سوپاپ ماشین و نقش آن
سوپاپ چیست و چه وظایفی دارد؟
سوپاپ در اصطلاح فرانسوی Soupape و در لغت به معنی دریچه و یکی از قطعات قارچی شکل موتور بوده که روی سیلندر و درون سر سیلندر موتور خودرو قرار میگیرد. سوپاپ یکی از اصلیترین قطعات انواع موتورهای احتراق داخلی است. و البته در موتورهای دیگری مانند پمپهای آب به کار میرود. در واقع به هر چیزی که ورود و خروج چیزی را کنترل کنند به آن سوپاپ ماشین اطلاق میشود. سوپاپ در خودرو روی سرسیلندر قرار میگیرد و ورود و خروج هوا را کنترل میکند.
به بیان دیگر این قطعه قارچی شکل وظیفه کنترل ورود هوا به درون محفظه احتراق و خروج دود از دریچههای سر سیلندر را بر عهده دارد. این هوای ورودی لازمه تشکیل مخلوط سوخت و هوا و صورت گرفتن انفجار است و هوای خروجی یا دود نیز مازاد احتراق که خروجش لازمه ادامه روند فعالیت موتور است، را بر عهده دارد.
با توجه به اینکه صورت گرفتن احتراق درون سیلندرها نیاز به فضای ایزوله و غیر قابل نفوذ دارد باید گفت وظیفه دیگر سوپاپ ماشین تامین این فضا به کمک سرسیلندر و واشر سرسیلندر است. بنابراین سوپاپها با زمان بندی مناسب در حرکت و باز و بسته کردن به موقع دریچههای بلوک سیلندر هم دود و هوا را به سمتی که باید هدایت میکنند و هم محفظه غیرقابل نفوذ احتراق را تشکیل میدهند. سوپاپ ها بر حسب نوع موتور روی سرسیلندر یا بلوک سیلندر قرار میگیرند. گاهی سوپاپ ها درون سیلندر هستند.
بنابراین یک سوپاپ ماشین خوب دارای خصوصیات زیر می باشد:
۱. دارای ضریب حرارتی بالا و تحمل حرارت است. همچنین به خوبی حرارت خود را به بدنه سرسیلندر منتقل میکند.
۲. حرارت زیاد منجر به سوختگی و یا ایجاد خوردگی در آن نمیشود.
۳. مقاومت لازم را در برابر ضربات دارد.
۴. به سرعت دچار ساییدگی نمیشود.
وظایف سوپاپ
وظیفه سوپاپ ماشین جدا کردن سر سیلندر از موتور است. سوپاپ ها وظیفه دارند در زمان های مناسب ابتدا مخلوط هوا و سوخت را وارد سیلندر سازند پس از آن در مراحل تراکم و احتراق بسته بمانند و سپس در مرحله تخلیه گاز های ناشی از احتراق را از سیلندر خارج کنند.
سوپاپ ورودی:
وقتی پیستون در حال پایین رفتن است، سوپاپ های ورودی باز می شوند تا هوا و سوخت بتوانند وارد محفظه ی احتراق شوند. وقتی پیستون به انتهای مسیر خود رسید، سوپاپ های ورودی بسته می شوند. سپس پیستون بالا آمده و مخلوط هوا و بنزین را متراکم می کنند. در حالتیکه بنزین و هوا به بیشترین تراکم خود رسیدند، از طریق جرقه شمع منفجر شده و نیروی پیشرانه را در پیستون ایجاد میکند.
سوپاپ خروجی:
پس از انفجار مخلوط هوا و سوخت، پیستون به سمت پایین هدایت میشود و پس از رسیدن آن به انتهای مسیر خود، سوپاپ های خروجی باز میشوند تا پیستون در حین بالا آمدن گازهای حاصل از انفجار سوخت را به بیرون هدایت کند ترتیب و زمانبندی باز و بسته شدن سوپاپ ها توسط زنجیر یا تسمه تایم انجام می شود که به میل لنگ متصل است.
فنر سوپاپ:
با هر بار باز شدن سوپاپ توسط بادامک، فنر سوپاپ پس از عبور بادامک، آن را به وضعیت اول باز می گرداند.
