پیستون چیست؟
خرابی پیستون خودرو یکی از بدترین اتفاقاتی است که می تواند هر راننده خودرویی آنرا تجربه کند. این خرابی باعث مختل شدن عملکرد احتراقی خودرو شده و در نتیجه نیروی لازم به چرخها انتقال داده نمی شود.
پیستون یکی از مهم ترین اجزای موتور احتراق داخلی بوده و بنابراین خرابی پیستون خودرو می تواند کل عملکرد سیستم را مختل کند. اگر بخواهیم این قطعه را به صورت مختصر توصیف کنیم، یک قطعه استوانه ای شکل است که با متصل شدن به شاتون در داخل سیلندر، دارای حرکت رفت و برگشتی است.
در هنگام بالا رفتن این قطعه، سوخت متراکم شده و پس از احتراق، به سمت پایین حرکت می کند. در واقع وظیفه پیستون آماده کردن مخلوط سوخت و هوا برای انجام فرآیند احتراق است.
اگر بخواهیم کمی کاملتر توضیح دهیم، پیستون یک قطعه استوانه ای شکل و توخالی است. طولش کمی بیشتر از قطرش بوده و یک سر آن باز و سر دیگرش بسته است. به عبارتی دیگر، پیستون یک دیسک در حال حرکت است که داخل سیلندر بوده که از یک عایق گازی تشکیل شده است.
این دیسک داخل سیلندر حرکت می کند و درون سیلندر منبسط و منقبض می شود. در اثر این حرکت رفت و برگشتی، انرژی گرما به انرژی مکانیکی و برعکس تبدیل می شود. پس پیستونها از حیاتی ترین اجزای موتور های احتراق داخلی محسوب می شوند. (برای آشنایی بیشتر با سیستم احتراق ماشین، مقاله تحت عنوان “علائم خرابی سیستم احتراق خودرو” را مطالعه کنید).
بنابر توضیحاتی که در مورد عملکرد پیستون در خودرو دادیم، این قطعه معمولا با توان انتقال حرارتی بالا ساخته می شود و هم چنین دارای قدرت انتقال دمایی بسیار بالا نیز است. این خصوصیات به این دلیل است که در اثر بالا رفتن بیش از حد دما، این قطعه به دیواره سیلندر نچسبد و عملکرد موتور را مختل نکند.
اگر برایتان سوال است که تا چه میزان دما در اثر کارکرد این قطعه ایجاد می شود، باید بگوییم که نیرویی که در حرکت انبساطی به کف پیستون وارد می شود، تا 1800 نیوتون قدرت دارد. در صورتی که با سرعت بالایی در حال رانندگی باشید، در هر سیلندر، این اتفاق 30 تا 40 بار در ثانیه رخ میدهد. دمایی که در این فرآیند تولید می شود، 2200 درجه سانتیگراد است.
تولید همین میزان زیاد دما می تواند یک دلیل خطرناک برای خرابی پیستون خودرو باشد.
پیستون ها معمولا از آلیاژ آلومینیوم چدنی ساخته می شوند.
امروزه این پیستون های آلومینیومی به دو روش ریخته گری یا آهنگری ساخته می شوند که از نوع آهنگری آن در موتور های پرقدرت و سنگین استفاده می کنند.
پیستون های آلومینیومی انتقال حرارتی بالایی دارند. البته به دلیل انبساط زیاد بدنه آنها، سازندگان مجبور می شوند برای جلوگیری از گریپاژ، پیستون را با لقی زیاد بسازند. البته با اضافه کردن مقداری سیلیکون به آلومینیوم، این انبساط در اثر حرارت به میزان چشمگیری کاهش می یابد.
اضافه کردن سیلیکون به آلومینیوم، از طرفی باعث ترد و شکننده شدن پیستون شده و در این صورت، خطر شکسته شدن و خرابی پیستون خودرو هنگام پرس کردن گژنپین وجود دارد.
پیستون علاوه بر ترکیب مخلوط سوخت و هوا، به خروج دود ناشی از احتراق از سیلندر هم کمک می کند.
