پیستون چیست و انواع مختلف آن

پیش ترگفته شدکه این قطعه ازآلیاژ چدن یاآلومینیوم ساخته میشود. پیستون‌ های چدنی بدلیل سنگینی وهم چنین بدنه‌ بزرگ ترتنها درخودروهای دیزلی باقدرت بالااستفاده میشوند. معضل این پیستون‌ هابه غیر از وزنشان، انتقال حرارتی پایین وشکنندگی آنهااست. اما پیستون‌ های آلومینیومی که عمدتادرخودروهای سواری کاربرددارند نیز خودبه دو روش ریخته‌گری وآهنگری تولید میشوند.نوع ریخته‌گری که فضای متخللی دارد ومقاومت گرمایی کم تردرخودروهایی باقدرت پایینتر استفاده میشود ونوع آهنگری که بافتی متراکم وقوی دارد برای خودروهای سنگین باتوان بالاترمورد استفاده قرار میگیرد. پیستون ‌های آلومینیوم آهنگری نسبت به ریخته‌گری دوام بیش تری دارند.

درمقابل پیستون‌ های آلومینیومی ریخته‌گری انبساط زیادی دارندکه اگرمتناسب باسیلندر ومحفظه‌ احتراق نباشددردسرساز میشود. پیستون‌ های آلومینیومی درهر دونوع، انتقال حرارتی بالایی دارند وشکل پذیری خوبی نیزبرخوردارند ودر نتیجه خطرشکستن آنهاکم تراست، اما قیمتشان نسبت به پیستون‌ های چدنی بیش تراست. البته بدلیل قابلیت بالای انبساط پیستون ‌های آلومینیومی بایدلقی بیش تری بین این نوع پیستون وسیلندر درنظر گرفته شود. همه‌ پیستون‌ های موجود درسیلندرهای یک موتور بایدازنظر اندازه و ابعادو وزن یکی باشند تادرعملکرد آنها اختلاف کیفیت یازمان ایجادنشود. تفاوت وزن واندازه‌ پیستون‌ها ضمن برهم زدن تعادل وزنی موتور منجربه ناهماهنگی عملکرد بخشهای مختلف آن میشود.

قطعه استوانه شکلی است که درداخل سیلندر بااتصال داشتن به شاتون حرکت رفت وبرگشتی دارد. پیستون قطعه اصلی موتوراست وزمانهای موتور رابوجود می آورد. ضمنانیرو های تراکمی وانبساطی ناشی ازاحتراق راتحمل میکند.

توضیح کلی درباره ی پیستون:

درحرکت انبساط تا ۱۸۰۰۰نیوتون (۴۰۰۰ پوند) نیرو بطورناگهانی به کف پیستون وارد میشود. وقتی باسرعت زیادرانندگی میکنید این اتفاق درهر سیلندر ۳۰تا ۴۰باردرثانیه رخ میدهد. دمای کف پیستون به ۲۲۰۰درجه سانتی گراد(۴۰۰۰درجه فارنهایت) یابیش تر میرسد. این قطعه ازآلیاژ آلومینیوم ساخته میشود (آلیاژ آلومینیوم مخلوطی ازآلومینیوم وفلز های دیگراست)، زیرا فلزسبکی است. وزن هر پیستون درحدود۴۵۰ کیلو گرم (۱پوند)است. دامنه یاقسمت پایین این قطعه را میتراشند تاهم وزن آن کاهش یابد وهمجا برای وزنه های تعادل میل لنگ بازشود.

قطر پیستون های موتورخودرو بین ۷۶ تا۱۲۲ میلیمتر (۳ تا۴ اینچ) تغییر میکند. که این قطرو وزن درموتورهای دیزل ممکن است تفاوت داشته باشد. همه پیستون هاباید هم وزن باشند تاموتور دچارلرزش نشود.

جنس پیستون:

جنس آنها ازچدن یاآلومینیم است پیستون های چدنی بدنه ای بزرگتر وسنگینتر دارند. ازآنها دربعضی ازخودروهای دیزلی پرقدرت استفاده میشود. دراین پیستون ها ،ممکن است اتاق احتراق روی سر پیستون باشد. امروزه درخودرو های سواری وحتی موتورهای دیزلی، از پیستون های آلومینیمی، بدلیل سبکی وانتقال حرارت بهتراستفاده میگردد، که به دوروش ریخته گری یاآهنگری ساخته میشوند. اگرچه امروزه پیستون های آلومینیمی ریختگی رواج بیش تری دارنداما نوع آهنگری آن برای موتورهای سنگین وپرقدرت استفاده میشود.

پیستون ریختگی متخلخل است وبرای دوران بیش از۵۰۰۰ دور بردقیقه (PRM) مقاوم نیست. درحالیکه پیستون ساخته شده بوسیله آهنگری بدنه ای فشرده ومتراکم دارد وحدود ۷۰% مقاوم تراز نوع ریختگی آن است.

این نوع پیستون ها، انتقال حرارت بهتری دارند.ازمعایب پیستون های آلومینیمی، انبساط زیادبدنه ی آن است که طراحان مجبور میشوند برای جلوگیری ازگریپاژ، پیستون رابا لقی زیادبسازند، مگر آنکه باطرح هایی این انبساط راکاهش دهند. بااضافه کردن درصدی سیلیکون به آلومینیم (حدود ۱۶% ) مقدارانبساط حرارتی بنحو چشمگیری کاهش می یابد. بنابراین پیستون بالقی کم تری ساخته میشود. درمواقعی درراستای گژنپین قطر پیستون راکم تردرنظر می گیرندتا پیستون درحالت سردکمی متمایل به بیضی شود تااینکه در دماهای بالا پیستون حالت گردبه خود بگیرد. ازطرف دیگر، پیستون سیلیکون دار ترد وشکننده اند وهنگام پرس کردن گژنپین خطرشکستن پیستون وجوددارد.

قسمت سر پیستون که محل قرارگرفتن رینگ های آن است کاملاًدایره ای شکل است ودرمعرض حرارت بیش تری قراردارد. به همین منظورقطر آن راحدود ۰٫۵تا ۰٫۷ میلیمتر کوچکتر ازقطر دامنه ی پیستون طراحی میکنند.

عناصر تشکیل دهنده پیستون:

پیستون بطورکلی ۴ جزء اصلی دارد:

1. تاج پیستون
2. دامنه یابخش پایین پیستون
3. شیار رینگ‌ها
4. سوراخ گژن پین

انواع مختلف پیستون ها

پیستون دارای انواع عمده زیراست:

۱٫ پیستون های ترانک (استوانه ای)

پیستون های ترانک قطرزیادی دارند. این نوع پیستون ها باعملکرد دوگانه هستند(یعنی میتواند هم بعنوان یک کراس هداستوانه ای وهم بعنوان پیستون کارکند).پیستون ترانک رایجترین نوع پیستون برای موتورهای احتراق داخلی رفت وبرگشتی است. هم درموتورهای دیزلی وهم درموتورهای بنزینی بکار میروند، اماموتورهای پرسرعت اکنون پیستون های سبکتری دارند. یکی ازویژگیهای این پیستون‌ ها، مخصوصابرای موتورهای احتراق داخلی این است که علاوه بر رینگ روغن بین تاج پیستون وگژن پین، دارای یک شیاررینگ روغن درزیر گژن پین هستند.

۲٫ پیستون های کراس هد

موتور دیزلی وکم سرعت ممکن است که برای محافظت ازخود دربرابر نیروهای جانبی پیستون به یک قطعه دیگرنیز نیازداشته باشند. بنابراین این موتورها معمولااز پیستون کراس هداستفاده میکنند. پیستون اصلی شامل یک میله پیستون بزرگ است که ازپایین تا پیستون ثانویه باقطرکم ترامتداد مییابد. این پیستون دریک سیلندر کوچک بعنوان راهنمای ترانک حرکت کرده وگژن پین رادرخود حمل مینماید.پیستون اصلی عایق بودن دربرابر گاز وحرکت رینگ پیستون راتضمین میکند. پیستون کوچکتر بصورت مکانیکی ودریک محفظه فشرده سازی کوچک کارمیکند.

پیستون کراس هد روغن روان کاری بهتری نسبت به روغن روان کاری پیستون ترانک دارد.گرمای احتراق برروان کاری کراس هد تأثیر نمیگذارد. روغن روان کننده پیستون های کراس هد به ذرات دوده ناشی ازاحتراق آلوده نمیشود، دراثر حرارت آسیب نمیبیند ومیتوان ازتینر استفاده کرد.

۳٫ پیستون های لغزان

این نوع پیستون هابرای موتورهای بنزینی مناسب هستند. کم ترین اندازه ووزن رادارند. درموارد ریسکی، فقط دارای بدنه، رینگ وتاج هستندکه باایجاد دوپایه ازلرزش پیستون در سوراخ جلوگیری میکند.

