مقاله و پروژه های دانشجویی ، نرم افزار و بازی اندروید ، آهنگ

پیستون

پیستون قطعه ای استوانه ای شکل است که در درون سیلندر بالا و پایین می رود در حرکت انبساط تا18000 نیوتون نیرو به طور ناگهانی به کف پیستون وارد می شود وقتی با سرعت زیاد رانندگی می کنید این اتفاق در هر سیلندر 30 تا 40 بار در ثانیه رخ می دهد دمای کف پیستون به 2200 درجهسانتیگراد یا بیشتر میرسد پیستون باید به اندازه ای محکم باشد که بتواند این تنشها را تحمل کند.

درعین حال پیستون باید چنان سبک باشد که بار وارد بر یاتاقانها کاهش یابد وقتی پیستون در نقطهمرگ بالایی یا پایینی متوقف می شود و سپس در جهت عکس به حرکت در میاید با وارد به یاتاقان راتغییر می دهد پیستون را از الومینییوم می سازند زیرا فلزی سبک است در بیشتر موتورهای خودرو ازپیستونهای تمام لغزان استفاده می شود دامنه یا قسمت پایین پیستون را می تراشند تا هم وزن ان کاهش یابد و هم جا برای وزنه های تعادل میل لنگ باز شود قطر پیستون موتور خودرو بین 76 تا 122میلیمتر تغییر می کند وزن این پیستون ها در حدود 450 گرم است همه پیستون ها باید هموزن باشد تا موتور دچار لرزش نشود پیستون های الومینیومی را به یکی از دو روش ریخته گری و اهنگری می سازند پیستون های اهنگری شده را با استفاده از لقمه الومینیوم الیاژی می سازند پس از ماشینکاری پیستون ان را طبق روال خاصی گرم و سرد می کنند به اصطلاح روی ان عملیات گرمایی انجام میدهند تا خواص مطلوب را پیدا کنند پس از این مرحله روی بسیاری از پیستونها را با لایه نازکی از اب قلع یا مواد دیگر می پوشانند در نتیجه هنگام راه اندازی موتور سطح پیستون ساییده نمی شود .سایش هنگامی رخ می دهد که ذرهای فلزی از یک قطعه متحرک به قطعه دیگر انتقال یابد ودر نتیجهحفره ها یا شیارهای روی سطح در تماس ایجاد شود در بیشتر موتورهای پرقدرت از پیستونهای اهنگری شده استفاده میکنند پیستون های اهنگری شده در مقایسه با پیستون های ریخته گری

متراکم تر و محکم ترند و در دمای پایینتری کار می کنند زیرا گرما را بهتر انتقال می دهند قطر پیستون

در ناحیه سر از همه جا کمتر است نتیجه در بالای پیستون فضای بیشتری برای انبساط وجود دارد

بعضی پیستونها از محور گژنپین تا پایین دامنه شیب دارند در این پیستون قطر در پایین دامنه از همه

جا بیشتر است خلاصی پیستون:خلاصی پیستون(یا خلاصی دامنه پیستون)عبارت اند فاصله بین جدار سیلندر و

دامنه پیستون این فاصله معمولا بین 0.025 تا0.10 میلیمتر است وقتی موتور روشن است پیستون به

رینگ های روی لایه ای از روغن حرکت می کنند که این فاصله را پر کرده است اگر خلاصی پیستون

خیلی کم باشد در نتیجه اصطکاک زیاد و سایش شدید توان موتور کاهش می یابد در این ممکن است

پیستون به جداره سیلندر بچسبد و به اصطلاح گریپاژ می کند اگر خلاصی پیستون بیش از حد باشد

سبب زدن پیستون می شود .

کنترل انبساط پیستون: پیستونهای الومینیومی در نتیجه افزایش دما بیشتر از سیلندر های

چدنی منبسط می شوند و همین امر ممکن است سبب از بین رفتن خلاصی پیستون شود پیستون از

جداره سیلندر بیشتر گرم می شود و همین امر نیز سبب می شود که باز هم بیشتر انبساط یابد اما

اگر کف پیستون خیلی داغ شود ممکن است سبب خود سوزی شود در نتیجه ترتیب احتراق بهم

می خورد و ممکن است موتور اسیب ببیند یکی از راهای کنترل انبساط پیستون افزایش اهنگ دفع

گرما از کف پیستون است هرچه کف پیستون ضخیمتر باشد گرمای بیشتری دفع خواهد شدو پیستون

خنکتر کار می کند اما افزایش ضخامت کف پیستون سبب افزایش وزن ان می شود همچنین اگر کف

پیستون خیلی سرد کار کند لایه های مخلوط هوا – سوخت مجاور ان نمی سوزد مخلوط هوا-سوخت

نسوخته از طریق اگزوز در محیط پخش می شود در نتیجه بازده موتور کاهش و دود ان افزایش

می یابد برای کمک کردن به کنترل انبساط پیستون بیشتر پیستونها را طوری تراشکاری می کنند که

اتاقک انها اندکی بیضوی شود وقتی پیستونهای اتاقک – بیضوی گرم می شوند شکل بیضوی خود را

از دست می دهند و گرد می شوند راه دیگر کنترل انبساط پیستون تعبیه یک پشت بندی فولادی در

پیستون است وقتی پیستون گرم می شود این تقویت کننده انبساط کف پیستون و برامدگی بوش

گژنپین را محدود می کند.

