پیستون یکی از اجزای حیاتی موتور خودرو محسوب می‌شود که نقش اصلی آن تبدیل انرژی احتراق سوخت به حرکت مکانیکی است. این قطعه کوچک اما پرکاربرد نیروی لازم برای به حرکت درآمدن موتور و در نهایت خودرو را فراهم می‌کند. در این مطلب به بررسی ساختار، عملکرد و اهمیت پیستون ماشین می‌پردازیم.
پیستون چیست و چه وظیفه‌ای دارد؟
پیستون یکی از اجزای اصلی موتورهای درون‌سوز است که نقش کلیدی در فرایند تبدیل انرژی شیمیایی سوخت به انرژی مکانیکی دارد. این قطعه استوانه‌ای‌شکل در داخل سیلندر موتور حرکت رفت‌وبرگشتی دارد. پیستون معمولا از آلیاژهای سبک و مقاوم مانند آلومینیوم ساخته می‌شود تا هم در برابر حرارت و فشار مقاوم باشد و هم وزن کمی داشته باشد. پیستون ماشین از چند بخش اصلی تشکیل شده است: تاج پیستون که محل برخورد گازهای احتراق است، دامنه که با دیواره سیلندر تماس دارد و حرکت را هدایت می‌کند، شیارهایی برای رینگ‌ها که وظیفه آب‌بندی و کنترل روغن را دارند، سوراخی برای گژن‌پین که پیستون را به شاتون وصل می‌کند و خارهایی که از جابه‌جایی گژن‌پین جلوگیری می‌کنند. اجزای پیستون ماشین در کنار یکدیگر باعث عملکرد صحیح پیستون در موتور می‌شوند.
وظایف پیستون عبارت‌اند از:
- تراکم سوخت و هوا: در مرحله تراکم، پیستون به سمت بالا حرکت کرده و مخلوط سوخت و هوا را در داخل سیلندر فشرده می‌کند. این فشرده‌سازی باعث افزایش دما و فشار مخلوط شده و شرایط لازم برای احتراق بهینه را فراهم می‌کند که به افزایش راندمان موتور منجر می‌شود.
- دریافت نیروی انفجار و انتقال آن: پس از انفجار مخلوط سوخت و هوا در محفظه احتراق (در اثر جرقه شمع یا در موتور دیزل در اثر فشار زیاد) نیروی حاصل از احتراق به پیستون وارد می‌شود. پیستون این نیرو را به حرکت خطی به سمت پایین تبدیل می‌کند
- انتقال نیرو به میل‌لنگ: حرکت خطی پیستون به کمک شاتون به میل‌لنگ منتقل می‌شود و میل‌لنگ آن را به حرکت چرخشی تبدیل می‌کند؛ حرکتی که در نهایت باعث به حرکت درآمدن خودرو یا دستگاه می‌شود.
- جلوگیری از نشت گازها: پیستون‌ها معمولا حلقه‌هایی به نام «رینگ پیستون» دارند که اطراف آن را در تماس با دیواره داخلی سیلندر می‌پوشانند. این رینگ‌ها مانع نشت گازهای داغ احتراق به پایین و همچنین نشت روغن به محفظه احتراق می‌شوند
- کمک به خنک‌کاری موتور: برخی انواع پیستون‌ها کانال‌هایی برای گردش روغن دارند که به خنک نگاه‌داشتن پیستون در دمای بالا کمک می‌کند
- فشرده‌سازی مخلوط هوا و سوخت: در مرحله مکش و تراکم، پیستون با حرکت به سمت بالا مخلوط هوا و سوخت را فشرده می‌کند تا احتراق بهینه‌تر انجام شود
- ایجاد فشار لازم: با حرکت پیستون به سمت پایین پس از احتراق، فشار ایجاد شده در سیلندر به حرکت مکانیکی تبدیل می‌شود
- جداسازی قسمت‌های مختلف سیلندر: پیستون به کمک رینگ‌ها فضای محفظه احتراق را از فضای روغن و بخش‌های دیگر موتور جدا می‌کند تا از نفوذ گازها و روغن جلوگیری شود
به‌طور کلی پیستون قلب تپنده موتور درون‌سوز است که مستقیما در فرایند تولید قدرت نقش دارد. بدون حرکت پیستون ماشین هیچ احتراق و انتقال نیرویی در موتور انجام نمی‌شود.
