هر خودرو از کنار هم قرار گرفتن قطعات مختلفی تشکیل شده است. یکی از اصلی‌ترین قسمت‌های تشکیل دهنده هر خودرو، موتور خودرو می‌باشد. موتور خودرو نیز از قطعات مختلفی تشکیل شده است. یکی از مهم‌ترین و اصلی‌ترین قطعات تشکیل دهنده موتور خودرو نیز پیستون‌های آن است. در ادامه این مطلب از نیکا یدک، نحوه عملکرد پیستون، نقش پیستون موتور خودرو، مواد به کار برده شده برای تولید این قطعه و همچنین قسمت‌های اصلی تشکیل دهنده پیستون مورد بررسی قرار می‌گیرد.
پیستون موتور خودرو چه شکلی است؟
قبل از هر چیز، پیستون موتور خودرو را از لحاظ شکل ظاهری مورد بررسی قرار می‌دهیم. پیستون از لحاظ ظاهری، یک قطعه استوانه‌ای شکل است. این قطعه استوانه‌ای شکل در دو سمت خود، دارای دو سر است. طراحی پیستون به شکلی است که یکی از این سرها بسته و سر دیگری باز است. لازم به ذکر است که پیستون موتور خودرو، یک استوانه توخالی است. طول و قطر پیستون، تقریباً با یکدیگر برابر است. به شکلی که طول پیستون موتور خودرو تنها کمی بیشتر از قطر آن می‌باشد.
همان طور که ذکر شد، این استوانه در دو سمت خود، دارای دو سر یا دو سطح است. سطح پایینی پیستون سمتی است که باز می‌باشد. سطح بالایی پیستون نیز سمتی از این استوانه است که بسته می‌شود. این قطعه در طول خود، دارای دو قطر متفاوت است. این تفاوت قطر بدین شکل است که قطر سطح بالایی پیستون موتور خودرو، کمی بیشتر از قطر سطح پایینی پیستون است. علت در نظر گرفتن این طراحی برای پیستون، افزایش بازدهی و بهبود عملکرد آن است.
پیستون موتور چه نقشی در خودرو دارد؟
حال که پیستون را از لحاظ ظاهری مورد بررسی قرار دادیم، نوبت به بررسی نقش این قطعه در خودرو می‌رسد. نقش اصلی پیستون موتور در خودرو، متراکم کردن مخلوط هوا و سوخت در سیلندر است. پیستون در حقیقت درون سیلندر قرار دارد. سوخت و هوا به گونه‌ای وارد سیلندر می‌شوند که به مقدار مناسب با یکدیگر ترکیب شوند. ترکیب شدن مناسب سوخت و هوا بسیار مهم و ضروری است و از طریق انجام فرآیند احتراق به شکلی کامل‌تر، منجر به افزایش بازدهی موتور و سوختن کامل سوخت می‌شود.
در کنار اهمیت ترکیب شدن سوخت و هوا، متراکم شدن این دو عامل احتراق نیز بسیار مهم است. پیستون درون سیلندر، عمل رفت و برگشتی را انجام می‌دهد. حرکت پیستون به صورت رفت و برگشتی در سیلندر، منجر به متراکم شدن مخلوط هوا و سوختی می‌شود که درون سیلندر قرار دارند. با متراکم شدن مخلوط سوخت و هوا، این مخلوط برای انجام فرآیند احتراق آماده می‌شود. متراکم نشدن این دو عامل احتراق، به معنای انجام نشدن فرآیند احتراق به صورت کامل و در نتیجه به معنای کاهش بازدهی موتور و سوختن ناقص سوخت می‌باشد. با توجه به مواردی که ذکر شد، می‌توان به اهمیت پیستون در عملکرد صحیح موتور (و همچنین انجام شدن فرآیند احتراق به صورت کامل) پی برد.
نکات مهم در ساخت پیستون موتور خودرو
برای ساخت پیستون موتور خودرو، دو نکته مهم در نظر گرفته می‌شود.
