کویل دوبل چیست و چگونه کار می‌کند؟

کویل دوبل قطعه‌ای در سیستم جرقه‌زنی خودروهای فاقد دلکو (Distributorless) است که با حذف واسطه‌های مکانیکی، ولتاژ مورد نیاز شمع‌ها را به‌صورت مستقیم و دقیق‌تر تامین می‌کند. همانطور که در مقاله ساختمان کویل بررسی کردیم، مدل‌های قدیمی‌تر برای توزیع برق به قطعاتی مثل دلکو نیاز داشتند؛ اما کویل دوبل با استفاده از دو سیم‌پیچ ثانویه، جرقه را مستقیماً و بدون واسطه به شمع‌ها می‌رساند. در این مقاله که یکی از مباحث مهم آموزش برق خودرو است، انواع، ساختار داخلی و نحوه عملکرد کویل دوبل و سیستم جرقه هرز (Wasted Spark) آن را بررسی می‌کنیم.

کویل دوبل چیست و چه فرقی با دلکو دارد؟

کویل دوبل (Dual Ignition Coil) نسل پیشرفته‌تری از سیستم‌های جرقه‌زنی است که در خودروهای فاقد دلکو (Distributorless) استفاده می‌شود. در ساختمان این کویل، برخلاف مدل‌های قدیمی، از دو سیم‌پیچ ثانویه استفاده شده است که هر کدام وظیفه تامین ولتاژ برای دو شمع را بر عهده دارند.

وظیفه کویل دوبل چیست؟

وظیفه اصلی کویل دوبل، همانند آنچه در مقاله ساختمان کویل بررسی کردیم. این وظیفه عبارت است از:
افزایش سطح ولتاژ برق 12 ولت به میزان لازم برای ایجاد جرقه در شمع که معمولاً این عدد بین 10000 الی 20000 ولت در خودرو های سواری معمولی است.

 فرق کویل دوبل با کویل تکی:

در کویل دوبل از یک سیم پیچ اولیه استفاده می‌شود که با تغییر در شدت میدان مغناطیسی آن، جریان برق در سیم‌پیچ ثانویه‌ای القا می‌شود که دو سر آن به دو شمع مختلف متصل است مثلا یک سر سیم‌پیچ ثانویه به شمع سیلندر یک و سر دیگر سیم‌پیچ ثانویه به شمع سیلندر چهار متصل است و بنابراین با هر تغییر در شدت میدان مغناطیسی سیم پیچ اولیه کویل، جریان برق فشار قوی در سیم‌پیچ ثانویه القا می‌شود که باعث ایجاد جرقه در شمع‌های سیلندرهای یک و چهار به طور همزمان می‌شود. جریان برق مثبت 12 ولت هر دو سیم‌پیچ اولیۀ کویل دوبل از طریق رلۀ دوبل تأمین می‌شود. منفی سیم‌پیچ‌های اولیۀ کویل دوبل توسط ECU در زمان معین قطع و وصل شده و باعث ایجاد جرقه در زمان مشخص می‌گردد.

در زمان ایجاد جرقه یکی از سیلندر‌ها در پایان کورس تراکم می‌باشد و جرقه اعمالی به شمع این سیلندر باعث ایجاد فرآیند احتراق می‌گردد، در حالیکه جرقه در سیلندر دیگر در کورس تخلیه اتفاق می‌افتد و عمل خاصی را انجام نمی‌دهد. لازم به ذکر است که با توجه به زیادتر بودن مقاومت بین الکترودهای شمع سیلندری که در کورس تراکم است، ولتاژ بیشتری به این شمع جهت تولید جرقه اختصاص می‌یابد ولتاژ کمتری صرف ایجاد جرقه در شمع دیگر که سیلندرش در کورس تخلیه است، اختصاص می‌یابد.

مقدار مقاومت هر کدام از سیم‌پیچ‌های اولیۀ کویل‌ دوبل در حدود 0.6 اهم می‌باشد. مقدار مقاومت هر کدام از سیم‌پیچ‌های ثانویۀ کویل دوبل در حدود 7.2 کیلواهم می‌باشد.

