خودرو

*پیستون

پیستون قطعه ای است استوانه ای شکل که درداخل سیلندر با اتصال داشتن به شاتون حرکت رفت وبرگشتی دارد. پیستون قطعه اصلی موتوراست که چهارعمل اصلی موتوررافراهم میکند.

 پیستون ایده آل بایداستوانه کامل باشدولی درحقیقت چنین نیست.مقطع پیستون،دایره شکل یاکمی بیضی شکل ساخته میشود. پیستون بیضی شکل وقتی گرم شودبه حالت دایره ای کامل درمی آید.برای سهولت حرکت پیستون درسیلندروجلوگیری ازگیرکردن آن دراثرانبساط درسیلندر،لازم است لقی کمی بین پیستون وسیلندر پیشبینی شود.دراین فاصله کم،قشرنازکی ازروغن قرارمیگیرد وفاصله راپرمیکند.ضمن آنکه اصطکاک ایجادشده راتقلیل میدهد،ازسایشسریع آن دونیز می کاهدو موجب تبادل حرارت میگردد.مقدارلقی پیستون درحالت سردبودن موتور،زیادتراست،ولی باگرم شدن موتور پیستون سریعتر انبساط پیداکرده،لقی آن باسیلندر کمترمیشود.علت انبساط بیشترپیستون دوعامل است:یکی گرمای بیشتری که به پیستون تاثیرمیکندودیگری ضریب انبساط زیادترپیستون آلومینیمی نسبت به سیلندر چدنی.پیستونهای بیضی شکل که برای جلوگیری ازچسبیدن پیستون به سیلندر(گریپاژ)ساخته میشودبا ابعاد خاصی طرح میگرددبطوری که قطرپیستون که درمحور تکیه گاه گژن پین قرارداردبه اندازه 0/15 میلیمتر ازقطردیگرکوچکتراست وقطرپیستون درروی محور45 درجه ای نسبت به محور0/075 میلیمتر،کوچکترازبزرگترین قطرپیستون است.

*پیستونهای آلومینیمی

ازآلیاژهای آلومینیم،به خاطرسبکی وزن وانتقال بهترگرما درساختن پیستونها استفاده میشود.اما درگرمای مساوی با پیستون چدنی مشابه دوبرابرمنبسط میشوند.بنابراین پیش بینی هایی درساختمان پیستونهای آلومینیمی به عمل می آیدتاازانبساط بیش ازاندازه آن جلوگیری شود.

آلیاژآلومینیم سیلیسیم،انبساط کمتری داردودرپیستون سازی مصرف میشود.برای آلیلژهای دیگر،طرحهای ساختمانی مختلفی به کارمیبرند که فقط به دو روش آن اشاره میشود:

1-پیستون شکافدار T شکل بامقطع بیضی.

2-پیستون باتیغه محافظ اینوار(INVAR)

 فلز اینوار،آلیاژفولاد نیکل داراست که از%36 نیکل،%63/8 آهن،%0/2 کربن تشکیل میشود.این آلیاژ درحرارتهای زیاددارای انبساط بسیارکمی است ولذاازانبساط پیستون آلومینیمی جلوگیری میکند.

*انواع دامنه پیستون:

دامنه پیستونها به سه حالت:کامل(بدون برش)،برش نیمه وبرش کامل ساخته میشود.درموتورهای شاتون کوتاه،دامنه پیستون برش کامل دارد.

شکاف افقی پیستونهادرزیر رینگها میباشد وبه عنوان سدحرارتی،ازهدایت گرمای قسمت رینگها به بدنه پیستون- که دارای حداقل بازی نسبت به سیلندراست- جلوگیری میکند.

پیستون شکافدار T شکل،دارای دوشیارافقی وعمودی هستند که شکاف افقی آنها نزدیک سرپیستون درزیررینگها وشکاف عمودی آنهادرقسمت راهنمای پیستون قراردارد.درطرف مقابل،فقط یک شکاف افقی ایجاد میشود.

