فهرست مطالب
پیستون خودرو یکی از اجزای موتور احتراق داخلی است. پیستون ماشین فشار ایجاد شده از مخلوط سوخت و هوا را به نیرو تبدیل می‌کند و آن را به میل لنگ خودرو انتقال می‌دهد. پیستون خودرو در سیلندر از نفوذ هوا و سوخت بین سیلندر و پیستون جلوگیری می‌کند همچنبن با حفظ تعادل در فشار گاز عملکرد صحیج موتور را تضمین می‌کند. پیستون خودرو به عنوان یک قطعه حرکتی در سیستم سوخت و احتراق موتور انرژی حرارتی را به انرژی مکانیکی یا رفت و برگشت تبدیل می‌کند و نقش بسیار مهمی در عملکرد خودرو دارد.
خرابی پیستون خودرو باعث خسارت جبران ناپذیری به موتور خواهد شد. جنس پیستون در خودروهای سواری آلیاژ آلومینیوم و در خودروهای تجاری فولادی و چدنی است. نگهداری منظم از پیستون خودرو بسیار ضروری است تا عملکرد بهینه موتور حفظ شود و نیاز به تعویض پیستون کاهش یابد.
پیستون خودرو چیست؟
پیستون خودرو یکی از اجزای فلزی موتور است که داخل سیلندر حرکت می‌کند. هر سیلندر دارای یک پیستون در موتور است. لبه پیستون دارای حلقه هایی است که آن را محکم به دیواره سیلندر متصل می‌کنند.پیستون آلومینیومی یا چدنی توسط یک شاتون به میل لنگ متصل می‌شود و با یک پین گژن روی شاتون می‌چرخد. پیستون خودرو با حرکت بالا و پایین خود در سیلندر میله اتصال میل لنگ را وادار به چرخش می‌کند.
نیروی فشار و کشش ثابت به نیرویی برای تمام عملکردهای ماشین تبدیل می‌شود از جمله چرخاندن دینام، پمپ فرمان و ارسال گشتاور به چرخ های محرک خودرو. ممکن است برای افزایش قدرت خودرو از چندین سیلندر و پیستون استفاده شود.
وظیفه پیستون خودرو چیست؟
پیستون خودرو جزء جدایی ناپذیر از موتور خودرو است و نقش مهمی را برعهده دارد. تمامی موتورهای خودرو درون سوز هستند. در هر موتور احتراق داخلی پیستون خودرو چهار نقش را در هر سیکل انجام می‌دهد که عبارتند از:
- پیستون با پایین آمدن هوا و سوخت را به داخل سیلندر یا محفظه احتراق می‌کشد.
- پیستون با بالا آمدن هوا و سوخت سیلندر را فشرده می‌کند تا در هنگام مشتعل شدن منفجر شود.
- پیستون با دو حرکت قبلی شمع، مخلوط هوا و سوخت را مشتعل می‌کند و نیروی آنها پیستون را به سمت پایین پرت می‌کند.
- سپس پیستون به بالای سیلندر باز می‌گردد و گازهای سوخته اگزوز را از سیلندر خارج می‌کند.
این چرخه بارها و بارها، صدها یا هزاران بار در دقیقه تکرار می‌شود. وظیفه پیستون خودرو تبدیل انرژی حرارتی به انرژی مکانیکی است که در آخر نیرو به چرخ‌های خودرو منتقل می‌شود که در عملکرد بهینه موتور و ماشین حائز اهمیت است.
اجزای پیستون خودرو
شکل پیستون خودرو براساس نوع موتور احتراقی میتواند متفاوت باشد. پیستون‌های موتور بنزینی در مقایسه با پیستون‌های موتور دیزلی سبک‌تر و کوتاه‌تر هستند. شکل پیستون به دلیل پیچیدگی موتور ماشین ظرافت‌های زیادی دارد اما اجزای اصلی یک پیستون ثابت هستند. مهمترین اجزای پیستون عبارتند از:
تاچ پیستون: تاج قسمت بالایی پیستون است که با فشار گاز داخل محفظه احتراق تماس پیدا می‌کند.
شیار رینگ: قسمت بالایی پیستون است که رینگ‌های پیستون را در خود جای می‌دهد.