در کویل تکی، در هر کویل از یک سیم‌پیچ اولیه و از یک سیم‌پیچ ثانویه استفاده می‌شود و بنابراین هر کویل به یک شمع اختصاص می‌یابد. در این حالت معمولا سیستم جرقه‌زنی فاقد، وایر شمع است و سیم‌پیچ ثانویه به صور مستقیم به سر شمع متصل می‌شود. لازم به ذکر است که کنترل جرقه‌زنی در کویل‌های تکی هم بعضا به صورت دوبل انجام می‌شود یعنی علی‌رغم اینکه هر سیلندر مجهز به یک کویل است ولی کویل یک و چهار با هم جرقه را ایجاد می‌کنند و کویل دو و سه هم به طور همزمان تولید جرقه می‌کنند.

انواع کویل دوبل: یکپارچه و مجزا

دسته‌بندی این عضو بیشتر از نظر فرم ظاهری آن انجام می‌شود. شکل 1 انواع این نوع کویل را نشان می‌دهد.

شکل 1- انواع کویل‌دوبل

کویل دوبل یکپارچه (Integrated)

کویل‌ها دوبل یکپارچه در یک واحد کامل گردآوری شده‌اند و قابل تفکیک از یکدیگر نیستند. در هنگام خرابی هر یک از واحدهای این کویل، کل مجموعه تعویض می‌شود. شکل 2 نمونه‌ای از این کویل‌ها که در کنار موتور نصب می‌شوند را نشان می‌دهد.

شکل 2- کویل دوبل – یکپارچه

همانطور که مشاهده می‌شود برای موتورهای 4 و حتی 6 سیلندر از این نوع کویل‌ها استفاده می‌شود. در واقع موتورهای 6 سیلندر از ترکیب 3 کویل در کنار هم استفاده شده است؛ اما در بازار به نام کویل دوبل شناخته می‌شود.
در برخی سیستم‌های جرقه فاصله بین کویل و شمع را به حداقل رسانده می‌شود تا طول وایر شمع بسیار کم شود. این کار سبب کاهش افت قدرت در جریان و از آن مهم‌تر کاهش ایجاد پارازیت در سایر سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی خودرو می‌شود. نمونه‌ای از این نوع کویل‌ها را در شکل 3 ملاحظه می‌کنید.

شکل 3- کویل دوبل – یکپارچه – روی موتور

در شکل 3 ملاحظه می‌شود فاصله خروجی وایر و شمع به حداقل رسیده است.

کویل دوبل جدا شونده (Modular)

یکی از مشکلات کویل نوع یکپارچه هزینه‌های تعویض و تعمیرات است. به همین دلیل در برخی خودرو ها این واحد به‌صورت مجزا نصب شده است که در صورت وجود مشکل در یک واحد هزینه تعویض را کاهش دهند. شکل 4 این نمونه کویل‌ها را نشان می‌دهد.

شکل 4- دو نمونه کویل دوبل – مجزا (روی موتور و کنار موتور)

باتوجه‌به سهولت و هزینه کمتر تعمیرات در صورت استفاده از کویل دوبل عموماً از نوع مجزا استفاده می‌شود. به‌عنوان نمونه می‌توان جایگزینی کویل دوبل یکپارچه در مدل‌های انژکتوری قدیم‌تر پراید با نوع مجزا در نمونه‌های جدیدتر اشاره کرد.

ساختار داخلی کویل دوبل

اجزای تشکیل‌دهنده کویل دوبل

• سیم‌پیچ اولیه: دارای تعداد دور کمتر و قطر سیم بیشتر است که جریان فشار ضعیف را از ECU دریافت می‌کند.

• سیم‌پیچ ثانویه (دوگانه): تفاوت اصلی در اینجا است؛ در کویل دوبل، سیم‌پیچ ثانویه به گونه‌ای طراحی شده که دو انتهای آن به دو برجک خروجی متفاوت (مثلاً سیلندر ۱ و ۴) متصل است.

• هسته مغناطیسی: لایه‌های ورقه ورقه فولادی که وظیفه تمرکز میدان مغناطیسی را بر عهده دارند.

• عایق رزینی: کل این مجموعه درون یک محفظه پر شده از رزین یا اپوکسی قرار می‌گیرد تا از نشت جریان فشار قوی جلوگیری شود.

عملکرد کویل دوبل چگونه است؟

عملکرد کویل دوبل نسبت به نوع کویل‌تکی تفاوت زیادی ندارد. شکل 5 نمونه‌ای از یک واحد کویل از نوع مجزا را نشان می‌دهد.