1.سبک بودن پیستون
همان طور که ذکر شد، پیستون باید درون سیلندر به صورت رفت و برگشتی حرکت کند تا بتواند مخلوط هوا و سوخت را متراکم کند. تحقق این امر وابسته به نحوه حرکت پیستون است. پیستون باید بتواند به صورت روان و راحت درون سیلندر حرکت کند. برای انجام این امر، پیستون باید به شکلی طراحی و ساخته شود که سبک باشد. سنگین بودن پیستون به معنای این است که این قطعه، برای انجام حرکت‌های رفتی و برگشتی خود درون سیلندر، نیازمند نیروی بیشتری خواهد بود.
2.تحمل حرارت زیاد (انتقال حرارتی بالا)
لازم به ذکر است که دمای موتور خودرو هنگام فعالیت آن، بسیار زیاد است. اگر پیستون از جنسی ساخته شود که دمای ذوب پایینی دارد، در اثر بالا رفتن دمای موتور، این قطعه ذوب خواهد شد. در صورت ذوب شدن پیستون، بخش‌های ذوب شده این قطعه به دیوار سیلندر چسبیده شده و خسارت‌های بسیار سنگینی در پی خواهد داشت. به همین دلیل برای ساخت پیستون، از موادی استفاده می‌شود که علاوه بر سبک بودن، دارای نقطه ذوب بالایی نیز باشند.
پیستون موتور خودرو از چه جنسی ساخته می شود؟
با توجه به این دو فاکتور مهم که در بخش قبل بیان شد، طراحان پیستون‌های موتور، استفاده از فلز آلومینیوم و آلیاژ چدن را برای تولید این قطعه در نظر گرفته‌اند. هر یک از این نوع پیستون‌ها (چدنی یا آلومینیومی) در خودروهای جداگانه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند. محل استفاده از هر یک از این نوع پیستون‌ها و همچنین مزایا و معایب هر یک از آنها به شرح زیر است.
1.پیستون‌های چدنی
این نوع از پیستون‌ها دارای وزن بالایی هستند. طراحی این نوع پیستون‌ها به گونه‌ای است که نسبت به پیستون‌های آلومینیومی، دارای اندازه بزرگتری هستند. اندازه بزرگ و همچنین وزن بالای این نوع پیستون‌ها باعث شده است پیستون‌های چدنی، تنها در خودروهای دیزلی استفاده شوند که دارای قدرت بالایی هستند.
علاوه بر وزن زیاد و اندازه بزرگ، یکی از از معایب مربوط به پیستون‌های چدنی در توانایی کم آنها در انتقال حرارت است. همان طور که ذکر شد، وقتی پیستون نتواند به خوبی حرارت را تحمل کند، ذوب شده و به بدنه سیلندر می‌چسبد. از طرفی میزان شکنندگی پیستون‌های چدنی تقریباً زیاد است. این عیب باعث می‌شود این نوع پیستون در اثر فعالیت زیاد و تحت فشار بالا، موجب ترک خوردگی یا شکستگی شوند. هر چند تمامی این معایب در ارتباط با پیستون‌های چدنی باعث شده است پیستون‌های چدنی در خودروهای سواری امروزی، مورد استفاده قرار نگیرند، اما به هر حال برای موتور برخی از خودروهای دیزلی، از این نوع پیستون‌ها استفاده می‌شود.
2.پیستون های آلومینیومی
قبل از هر چیز لازم به ذکر است که پیستون‌های آلومینیومی، هیچ یک از معایب مربوط به پیستون‌های چدنی را ندارند. البته این جمله به این معنا نیست که پیستون‌های آلومینیومی به هیچ وجه دچار مشکل نمی‌شوند. جالب است بدانید حتی پیستون‌های آلومینیومی نیز ممکن است ذوب شده و به بدنه سیلندر بچسبند. ولی نقطه ذوب بالا و همچنین مقاومت این نوع پیستون‌ها در برابر حرارت زیاد، باعث شده است که احتمال ذوب شدن پیستون‌های آلومینیومی در درون سیلندر، به شدت کاهش پیدا کند. بنابراین پیستون‌های آلومینیومی نیز دچار آسیب شده و دارای معایبی هستند. اما شدت این عیب‌ها، نسبت به پیستون‌های چدنی کمتر است.