لبه دامن پیستون ازدیواره سیلندر دراطراف گژن پین کشیده شده است. هدف ازاین فرآیندکاهش جرم حرکت رفت وبرگشتی است که باعث میشود پیستون براحتی موتور را متعادل کرده وسرعتهای بالاایجاد کند.

۴٫ پیستون انحرافی

این نوع پیستون ها بیش تردرموتورهای ۲زمانه باتراکم در میل لنگ استفاده میشوندکه بادقت جریان هوارا بداخل سیلندر هدایت میکند تاازبرون دمیدن موثر دوداطمینان حاصل شود. برای پاکسازی جانبی، دریچه های ورودی وخروجی بصورت مستقیم روبه دیواره سیلندرهستند. پیستون درقسمت تاج خوددارای یک لبه برآمده میباشد تاازخروج مستقیم مخلوط سوخت ورودی ازیک دریچه به دریچه دیگرجلوگیری کند. این لبه به منحرف کردن مخلوط سوخت ورودی حول محفظه احتراق کمک میکند.

۵٫ پیستون های مسابقه ای

موتورهای مسابقه ای پیستون های سختتر وقویتری نسبت به موتورخودروهای سواری دارند. برای رسیدن بسرعت بسیاربالای موردنیاز درمسابقه سبکترهستند.

۶٫ پیستون اینوار

پیستون های اینوار دارای آلیاژی از۶۴%فولاد و۳۶% نیکل هستند. ضریب انبساط آن ناچیزاست (یعنی C° ۰۰۰۰۰۰۰۶۳/۰). دریک پیستون، اینوار بدنه وپایه های پین پیستون را محکم میکندکه این به پیستون اجازه میدهد تاتقریبابه اندازه سیلندر منبسط شود.

۷٫ پیستون اتوترمیک

این نوع پیستون دارای چاک فولادی کم انبساط میباشد. شکل این چاک ها بگونه ای است که انتهای آنهابه دامن پیستون متصل میشود.

معنایی علامت های حک شده روی پیستون

علامت F ،Front،فلش وماننداین هاهمگی یک معنادارند وجهت قرارگیری پیستون درسیلندر رانشان میدهد. این علائم درموقع نصب پیستون بایدبه سمت جلو موتورباشد.علامت STD یااعداد یاحروف لاتین (A ،B ،C ،D)حک شده روی پیستون، سایز پیستون ومقدارتراش سیلندر رانشان میدهد.
دربرخی ازاتومبیلهامقاومت پیستون درمقابل فشار، روی پیستون نشان داده میشود. درچنین مواردی حروف C-Lنشان دهنده فشارکم وC-H بیان گر(فشار بالا) خواهدبود. اندازه سایزگژن پین که بیان کننده قطرآن است نیزروی پیستون ممکن است حک شود. Lنشان دهنده گژن پین باقطرکوچک، Mبیان گرگژن پین باقطر متوسط وHمعرف گژن پین باقطر بزرگ است.

انواع مختلف رینگ پیستون و وظایف آن

پیستون هادارای انواع مختلفی هستندکه روی آنها شیارهای مختلفی وجوددارد، درهرکدام ازاین شیارها نوعی رینگ پیستون قرارمی گیردکه این رینگ هاهم انواع مختلفی دارند وبراساس کاربری ونوع استفاده به دونوع فشاری وروغنی تقسیم بندی میشوند.

رینگ فشاری

رینگ فشاری برای پاک کردن روغن ازروی دیواره های سیلندر کاربرددارد وبااستفاده ازآن روغنهایی که به دیواره های سیلندرهستند رامیتوان پاک کرد واگراین اتفاق نیفتداین روغنها دراثر احتراق ازبین میروند وروغن سوزی شکل می گیرد.به رینگ پیستون هایی که اینکار راانجام میدهند رینگ های فشاری میگویند.

رینگ پیستون روغنی

این نوع رینگ پیستون دارای شیارهایی است که روغن ازآنها رد میشود وبیش تر درپایینترین شیار پیستون قراردارند ووظیفه آنهافاصله پیستون بادیواره سیلندر است وهم چنین از انتشاربیش ترازاندازه روغن جلوگیری میکنند. وظیفه رینگ پیستون درخودرو بسیارمهم است واین رینگ ها دارای انواع مختلفی هستند وهرکدام ازآن هاکاربرد متفاوتی دارند بنابراین میتوان گفت که بدون رینگ پیستون تمام سیستم اتومبیل به هم می ریزد ومیبایست حتمااز آنها استفاده کرد.