سوراخ گژن: قسمت پایین پیستون است که شامل پین پیستون است و ارتباط شاتون و پیستون را برقرار می‌کند.
دامنه پیستون: ناحیه زیر شیار رینگ است و با میل لنگ و شاتون ارتباط دارد.
رینگ پیستون خودرو چیست؟
رینگ پیستون خودرو حلقه‌ای از جنس چدن است که در داخل شیار رینگ قرار می‌گیرد و لقی بین سیلندر و پیستون را پر می‌کنند و فاصله پیستون از سیلندر و قرار گرفتن پیستون در مکان مناسب را تنظیم می‌کنند. همچنین ایجاد تناسب و نگهداری فشار بین پیستون و دیواره‌های سیلندر بر عهده رینگ پیستون است. از رینگ پیستون به عنوان یک راهکار برای جلوگیری از نفوذ سوخت و روغن در داخل سیلندر و حفظ فشار سوخت و روغن در سیلندر استفاده می‌شود. به طور کلی دو نوع رینگ پیستون وجود دارد که عبارتند از:
رینگ فشاری
این رینگ به عنوان یک حلقه فشاری عمل می‌کند و با استفاده از فشار احتراق سوخت و هوا در داخل سیلندر از نفوذ سوخت و هوا به خارج از فضای احتراق جلوگیری می‌کنند.
رینگ کنترل روغن
وظیفه رینگ‌های روغن حفظ روانکاری پیستون در سیلندر است و با جمع‌آوری روغن از دیواره‌های سیلندر و تخلیه آن بر روی پیستون به حفظ لغزش صحیح و کاهش سایش و سایر مشکلات احتمالی کمک می‌کنند.
انواع پیستون خودرو
پیستون خودرو یک قطعه مهم در موتورهای درون سوز است و در فرایند احتراق سوخت و هوا در سیلندر نقش اصلی را ایفا می‌کند. دسته‌بندی پیستون‌ها براساس ویژگی‌های مختلفی از جمله شکل، جنس و… صورت می‌گیرد. پیستون براساس نوع موتور به دو دسته تقسیم می‌شود ک عبارتند از:
پیستون‌های دو زمانه
پیستون‌های دو زمانه بیشتر در موتورسیلکت و خودروهای کوچک کاربرد دارند. از آنجایی که پیستون‌ها انرژی حرارتی را به مکانیکی تبدیل می‌کنند پیستون‌های دو زمانه برای ایجاد نیرو در هر سیکل باید یک بار حرکت رفت و برگشتی داشته باشند بنابراین تحت فشار زیاد و حرارت بالا قرار دارند.
پیستون‌های چهار زمانه
پیستون‌های چهار زمانه در خودروهای سواری کاربرد دارند. پیستون‌های دو زمانه برای ایجاد نیرو در هر سیکل باید دو بار حرکت رفت و برگشتی داشته باشند بنابراین تحت فشار و حرارت کمی قرار دارند.
جنس پیستون خودرو
بیشتر پیستون‌ها برای خودروهای سواری از آلیاژ آلومینیوم ساخته شده‌اند. آلومینیوم علاوه بر سبکی مقاومت مکانیکی کافی و هدایت حرارتی خوبی دارد. پیستون‌های آلومینیومی از آلیاژهای سیلیکونی آلومینیومی مقاوم در برابر حرارت بالا تشکیل شده‌اند و از طریق ریخته‌گری یا آهنگری تولید می‌شوند. سه نوع اصلی از آلیاژهای پیستونی آلومینیوم وجود دارد. آلیاژ استاندارد پیستون خودرو یک آلیاژ یوتکتیک Al-12%Si است که علاوه بر این هر کدام از مواد تشکیل دهنده حدود 1% مس، نیکل و منیزیم دارند.
آلیاژهای اصلی آلومینیوم برای پیستون عبارتند از:
- آلیاژ یوتکتیک (AlSi12CuMgNi): این آلیاژ از طریق ریخته گری یا آهنگری تولید می‌شود.
- آلیاژ هایپریوتکتیک (AlSi18CuMgNi): این آلیاژ از طریق ریخته گری یا آهنگری تولید می‌شود.
