پیستون چیست و چه وظیفهای دارد؟ پیستون یکی از مهم‌ترین قطعات خودرو است که با قرارگیری در داخل سیلندر در موتورهای درون‌سوز به چرخه احتراق کمک می‌کند. اگر شتاب خودرو افت داشته و تمام موارد را چک کرده‌اید اما دلیل آن را پیدا نمی‌کنید بهتر است سری به پیستون‌ها بزنید؛ نقش پیستون در خودرو به قدری مهم است که اگر دچار کوچک‌ترین آسیب شود عملکرد پیشرانه را مختل خواهد کرد. پیشنهاد می‌کنیم به عنوان یک مکانیک یا راننده ما را در این مطلب همراهی کنید تا با عملکرد پیستون ماشین آشنا شوید و علائم و دلایل خرابی آن را بشناسید.
پیستون چیست و چه وظیفهای دارد؟
پیستون (Piston) قطعه‌ای تقریباً استوانه‌ای شکل است که داخل سیلندر حرکت رفت و برگشتی انجام می‌دهد. این حرکت پیستون باعث به وجود آمدن چهار عمل اصلی موتور می‌گردد و در حرکت به داخل و بیرون سیلندر، فشار بخار سوخت و هوا را تنظیم می‌کند. چند شیار در قسمت سر پیستون قرار دارد که محل نصب رینگهای آن است و فضای بالای پیستون را نسبت به محفظه‌ی کارتر آب‌بندی می‌کند. در روی پیستون سوراخی برای قرار گرفتن گژن پین جهت اتصال به شاتون تعبیه شده است.
جهت افزایش قدرت و کشش خودرو از چندین سیلندر و پیستون در خودرو استفاده می‌کنند. مثلاً در دو مدل خودرو با اندازه پیستون‌های مشابه، خودرویی که دارای پیستون بیشتری می‌باشد قدرت بیشتری خواهد داشت. بدیهی است که در بلوک سیلندر یک خودرو به تعداد پیستون‌های آن بوش سیلندر تعبیه شده است. بنابراین هرچقدر تعداد پیستون‌های یک خودرو بیشتر شود حجم و اندازه بلوک سیلندر آن خودرو نیز افزایش پیدا می‌کند. مثلاً اگر گفته شود خودرویی 4 سیلندر است بلوک سیلندر آن ظرفیت قرارگیری 4 پیستون داخل آن را دارا می‌باشد.
وظیفهی اصلی پیستون ماشین تبدیل انرژی حرارتی به انرژی مکانیکی است که در نهایت به چرخهای خودرو منتقل میشود.
عملکرد پیستون ماشین
گفته شد که نقش پیستون در خودرو بسیار مهم است اما اینکه چگونه کار می‌کند و چرا اهمیت دارد در این قسمت توضیح داده میشود.
در ابتدا بهتر است بدانید پیستون در تمامی پیشرانه‌ها به کار نمی‌رود. به طور کلی، پیستون در موتورهای احتراق داخلی به کار می‌رود که شامل موتورهای بنزینی، دیزلی و گاز خور هستند. این موتورها دارای سیلندرهای استوانه‌ای هستند و پیستون در داخل سیلندر حرکت می‌کند تا با فشرده کردن مخلوط سوخت و هوا، انفجار و ایجاد نیروی مکانیکی مورد نیاز برای حرکت خودرو را فراهم کند.
اما در موتورهای الکتریکی، پیستون به کار نمی‌رود زیرا در این موتورها انرژی برقی به روتور انتقال داده میشود و روتور با قرار گرفتن در میدان مغناطیسی، به حرکت در می‌آید. بنابراین، پیستون در موتورهای الکتریکی به کار نمی‌رود.
نحوه کار پیستون ماشین در پیشرانه به این صورت است که با حرکت خطی رفت و برگشتی درون موتور منجر به تراکم مخلوط سوخت و هوا شده و این مخلوط را برای فرایند احتراق آماده می‌سازد( در زمان روشن شدن موتور پیستون در حرکت به بیرون سیلندر، هوا و سوخت را از سوی سیستم تزریق سوخت ورودی به داخل سیلندر جذب می‌کند. در این حین، در سیلندر فشار بخار سوخت و هوا افزایش می‌یابد و برای آماده شدن برای انفجار آماده میشود.) بعد از احتراق سوخت متراکم شده پیستون به سمت پایین بازمی‌گردد.
حرکت رفت و برگشتی پیستون توسط میل لنگ به حرکت دورانی تبدیل شده، این حرکت از نیروی موتور نشات گرفته و در سر بازش که سطح پایینی آن است به شاتون و از طریق آن به میل‌لنگ منتقل شده تا نیروی چرخشی ایجاد شود. بعد از این که پیستون به بیرون سیلندر رسید، سوخت و هوا در مخلوطی با هم ترکیب شده و در نتیجه در اثر شعله ور شدن سوخت، انفجاری رخ می‌دهد که باعث ایجاد نیروی مکانیکی در پیستون میشود. این نیروی مکانیکی، پیستون را به داخل سیلندر فشرده می‌کند و انرژی ایجاد شده از این فشار، از طریق سیستم کرنک شافت، به چرخهای خودرو منتقل میشود.