شیار عمودی،ضمن ایجاد حالت ارتجاعی دربدنه پیستون درموقع انبساط ،قسمت راهنمای پیستون رامحافظتمیکند.شیاردرمقابل انبساط زیادعکس العمل نشان داده،منقبض میشود تا ازچسبیدن به سیلندر یاگژنپین جلوگیری شود.

بربدنه پیستون،درقسمتی که محورهای گژنپین قراردارد،بارزیادی وارد نمیشود.بیشترین نیروبه دامنه فعال پیستون که درسطوح عمودی برتکیه گاه گژنپین است وارد میشود.

اندازه شکاف عمودی پیستون،نشان دهنده مقدارارتجاعی بودن آن است.حالت ارتجاعی بیش ازاندازه پیستون،باعث لرزش وتکان زیادپیستون درسیلندر میشودونیزآن راازحالت اصلی خودخارج میکند.درچنین حالتی نشت گازازکناره های پیستون،افزایش یافته،روغن سوزی موتور زیادترمیشود.اگرشیارروی پیستون کاملاعمود باشد،درسیلندرخط ایجادمیشودودردیواره،برآمدگی به وجود می آید.لذاشیارراکمی مایل می سازند.

*طرف فشاری پیستون:

وقتی به حرکت پیستون وشاتون توجه کنیم،ملاحظه خواهیم کردکه نیروی فشاری احتراق زمان قدرت،درامتدادمحوراستوانه سیلندربه سرپیستون واردمیشود.لذاپیستون تمایل داردکه درسیلندربه طورکاملا موازی بامحوراستوانه،به طرف پایین حرکت کند.

ازطرف دیگر،شاتون ازقسمتی که بامیل لنگ درگیراست حرکت دورانی می نماید وازقسمتی که باپیستون درگیراست،حرکت خطی میکند. درنتیجه درهر لحظه ازحرکت پیستون وشاتون،نیرو بین آن دوتجزیه میشود که درزیر،چهارحالت ازحرکت آن رادرچهارزمان موتوربرسی میکنیم:

1-درزمان مکش:

شاتون بوسیله میل لنگ کشیده میشودوپیستون راکه به علت اصطکاک رینگها تمایل به حرکت ندارد؛بانیروی اصطکاک   2F به طرف پایین میکشد.

نیروی اصلی واردشده ازطرف شاتون به پیستون،بزرگترازنیروی اصطکاک است F>F2 که به علت حرکت زاویه ای شاتون نیروی F به دو نیروی F2وF1 تجزیه میشود.نیروی F1 به دیواره سمت راست سیلندر تحمیل میگردد.

2-درزمان تراکم:

شاتون بوسیله میل لنگ به طرف بالافشرده میشودوپیستون راکه به علت اصطکاک رینگها وفشارتراکم،تمایل به بالا رفتن نداردبانیروی F2به بالاحرکت میدهد.اما نیروی اصلی شاتون Fمیباشد که F>F2 بوده،به جهت تجزیه نیروها Fبه دو نیروی

F1وF2تجزیه میشود.

3-درزمان قدرت:

نیروی متوسط Fm به پیستون اعمال میشود وتمایل داردپیستون راموازی بامحورسیلندربه پایین حرکت دهد.ولی شاتون نیروی راتجزیه نموده،به اندازه F1 به دیواره سمت چپ وارد می کندوبه اندازه F2 هم به مصرف گشتاورموتور میرساند.نیروی F1 نیروی نسبتا زیادی است که به طرف چپ سیلندروارد میکند.

4-درزمان تخلیه:

مانندزمان تراکم عمل میکند.بااین تفاوت که پیستون بانیروی کمتری به طرف بالافشرده میشود.

