عملکرد پیستون
عملکرد پیستون
پیستون قطعه ای استوانه ای است که به شاتون متصل می شود و در انواع موتور احتراقی وجود دارد که از طریق جریان رفت و برگشت در سیلندر عمل می کند. این حضور ثابت و همیشگی از اهمیت و نقش آن‌ها در عملکرد خودرو تاثیر می‌گیرد. درواقع، آن را باید قلب موتور دانست. وزن این قطعه، ۴۵۳ گرم، معادل یک پوند است. و قطر آن بین ۳ تا ۴ اینچ (۷۶ تا ۱۲۲ میلیمتر) متغیر است.
نقش پیستون در خودرو
پیستون قطعه‌ای استوانه‌ای شکل که یک سرش بسته و سر دیگرش باز است. طول این استوانه کمی بیشتر از قطرش است. البته قطر پیستون در سطح پایینی آن یعنی سطح بازش کمی کمتر از سطح بالایی آن است. این قطعه که عمل رفت و برگشت را درون سیلندر موتور انجام می‌دهد، منجر به تراکم مخلوط سوخت و هوا می‌شود و این مخلوط را برای فرایند احتراق آماده می کند. پیستون ها معمولا سبک با توان انتقال حرارتی بالا ساخته می‌شوند. قدرت انتقال حرارت در این قطعه بسیار حیاتی است، چرا که ممکن است بالا رفتن دمای آن تحت تاثیر دمای محفظه احتراق منجر به چسبیدنش به دیواره سیلندر و اختلال در عملکرد موتور خودرو شود.
قسمت‌های اصلی پیستون
قسمت‌های اصلی پیستون ها، انواع مختلف و متفاوتی ندارند. اما شکل آن‌ها بسته به نوع موتور، نوع سوخت، سیلندرها، سرسیلندر و… تغییر می‌کند. این قسمت ها عبارتند از:
تاج: بخش فوقانی پیستون که یکی از قسمت‌های متغیر آن است و با مخلوط هوا و گاز برخورد دارد. طراحی صحیح و متناسب این بخش نسبت به سیلندر و محفظه احتراق در کیفیت اختلاط هوا و سوخت، احتراق و در نتیجه قدرت تولید شده توسط موتور تاثیر دارد.
دامنه: بخش پایینی پیستون که با سه حالت بدون برش، با برش سطحی و با برش کامل طراحی می‌شود و با شاتون و میل‌لنگ در ارتباط است. دامنه پیستون گاهی قطر کمتری نسبت به تاج آن دارد. این اختلاف قطر بین نیم تا ۷دهم میلی متر است.
شیار رینگ: در قسمت بالای دامنه طراحی می‌شوند و محل قرار گرفتن رینگ‌ها را فراهم می‌کنند.
سوراخ گژن پین: این بخش محل قرار دادن گژن پین است. این قطعه که انگشتی نیز نامیده می‌شود میله‌ای توخالی است که برای برقراری ارتباط پیستون با شاتون به کار می‌رود.
پیستون چگونه کار می کند؟
این قطعه، داخل سوراخ های موجود در بوش سیلندر به شکل عمودی حرکت می کند. حرکت عمودی آن داخل سیلندر به وسیله شاتون، به حرکت چرخشی، تبدیل و به میل لنگ منتقل می شود. برای افزایش قدرت و کشش، از چندین سیلندر و پیستون در خودرو استفاده می شود. به طور مثال اگر دو خودرو با وضعیت یکسان، با اندازه پیستون های معین دارید، خودرویی که تعداد بیشتری از این قطعه دارد، قدرت بیشتری تولید می کند.
با افزایش تعداد این قطعه، اندازه بلوک سیلندر هم افزایش می یابد؛ میل لنگ نیز با توجه به تعداد سیلندرهای خودرو، امکان پذیرش شاتون را خواهد داشت. این قطعه در واقع در مرکز و قلب موتور قرار دارد و زمانی می توان آن را مشاهده کرد که درب سوپاپ و سر سیلندر باز شده باشد. شکل و تعداد قرارگیری سوپاپ ها در سیلندرهای خودرو متفاوت است.
در قسمت فوقانی آن، محفظه احتراق قرار دارد که مخلوط سوخت و هوا در آن فشرده می شود. شم ، این مخلوط را با جرقه ای کوچک منفجر می کند و انرژی حاصل، موجب حرکت پیستون به پایین می شود. رینگ ها نقشی مهم را ایفا می کنند. این رینگ ها در داخل شیارهای پیستون قرار دارند و از خروج مخلوط سوخت و هوا از بالای محفظه احتراق جلوگیری می کنند تا فرآیند انفجار و حرکت پیستون به سهولت انجام شود.
