یک موتور از پمپ سوخت، شاتون، میل لنگ و سیستم سوخت تشکیل شده است. پیستون به عنوان قلب موتور پیستونی شناخته می شود. بدون پیستون، موتور رفت و برگشتی نمی تواند مخلوط هوا و سوخت را فشرده کند. بنابراین نگهداری و سرویس پیستون برای عملکرد صحیح موتور بسیار مهم است. پیستون ها بیشتر در موتورهای بنزینی و موتورهای دیزلی استفاده می شوند. این مقاله عمدتا کارکرد، انواع و برخی از جنبه های دیگر پیستون را توضیح می دهد.
پیستون چیست؟
پیستون یک دیسک مکانیکی رفت و برگشتی است که در داخل محفظه تراکم موتور به سمت جلو و عقب حرکت می کند. حرکت خود را از طریق یک شاتون به میل لنگ منتقل می کند.
عملکرد یک موتور احتراق داخلی به عملکرد پیستون بستگی دارد.
این قسمت از موتور احتراق داخلی دارای قسمت متحرک فلزی با رینگ پیستون می باشد. از یک گژن پین برای اتصال شاتون به پیستون استفاده می شود. این شاتون از طریق انگشتی میل لنگ به میل لنگ متصل می شود.
با انقباض یا انبساط مایع یا گاز در محفظه تراکم، دیسک پیستون شروع به حرکت در محفظه می کند. در طی فرآیند احتراق مخلوط هوا و سوخت، انرژی شیمیایی تولید می شود.
هنگامی که مخلوط هوا و سوخت احتراق منبسط می شود، انرژی تولید شده و نیروی پیشران ایجاد می کند. این نیروی پیشران پیستون را به جلو و عقب می برد. پیستون حرکت خود را به میل لنگ منتقل می کند که این باعث حرکت خودرو می شود.
پیستون شما باید قابلیت اطمینان و انعطاف پذیری بالایی داشته باشد، اما وزن آن باید تا حد ممکن کم باشد. پیستون سبک وزن به کاهش اینرسی ناشی از جرم رفت و برگشتی آن کمک می کند.
باید توانایی تحمل نیروی انفجاری بالا و دمای تولید شده در محفظه تراکم را داشته باشد. پیستون موتور شما باید با حداقل اصطکاک در محفظه تراکم رفت و برگشت داشته باشد.
طرز کار پیستون
پیستون جز رفت و برگشتی موتور است که در داخل محفظه احتراق یا سیلندر تراکم رفت و آمد می کند. حرکت رفت و برگشتی آن به تولید نیرو از مخلوط هوا و سوخت کمک می کند و چرخ خودرو را می چرخاند. یک پیستون به صورت زیر عمل می کند:
1. در مرحله مکش، پیستون از نقطه مرگ بالا (TDC) به نقطه مرگ پایین (BDC) حرکت می کند. در طی این حرکت، در داخل محفظه احتراق خلا ایجاد می کند. با رسیدن به نقطه مرگ پایین دریچه مکش باز شده و خلا ایجاد می شود. با باز شدن دریچه مکش، مخلوط هوا و سوخت از کاربراتور به محفظه احتراق وارد می شود.
2. پس از مکش، پیستون مرحله تراکم (فشرده سازی) را انجام می دهد. در این مرحله، از نقطه مرگ پایین به سمت نقطه مرگ بالا حرکت می کند. در طی این حرکت، حجم محفظه احتراق را کاهش می دهد.
3. با کاهش حجم محفظه احتراق، فشرده سازی مخلوط هوا و سوخت اتفاق می افتد. با رسیدن پیستون به نقطه مرگ بالا، مخلوط هوا و سوخت به طور کامل فشرده می شود.
4. شمع مخلوطی را که بر حسب نیاز فشرده شده را مشتعل می کند. در اثر اشتعال مخلوط هوا و سوخت، انرژی گرمایی در داخل محفظه احتراق تولید می شود.
5. هنگامی که مخلوط هوا و سوخت مشتعل از شیر انبساط عبور می کند منبسط می شود و پیستون را مجبور می کند از نقطه مرگ بالا به نقطه مرگ پایین حرکت کند.
6. هنگامی که پیستون از مخلوط هوا و سوخت منبسط شده نیرو می گیرد، حرکت می کند و شاتون را به حالت رفت و برگشتی حرکت می دهد. شاتون همراه با میل لنگ، حرکت رفت و برگشتی را به حرکت چرخشی تبدیل کرده و به میل لنگ می دهد. میل لنگ حرکت چرخشی را به فلایویل که چرخ های خودرو را می چرخاند می دهد.
7. در نهایت، پیستون مرحله تخلیه را انجام می دهد. در این مرحله، پیستون دوباره از نقطه مرگ پایین به نقطه مرگ بالا حرکت کرده و گازها را از محفظه احتراق خارج می کند. پس از این مرحله، کل چرخه تکرار می شود.
انواع پیستون ها
پیستون دارای انواع عمده زیر است:
1) پیستون های ترانک (استوانه ای)
پیستون های ترانک قطر زیادی دارند. این نوع پیستون ها با عملکرد دوگانه هستند (یعنی می تواند هم به عنوان یک کراس هد استوانه ای و هم به عنوان پیستون کار کند).