1- ولتاژ تغذیه 2- واحد کویل 3- سیم‌پیچ اولیه 4- سیم‌پیچ ثانویه 5- شمع 6- بدنه سیلندر
7- شمع 8- ECU
شکل 5- شماتیک اتصالات یک واحد کویل دوبل – نوع مجزا

هنگامی که اتصال بدنه سیم‌پیچ اولیه توسط واحد ECU قطع می‌شود ریزش میدان سبب ایجاد القا در سیم‌پیچ ثانویه می‌شود که مقدار آن متناسب با نسبت تعداد حلقه‌های سیم‌پیچ اولیه و ثانویه است.
ولتاژ القایی در سیم‌پیچ ثانویه آماده تخلیه است. تفاوت مهم کویل‌ساده و کویل دوبل در این نقطه شروع می‌شود. در نوع کویل ساده فقط از یک سر سیم‌پیچ ثانویه خروجی ولتاژ وجود دارد. اما در کویل‌دوبل هر دو سر سیم‌پیچ ثانویه به شمع‌های مربوط به سیلندرهای متقابل متصل می‌شوند. یعنی مثلاً (1 و 4 یا 2 و 3) و مدار از طریق بدنه سیلندر کامل می‌شود. شکل 6 این مدار را دقیق‌تر نشان می‌دهد.

1- 2ECU- واحد کویل 3- شمع سیلندرهای متقابل
شکل 6- مسیر جریان برق برای شارژ کویل دوبل و جرقه 1 و 4

ECUبا کمک سنسورهای خود لحظه جرقه را تشخیص داده و سیم‌پیچ اولیه را از بدنه قطع می‌کند. هم زمان دو شمع جرقه می‌زنند اما بر اساس ترتیب احتراق در آن موتور فقط یکی از جرقه‌ها در سیلندری که در انتهای کورس تراکم است سبب شروع احتراق می‌شود و جرقه دیگر در انتهای کورس تخلیه خواهد بود که نمی‌تواند احتراق ایجاد کند.
یعنی هم زمان دو جرقه ارسال می‌شود؛ اما فقط یکی از آنها مورداستفاده از نظر احتراق قرار می‌گیرد به همین دلیل به این سیستم‌های جرقه؛ نوع جرقه هرز (Waste ignition system) نیز خوانده می‌شود. شکل 7 نمونه واقعی یک واحد از کویل دوبل و اجزا آن را نشان می‌دهد.

1- برجک مرکزی 2- ترمینال برق تغذیه 3- سیم‌پیچ ثانویه 4- سیم‌پیچ اولیه 5- هسته آهنی
شکل 7- اجزا واقعی یک واحد کویل دوبل

شکل 8 نمونه‌ای از نحوه نمایش کویل دوبل یکپارچه و مجزا را در نقشه‌های الکتریکی نشان می‌دهد.

شکل 8- نمونه نمایش کویل دو بل یکپارچه و مجزا در نقشه‌های شماتیک

تحلیل منحنی ولتاژ و تشخیص وضعیت سیلندر

همانطور که بارها در مقالات مختلف اشاره شد یکی از روش‌های بررسی عملکرد سیستم‌های الکتریکی، بررسی منحنی ولتاژ توسط دستگاه دیاگ/ اسیلوسکوپ / دیتالاگر است؛ بنابراین ضروری است فرم استاندارد منحنی ولتاژ جرقه در سیستم‌های مختلف آشنا باشیم. شکل 9 نمونه‌ای از منحنی ولتاژ در سیستم کویل دوبل را نشان می‌دهد.

1- جرقه اصلی 2- جرقه هرز 3- منحنی ولتاژ در شمع سیلندر اول
4- منحنی ولتاژ در شمع سیلندر چهار 5-منحنی سیم‌پیچ اولیه
شکل 9- منحنی سیم‌پیچ اولیه و ثانویه در سیستم کویل دوبل

