شاید اسم پیستون را زیاد شنیده باشید که البته قطعه ای حیاتی در به حرکت در آوردن خودرو هم هست. اگر بخواهیم به زبان ساده بگوییم که پیستون دقیقا چه کاری انجام می دهد، باید بگوییم که پیستون انرژی حاصل از احتراق سوخت در موتور را به حرکت رفت و برگشتی تبدیل می کند و در نهایت این حرکت، به چرخ‌ها و به صورت حرکت چرخشی منتقل می‌شود. در این مقاله قصد داریم برای آشنایی بیشتر شما با پیستون به عنوان یک راننده حرفه ای بپردازیم و از عملکرد و جنس و انواع آن تا دلایل خرابی و نشانه های آن صحبت کنیم. با ما همراه باشید.
پیستون چیست؟
پیستون (Piston) قطعه ای تقریباً استوانه ای شکل است که داخل سیلندر حرکت رفت و برگشتی انجام می دهد. این حرکت پیستون باعث به وجود آمدن چهار عمل اصلی موتور می گردد. چند شیار در قسمت سر پیستون قرار دارد که محل نصب رینگ های آن است و فضای بالای پیستون را نسبت به محفظه ی کارتر آب بندی می کند. در روی پیستون سوراخی برای قرار گرفتن گژن پین جهت اتصال به شاتون تعبیه شده است.
جهت افزایش قدرت و کشش خودرو از چندین سیلندر و پیستون در خودرو استفاده می کنند. مثلا در دو مدل خودرو با اندازه پیستون های مشابه ، خودرویی که دارای پیستون بیشتری است ، قدرت بیشتری خواهد داشت. بدیهی است که در بلوک سیلندر یک خودرو ، به تعداد پیستون های آن بوش سیلندر تعبیه شده است بنابراین هرچقدر تعداد پیستون های یک خودرو بیشتر شود ، حجم و اندازه بلوک سیلندر آن خودرو نیز افزایش پیدا می کند. مثلا اگر گفته شود خودرویی 4 سیلندر است ، بلوک سیلندر آن ظرفیت قرارگیری 4 پیستون داخل آن را دارا است.
جنس پیستون
جنس پیستون ها از چدن یا آلومینیم است پیستون های چدنی بدنه ای بزرگ تر و سنگین تر دارند. از آن ها در بعضی از خودرو های دیزلی پر قدرت استفاده می شود. در این پیستون ها، ممکن است اتاق احتراق روی سر پیستون باشد.
امروزه در خودرو های سواری و حتی موتور های دیزلی، از پیستون های آلومینیمی، به دلیل سبکی و انتقال حرارت بهتر استفاده می گردد، که به دو روش ریخته گری یا آهنگری ساخته می شوند. گرچه امروزه پیستون های آلومینیمی ریختگی رواج بیشتری دارند اما نوع آهنگری آن برای موتور های سنگین و پر قدرت استفاده می شود.
پیستون ریختگی متخلخل است و برای دوران بیش از ۵۰۰۰ دور بر دقیقه (PRM) مقاوم نیست. در حالی که پیستون ساخته شده به وسیله آهنگری بدنه ای فشرده و متراکم دارد و حدود ۷۰% مقاومتر از نوع ریختگی آن است.
این نوع پیستون ها، انتقال حرارت بهتری دارند. از معایب پیستون های آلومینیمی، انبساط زیاد بدنه ی آن است که طراحان مجبور می شوند برای جلوگیری از گریپاژ، پیستون را با لقی زیاد بسازند، مگر آن که با طرح هایی این انبساط را کاهش دهند. با اضافه کردن درصدی سیلیکون به آلومینیم ( حدود ۱۶ % ) مقدار انبساط حرارتی به نحو چشم گیری کاهش می یابد. بنابراین پیستون با لقی کمتری ساخته می شود.
در مواقعی در راستای گژنپین قطر پیستون را کمتر در نظر می گیرند تا پیستون در حالت سرد کمی متمایل به بیضی شود تا این که در دما های بالا پیستون حالت گرد به خود بگیرد.
از طرف دیگر، پیستون سیلیکون دار ترد و شکننده اند و هنگام پرس کردن گژنپین خطر شکستن پیستون وجود دارد. قسمت سر پیستون که محل قرار گرفتن رینگ های آن است کاملاً دایره ای شکل است و در معرض حرارت بیشتری قرار دارد. به همین منظور قطر آن را حدود ۰٫۵ تا ۰٫۷ میلی متر کوچک تر از قطر دامنه ی پیستون طراحی می کنند.
مزایا و معایب انواع جنس پیستون
آلیاژ آلومینیوم:
مزایا : سبکی وزن- انتقال حرارت بالا- شکل پذیری
معایب : انبساط زیاد در برابر حرارت- قیمت گران
آلیاژ چدن:
مزایا : مقاوم در برابر حرارت و فشار بالا- انبساط کم- مقاوم در برابر سایش- قیمت ارزان.
قسمت های اصلی شامل تاج، دامنه، و رینگ پیستون، سوراخ گژنپین و رینگ پیستون است. بخش بالایی آن نیز به شکل های مختلف ساخته می شود. سطح بالایی بعضی از آن ها به صورت صاف و مسطح، بعضی به صورت گنبدی و بعضی هم به صورت مقعر است. با وجود این، طراحی موتور، سیلندر، سر سیلندر، محفظه احتراق و مدل سوپاپ، تعیین کننده نهایی شکل این قطعه است.
انواع پیستون
پیستون‌ها از دیدگاه‌های مختلفی تقسیم‌بندی می‌شوند که یکی از این دسته‌بندی‌ها بر اساس نوع موتور است. پیستون‌ها از این منظر به دو نوع دو زمانه و چهار زمانه تقسیم می‌شوند.