باتوجه به دیاگرام های تجزیه نیرومیتوان گفت:

((وقتی ازجلوبه موتورنگاه میکنیم به طرف چپ سیلندروپیستون نیروی زیادتری اعمال میشود)).لذابه طرف چپ سیلندر وپیستون،طرف فشاری به طرف دیگر آن طرف کم فشار میگویند.برخی ازکارخانه های اتومبیل سازی توصیه میکنند که شکاف T شکل پیستون در طرف کم فشارقرارگیردتادراثرنیروی زیاد،درپیستون تغییرشکل به وجودنیاید.درتمام موتورها که شاتون هایشان دارای سوراخ روغنکاری جانبی است این سوراخ را به طرف فشاری سیلندر قرار میدهند تادیواره رابخوبی روغن پاشی کند.

ازطرف دیگر،درسرعت های زیاد نیروهای اینرسی شاتون موثربرپیستون بیشترازنیروی احتراق است وبطورمتناوب درهرحرکت رفت وبرگشتی به دو طرف سیلندر نیرو وارو میشود.یعنی وقتی پیستون به پائین میرود به یک سمت آن وحرکت به بالا به طرف دیگرش نیروی اینرسی اثرمیکند.بنابراین ازنظرنیروی اینرسی هردوطرف پیستون به یک نسبت فشرده میشود.ولی ازنظر نیروی فشار احتراق،هردوطرف به یک نسبت به سیلندر فشرده نمیشود.بنابراین بین دو نیروی فوق الذکر بایدتفاوت قایل شد.نیروی اینرسی در سرعتهای کم اندک است ونیروی احتراق درحالت درجا کارکردن موتور-وقتی که بارخارجی ازروی موتوربرداشته شود-حداقل است.

*باتوجه به مطالب گفته شده برخی ازطراحان معتقدند که اگرطرفشکافدار پیستون درسمت فشاری سیلندرقرارگیردبه علت حالت ارتجاعی پیستون،حرکت بدون ضربه تروانطباق پیستون با سیلندر بهترخواهد بود.*

*پوشش پیستون:

پوشش پیستون برای محافظت آن ازسایش زیادبه کارمیرود.بعضی ازمواد پوششی متخلخل هستند وضمن استحکام بخشیدن به پیستون،روغن رادرخودجذب نموده،عمل روغن کاری رابهتر انجام میدهند.پوشش پیستون ممکن است قشرنازکی ازفلز قلع یاکادمیوم باشد که به علت نرم بودن آسیبی به سیلندرنمی رساند.

روکش کردن پیستون،به طریقه شیمیایی صورت میگیرد که ضمن محکم بودن لایه پوششی قسمت اندود شده متخلخل ونرم بوده،دارای مزایای زیر میشود:

1:درشروع کار،وقتی که هنوز روغن به دیواره سیلندر پاشیده نشده ازسایش زیاد سیلندروپیستون جلوگیری می کند.

2-درموتورنو پوشش به عنوان حایل،ازچسبیدن پیستون به سیلندر جلوگیری کرده،عمل آب بندی را تسریع میکند.

3-درحرارتهای خیلی زیاد که ناشی از:سرعت زیادموتور،خنک کاری ضعیف،روغنکاری ناقص،هوای خیلی گرم،بار زیادیاعدم تنظیم سوخت وبرق میباشدازگیرپاژموتورجلوگیری میکند.

*رینگهای پیستون:

رینگهای چدنی پیستون،فنرهای دایره ای شکلی هستندکه دریک محل بریدگی داشته ،درشیارپیستون حالتفنریت مناسبی رابوجود می آورند.قطردایره رینگ کمی بیشترازقطرسیلندراست وبه هنگام قرارگرفتن درشیارپیستون تماس فشاری به طرف سیلندربرقرارمیکندوموجب آب بندی محفظه احتراق نسبت به محفظه کارتل میگردد.دهانه رینگ،وقتی که درداخل سیلندرقرارداردحدود0/007 اینچ یا0/18 میلیمتر است.علت وجود فاصله دردهانه رینگها برای آنست که محلی برای انبساط رینگ درهنگام ازدیادگرماوجودداشته باشد،درغیراین صورت لبه های رینگ به هم رسیده،رینگ خم میشود.