در واقع با روشن شدن موتور، نیرویی به پیستون وارد می شود که باعث می شود به صورت خطی بالا و پایین برود. در هنگام پایین آمدن، در اثر فشار گاز های ناشی از احتراق، نیرویی که از انفجار هوا و سوخت ناشی می شود را به دیگر بخش های موتور انتقال می دهد.
شاتون این نیرو را به میل لنگ منتقل می کند و این حرکت خطی به نیروی چرخشی تبدیل می شود.
سر باز پیستون به شاتون و میل لنگ متصل است. این سر باز، سر پایینی پیستون بوده و سر بالایی آن نیز با محفظه احتراق در تماس است.
برای اینکه پیستون گرما را به کار تبدیل کتد، یک روند چرخه ای را طی می کند. در واقع با وارد شدن حرارت به گاز داخل سیلندر، حجم گاز در سیلندر افزایش می یابد و با خارج شدن گرما از سیلندر، فشار گاز کاهش یافته و با اینکار، گاز راحتتر فشرده می شود. با وارد شدن نیرو به پیستون، پیستون فشرده شده و دوباره به حالت اولیه خود بر می گردد. و یک چرخه دیگر را طی می کند.
در این چرخه، پیستون در واقع یک صفحه فلزی است که هیچ هوا یا سوختی از کنار آن فرار نمی کند. چرخه ای که به آن اشاره کردیم، از بالای سیلندر شروع شده و این قطعه به عنوان یک دریچه عمل کرده و با باز شدن آن، هوا و سوخت وارد استوانه می شوند.
پس از طی این مرحله، پیستون دوباره به سمت پایین حرکت می کند تا این مخلوط را فشرده کند و این فشرده سازی باعث انفجار می شود.
پس از فشرده شدن این مخلوط برای شروع عملیات انفجار، شمع جرقه زده و نیروی ناشی از انفجار، پیستون را به حرکت در می آورد. سپس دریچه اگزوز باز می شود تا سوخت سوزانده شده و دود از سیلندر خارج شود.
همزمان با حرکت خطی و رو به بالا و پایین پیستون، این حرکت عمودی به بالای میله اتصال نیز وارد می شود. از آنجایی که قسمت زیرین میله در موقعیت ثابتی نیست، باعث می شود به جای حرکت خطی، یک حرکت دایره ای شکل داشته باشد. همین حرکت دایره ای، گشتاوری به لاستیک ها وارد کرده و آنها را به حرکت در می آورد.
پس حالا که با پیستون و نقش آن در عملکرد خودروی خودتان آشنا شدید، حتما متوجه شدید که بدون این قطعه و یا در اثر خرابی پیستون خودرو، عملیات احتراق و به تبع آن، حرکت ماشین مختل شده و صورت نمی پذیرد.
ما در ادامه این مقاله به معرفی اجزای مختلف و نشانه ها و علائم خرابی پیستون خودرو پرداخته ایم. پس تا آخر این مقاله با ما همراه باشید.
قسمت های اصلی پیستون
در این بخش قصد داریم قسمت های اصلی پیستون را به شما معرفی کنیم که خرابی هر کدام از آنها باعث خرابی پیستون خودرو می شود.
این اجزا به صورت زیر می باشند:
در ادامه، به توضیح مختصری در مورد هر کدام از موارد فوق که جزو لوازم یدکی خودرو محسوب می شوند، خواهیم پرداخت.
تاج: یکی از عواملی که می تواند موجب خرابی پیستون خودرو بشود، فرسودگی تاج آن است. این قطعه بخش فوقانی پیستون است و یک قسمت متحرک بوده و با مخلوط هوا و گاز در تماس است. تاج باید به صورت متناسب طراحی شده باشد، زیرا در کیفیت مخلوط شدن هوا و سوخت و احتراق و به تبع آن قدرتی که توسط موتور تامین می شود، تاثیر دارد.
دامنه: قسمت پایینی پیستون که با شاتون و میل لنگ در ارتباط است، دامنه نام دارد. این قطعه در سه حالت بدون برش، با برش سطحی و یا برش کامل طراحی می شود. خرابی دامنه نیز می تواند از دیگر عوامل خرابی پیستون خودرو باشد.