شکل کف پیستون :در بسیاری از موتور ها از پیستون کف تخت استفاده می شود اما شکلهای

کف پیستون ممکن است مطابق طرح موتور تغییر کند شکل کف پیستون مطابق با شکل سرسیلندر

و شکل محفظه احتراق نیز تغییر کند بعضی از پیستون ها کف پیستون فنجانی یا فرو رفتگی جای

سوپاپ دارد که وقتی سوپاپها باز می شوند می توانند در ان حرکت کنند در بعضی از پیستون ها سر

پبیستون گنبدی یا به شکلهای دیگر است تا تلاطم در محفظه احتراق افزایش یابد

خارج از مرکزی گژن پین: زذن پیستون صدایی است که از جابجا شدن پیستون ازیک طرف

سیلندر به طرف دیگر ان در اغاز حرکت انبساط ناشی می شود برای جلوگیری از زدن پیستون در

بسیاری از موتورها از پیستون هایی استفاده می شود که گژنپین انها اندکی خارج از مرکز است این

خارج از مرکزی به طرف دامنه پیستون است که به منزله سطح فشار گیر اصلی عمل می کند این

همان سطحی از پیستون است که در حین حرکت انبساط بیشترین تماس را با جداره سیلندر پیدا

می کند با نصب خارج از مرکز گژنپین پیستون نوعی حرکت نوسانی انجام می دهد و بر یک طرف ان

نسبت به طرف دیگر فشار بیشتری وارد می شود فشار ناشی از احتراق سبب می شود که پیستون

در حال حرکت به سمت بالا وقتی به نقطه مرگ بالایی نزدیک می شود اندکی به طرف راست کج

می شود در نتیجه سر پایینی سطح فشار گیر اصلی با جداره سیلندر تماس می گیرد پس از انکه

پیستون از نقطه مرگ بالایی گذشت صاف می شود در این هنگام سطح فشار گیر اصلی به طور

کامل با جداره سیلندر تماس پیدا می کند این تماس نوعی عمل روبشی است که زدن پیستون را به

حداقل می رساند در نتیجه همین عمل موتور ارامتر کار می کند و دوام پیستون افزایش میابد زدن

پیستون معمولا فقط در موتورهای کهنه ای مشاهده می شود که جداره سیلندر های انها ساییده

شده و دامنه پیستون انها ساییده یا شکسته شده است

تقویت رینگ نشین : وقتی پیستون در سیلندر بالا و پایین می رود رینگهای تراکم هم در رینگ

نشینها بالا و پایین میرود وقتی پیستون در نقطه های مرگ بالایی و پایینی جهت حرکت خود را عوض

میکند هر رینگ لحظه ای از پیستون عقب می ماند این تاخیر لحظه ای از اثر لختی و خلاصی جانبی

رینگ ناشی می شود لحظه ای بعد بغل رینگ نشین به رینگ می خورد و ان را در سیلندر بالا و پایین

می راند وقتی حرکت انبساط اغاز می شود فشار شدید ناشی از احتراق رینگ تراکم بالایی را به

شدت به سطح پایینی رینگ نشین می فشارد این برخورد های مکرر سبب ساییدگی رینگ نشین

بالایی می شود برای مقابله با این سایش در بعضی از پیستونها رینگ نشین بالایی را تقویت می کند

یکی از روش های مورد استفاده در پیستونهای ریخته گری ان است که رینگ نشین بالایی را بطور

کامل به صورت یک مغزی از جنس چدن یا چدن نیکل دار در قالب قرار می دهند و الومینیوم را دور ان

بریزند روش دیگر نصب یک فاصله گذار فولادی است که به منزله سطح بالای رینگ نشین عمل

می کند در هنگام تولید پیستون به روش اهنگری ناحیه رینگ نشین را فلز پاشی می کنند

پیستون های کم اصطکاک : این پیستونها را از الیاژ الومینیوم با سیلیسیم می سازند پس از انکه

پیستون ریخته شد روی دامنه ان ماده ای شیمیایی می مالند که ذرات الومینیوم را از سطح می زداید

و ذرات سیلیسیم را باقی می گذارد در نتیجه سطح سخت تر و بادوامتری حاصل می شود

قابلیت تحمل فشار بالا (بیش از 200 bar) و همچنین تنش‌های حرارتی بالای درون سیلندر برای قطعات سیلندر از جمله پیستون بسیار حیاتی است. تلاش برای افزایش استحکام پیستون‌ها با محدودیت اندازه همراه است. به تازگی پیستونهای مونوترم(Mono term) تولید شده‌اند که استحکام و عمر بالا، وزن و اصطکاک کمتری دارند. پیش از نیز پیستون‌های فروترم(Ferrotherm) تولید شده بودند که جایگزین پیستونهای آلومینیومی سنتی شدند. تاج(Piston Crown) این پیستون از فولاد فورج شده و پایه آن از جنس آلومینیوم ساخته می شود. این نوع پیستون. اما استاندارد های Euro 4 و US 07 برای ساخت موتورها این نوع پیستون را در آستانه بازنشستگی قرار داده است.

