หัวเทียนทำงานอย่างไร

หัวเทียนเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่พอดีกับฝาสูบของเครื่องยนต์สันดาปภายในบางประเภท และจุดไฟน้ำมันเบนซินแบบละอองลอยที่ถูกอัดโดยใช้ประกายไฟไฟฟ้า หัวเทียนมีอิเล็กโทรดกึ่งกลางหุ้มฉนวนซึ่งเชื่อมต่อด้วยลวดหุ้มฉนวนอย่างแน่นหนากับคอยล์จุดระเบิดหรือวงจรแมกนีโตด้านนอก โดยก่อตัวขึ้นโดยมีขั้วต่อสายดินอยู่ที่ฐานปลั๊ก ทำให้เกิดช่องว่างประกายไฟภายในกระบอกสูบ เครื่องยนต์สันดาปภายในสามารถแบ่งออกเป็นเครื่องยนต์ที่ใช้การจุดระเบิดด้วยประกายไฟ ซึ่งต้องใช้หัวเทียนเพื่อเริ่มการเผาไหม้ และเครื่องยนต์ที่ใช้การจุดระเบิดด้วยการอัด (เครื่องยนต์ดีเซล) ซึ่งจะอัดอากาศแล้วฉีดเชื้อเพลิงดีเซลเข้าไปในส่วนผสมของอากาศอัดที่ให้ความร้อนซึ่งจะติดไฟอัตโนมัติ เครื่องยนต์ที่จุดระเบิดด้วยการอัดอาจใช้หัวเผาเพื่อปรับปรุงลักษณะการสตาร์ทขณะเครื่องเย็น

หัวเทียนมีหน้าที่หลัก 2 ประการ:

เพื่อจุดไฟส่วนผสมอากาศ/เชื้อเพลิง พลังงานไฟฟ้าจะถูกส่งผ่านหัวเทียน โดยจะกระโดดข้ามช่องว่างในปลายจุดระเบิดของปลั๊กหากแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับปลั๊กสูงเพียงพอ ประกายไฟนี้จะจุดส่วนผสมของน้ำมันเบนซิน/อากาศในห้องเผาไหม้ เพื่อขจัดความร้อนออกจากห้องเผาไหม้ หัวเทียนไม่สามารถสร้างความร้อนได้ แต่ทำได้เพียงขจัดความร้อนเท่านั้น อุณหภูมิที่ปลายปลายปลั๊กของปลั๊กจะต้องรักษาอุณหภูมิให้ต่ำพอที่จะป้องกันการลุกติดไฟล่วงหน้า แต่สูงพอที่จะป้องกันการเปรอะเปื้อน หัวเทียนทำงานเป็นตัวแลกเปลี่ยนความร้อนโดยการดึงพลังงานความร้อนที่ไม่ต้องการออกจากห้องเผาไหม้และถ่ายเทความร้อนไปยังระบบระบายความร้อนของเครื่องยนต์ ช่วงความร้อนของหัวเทียนถูกกำหนดจากความสามารถในการกระจายความร้อนออกจากปลายหัวเทียน

การดำเนินการ :

ปลั๊กเชื่อมต่อกับไฟฟ้าแรงสูงที่สร้างโดยคอยล์จุดระเบิดหรือแมกนีโต เมื่ออิเล็กตรอนไหลออกจากขดลวด ความต่างศักย์ไฟฟ้าจะเกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรดตรงกลางและอิเล็กโทรดด้านข้าง ไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลได้เนื่องจากเชื้อเพลิงและอากาศในช่องว่างนั้นเป็นฉนวน แต่เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอีก โครงสร้างของก๊าซระหว่างอิเล็กโทรดก็เริ่มเปลี่ยนแปลง เมื่อแรงดันไฟฟ้าเกินความเป็นฉนวนของก๊าซ ก๊าซจะแตกตัวเป็นไอออน ก๊าซไอออไนซ์จะกลายเป็นตัวนำและปล่อยให้อิเล็กตรอนไหลผ่านช่องว่าง หัวเทียนมักจะต้องใช้แรงดันไฟฟ้าเกิน 20,000 โวลต์จึงจะ 'ยิง' ได้อย่างเหมาะสม

เมื่อกระแสอิเล็กตรอนพุ่งข้ามช่องว่าง อุณหภูมิของช่องประกายไฟจะเพิ่มเป็น 60,000 เคลวิน ความร้อนที่รุนแรงในช่องประกายไฟทำให้ก๊าซไอออไนซ์ขยายตัวเร็วมาก เหมือนกับการระเบิดขนาดเล็ก นี่คือเสียง "คลิก" ที่ได้ยินเมื่อสังเกตประกายไฟ คล้ายกับฟ้าผ่าและฟ้าร้อง

ความร้อนและความดันบังคับให้ก๊าซทำปฏิกิริยากัน และเมื่อสิ้นสุดเหตุการณ์ประกายไฟ ควรมีลูกไฟเล็กๆ อยู่ในช่องว่างประกายไฟ ขณะที่ก๊าซเผาไหม้ด้วยตัวมันเอง ขนาดของลูกไฟหรือเคอร์เนลนี้ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบที่แน่นอนของส่วนผสมระหว่างอิเล็กโทรดและระดับความปั่นป่วนของห้องเผาไหม้ในขณะที่เกิดประกายไฟ เคอร์เนลขนาดเล็กจะทำให้เครื่องยนต์ทำงานราวกับว่าจังหวะการจุดระเบิดถูกหน่วง และเคอร์เนลขนาดใหญ่ราวกับว่าจังหวะเวลานั้นก้าวหน้าไป