دراین موقع به علت حرکت پیستون،رینگ درشیارمیشکند.درسرعتهای کم،رینگها عمل آب بندی رابخوبی انجام میدهندولی سرعتهای زیادبه علت برش رینگ،عمل آب بندی سیلندرکمتراست درنتیجه روغن سوزی موتورافزایش یافته،فرارگازبه کارتل بیشترمیشود.

پیستونها معمولادارای سه یاچهاررینگ هستند.دریک پیستون که دارای سه رینگ است دورینگ کمپرسی ویک رینگ روغنی می باشد.وظیفه رینگهای کمپرسی،آب بندی محفظه احتراق وجلوگیری ازنشتی گازبه محفظه کارتل ووظیفه رینگهای روغنی،جلوگیری ازنفوذروغن به اطاق احتراق است.اگردرپیستون چهاررینگ به کارروددورینگ بالاکمپرسی ودوتاپایینی روغنی است.گاهی سه رینگ کمپرسی وآخری روغن می باشد.

رینگهای روغنی،شکافدارساخته میشوندتابهترروغنهای روی سیلندررادرکورس مکش وقدرت جمع کرده،ازسوراخهای موجوددرکف شیاررینگ به کارتل بازگردانند.بنابراین اگررینگهای روغنی رسوب کربنی داشته باشندویاسوراخهای کف شیارمسدودگردد،مصرف روغن موتوربالا میرود.

*گژنپین یا انگشتی:

گژنپین،میله ای است توخالی که شاتون رابه پیستون مربوط میکند.برای آنکه درعین سخت بودن،حالت خمش نیزداشته باشدپس ازتهیه آن ازفولادبه سازی شده،سطوح خارجی آن راباروش سمانتاسیون سخت میکنند.(سخت کاری قشری).

روش های اتصال بین پیستون،شاتون وگژنپین به یکی ازحالتهای زیراست:

1-گژنپین به یکی ازتکیه گاه های پیستون به کمک پیچ ثابت میشود.

2-گژنپین به وسیله پیچ به شاتون محکم شده،ولی درتکیه گاههای پیستون آزاداست.

3-گژنپین بطورشناور،هم درتکیه گاههای پیستون وهم دربوش شاتون قراردارد.برای جلوگیری ازحرکت گژنپین وخراب کردن دیواره سیلندرازدوخارفنری استفاده میکنند.

4-گژنپین درشاتون بطور پرسی یاحرارتی محکم شده ودرروی تکیه گاههای پیستون آزاد است.دراین حالت هم حرکت احتمالی گژنپین به وسیله خار فنری که درشیار تکیه گاهها قرارمیگیرد،محدود میگردد.

 ۵-گژنپین درتکیه گاههای پیستون بطورپرسی یا حرارتی محکم شده ودرداخل بوش شاتون شناور است.دربعضی ازموتورها تکیه گاه گژنپین درست درمرکزپیستون ساخته نمیشود.بلکه کمی انحراف بین محورهای گژنپین وپیستون وجوددارد.دراین پیستونها محورگژنپین راکمی بطرف سطح فشاریپیستون،نزدیک میکنند.

اگرگژنپین دروسط پیستون قرارداشته باشد،درکورس تراکم،پیستون تاانتهای مسیرخودبادیواره سیلندرتماس پیدا می کند(طرف کم فشار).درکورس قدرت باعوض شدن جهت حرکت شاتون،تماس پیستون ازطرف کم فشارقطع میشودوپیستون باطرف پرفشارتماس میگیرد.اگرلقی بین پیستون وسیلندرزیاد باشد این تغییر جهت،ضربه شدیدی به دیواره واردمیکند.

 اگرمحورگژنپین انحراف داشته باشد،درانتهای کورس تراکم،پیستون کمی کج میشود.بطوری که انتهای آن با طرف فشاری سیلندرتماس داردوبه محض عوض شدن جهت شاتون وشروع کورس قدرت،پیستون به دیواره سیلندر،کمتر ضربه میزند.