پیستونهای مونوترم از یک قطعه فورج شده ساخته می شوند و در نتیجه بر خلاف پیستونهای فرو ترم پایه پیستون(Piston Skirt) با بدنه و تاج آن یکپارچه ساخته می شود. اتصال مستقیم پایه پیستون به بدنه موجب می شود تا مقطع تحمل کننده فشار در پیستون برای تحمل حداکثر فشار داخل سیلندر افزایش یابد. در نتیجه پین پیستون نیازی به نگه داشتن پایه پیستون ندارد و می تواند کوتاه تر و سبکتر باشد. پایه فولادی که در برابر حرارت پایدار است اصطکاک را کاهش داده و همچنین کاهش فواصل آببندی منجر به هدایت بهتر پیستون می شود. هدایت بهتر پیستون مخصوصا در قسمت رینگها باعث کاهش مصرف روغن می شود. علاوه بر آن پیستون های مونوترم استحکام و عمر بیشتری دارند. این نوع پیستون علاوه بر تحمل حداکثر فشار تا 250 bar مزایای دیگری از جمله کاهش مصرف سوخت و روغن و کاهش صدا و وزن دارند. هم‌اکنون موتورهای دارای پیستون مونوترم درامریکای شمالی تولید انبوه رسیده‌است و در حال حاضر بیشتر در وسایل نقلیه، ساختمان سازی و صنایع دریایی استفاده می‌شوند. استفاده از پیستونهای مونوترم در اروپا و آسیا نیز در حال افزایش است.

برگرفته از خبرنامه ی شریف

راهنمای تشخیص معایب پیستون

راهنمای تشخیص معایب پیستون :

مقدمه :

برای ارزیابی عملکرد کار موتور و اینکه شرایط کاری آن چگونه است و آیا مشکلی دارد و یا در آینده دچار مشکلی خواهد شد یا نه روشهای متفاوتی وجود دارد یکی از این شاخص ها چگونگی وضعیت پیستونهاست . که البته منوط به باز کردن موتور است ولی وقتی موتور را باز کردیم برای ارزیابی چگونگی بروز اشکالات موتور و جلوگیری از بروز مجدد این اشکالات ؛ وضعیت پیستون می تواند اطلاعات مفیدی در اختیار مکانیک ها و تعمیر کاران قرار دهد . متن زیر اشاره ای به همین موضوع دارد هر چند بیشتر با دید موتورهای بنزینی دو زمانه است ولی اطلاعات آن به گونه ای است که برای انواع دیگر موتورها و از جمله موتورهای دیزل که مورد استفاده ما در بانک ماشین آلات است و برای تعمیرکاران و استاد کاران هم می تواند مفید واقع شود .

ازطریق معاینه ، پیستونهای کارکرده و کهنه می توان اطلاعات ارزشمندی را از وضعیت کارکرد موتور کسب کرد و در اختیار مکانیک ها قرار داد تا بهتر بتوانند به تعمیر و نگهداری موتور بپردازند . هنگامیکه که اشکالی در کار موتور پیش می آید به احتمال زیاد ، پیستونها هم از این آسیب وارده در امان نمی مانند و پیستون نیز صدماتی می بیند . به همین دلیل است که معاینه دقیق پیستونها می تواند به مکانیک ها کمک کند که منشاء بروز اشکال در موتور و یا تنظیم نبودن موتور را بتوانند تشخیص دهند . در متن زیر ، تعدادی از اشکالات رایج مکانیکی که برای موتور پیش می آید شرح داده شده است :

PERFECT BROWN CROWN

قهوه ای شدن تاج پیستون

در این حالت تاج پیستون کاملا قهوه ای شده است و الگوی ایده آلی از سوختگی حاصل از کربن است . در موتور های دو زمانه این رنگ به شکل قهوه ای شکلاتی است و این موضوع حاکی از ان است که ترکیب اکسیژن و سوخت به درستی در محفظه احتراق تزریق شده است .

BLACK SPOT HOT

لکه های داغی سیاه :

این لکه های در قسمت زیرین پیستون مشاهده می شوند و ناشی از رسوب کربن و دوده ای است که در اثر سوختن مخلوط روغن و سوخت به قسمت پائینی پیستون چسبیده اند و دلیل آن هم گرم شدن بیش از اندازه تاج پیستون است . علت اصلی این گرم شدن بیش از اندازه هم آن است که یا مخلوط سوخت و هوا خیلی رقیق است و یا

اینکه اشکالی در کار سیستم خنک کننده موتور پدید آمده است .

ASH TRASH

ضایعات خاکستر

هنگامیکه تاج پیستون به رنگ خاکستری در امده است نشان دهنده این است که موتور داغ کرده است . بدین معنی که تکه هایی از بدنه پیستون آنقدر داغ شده اند که بصورت پولکهای نازک در آمده اند و اگر این موتور برای مدت طولانی مورد استفاده قرار بگیرد احتمالا لکه های داغ بر آن ایجاد شدن و می تواند باعث سوراخ شدن قسمتی که بطرف خروج دود قرار دارد شود و در نهایت به از کار افتادن موتور منجر شود . علل اصلی بروز این مشکل آن است که یا سوخت تزریقی به موتور بیش از اندازه رقیق بوده است ، یا شمع های موتور از نوع خیلی گرم انتخاب شده اند و یا اینکه سیستم جرقه موتور زودتر از موعد لازم عمل می کند ( یعنی آدوانس است ) و یا اینکه نسبت تراکم به تناسب اکتان سوخت ، خیلی بالاست و یا اصلا موتور مشکل کلی گرم شدن را دارد .

SMASHED DEBRIS

براده های خرد شده :

در این حالت تاج پیستون صدمه دیده است و دلیل آنهم وارد شدن ذرات خاک و شن و نظایر آن بداخل موتور است که بیت پیستون و سر سیلندر قرار گرفته و خرد شده است . و الگوی رایج اینگونه پیستونهای ؛ وجود شکستگی در قسمت فوقانی پیستون است . علت رایج بروز این مشکل ، شکسته شدن بیرینگهای سوزنی needle bearings در قسمت سر بزرگ یا کوچک شاتون است ( البته در موتورهای کوچکی که از این گونه بیرینگها استفاده می شود چون اغلب موتورهای بجای بیرینگ سوزنی از بوش بیرینگ استفاده می کنند یا یاتاقانهای ساده plain bearing ) یا اینکه رینگ پیستونها شکسته شده و یا خار نگهدارنده گژن پین رها می شود و این مشکل را بوجود می آورد .

وقتی مشکلی این چنینی پیش می آید مسئله مهم در این است که بتوانم منبع بروز این براده ها و قطعات ریز وارد شده به درون محفظه احتراق را پیدا کنیم در ضمن مارتل موتور را هم باید باز کرد و تمامی ذرات خرده ریز موجود در آن را تمیز کرده و شستشو داد تا دوباره بعد از تعمیر موتور این مشکل مجددا بروز نکند .

اگر علت بروز این مشکل بخاطر یاتاقان سر بزرگ شاتون بوده باشد لازم است که بیرینگهای میل لنگ و بخش های نشت بندی کننده آن را تعویض نمائید .

CHIPPED CROWN DROWNED

پریدگی لبه تاج پیستون :

این مشکل می تواند به دلیل نشت مایع خنک کننده ازواشر سر سیلندر باشد که باعث وارد شدن آن به داخل محفظه احتراق شده و همین امر باعث شکنندگی آلومینیم و در نهایت ترک برداشتن آن می شود . در حالت های شدید تر این امر می تواند باعث خوردگی لبه سیلندر شده و و بخش مربوطه رد سر سیلندر را هم دچار خوردگی کند . البته اگر میزان این نشتی کم بوده باشد خودش را بصورت لکه های سیاه کوچک بر روی واشر سر سیلندر نشان می دهد . و یکی از نشانه های بروز این مشکل آن است که آب رادیاتور تحت فشار قرار می گیرد و با فشار از لوله سرریز رادیاتور به بیرون می ریزد که علامت قطعی وجود نشتی در واشر سر سیلندر می باشد . در بسیاری ازمواقع برای رفع این نشتی ، تعویض واشر سر سیلندر کفایت نمی کند و باید سطح زیرین سر سیلندر و قسمت فوقانی سیلندر تراش بخورد و مجددا روکش شود . ( باید دقت زیاد به عمل آورد که اگر سر سیلندر تراش می رود چون بخشی ولو اندک از ضخامت آن کم می وشد باعث کم شدن محفظه احتراق و بالا رفتن نسبت تراکم موتور شده و می تواند مشکلات عدیده ای را در پی داشته باشد که یکی از آنها گرم شدن بیش از اندازه موتور است هر چند در این حالت شتاب موتور هم بالا می رود ولی به مشکلات بعدی اش و خساراتی که ببار می آورد نمی ارزد . این مشکل برای خودم پیش می آید و خسارات سنگینی برایم ایجاد کرد . مکانیک ها معمولا از یک ترفند استفاده می کنند و آن این است که وقتی میزان تراش سر سیلندر زیاد باشد از یک واشر اضافی استفاده می کنند یعنی دو واشر سر سیلندر را با هم مورد استفاده قرار می دهند بنظرم در مواردی که چند بار سر سیلندر تراش خورده باشد بهتر است سرسیلندر را تعویض نمود . )

سر سیلندر را باید از نظر تاب داشتن هم مورد بررسی قرار داد که کاملا صاف و بودن اعوجاج و پیچ خوردگی باشد.SHATTERED SKIRT

شکسته شدن حاشیه پیستون :

شکستگی حاشیه (دامنه ) پیستون بدین علت است که لقی ( شکاف ) بین پیستون و سیلندر زیادتر از حد معمول است و باعث می شود که صدای تلق تلق پیستون در داخل سیلندر شنیده شود و باعث بوجود آمدن تنش و و ترک و در نهایت شکستگی سیلندر می گردد .

H A M E D

راهنمای تشخیص معایب پیستون 2

SNAPPED ROD

شکسته شدن شاتون :

همانطوریکه در شکل می بیند ؛ شاتون این موتور از وسط نصف شده است و علت آن لقی بیش از اندازه شاتون و بغل یاتاقانی سر بزرگ شانون بوده است . هنگامی که یاتاقان سر بزرگ شاتون بیش از اندازه سائیده می شود ، میزان انحراف شعاعی شاتون بیش از اندازه می شود و باعث بوجود آمدن لرزش پیچشی torsion vibration. می گردد . و همین موضوع باعث می شود که شاتون شکسته شود و خشارات هنگفتی به موتور وارد کند ( اصطلاحا به این حالت شاتون زدن می گویند که اگر به موقع تشخیص داده نشود و موتور ماشین را خاموش نکنند می تواند حتی باعث شکسته شدن جداره سیلندر شده و به این ترتیب مجبور شوید تمام مجموعه سیلندر و موتور را تعویض کنید . چون ترمیم شکستگی سیلندر اگر هم امکان پذیر باشد بسیار پردرد سر و پر هزینه است به این کار اصطلاحا دوختن سیلندر می گویند که با استفاده از الکترود هایی از جنس سیلندر ( معمولا چدن است ) جوشکاری و ترمیم می شود . ولی من شخصا این کار را توصیه نمی کنم مگر اینکه میزان شکستگی خیلی جزئی و مختصر باشد . )

برای جلوگیری از بروز این مشکل باید یاتاقان سر بزرگ شاتون را هر گاه که موتور باز می شود مورد بررسی و اندازه گیری قرار گیرد و میزان لقی یا همان clearance آن مورد اندازه گیری قرار گیرد برای این کار از یک فیلر گیج استفاده می شود که ان را بین شاتون و یاتاقان قرار می دهند و بررسی کنید که میزان این لقی از مقدار مجازی که از طرف سازنده در دفترچه تعمیراتی دستگاه داده شده است بیشتر نباشد .

FOUR-CORNER SEIZURE

پیستونی را که در عکس می بینید علائمی حاکی از گیر کردن در قسمت های عمودی بر روی ان مشاهده می شود . گیر کردن تمام عیار پیستون در داخل سیلندر بیشتر به این علت اتفاق می افتد که سرعت انبساط پیستون سریع تر از انبساط سیلندر است و همین امر باعث می شود که لقی بین پیستون و سیلندر کاهش پیدا کند . علت رایج دیگری که برای این کار وجود دارد انبساط بیش از اندازه پیستون در محل خروج دود است اما این حالتی بیشتر در سیلندرهایی اتفاق می افتد که بر روی دهانه خروجی آنها پل زده شده است . علت اصلی بوجود آمدن این مشکل ؛ گرم شدن سریع و بیش از اندازه ، تزریق سوخت رقیق و یا داغ بودن بیش از اندازه نوع شمع ها است .

MULTI-POINT SEIZURE

گرفتگی پیستون از چندین نقطه :

در این حالت پیستون از چندین محل بطور عمودی و از دور تا دورش دچار گرفتگی و گیر کردن در داخل سیلندر شده است . و سیلندر این موتور برای پیستون اش خیلی کوچک است . در این حالت به محض روشن شدن موتور ، در اثر انبساط حرارتی پیستون ، بدنه پیستون به جداره داخلی سیلندر فشار وارد می کند و باعث گیر کردن پیستون در داخل سیلندر می شود .

البته اینکه شکاف و لقی بین پیستون و سیلندر غ چه اندازه باید باشد در مورد موتور های مختلف با یکدیگر بسیار متفاوت است . مثلا در یک سیلندر از جنس کامپوزیت با حجم 50 سی سی این لقی می تواند 0.0015 اینچ باشد در صورتیکه برای یک موتور با حجم 1200 سی سی از نوع بوش فولادی که معمولا در ماشین های اسنو موبیل و یا ماشین های چمن زنی مورد استفاده است این لقی می تواند حدود :.0055 تا .0075 اینچ باشد . برای داشتن بهترین مقدار لقی بین پیستون و سیلندر باید به دستورالعمل سارنده و دفترچه تعمیراتی آن مراجعه کرد .

INTAKE SIDE SEIZURE

گیر کردن پیستون از قسمت ورودی هوا :

این اشکال بسیار متداول است و علت آن فقط یک چیز است ، فقدان روغنکاری پیستون . سه امکان وجود دارد که چرا روغنکاری پیستون بدرستی صورت نمی گیرد :

فقدان روغن یا کم بودن روغن موتور

وارد شدن آب بداخل سیستم روغنکاری از طریق ***** هوا و پاک شدن لایه روغن

جدا شدن آب و روغن در مخرن سوخت ( برای موتورهای دو زمانه که روغن روانکاری آنها را بداخل سوخت می ریزند .

گیر کردن پیستون از قسمت ورودی هوا: (INTAKE SIDE SEIZURE)

۱.فقدان روغن یا کم بودن روغن موتور

۲.وارد شدن آب بداخل سیستم روغنکاری از طریق هوا و پاک شدن لایه روغن

۳.جدا شدن آب و روغن در مخرن سوخت ( برای موتورهای دو زمانه که روغن روانکاری آنها را بداخل سوخت می ریزند.

گیر کردن پیستون در چهار گوشه: (FOUR-CORNER SEIZURE)

گیر کردن تمام عیار پیستون در داخل سیلندر بیشتر به این علت اتفاق می افتد که سرعت انبساط پیستون سریع تر از انبساط سیلندر است و همین امر باعث می شود که لقی بین پیستون و سیلندر کاهش پیدا کند . علت رایج دیگری که برای این کار وجود دارد انبساط بیش از اندازه پیستون در محل خروج دود است اما این حالتی بیشتر در سیلندرهایی اتفاق می افتد که بر روی دهانه خروجی آنها پل زده شده است . علت اصلی بوجود آمدن این مشکل ؛ گرم شدن سریع و بیش از اندازه ، تزریق سوخت رقیق و یا داغ بودن بیش از اندازه نوع شمع ها است.

شکسته شدن حاشیه پیستون: (SHATTERED SKIRT)

دوده و لجن سیاه ، بلای جان موتور

دوده و لجن، به عنوان بلای جان موتور شناخته شده اند. این ذرات هیدروکربنی که از بیش از98 درصد کربن و کمتر از2 درصد هیدروژن تشکیل شده اند، در شرایطی تولید می شوند که انژکتور موتور به درستی عمل نکند و نسبت سوخت به هوا تغییر کرده و هوا کافی برای سوختن کامل هیدروکربن ها وجود نداشته باشد. در چنین شرایطی ناکافی بودن هوا برای سوختن سوخت، موجب تولیدCO و دوده می شود.

عامل مهم دیگر در ایجاد دوده، فیلتر هوا است. اگر فیلتر هوا، کثیف یا نامناسب باشد، تناسب هوا و سوخت بهم می خورد و موجب ورود هوای ناکافی می شود. به همین دلیل عمل تعویض فیلتر هوا در هنگام هر تعویض روغن در جلوگیری از ایجاد دوده، از اهمیت بالایی برخوردار است. در جا کارکردن موتور یکی دیگر از عوامل مؤثر در بهم خوردن نسبت سوخت و هوا و در پی آن ایجاد دوده است. دوده، یکی از عوامل مؤثر در تولید لجن است که پس از عبور از جداره رینگ و پیستون وارد روغن شده و همراه با آب و روغن و ذرات خارجی دیگر موجب تولید لجن می شود.

شرایط ایجاد لجن

در صورتی که آب با روغن و ترکیبات اکسید شده از روغن مخلوط شود، شرایط ایجاد لجن فراهم می شود. همچنین اختلاط آب، روغن، دوده و ذرات خارجی دیگر، یکی دیگر از موارد ایجاد لجن است. همانطور که پیش از این هم گفته شد، دوده تولید شده می تواند از جداره پیستون و رینگ عبور کرده و وارد روغن شود. ذرات دوده کروی شکل هستند و تمایل بسیار زیادی برای چسبیدن به یکدیگر و تولید خوشه دارند.

وجود دوده سبب ایجاد رسوب در شیارهای پیستون، چسبندگی رینگ، سایش سطح رینگ و بدنه سیلندر، از بین بردن آب بندی داخل سیلندر، افزایش گازهای برگشتی به داخل موتور و کاهش قدرت موتور می شود.

رینگ می بایست در پیستون به طور آزادانه حرکت کند و با حرکت در سیلندر تطابق یابد. زمانی که پیستون نتواند در سیلندر حرکت کند، باعث می شود بخشی از سطح رینگ و بدنه سیلندر سایش یابد که این مسئله موجب بالا آمدن روغن، روغنی سوزی موتور و ایجاد ورود گازهای حاصل از احتراق به درون موتور می شود.

از طرفی دیگر، ذرات دوده مانند سمباده عمل می کنند و از آنجایی که بسیار ساینده هستند، باعث از بین رفتن دیواره حصیری سیلندر می شوند.

زمانی که بافت حصیری از بین رفت بدنه سیلندر آیینه ای می شود. این مسئله باعث می شود که روغن به راحتی به بالای سر پیستون رفته و بسوزد. در چنین شرایطی با افزایش گازهای برگشتی به داخل موتور مواجه خواهید شد. دوده، CO و Co2 و اکسیدهای گوگردی که تولید می شود همگی وارد موتور شده و باعث می شود روغن کارایی لازم را نداشته باشد. در اینجا مسئله ملموس این است که قدرت موتور کاهش می یابد. تمام گازهایی که در پیستون تولید می شود، صرف پایین راندن پیستون نمی شود بلکه مقداری از آنها از جداره بین رینگ و پیستون، داخل روغن می شوند و در نتیجة این اتلاف انرژی، قدرت موتور به طور محسوسی افت می کند.

در شرایط عادی، حرارت ایجاد شده در موتور از راههای مختلفی به بیرون انتقال داده می شود.

ترکیدگی پیستون

گاهی اوقات پیستون هایی را مشاهده می کنید که دچار ترک خوردگی شده اند. عامل اصلی این ترک خوردگی رسوب دوده و لجن روی جداره و شیارهای رینگ است. زمانی که رسوب دوده و لجن روی پیستون می نشیند، روغنی که از پایین پاشیده می شود موجب خنک شدن جداره داخلی پیستون می شود. در حالی که جداره خارجی به دلیل لایه های رسوبی خنک نمی شود و اختلاف حرارت جداره داخلی و خارجی باعث ترکیدگی پیستون می شود. ساییدگی ها نیز به نو به خود موجب کاهش طول عمر موتورمی شود. اصطکاک حاصل از وجود این ساییدگی ها باعث می شود مصرف سوخت بالا رود. همانطور که می دانید در ساخت روغن موتور از مواد افزودنی استفاده می شود که از خوردگی و سایش جلوگیری کند. حال آنکه دوده ها با این مواد افزودنی وارد واکنش می شوند و این ماده به جای اینکه با سطوح فلزی واکنش دهد و آنها را از سایش محافظت کند، با دوده موجود وارد واکنش می شود و خاصیت مفید خود را از دست می دهد. به این ترتیب روغن موتور، دیگر خاصیت ضد ساییدگی نخواهد داشت. این پدیده به سفت شدن روغن موتور نیز منجر می شود.

هر روغن موتوری در زمان استارت دستگاه باید بتواند در کمترین زمان ممکن به تمامی قطعات دستگاه برسد. به طور تقریبی می توان گفت حدود70 درصد از ساییدگی قطعات دستگاه در هنگام استارت زدن ایجاد

می شود بنابراین زمانی که روغن دیرتر از زمان معمول به قطعات برسد، قطعات دچار ساییدگی بیشتری می شوند.

زمانی که روغن خاصیت ضد ساییدگی را از دست می دهد، اولین

قطعه ای که دچار آسیب می شود، یاتاقانها هستند. یاتاقانها از ظریف ترین و حساس ترین قطعات موتور هستند که به راحتی آسیب می بینند.

