ होते हैं और वायु प्रवाह का इंसुलेटर स्कर्ट पर शीतलन प्रभाव बहुत कम होता है।
सिंगल-पोल और मल्टी-पोल स्पार्क प्लग
पारंपरिक सिंगल-पोल स्पार्क प्लग की एक खास कमी यह है कि साइड इलेक्ट्रोड सेंट्रल इलेक्ट्रोड को ढक लेता है। जब दोनों पोल्स के बीच हाई-वोल्टेज डिस्चार्ज होता है, तो स्पार्क गैप में मौजूद मिक्सचर गैस स्पार्क की गर्मी को सोख लेती है और आयनीकरण के कारण सक्रिय होकर "स्पार्क कोर" बनाती है। स्पार्क कोर आमतौर पर साइड इलेक्ट्रोड के पास बनता है। इस दौरान साइड इलेक्ट्रोड ज़्यादा गर्मी सोख लेता है, जिसे इलेक्ट्रोड का "फ्लेम सप्रेशन इफ़ेक्ट" कहते हैं। इससे स्पार्क की ऊर्जा कम हो जाती है और फ्लेमआउट परफ़ॉर्मेंस घट जाती है।
1920 के दशक में, तीन-ध्रुवीय स्पार्क प्लग अस्तित्व में आए। एकल-पक्षीय इलेक्ट्रोड की तुलना में, बहु-पक्षीय इलेक्ट्रोड का स्पार्क गैप कई पार्श्व इलेक्ट्रोडों (गोल छिद्रों में छिद्रित) के अनुप्रस्थ काट और केंद्रीय इलेक्ट्रोड की बेलनाकार सतह से मिलकर बना होता है। पार्श्व में स्थित यह स्पार्क गैप, पार्श्व इलेक्ट्रोडों द्वारा केंद्रीय इलेक्ट्रोड को ढकने की कमी को दूर करता है, स्पार्क की "पहुँच" को बढ़ाता है, स्पार्क ऊर्जा को बढ़ाता है, और सिलेंडर के भीतरी भाग में आसानी से प्रवेश करता है, जिससे मिश्रण की दहन स्थिति में सुधार होता है और उत्सर्जन कम होता है। बहु-पक्षीय ध्रुवों द्वारा प्रदान किए गए कई स्पार्क चैनलों के कारण, सेवा जीवन लंबा होता है और प्रज्वलन की विश्वसनीयता बढ़ती है। यहाँ यह ध्यान देने योग्य है कि डिस्चार्ज के समय, केवल एक चैनल ही स्पार्क कर सकता है, और एक साथ कई ध्रुवों का स्पार्क करना असंभव है। उच्च गति फोटोग्राफी की डिस्चार्ज प्रक्रिया इस बात को सिद्ध करती है।
घरेलू स्पार्क प्लग मॉडलों में कैलोरी मान के बाद आने वाले प्रत्यय अक्षर (D, J और Q) क्रमशः डबल-पोल, ट्रिपल-पोल और फोर-पोल का प्रतिनिधित्व करते हैं।
निकेल आधारित मिश्र धातु और तांबे के कोर वाले इलेक्ट्रोड स्पार्क प्लग
दहन कक्ष में प्रवेश करने वाले इलेक्ट्रोडों के लिए सबसे मूलभूत आवश्यकताएं हैं अपघर्षण (विद्युत और रासायनिक संक्षारण दोनों) के प्रति प्रतिरोध और अच्छी तापीय चालकता। पदार्थ विज्ञान और प्रक्रिया प्रौद्योगिकी के विकास के साथ, इलेक्ट्रोड सामग्री लोहे, निकल, निकल-आधारित मिश्र धातुओं, निकल-तांबा मिश्रित सामग्रियों से लेकर कीमती धातुओं तक विकसित हुई है। आजकल सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली मिश्र धातु निकल-आधारित मिश्र धातु है। सामान्यतः, शुद्ध धातुओं की तापीय चालकता मिश्र धातुओं की तुलना में बेहतर होती है, लेकिन शुद्ध धातुएं (जैसे निकल) दहन गैसों और उनके द्वारा निर्मित ठोस निक्षेपों की रासायनिक संक्षारण प्रतिक्रिया के प्रति मिश्र धातुओं की तुलना में अधिक संवेदनशील होती हैं। इसलिए, इलेक्ट्रोड सामग्री में क्रोमियम, मैंगनीज और सिलिकॉन जैसे तत्वों को मिलाकर निकल-आधारित सामग्री का उपयोग किया जाता है। क्रोमियम विद्युत क्षरण के प्रति प्रतिरोध को बढ़ाता है, जबकि मैंगनीज और सिलिकॉन रासायनिक संक्षारण, विशेष रूप से अत्यधिक खतरनाक सल्फर ऑक्साइड के प्रति प्रतिरोध को बढ़ाते हैं।
सामान्य प्रकार और प्रतिरोध प्रकार के स्पार्क प्लग
स्पार्क प्लग, एक स्पार्क डिस्चार्ज जनरेटर होने के नाते, एक ब्रॉडबैंड निरंतर विद्युत चुम्बकीय विकिरण हस्तक्षेप का स्रोत है। 1960 के दशक से, दुनिया भर के देशों ने रेडियो क्षेत्र में स्पार्क्स द्वारा उत्पन्न विद्युत चुम्बकीय विकिरण के तीव्र हस्तक्षेप को कम करने, रेडियो संचार की सुरक्षा करने और ऑन-बोर्ड इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की खराबी को रोकने के लिए प्रतिरोधी स्पार्क प्लग के विकास में तेजी लाई है। चीन ने भी विद्युत चुम्बकीय संगतता के लिए कई अनिवार्य राष्ट्रीय मानक जारी किए हैं, जो स्पार्क प्लग इग्निशन इंजन द्वारा संचालित वाहन उपकरणों की रेडियो हस्तक्षेप विशेषताओं पर सख्त प्रतिबंध लगाते हैं। परिणामस्वरूप, प्रतिरोधी स्पार्क प्लग की मांग में काफी वृद्धि हुई है। प्रतिरोधी स्पार्क प्लग की संरचना सामान्य प्रकार के स्पार्क प्लग से अलग नहीं है; एकमात्र अंतर यह है कि इन्सुलेटिंग बॉडी के अंदर कंडक्टर सीलेंट को प्रतिरोधी सीलेंट से बदल दिया जाता है।
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