روش های ساخت پیستون های آلومینیومی
این نوع پیستون‌ها به دو روش مختلف تولید می‌شوند. این دو روش عبارتند از:
1.روش ریخته گری
پیستون آلومینیومی که از طریق این روش تولید می‌شود، دارای فضاهای متخلخلی در بدنه خود می‌باشد. میزان مقاومت این نوع پیستون‌ها در برابر گرما نیز نسبت به سایر پیستون‌ها آلومینیومی (پیستون‌ها آلومینیومی آهنگری) کمتر است. این موارد باعث شده است تا از این نوع پیستون، در موتور خودروهای سبک و سواری استفاده شود. به طور کلی در موتور خودروهایی که قدرت‌های پایین‌تری (نسبت به سایر خودروها) دارند، از پیستون‌های آلومینیومی ریخته گری استفاده می‌شود.
2.روش آهنگری
این نوع پیستون، برخلاف پیستون‌های آلومینیومی ریخته گری، دارای بافتی قوی و متراکم است. همین امر باعث شده است پیستون‌های آلومینیومی آهنگری، نسبت به پیستون‌های آلومینیومی ریخته گری، از دوام، قدرت و مقاومت (در برابر حرارت) بیشتری برخوردار باشند. به همین دلیل از این نوع پیستون‌ها در خودروهای سنگین که موتور آنها از قدرت بالایی برخوردار است استفاده می‌شود.
پیستون از چه بخش هایی تشکیل شده است؟
امروزه موتورهای خودرو، پیشرفت‌های چمشگیری داشته‌اند. هر شرکت خودروسازی تلاش می‌کند بلکه بتواند موتورهای خودروهای خود را به شکلی منحصر به فرد و متفاوت (نسبت به موتورهای تولید شده توسط شرکت‌های دیگر)، طراحی و تولید کند. همین امر باعث شده است موتورهای خودروهای مختلف، طراحی‌های متفاوتی نسبت به یکدیگر داشته باشند. موتورهای مختلف به دلیل طراحی‌های متفاوتی که دارند، نیازمند قطعات مختلفی نیز هستند.
به طور کلی اساس کار موتورهای مختلف با یکدیگر یکسان بوده و تنها بخش‌های جزئی از موتورهای مختلف با یکدیگر متفاوت است. تفاوت قطعات تشکیل دهنده این موتورها می‌تواند در اندازه‌های آنها باشد. این تفاوت در اندازه قطعات نیز می‌تواند در حد میلی‌متر یا سانتی‌متر باشد. پیستون موتور نیز یکی از قطعاتی است که یک عملکرد و طراحی ثابت دارد که در طراحی موتورهای مختلف، تکرار می‌شود. بنابراین قسمت‌های اصلی تشکیل دهنده پیستون‌های موتورهای مختلف، یکسان است. بدین ترتیب، می‌توان گفت قسمت‌های اصلی تشکیل دهنده پیستون‌های تمامی موتورها، به شرح زیر است.
- دامنه
- سوراخ گژن پین
- تاج
- شیار رینگ
- حفره‌های کوچک (این حفره‌های بسیار ریز را برای نفوذ روغن به درون پیستون قرار می‌دهند)
بررسی کلی پیستون موتور خودرو
با توجه به مواردی که در این مطلب ذکر شد می‌توان به این نتیجه رسید که پیستون موتور خودرو، نقش بسیار ویژه‌ای در عملکرد موتور دارد. کارکرد صحیح این قطعه باعث می‌شود سوختی که وارد سیلندر می‌شود، به شکل کامل‌تری بسوزد. کامل‌تر بودن فرآیند سوختن سوخت، باعث افزایش راندمان فرآیند احتراق و بازدهی موتور خودرو می‌شود. پیستون یکی از بخش‌های جدای ناپذیر موتور هر خودرو به شمار می‌رود.
هرگونه آسیب رسیدن به پیستون موتور خودرو، می‌تواند خسارت‌های سنگینی را در پی داشته باشد. یکی از راه‌های افزایش طول عمر پیستون‌ها موتور خودرو، انجام رانندگی‌های اصولی و کم خطر است. به عنوان مثال رانندگی بیش از حد و مداوم با خودرو و همچنین رانندگی زیاد در فشار بالا (سرعت‌های زیاد) موجب بالا رفتن حرارت درون موتور شده و به قطعات مختلف موتور (از جمله پیستون‌ها) آسیب وارد می‌کند. انجام رانندگی‌های اصولی از بروز این آسیب‌ها جلوگیری می‌کند.