اثر لجن برکارکرد موتور

سفت شدن روغن، کاهش جریان روغن در موتور و نرسیدن روغن به تمام سطوح، گرفتگی مسیرهای باریک روغن کاری و در نتیجه نرسیدن روغن به نقاط حساسی مانند یاتاقانها از آثار منفی لجن برموتور است.

لجن باعث می شود مسیر روغن کاری یاتاقان از داخل میل لنگ (به دلیل با باریک بودن مسیر) بسته شود و روغن کافی به یاتاقان نرسد. فیلتر روغن هم به دلیل ظرفیت محدودی که در جذب آلودگی دارد، در آلودگی های بالایی که با ایجاد لجن به وجود می آید دیگر قادر به جذب آلودگی نبوده و دچار گرفتگی می شود. در چنین شرایطی زمان رسیدن روغن به قطعات افزایش می یابد.

هم اکنون در ماشین های جدید به ویژه در ماشین های سنگین یک مسیر فرعی، تعبیه شده است که در صورت گرفتگی فیلتر روغن این مسیر فرعی بتواند روغن را به قطعات برساند. اما این راه حل هم مشکلات خود را دارد و باعث می شود روغن آلوده و فیلتر نشده، وارد موتور شود که مشکلات متعددی را به وجود می آورد. مسئله دیگر بهم زدن زمان باز و بسته شدن سوپاپ ها توسط ایجاد لجن است. باز و بسته شدن سوپاپ توسط میل سوپاپ انجام می شود و در صورتی که بادامک های سوپاپ خورده شود، فاصله ها کم و زیاد شود و یا روی آنها لجن رسوب کند، سوپاپ به موقع باز و بسته نخواهد شد و به این ترتیب دوباره، دوده تولید شده و موتور دچار افت مجدد خواهد شد. حال این سؤال پیش می آید که چگونه می توان با این موارد مقابله کرد.

اولین مسئله ای که در اینجا می بایست مورد توجه قرار گیرد این است که برای روغن کاری از روغنی با کیفیت خوب استفاده کنیم. روغن با کیفیت خوب، روغنی است که بتواند مانع بهم چسبیدن ذرات دوده و لجن شده و بتواند آنها را متفرق کند. روغن برای داشتن این توانایی می بایست دو خاصیت داشته باشد. اول آنکه ذراتی را که به تدریج روی موتور رسوب می کند را در همان زمان پاک کند و دوم بتواند اطراف یک یک ذرات پاک شده را احاطه کرده و از چسبیدن آنها به یکدیگر جلوگیری کند و آنها را متفرق سازد. چنین روغنی برای جلوگیری از تشکیل لجن و دوده برای قطعات دستگاه بسیار مناسب است.

زمانی که روغن دارای کیفیت مناسب بوده و میزان ماده افزودنی آن به اندازه کافی باشد، تمامی ذرات آلودگی به وسیله این مواد احاطه شده و دیگر قادر به چسبیدن به یکدیگر نیستند. در نتیجه رنگ روغن سیاه می شود اما موتور از هر آلودگی، پاکیزه می ماند.

در حال حاضر یکی از مشکلاتی که روغن های تصفیه دوم دارند در این زمینه است. روغن های با کیفیتی که توسط شرکت های تولیدکننده معتبر مانند شرکت نفت پارس تولید می شود در حدود13 یا14 درصد ماده افزودنی دارند. اما در روغن های تصفیه دوم این مقدار مواد وجود ندارد و نهایتاًماده افزودنی آن در حدود1 تا1/5 درصد است. به همین خاطر روغن تصفیه دوم ممکن است بعد از یک یا دو ماه هم کاملاً شفاف باقی مانده باشد. روش دیگر برای جلوگیری از تشکیل دوده و لجن، استفاده از فیلتر مناسب است. اگر فیلتر هوا نامناسب باشد با وجود استفاده از بهترین روغن موتور هم، ذرات گرد و خاک وارد موتور شده وآلودگی های مختلفی ایجاد خواهند کرد. همچنین فیلتر روغن نامناسب، نمی تواند ذرات بهم چسبیده را جذب کند و کارایی خود را از دست داده و به این ترتیب توده های آلودگی از فیلتر عبور خواهند کرد.

تنظیم به موقع موتور یکی دیگر از راههای مؤثر و اساسی در جلوگیری از تشکیل لجن است. زمانی که موتور تنظیم باشد، لجن در دوره کمتری تشکیل می شود و ایجاد لجن بیشتر به تعویق خواهد افتاد.