بعضی سیلندرها یک سوپاپ ورودی و یک سوپاپ خروجی دارند که آن ها را سیلندرهای دو پایه می گویند. برخی خودروها نیز سیلندرهایی دارند که دارای دو سوپاپ ورودی و دو سوپاپ خروجی هستند که آن ها را سیلندرهای چهارسو پاپه می نامند.
بعضی خودروها دارای سیستم سوپاپ و تایمینگ متغیر هستند. در این خودروها با توجه به سیستم سوپاپ، شیارهایی درپیستون ایجاد می شود که از برخورد سوپاپ ها با این قطعه جلوگیری می کنند. همچنین اگر تسمه تایم پاره شود و زمان بندی سوپاپ به هم بخورد، این شیارها، مانع از آسیب به پیستون و سوپاپ می شوند.
رینگ پیستون
رینگ پیستون حلقه‌ای است که درون شیارهای رینگ قرار می‌گیرد. این حلقه‌های فلزی که از جنس چدن خاکستری هستند در برابر گرما مقاومت بالایی دارند و همچنین از خاصیت ارتجاعی برخوردارند. کارکرد رینگ های متراکم، جلوگیری از خروج گاز است، در حالی که رینگ های روغن، میزان روغن روی جداره آن را کنترل می کنند وظایف رینگ بدین صورت است:
– کاهش سطح تماس پیستون و دیواره سیلندر و در نتیجه کاهش اصطکاک و فرسایش این دو.
– روغن‌کاری دیواره سیلندر و پیستون و فاصله لقی آن‌ها.
– عایق‌بندی محفظه احتراق و جلوگیری از نشت گاز‌ها از آن.
– جلوگیری از ورود آب و مایعات خنک کننده فضای کارتر به درون محفظه احتراق.
– کنترل روغن روی جداره سیلندر و شاتون و ممانعت از ورود روغن به محفظه احتراق.
– انتقال گرمای پیستون به سیلندر.
دلایل خرابی پیستون
پیستون ممکن است دچار نواقص و مشکلاتی شوند که هریک دلایل خاص خود را دارند:
۱. ذوب شدگی
دلایل ذوب شدگی عبارتند از :
– زمان‌بندی اشتباه تزریق سوخت
– درزبندی ناقص بین سیلندر و پیستون
– زمان‌بندی نادرست احتراق و تاخیر در آن
– خرابی و عملکرد ناقص نازل‌های تزریق
– تزریق بیش از اندازه و یا کمتر از حد مورد نیاز
۲. ترک خوردگی
جنس برخی پیستون‌ها خاصیت شکنندگی آن‌ها را افزایش می‌دهد. ترک خوردگی از این خاصیت ناشی می‌شود. علاوه بر اینکه تمام عوامل ایجاد ذوب شدگی درپیستون می‌توانند باعث شکستگی و ترک‌خوردگی آن ها شوند، عوامل دیگری نیز در بروز این مشکل نقش دارند. مانند: ریخته‌گری ناصحیح پیستون، خنک کردن کمتر از میزان لازم توسط روغن موجود در فضای کارتر و سیستم خنک کننده و همچنین تنظیم نبود فشار وارده به پیستون که می‌تواند از تنظیم نبودن میزان تزریق و یا زمان‌بندی احتراق نشات بگیرد منجر به ترک خوردگی پیستون شود.
۳. فرسایش شعاعی
فرسایش شعاعی به معنای سایش سطح دیواره یا کناره‌های دامنه و تاج پیستون و خوردگی آن‌ها شود. این مشکل تعادل لقی پیستون درون سیلندر را برهم زده و از حالت متوازن و یکسان خارج می‌کند. فرسایش شعاعی پیستون می‌تواند منجر به آسیب دیدن سیلندر و یا بوش سیلندر شود. این معضل نیز ممکن است به دلایل زیر ایجاد شود:
– فشرده سازی ناقص و ایجاد فشار کمتر از حد نیاز در این فرایند
– احتراق ناقص و ناصحیح
– اندازه و ابعاد نامتناسب با سیلندر
– وجود مواد خورنده درون روغن
۴. خرابی‌های رینگ
خرابی‌ها و نواقص رینگ‌ها می‌تواند منجر به مشکلاتی در کار پیستون شود. خرابی‌های رینگ می‌توانند شامل موارد زیر باشد:
– صاف شدن کناره رینگ
– عدم درز‌گیری کامل و نفوذ سوخت از کناره‌های آن
خرابی رینگ‌ها و نقص عملکرد آن‌ها ممکن است در اثر نقص مونتاژ موتور باشد. همچنین رینگ‌ها اگر روغن را از روی سطح سیلندر به صورت کامل پاک‌سازی نکنند منجر به روغن‌سوزی درون محفظه احتراق می گردند.