پیستون ماشین کجاست؟
پیستون خودرو داخل سیلندرهای موتور قرار دارد. موتور خودرو از چند سیلندر تشکیل شده که هرکدام درون خود یک پیستون دارند. مکان قرارگیری پیستون در قلب موتور و در داخل هر سیلندر است. در واقع اگر کاپوت ماشین را باز کنید، خود پیستون‌ها دیده نمی‌شوند. چون درون موتور پنهان هستند؛ اما اگر موتور باز شود، پیستون‌ها را در قسمت پایینی سرسیلندر و درون بلوک سیلندر مشاهده می‌کنید.
انواع پیستون در خودرو
پیستون‌ها در خودرو بسته به نوع موتور، طراحی، جنس و عملکردشان به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند. در ادامه با انواع پیستون ماشین آشنا می‌شوید.
پیستون معمولی
رایج‌ترین نوع پیستون، معمولی یا استاندارد است که در اکثر خودروهای سواری کاربرد دارد و از جنس آلومینیوم ساخته می‌شود تا وزن کم و انتقال حرارت خوبی داشته باشد.
پیستون موتور بنزینی
پیستون‌هایی که در موتورهای بنزینی استفاده می‌شوند، نسبت به نوع دیزلی سبک‌تر و ساده‌تر هستند و برای کار در شرایط فشار و دمای پایین‌تر طراحی شده‌اند. این پیستون‌ها معمولا از آلومینیوم ساخته می‌شوند و طراحی آن‌ها به‌گونه‌ای است که در دور موتور بالا حرکت نرم‌تری داشته باشند. در موتورهای بنزینی تمرکز بیشتر بر روی کاهش وزن پیستون برای افزایش سرعت و بازدهی موتور است.
پیستون موتور دیزلی
پیستون‌های موتورهای دیزلی به دلیل فشار و حرارت بسیار بالای احتراق باید از آلیاژهای مقاوم و با استحکام بالا ساخته شوند. این پیستون‌ها معمولا ضخیم‌تر، سنگین‌تر و با سر پیستون‌های فرورفته یا شکل‌دهی خاص برای بهبود احتراق طراحی می‌شوند. این طراحی کمک می‌کند تا احتراق به شکل بهینه‌تر و با کاهش ضربات شدید انجام شود.
پیستون تخت
این نوع پیستون در بخش بالایی سطحی صاف دارد و بیشتر در موتورهایی استفاده می‌شود که نیاز به نسبت تراکم بالا دارند. طراحی ساده این نوع پیستون کمک می‌کند تا احتراق به‌طور یکنواخت درون محفظه انجام شود. پیستون‌های تخت معمولا در موتورهای عملکرد بالا یا اسپرت استفاده می‌شوند و به دلیل طراحی ساده تولید حرارت یکنواختی دارند.
پیستون گنبدی
در این نوع پیستون بخش بالایی به‌صورت برآمده یا گنبدی‌شکل طراحی شده تا نسبت تراکم موتور را افزایش دهد. پیستون‌های گنبدی معمولا در موتورهایی با قدرت بالا و عملکرد مسابقه‌ای یا تیونینگ‌شده به کار می‌روند. این طراحی باعث تمرکز بیشتر مخلوط سوخت و هوا و در نتیجه احتراق قوی‌تر می‌شود.
پیستون تورفتگی‌دار
در پیستون تورفتگی‌دار یک فرورفتگی در سطح بالایی پیستون ایجاد می‌شود تا فضای بیشتر برای مخلوط سوخت و هوا به وجود بیاید. این نوع پیستون‌ها بیشتر در موتورهایی دیده می‌شوند که از توربوشارژر یا سوپرشارژر استفاده می‌کنند. چون مانع از پدیده احتراق زودرس یا «ناک زدن» می‌شوند.