شیار رینگ: شیار ها در قسمت بالایی دامنه قرار دارند و همان طور که از اسمشان پیداست، رینگ ها در داخل آنها قرار می گیرند. خرابی این شیار ها نیز می تواند باعث خرابی پیستون خودرو بشود.
جنس رینگ ها از چدن بوده و وظایف زیر را بر عهده دارند:
سوراخ گژن پین: این قسمت محل قرار گرفتن گژن پین است. گژن پین یک میله توخالی است که به آن انگشتی هم می گویند. وظیفه آن برقراری ارتباط بین پیستون و شاتون است. پس خرابی این قطعه نیز می تواند موجب خرابی پیستون خودرو شود.
بر اساس نوع طراحی تاج، پیستون ها به سه دسته پیستون سرصاف، پیستون با سر محدب و پیستون با سر مقعر دسته بندی می شوند.
در پیستون های سرصاف که ساده ترین نوع این دسته بندی هستند، سر تاج صاف و یکدست است.
در پیستون های سر محدب، سر تاج شکلی گنبدی دارد. این پیستونها هم سبکتر بوده و هم استحکام بیشتری دارند.
دسته سوم که پیستون های سر مقعر بودند، دارای سطح تاج گود و مقعر هستند.
همانطور که قبلا هم گفته شد، پیستون های آلومینیومی دارای ضریب انبساط بالایی هستند. به همین دلیل آنها را در شکل های خاصی می سازند تا از انبساط بیش از اندازه آنها جلوگیری شود.
بر این اساس، پیستونها به صورت زیر دسته بندی می شوند:
در نوع اول این دسته بندی، شکاف در زیر شیار رینگ روغن قرار دارد. این شکاف از انتقال حرارت تاج به دامنه پیستون جلوگیری می کند.
در پیستون با شکاف عمودی، شکاف در طول پیستون و قسمت دامنه ایجاد می شود. این شکاف انبساط پیستون را کنترل می کند.
در پیستون با تیغه فولادی نیز تیغه ها برای تقویت دامنه مورد استفاده قرار می گیرند. جنس این تیغه ها از نیکل، فولاد و کربن است. به این تیغه ها “اینوار” می گویند.
علائم خرابی پیستون خودرو
موارد متعددی می توانند منجر به خرابی پیستون خودرو بشوند، که در این بخش آنها را معرفی می کنیم.
بوش، رینگ و پیستون قطعاتی هستند که در کنار یکدیگر و در تعامل با هم کار می کنند.
علاوه بر مخلوط کردن ترکیب سوخت و هوا و جذب و انتقال نیرو به شاتون و میل لنگ که وظیفه بوش و پیستون بود، رینگ از ورود روغن موتور به محفظه احتراق جلوگیری می کند. در واقع رینگ جلوی روغن سوزی و خروج دود آبی از اگزوز را می گیرد.
همچنین رینگ از انتقال حرارت به روغن موتور جلوگیری می کند.
متداول ترین نشانه خرابی این سه قطعه، روغن سوزی موتور است. همانطور که گفتیم، در این مواقع دود آبی از اگزوز خارح می شود. ولی اگر همراه با این دود صدای غیر عادی از موتور شنیده شود و موتور درست کار نکند، احتمالا رینگ پیستون شکسته شده است.
کم شدن قدرت موتور نیز می تواند علامتی از خرابی پیستون خودرو به شمار بیاید.
از آنجایی که پیستون به انواع دیگر قطعات سیستم ماشین در ارتباط است، پس فرسودگی اجزای مختلف می توانند نقش تعیین کننده ای در خرابی پیستون خودرو داشته باشند. بنابراین می توانند موجب بروز خسارت های هنگفتی شده و در صورتی که خودرو خارجی باشد (مثل بنز، هیوندا، بی ام و …)، این هزینه ها چندین برابر خواهند شد.
اگر بخواهیم انواع خرابی پیستون خودرو را دسته بندی کنیم، این دسته بندی را به صورت زیر معرفی می کنیم:
