پیستون و نحوه عملکرد آن در خودرو

پیستون چیست؟

پیستون، جزو آن دسته از قطعاتی است که به عنوان عضو جدانشدنی خودروهایی که در آنها از موتور احتراقی استفاده می شود، محسوب می شود. این قطعه از زمانی که موتور خودرو ساخته شده، متولد گردیده و با وجود پیشرفت تکنولوژی، هنوز هم نقش یک قطعه اساسی در آن را بازی می کند. پیستون که دائما در حال رفت و برگشت در درون سیلندر است، به شکل یک استوانه توخالی ساخته شده است که از یک طرف بسته و از طرفی دیگر باز می باشد. حرکت این قطعه استوانه ای در داخل سیلندر، باعث اختلاط هوا و سوخت گردیده و با این کار، زمینه احتراق در داخل محفظه سیلندر را فراهم می سازد.

این قطعه که از توانایی انتقال حرارت بالایی برخوردار است، نقش موثری را در انتقال دود ناشی از احتراق داخل سیلندر داشته و معمولا از وزن سبکی برخوردار است. پیستون با حرکت خود ، انرژی و نیروی ایجاد شده در داخل سیلندر را توسط قطعه ای به نام شاتون به میل لنگ انتقال داده و از این طریق موجب به حرکت در آمدن خودرو می گردد. شاتون از یک سو به پیستون و از سوی دیگر به میل لنگ متصل است و با عملکردی شبیه یک اهرم، حرکت بالا و پایین آمدن پیستون را به حرکت چرخشی تبدیل می نماید. تعداد پیستون ها که معمولا برابر با تعداد سیلندر در موتور است، تعیین کننده قدرت موتور است؛ به نحوی که هر چقدر تعداد آنها بیشتر باشد، به معنی بیشتر بودن قدرت موتور بوده و تعداد آنها در خودروهای مختلف، متفاوت می باشد.

جنس و شکل پیستون

پیستونها که معمولا از جنس آلومینیوم و چدن ساخته می شوند، از وزن یکسانی برخوردار بوده و از این طریق، از لرزش موتور جلوگیری می کنند. همانطور که گفته شد، یکی از مشخصه های اصلی پیستون، توانایی انتقال حرارت در آن است؛ این خصوصیت به این دلیل است که از چسبیدن آن به بدنه سیلندر در اثر دمای بالا، جلوگیری گردیده و خللی در عملکرد موتور به وجود نیاید.

نحوه چیدمان پیستون ها که بر اساس شکل آرایش سیلندر ها طراحی می شود، در انواع خودروهای مختلف با هم متفاوت است؛ به طور مثال در اکثر خودروهای چهار سیلندر از نوع آرایش سیلندر به صورت خطی استفاده می شود. از دیگر انواع قرارگیری سیلندر ها، می توان به انواع تخت، خطی دارای زاویه، آرایش به شکل وی(V)، وی آر(VR)، آرایش به شکل دبلیو(W)، ستاره ای و دوار اشاره نمود.

پیستون از چه قسمتهایی تشکیل شده است؟

شاید در ابتدا چنین به نظر برسد که پیستونها، قطعاتی ساده و یکپارچه هستند که اصلا اینطور نیست؛ برای ساخت این قطعه، از ظرافت های خاصی استفاده شده و شامل قسمتهای مختلفی نیز می باشد. این قطعه در انواع مختلفی طراحی شده است که در انواع خودروهای مختلف، با یکدیگر متفاوت بوده و از اجزای زیر تشکیل می شود.

• تاج پیستون قسمت متغیری از آن است که به علت ارتباط مستقیم با هوا و سوخت، تاثیر بسزایی در کیفیت تولید نیرو و احتراق در سیلندر داشته و در قسمت بالای آن قرار گرفته است.
• قسمتی که به علت وجود شیار یا محل هایی متناسب با جایگیری رینگ، به شیار رینگ معروف است، در واقع محلی است که در سطح خارجی دیواره پیستون تعبیه شده و رینگ پیستون در آن جای می گیرد و با کم کردن سطح تماس سیلندر با آن و عایق کاری مناسب، باعث جلوگیری از فرسایش سیلندر، بوش و پیستون می گردد. تعداد این شیارها، به نوع طراحی موتور بستگی داشته و تعداد آن ها معمولا بیشتر از سه و کمتر از هفت عدد می باشد
• قسمت بعدی که با میل لنگ و شاتون در ارتباط بوده و قسمت پایین پیستون را شامل می شود، دامنه پیستون نامیده می شود که از قطر کمتری نسبت به قسمت تاج برخوردار می باشد.
• سوراخ انگشتی یا سوراخ گژن پین، قسمتی از پیستون است که قطعه ای به نام گژن پین در آن جای می گیرد. این قطعه رابط اصلی بین شاتون و پیستون است که از جنس فولاد ساخته می شود. نحوه اتصال گژن پین با شاتون و پیستون، دارای انواع مختلفی است که به نوع طراحی انجام شده در موتور خودروهای مختلف بستگی دارد.