- آلیاژ یوتکتیک ویژه (AlSi12Cu4Ni2Mg): این آلیاژ فقط از طریق ریخته گری تولید می‌شود.
از آنجایی که آلیاژ آلومینیوم استحکام کمتری نسبت به چدن دارد، باید از مقاطع ضخیم‌تری استفاده کرد.علاوه بر این، به دلیل ضریب انبساط حرارتی بالاتر فاصله‌های بیشتری باید برای پیستون‌های آلومینیومی در نظر گرفته شود. از سوی دیگر هدایت حرارتی آلومینیوم حدودا سه برابر آهن است. این همراه با ضخامت بیشتر مقاطع مورد استفاده، پیستون های آلومینیومی را قادر می سازد تا در دمایی حدود 200 درجه سانتی گراد کمتر از پیستون های چدنی کار کنند.
در برخی مواقع استحکام و مقاومت در برابر سایش پیستون‌های آلیاژ آلومینیوم کافی نیست بنابراین از مواد آهنی مانند چدن و فولاد استفاده می‌شود. مواد تشکیل دهنده پیستون‌های چدنی عبارتند از:
- چدن آستنیتی برای حاملهای حلقه
- چدن با گرافیت کروی برای پیستون و دامنه پیستون
مواد تشکیل دهنده پیستون‌های فولادی عبارتند از:
- آلیاژ کروم-مولیبدن (42CrMo4)
- آلیاژ کروم-مولیبدن-نیکل (34CrNiMo6)
- آلیاژ مولیبدن-وانادیوم (38MnVs6)
مواد تشکیل دهنده چدن معمولا دارای کربن بیش از 2٪ هستند. پیستون‌ها در موتورهای دیزلی تحت فشار زیاد و سایر اجزای پر بار در موتورها عمدتا از چدن کروی M-S70 ساخته می‌شوند. آلیاژهای آهنی که به عنوان فولاد شناخته می‌شوند دارای کربن کمتر از 2٪ هستند. وقتی فولاد گرم می‌شود کاملا به آستنیت چکش خوار تبدیل می‌شود. بنابراین آلیاژهای آهن برای شکل دهی گرم مانند نورد یا آهنگری عالی هستند. در مقایسه با پیستون‌های آلومینیومی ماشین پیستون‌های فولادی مقاومت مکانیکی بیشتری دارند به همین دلیل آنها برای موتورهای دیزلی ترجیح داده می‌شوند.
مزایا و معایب انواع جنس پیستون خودرو
مواد تشکیل دهنده پیستون خودرو عمدتا آلومینیوم، چدن و فولاد هستند. در موتورهای بنزینی از پیستون آلومینیومی و در موتورهای دیزلی از پیستون با جنس چدن یا فولاد استفاده می‌شود. هر یک از جنس‌ها دارای مزایا و معایبی هستند.
| انواع جنس پیستون خودرو | مزایا | معایب |
| آلومینیوم | وزن سبک، هدایت حرارت بالا، مقاوم به خوردگی، شکل پذیری بالا | مقاومت کم در برابر حرارت و فشار، قیمت زیاد |
| چدن | مقاومت بالا در برابر فشار و حرارت، مقاومت خوب در برابر سایش، قیمت کم | وزن بالا، هدایت حرارت کم، شکننده |
| فولاد | مقاومت بالا در برابر فشار و حرارت، انعطاف پذیر، عمر طولانی | وزن بالا، قیمت گران |
مهمترین دلایل خرابی پیستون خودرو
پیستون خودرو در عملکرد ماشین نقش دارد. هرگونه آسیب یا خرابی منجر به اختلال در موتور خودرو خواهد شد. اگر پیستون خراب شود علائمی مانند خروج دود بیش از حد از اگزوز خودرو، صدای غیر طبیعی موتور و کاهش قدرت موتور به دلیل از دست دادن تراکم می‌توانند هشدار دهنده باشند. مهمترین دلایل خرابی پیستون عبارتند از:
خرابی در رینگ‌های پیستون خودرو
خرابی در رینگ پیستون خودرو میتواند عواقب جدی برای عملکرد موتور داشته باشد. برخی از خرابی‌های رینگ پیستون عبارتند از:
- سایش و فرسایش رینگ پیستون
- صاف شدن ریگ پیستون
- درزگیری ناقص و سرریز شدن سوخت
- نقص در مونتاژ اولیه
ذوب شدن پیستون خودرو
دمای بالا و حرارات زیاد میتواند منجربه ذوب شدن پیستون ماشین شود. دلایل ذوب شدم پیستون موتور عبارتند از:
- نقص درزبندی بین سیلندر و پیستون
- تاخیر در احتراق
- زمان‌بندی نادرست برای تزریق سوخت
- نقص و خرابی نازل‌های تزریق
- مقدار تزریق نامناسب و اشتباه
فرسایش شعاعی پیستون خودرو
فرسایش شعاعی پیستون در خودرو لقی پیستون در سیلندر را برهم می‌زند و تعادل پیستون را با مشکل مواجه می‌کند. دلایل این خرابی عبارتند از:
- روغن آلوده به مواد خورنده پیستون
- اندازه نامناسب پیستون
- نقص در احتراق
- نقص در فشرده‌سازی و تولید فشار کم
ترک خوردن پیستون خودرو
معمولا ترک خوردن پیستون ناشی از جنس پیستون است. برخی از جنس‌ها امکان ترک خوردگی بیشتری دارند. برخی دیگر از دلایل ترک خوردگی پیستون ماشین عبارتند از:
- فشار کمتر از حد انتظار به پیستون
- مقدار تزریق اشتباه
- زمان‌بندی نامناسب برای تزریق سوخت
- خنک‌سازی نامناسب و ناکافی
- ریخته‌گری نادرست پیستون
- خرابی در نازل تزریق
علائم خرابی پیستون خودرو
پیستون خودرو مهمترین جزء یک موتور احتراقی است. زمانی که اتومبیل حرکت می‌کند پیستون‌ها هم در حال حرکت هستند. بنابراین باید دوام بالا و عمر طولانی داشته باشند. پیستون ماشین به دلایل متعدد فرسوده یا شکسته می‌شود. هنگامی که پیستون خراب می‌شود تاثیر مستقیم و قابل توجهی بر عملکرد موتور ایجاد می‌کند که با علائمی در خودرو بروز می‌کند. علائم خرابی پیستون خودرو عبارتند از:
- کاهش قدرت موتور
- مصرف بیش از حد روغن
- خروج دود سفید، خاکستری یا آبی با بوی روغن سوخته از اگزوز خودرو
- صدای جیغ موتور یا ضربه پیستون
- کاهش فشرده‌سازی پیستون
- روغن سوزی موتور خودرو
چگونه از پیستون خودرو مراقبت کنیم؟
سرویس منظم و به موقع خودرو و تعمیر قطعات آسیب دیده مانند فیلترها و روانکارها میتواند از خرابی پیستون خودرو جلوگیری کند. تعویض منظم روغن موتور از کاهش راندمان پیستون ماشین جلوگیری می‌کند. استفاده از سوخت باکیفیت و مناسب برای خودرو بسیار مهم است. همچنین روغن‌کاری بین پیستون و سیلندر سبب تعادل بهتر پیستون می‌شود و کارایی رینگ‌ها را نیز بهبود می‌بخشد. دمای بالای موتور سبب تغیر شکل و خرابی پیستون می‌شود بنابراین با رسیدگی به سیستم خنک‌کننده موتور از افزایش دمای موتور جلوگیری کنید.
جمع بندی
پیستون یک قطعه حیاتی در موتور خودرو است که وظیفه تبدیل انرژی حرارتی به مکانیکی را برعهده دارد. پیستون‌ها در موتورهای احتراق داخلی نیرو را به شاتون و میل لنگ انتقال می‌دهند و در نهایت گشتاور موتور تولید می‌شود. پیستون خودرو فشار گاز از محفظه احتراق را به نیروی مکانیکی تبدیل می‌کند. خرابی پیستون منجر به حوادث ناگواری در حین رانندگی خواهد شد بنابراین با مراقبت و سرویس منظم خودرو می‌توانید از خرابی پیستون جلوگیری کنید.
منابع:
وب سایت x-engineer.org
وب سایت www.dubizzle.com