اگر به شکل 9 توجه کنید، منحنی ولتاژ جرقه در سیلندر 1 (شماره 3) به‌صورت کامل منفی است و منحنی ولتاژ جرقه در شمع 4 کاملاً مثبت است که این مورد جهت جریان در این دو شمع را نشان می‌دهد. (مجدداً به شکل 6 و جهت جریان در شمع 1 و 4 توجه کنید).
نکته بعدی در این شکل ارتفاع ولتاژ در لحظه ایجاد جرقه است. اگر توجه کنید اولین موج در سیلندر 1 با ولتاژ بالا (اگرچه منفی) و به‌صورت هم‌زمان در سیلندر 4 اما با ولتاژ کمتری رخ می‌دهد.
این تفاوت ارتفاع ولتاژ در این دو جرقه هم‌زمان نشانه آن است که یکی از جرقه‌ها در انتهای تراکم است و نیاز به ولتاژ بیشتری برای غلبه بر فشار موجود در اتاق احتراق دارد. (سیلندر 1) اما جرقه هم‌زمان آن در سیلندر 4 با ولتاژ کمتری رخ می‌دهد که بر اساس مطالب گفته شده نشانه بروز جرقه در انتهای کورس تخلیه دارد و چون تقریباً در آن زمان فشار اتاق احتراق نزدیک به فشار جو است؛ بنابراین شروع جرقه نیاز به ولتاژ کمتری دارد.
برخی سیستم‌ها از این خاصیت استفاده کرده و با اضافه‌کردن یک سنسور در مسیر سیم‌پیچ ثانویه و بررسی اختلاف ولتاژ در بین شمع 1 و 4 می‌تواند تشخیص دهند کدام سیلندر در کورس احتراق قرارداد و از آن برای تعیین نقطه مرگ بالا پیستون در آن سیلندر استفاده می‌کنند.
به‌صورت کلی برخی خودرو ها به‌جای استفاده از سنسور میل سوپاپ از این سنسور تشخیص وضعیت استفاده می‌کنند که به‌صورت کلی به نام Ion-senes system شناخته شده است و در ایران به دلیل استفاده خودرو 206 از آن با نام شرکتی یعنی سیستم دفیا DEPHIA شناخته می‌شود که در مقاله‌ای مجزا به آن پرداخته خواهد شد. برای بررسی و عیب یابی این عملگر به مقاله ” علائم خرابی و رفع عیب کوئل” مراجعه کنید.

سوالات متداول کویل دوبل

آیا می‌توان کویل دوبل را با کویل تکی (یکپارچه) جایگزین کرد؟

از نظر فنی، عبور جریان از یک کویل یا دو کویل تفاوتی در سیکل برق ایجاد نمی‌کند و با ایسیوهای موجود امکان تغییر این ساختار وجود ندارد. در برخی خودروها مثل EF7 و ال‌نود، کویل‌ها به‌صورت تکی نصب شده‌اند اما در عمل عملکردی مشابه کویل دوبل دارند. آموزش برق خودرو در ایمگ این تفاوت‌های ساختاری بین کویل‌ها را پوشش می‌دهد.

کویل دوبل چه فرقی با دلکو دارد؟

دلکو یک قطعه مکانیکی واسط بود که جریان فشار قوی را بین شمع‌ها توزیع می‌کرد، در حالی‌که کویل دوبل با حذف این واسطه، ولتاژ مورد نیاز را مستقیماً و با دقت بیشتری به شمع‌ها می‌رساند. این تغییر باعث جرقه‌زنی دقیق‌تر و قدرتمندتر در خودروهای مدرن فاقد دلکو (Distributorless) شده است.

انواع کویل دوبل کدامند؟

کویل دوبل از نظر ساختار ظاهری به دو نوع یکپارچه (Integrated) و جدا شونده (Modular) تقسیم می‌شود. در نوع یکپارچه، در صورت خرابی هر بخش باید کل مجموعه تعویض شود، اما در نوع مجزا هزینه تعمیر و تعویض پایین‌تر است و به همین دلیل در بیشتر خودروهای جدیدتر از این نوع استفاده می‌شود.

وظیفه کویل دوبل در خودرو چیست؟

وظیفه اصلی کویل دوبل افزایش ولتاژ ۱۲ ولت باتری به سطحی است که برای ایجاد جرقه در شمع لازم است؛ این مقدار معمولاً بین ۱۰ تا ۲۰ هزار ولت در خودروهای سواری معمولی است. در کویل دوبل این کار با استفاده از دو سیم‌پیچ ثانویه و بدون نیاز به واسطه مکانیکی انجام می‌شود.

کویل دوبل چگونه باعث جرقه هرز (Wasted Spark) می‌شود؟

در کویل دوبل، هر دو سر سیم‌پیچ ثانویه هم‌زمان به دو شمع سیلندرهای متقابل (مثلاً ۱ و ۴) جرقه می‌زنند، اما فقط یکی از این جرقه‌ها در سیلندری که در انتهای کورس تراکم قرار دارد باعث احتراق می‌شود. جرقه دیگر در سیلندری است که در کورس تخلیه قرار دارد و اثری در احتراق ندارد؛ به همین دلیل به این روش جرقه هرز گفته می‌شود.

نویسنده:مهندس بهروز خطیبی