تقسیم بندی انواع پیستون

پیستون، از نظر جنس، شکل و ساختار از طبقه بندی های مختلفی تشکیل شده است؛ این طبقه بندی ها به طراحی های انجام شده در موتور و نوع خودرو بستگی دارند. در ادامه به این طبقه بندی ها و انواع هریک از آنها پرداخته شده و توضیحات مختصری ارائه می گردد.

• پیستون از نظر شکل ساخت

پیستون از نظر شکل ساخت به چهار دسته تقسیم می شود؛

پیستون پهن، لاغر، نمکی و فریونی

پیستون پهن نوعی از این قطعه است که از قطر بیشتری برخوردار بوده و از دو نوع شاتون بلند و شاتون کوتاه برای آن استفاده می شود؛ از شاتون بلند، برای افزایش حداکثری توان آن استفاده می گردد. طراحان این نوع پیستون، معتقدند که این شکل از آن، توان ایجاد شده را تا چهار برابر افزایش داده و برای خودروهای خاص که نیاز به قدرت زیادی دارند، قابل استفاده خواهد بود.

پیستون های لاغرکه از قطر کمی برخوردار بوده و در طراحی آنها از شاتون کوتاه استفاده می شود، اغلب در موتورسیکلت ها مورد استفاده قرار می گیرد.

پیستون نمکی یا سدیمی به نوعی از پیستونها گفته می شود که در آن برای جذب حرارت موثر، از نمک استفاده می شود. در این پیستونها، یک فضای خالی برای ریخته شدن نمک تعبیه شده است. در حال حاضر، استفاده از این نوع، رواج نداشته و تقریبا منسوخ گردیده است.

پیستون فریونی، عملکردی شبیه به پیستون سدیمی داشته و از لحاظ طراحی شبیه به آن است؛ با این تفاوت که به جای استفاده از نمک، از یک ماده خنک کننده به نام فریون استفاده می شود. ماده فریون به عنوان یک ماده خنک کننده در صنایع مختلف به کار می رود.

• پیستون از نظر جنس ساخت

 پیستونها از نظر جنس ساخت، به دو نوع آلیاژ آلومینیومی و آلیاژ چدنی تقسیم می شوند؛ جنس آلیاژ آلومینیومی علاوه بر امکان شکل پذیری و توانایی انتقال حرارت بالا، از وزن کمی برخوردار است و در مقابل با قیمت بالایی در بازار عرضه می شود. آلیاژ چدنی که در ساخت نوع دوم این قطعه به کار می رود، علی رغم وزن زیاد و جنس شکننده آن، در برابر فشار، حرارت و فرسایش از مقاومت خوبی برخوردار بوده و قیمت پایینی نسبت به نوع آلومینیومی آن دارد.

• انواع پیستون در خودروهای سبک

اولین نوع در این گروه بندی، پیستون ریخته گری شده است که به علت ساخت یکپارچه آن، از دوام بیشتری برخوردار بوده و از لحاظ اقتصادی نیز به صرفه است؛ در این نوع پیستون، دامنه، تاج و شیار رینگ به صورت یک سازه واحد طراحی و ساخته می شوند.  پیستونهای ماشین کاری شده به علت افزایش استحکام ناشی از افزایش مراحل تولید، برای خودروهایی که جهت حمل بار سنگین و یا مسابقه طراحی شده اند مورد استفاده قرار میگیرد. آخرین نوع پیستون در این طبقه بندی، پیستونهای اتوترمیک است که معمولا در بدنه آنها از یک چاک استفاده می شود؛ این پیستون به علت نرمی حرکت آن در داخل سیلندر، در بین افراد متخصص در این حوزه از محبوبیت ویژه ای برخوردار است.

• تقسیم بندی بر اساس نوع موتور

پیستونها بر اساس نوع موتور به دو نوع دو زمانه و چهارزمانه تقسیم می شوند. موتورهای دوزمانه که کاربردی در خودروها ندارند، فاقد سوپاپ بوده و از وزن و حجم کمی برخوردار هستند. اما موتورهای چهارزمانه که برای خودرو طراحی شده است، امکان انجام چهار مرحله مکش، توان، تراکم و در نهایت تخلیه را به حالت مجزا فراهم می سازد. در حالت کلی، موتورهای چهار زمانه به دو قسمت عمده موتورهای دیزلی و موتورهای احتراق جرقه ای تقسیم می شوند که عملکرد آنها کمی متفاوت تر از هم می باشد. لازم به ذکر است که مقدار فشردگی در موتورهای دیزلی از مقدار آن در موتورهای احتراق جرقه ای بیشتر است.