انواع سیستم سوپاپ موتور خودرو
۱. سیستم سوپاپ ایستاده دو ردیفه یا T HEAD
این روش که در خودروهای قدیمی کاربرد داشته دارای دو میل بادامک است. یکی کنترل سوپاپ های دود را بر عهده دارد و دیگری کنترل سوپاپ های گاز. مزایای این سیستم شامل سادگی طرح و راههای ورود و خروج هوا و دود، شستوشوی بهتر گازهای سوخته از اتاقک احتراق و تعداد کمتر قطعات متحرک سیستم میشود.
ولی معایب آن شامل مواردی همچون بزرگ بودن و زیاد بودن طول محفظه احتراق، حرکت سوپاپ به طرفین محفظه و در نتیجه پایین آمدن کارایی موتور، طولانی شدن مسیر شعله، بیشتر شدن عرض بلوک موتور و استفاده از دو میل بادامک را در برمیگیرد. و همچنین میتوان به هزینه بیشتر تولید آن نیز اشاره کرد.
۲. سیستم سوپاپ ایستاده یا L HEAD
این روش جدیدتر از سیستم T است و در آن همه سوپاپ های دود و گاز که به طور ایستاده در یک طرف بلوک سیلندر قرار میگیرند از یک میل سوپاپ فرمان میبرند. در این سیستم مسیر ورود و خروج گازها به شکل L است. در این سیستم محفظه احتراق کوچکتر شده و فرم پر شدن آن نیز متفاوت است. این دو در کنار هم باعث میشوند تا احتراق بهتر صورت گیرد و راندمان حجمی موتور به ۸۸ درصد برسد.
۳. سیستم سوپاپ ترکیبی یا F HEAD
در این سیستم سوپاپ گاز به حالت معلق در سرسیلندر قرار دارد و سوپاپ دود به صورت ایستاده قرار میگیرد. این حالت کمک میکند تا عمل پر شدن سیلندر توسط سوخت به علت نزولی بودن جریان آن کنترل شود. مسیر خروج دود و گاز در این سیستم به شکل F است. معمولا در موتورهای ۴ زمانه شاهد این سیستم هستیم. این سیستمها گاهی مشکل نامناسب شدن محل جرقه شمع و طولانی گشتن محل انفجار تا مرکز سیلندر را در پی دارند.
۴. سیستم سوپاپ معلق یا I HEAD
در این روش هر دو سوپاپ گاز و دود در سیلندر و معلق هستند و مسیر خروج گاز و ورود دود یک خط مستقیم به شکل I است. این سیستم راندمان حجمی موتور را به ۹۰ درصد ارتقاء میدهد. این سیستم نیز در موتورهای ۴ زمانه کاربرد بیشتری دارد. تعمیرات این سیستمها سختتر از دیگر سیستمها است اما فضای احتراق را کوچکتر کرده و فاصله انفجار تا مرکز سیلندر را تا حد امکان کاهش میدهند.
جنس سوپاپ ماشین
محل و نوع کار سوپاپ ها حاکی از آن است که این قطعات در مقابل حرارات زیادی قرار میگیرند و همچنین با سرعت زیادی کار میکنند. بنابراین در معرض فشار و فرسودگی قابل ملاحظهای قرار دارند. در این بین سوپاپ خروجی یا سوپاپ دود که با گازهای ناشی از احتراق و تقریبا شعله مداوم در تماس است حرارت بالاتری از سوپاپ ورودی یا هوا تحمل میکند.
به طوری که در مواقع کار موتور با دور بالا، ممکن است این سوپاپ ماشین به رنگ قرمز تیره شود. بنابراین سوپاپ ماشین باید مقاومت لازم در مقابل شکستگی، زنگ زدگی، تاب برداشتن و فرسودگی سریع، داشته باشد بخصوص سوپاپ های تخلیه. پس این نوع سوپاپ معمولا از آلیاژهای مخصوص فولاد با مقادیر نسبتا زیاد کروم، نیکل و سلنیوم ساخته میشود. شرایط سوپاپ های هوا بسیار خنکتر از سوپاپ های دود است بنابراین کمتر در معرض سوختن، زنگ زدن و فرسودگی قرار دارند. آنها را عموما از آلیاژ فولاد کبالت میسازند.