پیستون ترانک رایج ترین نوع پیستون برای موتورهای احتراق داخلی رفت و برگشتی است. هم در موتورهای دیزلی و هم در موتورهای بنزینی به کار می روند، اما موتورهای پرسرعت اکنون پیستون های سبک تری دارند.
یکی از ویژگی های این پیستون ها، مخصوصا برای موتورهای احتراق داخلی این است که علاوه بر رینگ روغن بین تاج پیستون و گژن پین، دارای یک شیار رینگ روغن در زیر گژن پین هستند.
2) پیستون های کراس هد
موتور دیزلی و کم سرعت ممکن است که برای محافظت از خود در برابر نیروهای جانبی پیستون به یک قطعه دیگر نیز نیاز داشته باشند. بنابراین این موتورها معمولا از پیستون کراس هد استفاده می کنند. پیستون اصلی شامل یک میله پیستون بزرگ است که از پایین تا پیستون ثانویه با قطر کمتر امتداد می یابد. این پیستون در یک سیلندر کوچک به عنوان راهنمای ترانک حرکت کرده و گژن پین را در خود حمل می نماید.
پیستون اصلی عایق بودن در برابر گاز و حرکت رینگ پیستون را تضمین می کند. پیستون کوچک تر به صورت مکانیکی و در یک محفظه فشرده سازی کوچک کار می کند.
پیستون کراس هد روغن روانکاری بهتری نسبت به روغن روانکاری پیستون ترانک دارد. گرمای احتراق بر روانکاری کراس هد تأثیر نمی گذارد. روغن روان کننده پیستون های کراس هد به ذرات دوده ناشی از احتراق آلوده نمی شود، در اثر حرارت آسیب نمی بیند و می توان از تینر استفاده کرد.
3) پیستون های لغزان
این نوع پیستون ها برای موتورهای بنزینی مناسب هستند. کمترین اندازه و وزن را دارند. در موارد ریسکی، فقط دارای بدنه، رینگ و تاج هستند که با ایجاد دو پایه از لرزش پیستون در سوراخ جلوگیری می کند.
لبه دامن پیستون از دیواره سیلندر در اطراف گژن پین کشیده شده است. هدف از این فرآیند کاهش جرم حرکت رفت و برگشتی است که باعث می شود پیستون به راحتی موتور را متعادل کرده و سرعت های بالا ایجاد کند.
4) پیستون انحرافی
این نوع پیستون ها بیشتر در موتورهای 2 زمانه با تراکم در میل لنگ استفاده می شوند که با دقت جریان هوا را به داخل سیلندر هدایت می کند تا از برون دمیدن موثر دود اطمینان حاصل شود. برای پاک سازی جانبی، دریچه های ورودی و خروجی به صورت مستقیم رو به دیواره سیلندر هستند.
پیستون در قسمت تاج خود دارای یک لبه برآمده می باشد تا از خروج مستقیم مخلوط سوخت ورودی از یک دریچه به دریچه دیگر جلوگیری کند. این لبه به منحرف کردن مخلوط سوخت ورودی حول محفظه احتراق کمک می کند.
5) پیستون های مسابقه ای
موتورهای مسابقه ای پیستون های سخت تر و قوی تری نسبت به موتور خودروهای سواری دارند. برای رسیدن به سرعت بسیار بالای مورد نیاز در مسابقه سبک تر هستند.
6) پیستون اینوار
پیستون های اینوار دارای آلیاژی از 64% فولاد و 36% نیکل هستند. ضریب انبساط آن ناچیز است (یعنی C° 000000063/0). در یک پیستون، اینوار بدنه و پایه های پین پیستون را محکم می کند که این به پیستون اجازه می دهد تا تقریبا به اندازه سیلندر منبسط شود.
7) پیستون اتوترمیک
این نوع پیستون دارای چاک فولادی کم انبساط می باشد. شکل این چاک ها به گونه ای است که انتهای آن ها به دامن پیستون متصل می شود.
عملکرد پیستون
- وظیفه اصلی پیستون فشرده کردن هوا یا مخلوط هوا و سوخت در داخل سیلندر و دریافت نیرو توسط مخلوط محترق شده است.
- نیروی پیشران تولید شده توسط مخلوط هوا و سوخت محترق شده در سیلندر را دریافت می کند و آن را به شاتون می دهد.
- دارای حرکت رفت و برگشتی در داخل محفظه احتراق است. مراحل مکش، تراکم، انبساط و تخلیه را انجام می دهد. پس از اتمام این مراحل، میل لنگ را می چرخاند که آن نیز چرخ خودرو را می چرخاند.
ویژگی های پیستون
- پیستون موتور باید قابلیت اطمینان و انعطاف پذیری بالایی داشته باشد
- قابلیت تحمل نیروی انفجاری، فشار بالا و دمای مخلوط هوا و سوخت محترق شده در محفظه تراکم را دارد.
- باید قابلیت تحمل اثرات نوسان بار را داشته باشد.
- باید سبک باشد. پیستون سبک وزن به کاهش اینرسی ناشی از جرم رفت و برگشتی آن کمک می کند.
- پیستون موتور شما باید بدون صدا کار کند.
- باید از نظر مکانیکی قوی باشد.