در ادامه، پیستون به داخل سیلندر برمی‌گردد و با ترکیب سوخت و هوا به دنبال خود، دوباره مخلوط را فشرده می‌کند و این دوره از عملیات در موتور تکرار میشود. در طول این عملیات، پیستون به صورت متقارن با حرکت به بالا و پایین در سیلندر حرکت می‌کند و این حرکت، باعث تولید انرژی مکانیکی میشود که در نهایت به حرکت خودرو منجر میشود.
این قطعه به گونه‌ای طراحی شده است که سطح گرد آن باعث تسهیل حرکت آن در سیلندر شده و پس از انبساط که بر اثر حرارت بالای محفظه احتراق ایجاد شده حالت استوانه‌ای به خود می‌گیرد. همچنین قطر پیستون طوری طراحی میشود که لقی لازم نسبت به سیلندر را داشته باشد.
توجه داشته باشید سرعت حرکت پیستون در هر موتور ممکن است متفاوت باشد. در واقع، سرعت حرکت پیستون در هر موتور به عوامل مختلفی بستگی دارد؛ به عنوان مثال حجم سیلندر، تعداد سیلندرها، نوع سوخت و نوع موتور (بنزینی، دیزلی، الکتریکی و غیره).
در موتورهای با حجم بزرگ، پیستون‌ها به دلیل بیشتر بودن فاصله حرکتی که باید طی کنند، با سرعت کمتری حرکت می‌کنند. اما در موتورهای با حجم کوچکتر، پیستون‌ها برای دستیابی به سرعت و قدرت بیشتر، با سرعت بیشتری حرکت می‌کنند.
بنابراین، سرعت حرکت پیستون در هر موتور به تناسب با ویژگی‌های طراحی آن است و ممکن است در موتورهای مختلف با حجم و قدرت مختلف، متفاوت باشد.
از آنجایی که قدرت انتقال حرارت در این قطعه بسیار مهم است از آلیاژهای فلزی سبک مانند آلومینیوم که برای انتقال حرارت بهتر عمل می‌کنند مورد استفاده قرار می‌گیرد. البته جنس پیستون به عوامل مختلفی چون نوع خودرو، محدودیت‌های قیمت، کارایی، استحکام و … بستگی دارد.
علائم خرابی پیستون ماشین
تشخیص خرابی پیستون منوط به شناخت علائم خرابی آن است که بهتر است با این نشانه ها آشنا شوید گرچه بهتر است از یک مکانیک حرفه ای برای تشخیص خراب بودن آن اقدام نمایید. علائم خرابی پیستون ممکن است شامل موارد زیر باشد:
1. صدای بلند: صدای بلند و ناهموار می‌تواند نشانه خرابی پیستون باشد. این صدا معمولاً از طریق سیستم ترموستات یا مکانیزم روغن کاری منتشر میشود.
2. کاهش قدرت: اگر موتور شما توانایی تولید قدرت کافی را نداشته باشد، ممکن است پیستون آسیب دیده باشد. این مشکل معمولاً باعث کاهش توان خودرو و افزایش میزان مصرف سوخت میشود.
3. کاهش فشار: اگر فشار روغن در موتور شما کاهش یابد، احتمالاً پیستون خراب شده است. این مشکل معمولاً باعث کاهش عملکرد موتور و افزایش دمای آن میشود.
4. کاهش راندمان: اگر موتور شما کارایی خود را از دست داده و راندمان آن کاهش یافته باشد، ممکن است پیستون آسیب دیده باشد.
5. افزایش مصرف روغن: اگر مصرف روغن موتور شما افزایش یافته باشد، احتمالاً پیستون خراب شده است.
6. افزایش دود خارج شده از اگزوز: اگر بخار سیاه یا خاکستری از دود خروجی خودرو شما بیشتر از حد معمول باشد، این می‌تواند نشانه خرابی پیستون باشد.
7. لرزش موتور: اگر موتور شما هنگام عملکرد لرزش دارد، احتمالاً پیستون آسیب دیده است.
این علائم ممکن است نشان دهنده خرابی پیستون باشند، اما برای تشخیص دقیق تر مشکل، بهتر است به یک تعمیرکار ماهر مراجعه کنید.
علل خرابی‌های پیستون
هر یک از قطعات خودرو به مرور زمان دچار نواقص و مشکلاتی خواهند شد که هر کدام دلایل خاص خود را دارند و ممکن است در عملکرد پیشرانه و یا قطعات دیگر اختلال ایجاد کند. عموم دلایل خرابی پیستون به این شرح است:
1. خرابی رینگهای پیستون: اگر رینگهای پیستون ضعیف یا دچار سائیدگی شده باشند، میتوانند باعث نشت روغن و افزایش فشار در داخل سیلندر شوند که ممکن است به خرابی پیستون منجر شود.