• تقسیم بندی بر اساس شکل بالای پیستون

قسمت بالای پیستون به علت تاثیر زیاد در احتراق و اختلاط هوا و سوخت، از اهمیت زیادی برخوردار است و با طراحی مختلف در این قسمت، عملکرد موتور نیز قابل تغییر خواهد بود. این قسمت از پیستون، به سه حالت صاف، مقعر و گنبدی شکل ساخته می شود که هر کدام از آنها، دارای خصوصیات منحصر بفردی بوده و میزان قدرت خروجی متفاوتی را دارند.

نحوه روغن کاری پیستون

شاید این سوال برای بسیاری از شما پیش بیاید که با حرارت ایجاد شده در سیلندر، روغن کاری در این قسمت از موتور چطور انجام می پذیرد؟ برای پاسخ به این سوال، باید به نقش یک قطعه به نام شاتون پرداخته شود؛ همانطور که گفته شد، این قطعه به قسمتی از سیستم انتقال نیرو که میل لنگ نام دارد متصل است و در هر بار چرخیدن، باعث پاشیده شدن روغن به دیواره پایین سیلندر می گردد.

با پایین آمدن پیستون و برخورد آن با روغنی که شاتون به دیواره سیلندر پاشیده است، روغن را به خود جذب و با خود به بالا برده و با این کار نسبت به روغن کاری خود و دیواره های سیلندر، اقدام می نماید. احتمالا تا به حال مشکلی به نام روغن سوزی به گوش شما خورده باشد؛ روغن سوزی زمانی رخ می دهد که روغن برداشته شده توسط پیستون، به قسمت بالای آن نفوذ کرده باشد.

بنابراین پیستون، به عنوان یکی از قطعات مهم و اساسی موتور، علاوه بر احتراق و انتقال نیروی ایجاد شده، هدایت روغن در داخل سیلندر را نیز انجام داده و از این طریق در عملکرد موتور نقش مهمی را بازی می کند. لازم به ذکر است که روغنی که توسط پیستون به دیواره سیلندر منتقل می شود، علاوه بر نقش روانکاری، به عنوان یک خنک کننده نیز عمل می کند.

خلاصی پیستون

به فاصله پیستون با دیواره سیلندر، خلاصی پیستون گفته می شود؛ بیشتر و یا کمتر بودن میزان خلاصی و یا لقی پیستون و رینگ هایی که بر روی لایه ای از روغن و در داخل سیلندر در حال حرکت هستند، باعث آسیب دیدن آنها و اختلال در عملکرد موتور می شود. مکانیک ها از ابزاری به نام فیلر برای اندازه گیری و جایگذاری صحیح آن استفاده می نمایند. انبساط بیشتر پیستونهای آلومینیومی باعث بر هم خوردن خلاصی پیستون گردیده و از این طریق باعث ساییده شدن دیواره سیلندر می گردد؛ راه  حلی که برای جلوگیری از این مشکل تعبیه شده است ضخیم تر کردن کف پیستون است که از این طریق، میزان گرما و حرارت ایجاد شده بیشتری از طریق آن دفع می گردد. البته امروزه برای حل این مشکل و کاهش دمای این قسمت از پیستون، روشهای نوینی ابداع شده است که برای اطلاع از این موضوع، باید از متخصصین این امر کمک گرفته شود.

علائم بروز مشکل در پیستون

در دسترس نبودن پیستونها، به علت جایگیری در داخل سیلندر، باعث گردیده است که با مشاهده هر یک از علائم، از خرابی آنها مطلع شده و با مراجعه به مکانیک متخصص، نسبت به رفع آن اقدام و از انتقال خرابی به سایر قسمتهای موتور جلوگیری نمایید؛ به همین دلیل شناخت این علائم، می تواند نقش موثری را در کنترل خرابی و کاهش هزینه ها داشته باشد. صدای نامتعارف در موتور، روغن سوزی و یا روغن ریزی، صدای جدا شدن بعضی از قطعات از قسمت موتور، از جمله علائمی است که فقط با دیده شدن و بدون باز شدن موتور ، ممکن است زنگ خطری برای خرابی پیستونهای موتور خودروی شما محسوب شده و باید سریعا به یک تعمیرگاه مجاز مراجعه شود.