پیستونهای دو زمانه
این پیستون‌ها برای موتورهای کوچک و موتورسیکلت‌ها استفاده شده و به دلیل ماهیت عملکرد موتورهای دو زمانه، در معرض بارهای شدید مکانیکی و حرارتی قرار می‌گیرند.
پیستونهای چهار زمانه
این پیستون‌ها عمدتا در خودروهای سواری و سبک استفاده می‌گردد.
انواع اشکال پیستون خودرو های سواری و سبک (چهار زمانه)
پیستون ریخته گری شده
دارای دوام زیاد و صرفه اقتصادی برای موتور های بنزینی و گازوییلی می باشد. در این پیستون تاج پیستون ، محل رینگ ها و دامن پیستون به صورت یک واحد و یک جا ساخته می شود.
پیستون ماشین کاری شده
استحکام با توجه به مراحل تولید افزایش یافته است. این به این معناست که امکان کم کردن مقطع و کاهش وزن پیستون وجود دارد. این پیستون بیشتر در موتور های مسابقه ای و موتور هایی که در معرض بار سنگین قرار دارند استفاده می شود.
پیستون اتوترمیک
دارای نوار فولادی ریخته گری شده و همچنین یک چاک در بدنه است که از ناحیه رینگ تا دامن پیستون کشیده شده.این پیستون ها حرکت نرمی در داخل سیلندر دارند.
دلایل خرابی پیستون
وقتی از یک قطعه مکانیکی صحبت می‌کنیم، باید دلیل خرابی‌های رایج آن را بیش از همه چیز در استفاده ناصحیح جست‌وجو کنیم. استفاده ناصحیح از پیستون و مشتقاتش می‌تواند از مواردی مانند مشکل در سیستم روغن‌کاری، استفاده از روغن نامناسب برای خودرو، وجود مشکل در سیستم خنک‌کاری و رانندگی با دور موتور بالا به مدت طولانی نشات بگیرد. یکی از ایراداتی که مستقیما به پیستون ربطی ندارد ولی در اثر بروز آن می‌تواند پیستون را هم خراب کند، بریدن تسمه تایم است. وقتی تسمه تایم ببرد، ریتم باز و بسته شدن سوپاپ ها بهم می‌ریزد و اگر دور موتور بالا باشد، بسته به طراحی موتور به احتمال زیاد سوپاپ با سطح رویی پیستون برخورد می‌کند و غیر از شکسته شدن خود سوپاپ باعث آسیب دیدن پیستون هم می‌شود.
البته در بعضی موتورها مثل موتور پراید، به واسطه مدل جانمایی پیستون‌ها و سوپاپ‌ها، حتی اگر تسمه تایم در دور بالا هم ببرد باعث برخورد این دو عضو به هم دیگر نمی‌شود ولی در اکثر خودروها مثل خودروهایی که از موتورهای پژویی استفاده می‌کنند، اگر این اتفاق بیافتد قطعا خساراتی سنگینی به موتور وارد خواهد شد.
انواع خرابی‌های پیستون
ذوب شدگی پیستون
حرارت بالا می‌تواند منجر به ذوب شدن پیستون گردد که می‌تواند ناشی از موارد ذیل باشد:
• زمان تزریق اشتباه • درزبندی نامناسب • تاخیر احتراق • خرابی نازل‌های تزریق • حجم تزریق اشتباه
ترک‌خوردگی
ترک‌خوردگی از دیگر خرابی‌های رایج پیستون است که می‌تواند بر اثر عوامل زیر به وجود آید:
• نازل تزریق خراب • فشار ناکافی • زمان تزریق اشتباه • حجم تزریق اشتباه • ریخته‌گری اشتباه • خنک‌سازی ناکافی • بار بیش از حد
خرابی رینگ
همانطور که عنوان شد رینگ‌ها، وظایف بسیار حیاتی را برعهده دارند که موارد زیر می‌تواند به آسیب رینگ‌های منجر شود:
• مشکلات موجود در مونتاژ اولیه • سرریز شدن سوخت • فرسایش محوری مهره رینگ • صاف شدن رینگ
فرسایش شعاعی پیستون
فرسایش شعاعی می‌تواند ناشی از موارد ذیل باشد:
• اختلال در احتراق • فشار ناکافی فشرده سازی • ابعاد اشتباه پیستون • وجود مواد خورنده
چگونه از پیستون و مشتقاتش مراقبت کنیم؟
اعضای متحرک داخل موتور من‌جمله پیستون، سوپاپ، میل لنگ و ... به دلیل سرعت بالا و فاصله نزدیکی که نسبت به دیگر اجزا مجاور خود دارند باید دائما روغن‌کاری شوند و در کنار آن در حرارت ایده‌آل کار کنند. روغن کاری باعث می‌شود تا حرکت آن‌ها روانتر باشد و اصطکاک به حداقل برسد و خنک‌کاری باعث می‌شود تا این قطعات فلزی به‌واسطه افزایش دما منبسط نشوند و عملکردشان دچار مشکل نشود.
از روانکار درست و استاندارد و مناسب موتور را استفاده کنید، از فشار آوردن بیهوده به موتور و نگه‌داشتن آن در دورهای بالا برای مدت طولانی بپرهیزید، از دنده معکوس‌های ناگهانی که باعث ایجاد تنش شدید در اجزا می‌شود بپرهیزید و سیستم خنک‌کاری (فن و رادیاتور و کولانت و ترموستات و واترپمپ) را به‌صورت مرتب کنترل کنید، مطمئن باشید که اجزای داخلی موتور و به‌خصوص پیستون و شاتون و رینگ پیستون و گژنپین عمری بسیار طولانی خواهند داشت.