2. سایش و ساییدگی: اگر سطوح داخلی سیلندر و پیستون ساییده یا سایش دیده باشند، می‌تواند باعث افزایش فشار و گرمایش داخل سیلندر شود که ممکن است به خرابی پیستون منجر شود.
3. نفوذ ذرات خارجی: نفوذ ذرات خارجی مانند گرد و غبار، شن و ماسه و زباله در سیستم سوخت و هوا، می‌تواند باعث خرابی پیستون شود.
4. عدم رعایت مراحل نگهداری و تعمیرات: عدم تعویض روغن به موقع، عدم تعویض فیلترهای هوا و روغن، عدم تعمیرات به موقع و مراقبت از ماشین، می‌تواند باعث خرابی پیستون شود.
5. افزایش دمای موتور: افزایش دمای موتور به دلایلی مانند استفاده بیش از حد، عدم تعویض روغن به موقع، چرخش زیاد موتور، می‌تواند باعث خرابی پیستون شود.
6. استفاده از سوخت غیرمناسب: استفاده از سوخت با کیفیت پایین، موجب ایجاد کربن در داخل موتور و افزایش فشار در سیلندر میشود که ممکن است به خرابی پیستون منجر شود.
7. ذوب شدگی پیستون: درست است که از مواد باکیفیت و مقاوم در ساخت پیستون خودرو استفاده شده است اما ممکن است به دلایل متعددی چون زمان بندی اشتباه تزریق سوخت، درزبندی ناقص بین سیلندرو پیستون، معیوب بودن نازل های تزریق و … دچار ذوب شدگی شود و کارایی خود را از دست بدهد
8. ترک خوردن پیستون: ریختخ گری نادرست پیستون، تزریق بیش از اندازه و یا کمتر از حد مورد نیاز و تنظیم نبودن فشار وارده بر پیستون می تواند نجر به ترک خوردگی پیستون و نقص آن شود.
برای تشخیص دقیق دلیل خرابی پیستون ماشین، بهتر است با یک تعمیرکار ماهر مشاوره کنید.
جنس پیستون
جنس پیستون‌ها از چدن یا آلومینیم است. پیستون‌های چدنی بدنه‌ای بزرگ‌تر و سنگین‌تر دارند. از آن ها در بعضی از خودرو های دیزلی پر قدرت استفاده میشود. در این پیستون‌ها، ممکن است اتاق احتراق روی سر پیستون باشد.
امروزه در خودرو های سواری، از پیستون‌های آلومینیمی، به دلیل سبکی و انتقال حرارت بهتر استفاده می‌گردد، که به دو روش ریختگی یا آهنگری ساخته می‌شوند. گرچه امروزه پیستون‌های آلومینیمی ریختگی رواج بیشتری دارند اما نوع آهنگری آن برای موتور های سنگین و پر قدرت استفاده میشود.
پیستون ریختگی متخلخل است و برای دوران بیش از ۵۰۰۰ دور بر دقیقه (PRM) مقاوم نیست. در حالی که پیستون ساخته شده به وسیله آهنگری بدنه‌ای فشرده و متراکم دارد و حدود ۷۰% مقاوم‌تر از نوع ریختگی آن است.
مزایا و معایب انواع جنس پیستون
آلیاژ آلومینیوم:
مزایا: سبکی وزن، انتقال حرارت بالا و شکل پذیری
معایب : انبساط زیاد در برابر حرارت و قیمت گران
آلیاژ چدن:
مزایا: مقاوم در برابر حرارت و فشار بالا، انبساط کم، مقاوم در برابر سایش، قیمت ارزان
معایب: انتقال حرارت کم، وزن زیاد، دارا بودن خاصیت شکنندگی
انواع اشکال پیستون خودروهای سواری و سبک (چهار زمانه)
- پیستون ریخته‌گری شده:
دارای دوام زیاد و صرفه اقتصادی برای موتورهای بنزینی و گازوییلی می‌باشد. در این پیستون تاج پیستون، محل رینگ‌ها و دامن پیستون به صورت یک واحد و یک جا ساخته میشود.
- پیستون ماشین‌کاری شده:
استحکام با توجه به مراحل تولید افزایش یافته است. این به این معناست که امکان کم کردن مقطع و کاهش وزن پیستون وجود دارد. این پیستون بیشتر در موتورهای مسابقه‌ای و موتورهایی که در معرض بار سنگین قرار دارند استفاده میشود.
- پیستون اتوترمیک:
دارای نوار فولادی ریخته‌گری شده و همچنین یک چاک در بدنه است که از ناحیه رینگ تا دامن پیستون کشیده شده؛این پیستون‌ها حرکت نرمی در داخل سیلندر دارند.
جمع‌بندی
توضیحات بیان شده شما را با نحوه کار پیستون ماشین آشنا می‌کند. اینکه قطعات موتور تا چه میزان می توانند اهمیت داشته باشند و به مراقبت نیاز داشته باشند کاملاً واضح است. به همین دلیل توجه داشته باشید پیستون‌ها همیشه از میزان روغن کافی بهره‌مند باشند تا کارایی بیشتر، طول عمر بهتر و بازدهی بالاتری داشته باشند.