نشانه های خرابی‌ پیستون

پیستون ممکن است دچارنواقص ومشکلاتی شوندکه هریک دلایل خاص خودرادارد. این مشکلات میتوانندایجاد اختلال ونقص جدی درعملکرد موتورکنند. هم چنین تعمیرآنها ممکن است سخت یاکم‌دردسرباشد. باهم برخی ازآنها رابررسی میکنیم؛

۱. ذوب شدگی پیستون

این تصورکه پیستون بدلیل مقاومت گرمایی بالاذوب نمیشود دیدگاهی اشتباه ورایج است. درحالیکه پیستون ممکن است بدلایل متعددی ذوب شده وباسیلندر دچارسایش ویا چسبندگی شود. این دلایل عبارتنداز:

• زمانبندی اشتباه تزریق سوخت
• درزبندی ناقص بین سیلندرو پیستون
• زمانبندی نادرست احتراق وتاخیر درآن
• خرابی وعملکرد ناقص نازلهای تزریق
• تزریق بیش ازاندازه ویاکم ترازحد موردنیاز

بطورکلی تنظیم میزان سوخت، زمان بندی تزریق آن درمحفظه‌ احتراق وزمانبندی جرقه زنی شمع تاثیرزیادی درپیشگیری ازاین مشکل دارد.

۲. ترک خوردگی پیستون

پیش ترگفته شدکه جنس برخی پیستون‌هاخاصیت شکنندگی آنها راافزایش میدهد. ترک خوردگی ازاین خاصیت ناشی میشود. علاوه براین که تمام عوامل ایجادذوب شدگی در پیستون میتوانندباعث شکست وترک‌خوردگی آن هم شوند، عوامل دیگری نیزدربروز این مشکل نقش دارند.مانند: ریخته‌گری ناصحیح پیستون، خنک‌ کردن کم ترازمیزان لازم توسط روغن موجود درفضای کارتر وسیستم خنک کننده وهم چنین تنظیم نبودفشار وارده به پیستون که میتواند ازتنظیم نبودن میزان تزریق ویا زمانبندی احتراق نشات بگیردمنجر به ترک خوردگی پیستون میشود.

۳. فرسایش شعاعی پیستون

فرسایش شعاعی بمعنا سایش سطح دیواره یاکناره‌های دامنه وتاج پیستون وخوردگی آنهااست. این مشکل تعادل لقی پیستون درون سیلندر رابرهم زده وازحالت متوازن و یکسان خارج میکند. این معضل نیزممکن است بدلایل زیرایجاد شود. فرسایش شعاعی پیستون میتواندمنجر به آسیب دیدن سیلندر ویابوش سیلندر شود.

• فشرده سازی ناقص وایجاد فشار کمتراز حدنیاز دراین فرآیند
• احتراق ناقص وناصحیح
• اندازه وابعادنامتناسب پیستون با سیلندر
• وجودمواد خورنده‌ پیستون درون روغن

۴. خرابی‌های رینگ

درباره‌ نقش مهم رینگ‌ها درعملکرد پیستون توضیحاتی داده شد. بنابراین خرابی‌ها ونواقص رینگ‌ها نیزمیتواند منجربه مشکلاتی درکار پیستون شود. خرابیهای رینگ میتوانند شامل مواردزیر شوند:

• صاف شدن کناره‌ رینگ
• عدم درز‌گیری کامل و نفوذ سوخت از کناره‌های آن

خرابی رینگ‌ها و نقص عملکرد آن‌ها ممکن است در اثر نقص مونتاژ موتور باشد. همچنین رینگ‌ها اگر روغن را از روی سطح سیلندر به صورت کامل پاک‌سازی نکنند منجر به روغن‌سوزی درون محفظه‌ احتراق می‌شوند.

در نهایت

درآخر بایدگفت که رینگ پیستون هادارای انواع مختلفی هستند ووظیفه های مختلفی راهم برعهده دارند، بدون این رینگ هااحتراق درموتور به دشواری صورت می گیرد ومیتواند خسارتهای بسیارزیادی رابه بارآورد بنابراین وظیفه رینگ پیستون درخودرو بسیارمهم است ودرصورت خرابی آن بایدحتما به مکانیکیهای معتبربروید تاتعمیرات آن رابرای شماانجام دهند.