اما گاهی اوقات، به دلیل مشکلاتی که در عملکرد موتور به وجود آمده و یا به علت اختلالی که در آن به وجود آمده است، موتور خودرو باز شده و با مشاهده علائم داخل آن، به خرابی در پیستون و متعلقات آن پی برده می شود. از مهم ترین این علائم که معمولا بر روی خود پیستون قابل مشاهده است، می توان به لکه های سیاه، تغییر رنگ قسمت تاج، مشاهده ترک و یا لب پر شدگی در قسمت حاشیه آن، شکستگی شاتون، گیر کردن پیستون و … اشاره نمود. ایجاد مشکلات در اکثر قسمتهای موتور، معمولا همراه با دلایلی همچون عدم کارکرد صحیح قطعات مرتبط، عدم روغن کاری مناسب، استفاده از روغن های متناسب با خودرو، عادات رانندگی غلط و … است که روشهای مختلفی برای جلوگیری از بروز چنین مشکلاتی وجود دارد که در ادامه به آن اشاره خواهد شد.

بوش پیستون

بوش پیستون، قطعه ای است که بین پیستون و سیلندر قرار می گیرد؛ این قطعه که به عنوان یک محافظ در برابر آسیب دیدن سیلندر و موتور طراحی شده است، با توجه به حرکت مداوم و برخورد پیستون در داخل سیلندر، در میان آنها قرار گرفته و از این طریق از ساییدگی و ایجاد خراش بر روی سیلندر جلوگیری می نماید. بوش پیستون، به عنوان یک پوشش بر روی حفره های سیلندر عمل کرده و از آسیب دیدن سیلندر در هنگام حرکت رفت و برگشت پیستون در داخل سیلندر محافظت می کند. این قطعه برای خودروهای سواری و کوچک، از جنس آلومینیوم ساخته شده و برای خودروهای دیزلی و سنگین، از بوشهایی با جنس چدن مورد استفاده قرار می گیرند.

مراقبت از پیستون و متعلقات آن

تمام قطعات خودرو، مخصوصا قطعات موتور که از حساسیت زیادی برخوردار هستند، نیاز به مراقبت و استفاده صحیح و استاندارد دارند. بازدید های دوره ای این قطعات و اجزای مرتبط با آن، و شناخت علائم و دلایل خرابی آنها، نقش موثری را در جلوگیری از خرابی آنها دارد. قطعات مرتبط با موتور و اجزای آنها، به دلیل استفاده مداوم و مستمر، از دو نظر حائز اهمیت هستند؛ روغنکاری و خنک کاری، از جمله مهمترین عواملی هستند که می توانند تا حد قابل توجهی، باعث طول عمر این قطعات شده و از استهلاک زودرس و غیر طبیعی آنها جلوگیری نمایند. روغن کاری صحیح و منظم در این قطعات، باعث کاهش اصطکاک آنها گردیده و از این طریق موجب روان شدن عملکرد آنها می گردد؛ از سوی دیگر، با تنظیم، بازبینی و یا تعمیر سیستم های خنک کننده ای که برای این نوع قطعات تعبیه شده است، دمای متعادل آنها حفظ و از خراب شدن ناشی از انبساط بیش از حد و یا ذوب شدن آنها جلوگیری می گردد. این موارد، جزو اعمالی است که با بازبینی دوره ای این قطعات توسط متخصصین این زمینه صورت می گیرد. علاوه بر مواردی که گفته شد، رعایت استانداردهای رانندگی که بیشتر به عادات رانندگان مربوط است، اهمیت بسزایی در جلوگیری از خرابی این قطعات دارد؛ هرگونه عملی که بر موتور، قطعات و اجزای آن به هر نحوی فشار آورد، می تواند عاملی برای خرابی و استهلاک آن به شمار آید.

تشخیص پیستون اصل

امروزه بازار لوازم و قطعات یدکی تقلبی داغ بوده و برای تشخیص اصالت این قطعات باید از مهارت و تخصص کافی در این زمینه برخوردار بود. ظاهر تمیز و بدون خط و خش و نوع بسته بندی، از عواملی است که می تواند تا حد قابل قبولی در تشخیص اجناس اصل کارساز بوده ولی کافی نخواهد بود. پیشنهاد می شود برای خرید قطعات حساسی همچون پیستون و سایر قطعات موتور که از ارزش بالایی برخوردار هستند، هیروسان به شما پیشنهاد می کند که  از فروشگاه های معتبری که برای حفظ مشتریان خود به فروش اجناس اصل مبادرت ورزیده و به خوش نامی معروف هستند خریداری نموده و یا در صورتی که از اطلاعات کافی در این خصوص برخوردار نیستید، از افراد مطمئنی که در این زمینه متخصص هستند کمک بگیرید.