تاثیر طراحی کاسه پیستون بر نشر آلایندگی موتورهای دیزلی با پاشش مستقیم

اکنون کاهش مصرف سوخت و نشر آلاینده های موتورهای دیزلی با پاشش مستقیم خودرو یکی از اهداف مهم در تحقیقات موتورهای دیزلی به شمار می آید. جهت دستیابی یه اهداف فوق، اختلاط بهتر و سریعتر سوخت و هوا یکی از موثرترین ابزار می باشد. در این راستا حرکت گردبادی هوای داخل سیلندر و سازگاری آن با افشانه سوختی، نقش مهمی را ایفاء می نماید. لذا طراحی مناسب شکل هندسی کاسه پیستون جهت افزایش آهنگ حرکت گردبادی هوای داخل آن در مراحل مکش و تراکم ضروری است. در این کار تحقیقاتی، شکل کاسه پیستون جدید که به صورت مخروطی با دهانه تنگ شده می باشد، طراحی و ساخته شده و سپس سیستم های فرعی پرخوران، سوخت رسانی (انژکتورهای با زاویه پاشش کمتر) با آن به صورت هماهنگ در موتور استفاده قرار گرفته است. در کاسه پیستون مخروطی تنگ شده محل برخورد افشانه سوختی به دیواره کاسه به زاویه مخروطی افشانه، زمان پاشش افشانه و سرعت موتور وابسته است. بنابراین با یک سازگاری مابین این پارامترها در کاسه پیستون جدید، سعی شده زاویه پاشش بهینه انتخاب شود. نتایج تجربی به دست آمده نشان می دهند که ضمن اینکه عملکرد موتور نسبت به موتور پایه بهتر شده، آلایندگی موتور به مقدار چشمگیری پایین آمده و تمامی آلاینده ها به جز NOx زیر سطح استانداردEurol قرار می گیرد. برای کاهش بیشتر NOx می توان از روشهای متداول مانند کاهش نسبت تراکم، ریتارد نمودن پاشش سوخت و بازخورانی گازهای خروجی اگزوز(EGR) استفاده کرد.

محاسبه و طراحی ابعاد سیلندر

برای شروع طراحی یک موتور فرضیات اساسی را در چند گروه باید طبقه بندی کرد. کسانیکه در دانشگاه در رشته مهندسی مکانیک تحصیل کرده و درس موتورهای احتراقی را گذرانده باشند به راحتی با روند طراحی موتور آشنایی دارند. فرض اول بدست آوردن کورس و قطر سیلندر است. حجم جابجایی کل موتور اولین عددی است که باید به آن پرداخت. عموما حجم جابجایی کل موتور و تعداد سیلندرها عددی است که قبلا تعیین شده و طراح از این پس محاسبات بعدی را باید انجام دهد. (برای صرفه جویی در وقت نحوه محاسبه حجم جابجایی و برخی از فرضهای اولیه نادیده گرفته می‌شود تا موضوع سریعتر دنبال شود.) پس اولین گام محاسبه حجم جابجایی یک سیلندر خواهد بود.

تعداد سیلندر/حجم جابجایی کل = حجم جابجایی یک سیلندر

با این فرمول حجم جابجایی یک سیلندر محاسبه می شود. با معلوم شدن حجم جابجایی یک سیلندر نوبت به محاسبه کورس و قطر سیلندر می رسد. طبق فرمول دیگری حجم جابجایی سیلندر عبارت است از حاصلضرب مساحت پیستون در کورس جابجایی آن. یعنی:

مساحت پیستون × کورس جابجایی پیستون = حجم جابجایی یک سیلندر

ولی در فرمول فوق هردو مقدار کورس جابجایی پیستون و مساحت پیستون مجهول می باشد. فرض اول این استکه سیلندر مربعی فرض شده و قطر سیلندر با کورس آن مساوی فرض می‌شود. در اینصورت:

۴ / قطر پیستون × قطر پیستون × ۱۴/۳= مساحت پیستون

۴ / کورس × کورس × کورس × ۱۴/۳= حجم جابجایی سیلندر

به این ترتیب قطر و کورس سیلندر معلوم می شود. اما این مقدار نهایی نیست و باید با فرمول دیگری محک زده شود. این فرمول سرعت متوسط پیستون است. سرعت متوسط پیستون عبارت است از کل مسافت پیموده شده در حرکت رفت و برگشت پیستون در واحد زمان. هر یک از پیستونهای موتور در هر دور گردش میل‌لنگ یکبار حرکت رفت و برگشت انجام داده و به عبارتی دو برابر طول کورس را طی می‌کند. اگر موتور در هر دقیقه N دور گردش کند سرعت متوسط پیستون برابر است با

30 / N × کورس= سرعت متوسط پیستونسرعت متوسط پیستون یکی از مهمترین محدودیتهایی است که برای طراحی موتور باید درنظر گرفته شود. این مشخصه عامل تعیین سرعت دورانی ماکزیمم موتور است. موتوریکه با حداکثر سرعت ۶۰۰۰ دور باید کارکند، از کورس پیستون کمتری برخوردار است. زیرا با محدود فرض کردن سرعت متوسط پیستون، برای افزایش حداکثر سرعت باید کورس را کاهش داد. سرعت متوسط پیستون با توجه به تکنولوژی روز تا مرز ۱۸ متر بر ثانیه نیز افزایش پیدا کرده است ولی در موتور خودروها مقدار آن حداکثر ۱۶ متر بر ثانیه درنظر گرفته می‌شود تا اشکالی برای موتور طراحی شده بوجود نیاید. پس با درنظر گرفتن حداکثر سرعت متوسط پیستون و حداکثر سرعت دورانی موتور، حداکثر مقدار مجاز کورس جابجایی پیستون نیز محاسبه می شود. در اینصورت اگر مقدار محاسبه شده برای کورس پیستون براساس حجم جابجایی بیشتر از مقدار مجاز آن باشد باید تا حد مجاز کم شود. در اینصورت باید کورس و قطر پیستون مجددا محاسبه شود. ضمنا نسبت کورس به قطر در موتور عددی ما بین ۹/۰ و ۲/۱ درنظر گرفته می‌شود تا موتور ابعاد متناسبی داشته باشد. فرض اولیه مقدار یک است. براساس تجربه هرچه موتور حجم جابجایی بیشتر داده باشد باید از کورس کمتری برخوردار باشد و درنتیجه نسبت کورس به قطر در آن کمتر از یک است، ولی در موتور با حجم جابجایی کم این مقدار بزرگتر از یک بدست می‌آید.