پیستون آلومینیومی
آلومینیوم به دلیل وزن کم و رسانایی بالای حرارتی برای ساخت پیستون‌ها در خودروهای سبک و سواری مناسب است. این نوع پیستون‌ها به‌سرعت گرم و سرد می‌شوند و عملکرد روان‌تری دارند. در ضمن کاهش وزن پیستون به کاهش مصرف سوخت و افزایش پاسخ‌دهی موتور کمک می‌کند.
پیستون فولادی یا آهنی
پیستون‌های فولادی نسبت به نوع آلومینیومی سنگین‌تر اما بسیار مقاوم‌تر هستند و در موتورهای دیزلی سنگین یا صنعتی استفاده می‌شوند. این پیستون‌ها توان تحمل دمای بالا و فشار شدید حاصل از احتراق را دارند و به دلیل استحکام بیشتر، کمتر دچار تغییر شکل می‌شوند. هرچند وزن بالای آن‌ها می‌تواند منجر به افزایش وزن کلی موتور شود که یکی از معایب آن‌ها به شمار می‌رود.
پیستون‌های سه‌‌رینگه
پیستون‌های رایج در خودروهای سواری معمولا سه رینگ دارند: دو رینگ بالایی برای آب‌بندی گازهای احتراق و جلوگیری از نشت آن‌ها به کارتل و یک رینگ پایینی برای کنترل میزان روغن. این ترکیب باعث می‌شود که پیستون عملکرد مطلوبی در حفظ فشار و جلوگیری از مصرف بیش‌ازحد روغن داشته باشد.
پیستون با رینگ‌های بیشتر
در موتورهای دیزلی سنگین یا صنعتی پیستون‌هایی با چهار یا حتی پنج رینگ استفاده می‌شود تا بتوانند فشار و حرارت بالاتر را بهتر کنترل کنند و میزان نفوذ گازها و روغن به سایر قسمت‌های موتور را به حداقل برسانند. این پیستون‌ها معمولا بادوام‌تر اما سنگین‌تر هستند.
پیستون‌های فورج‌شده
پیستون‌های فورج‌شده با استفاده از فرآیند آهنگری (Forging) ساخته می‌شوند که در آن فلز تحت فشار بسیار بالا به شکل نهایی پیستون درمی‌آید. این روش باعث ایجاد ساختاری بسیار متراکم و مقاوم می‌شود که می‌تواند فشارهای شدید و دماهای بالا را تحمل کند. این پیستون‌ها معمولا در موتورهای مسابقه‌ای، تیون‌شده یا با قدرت بالا استفاده می‌شوند. هرچند هزینه تولید آن‌ها بالاتر است و وزن بیشتری نسبت به پیستون‌های ریختگی دارند، اما از نظر دوام و استحکام بسیار بهتر هستند.
رینگ پیستون ماشین چیست؟
یکی از اجزای بسیار مهم پیستون در موتور خودرو است که به شکل حلقه‌های فلزی نازک در شیارهای نزدیک به بالای پیستون نصب می‌شود. این رینگ‌ها وظیفه آب‌بندی محفظه احتراق، جلوگیری از نشت گازها و کنترل مصرف روغن را برعهده دارند و بدون آن‌ها پیستون نمی‌تواند به‌درستی عمل کند. رینگ پیستون دور پیستون و داخل شیارهای مخصوص تراش‌خورده روی پیستون قرار می‌گیرد.
پیستون ماشین چگونه کار می‌کند؟
فرآیند پیستون در چهار مرحله چرخه چهارزمانه انجام می‌شود. طرز کار پیستون ماشین به این صورت است که در مرحله مکش، پیستون با پایین‌رفتن، مخلوط هوا و سوخت را به داخل سیلندر می‌کشد؛ سپس با بالا رفتن، آن را فشرده می‌کند (مرحله تراکم). در ادامه با جرقه شمع یا گرمای تراکم، احتراق صورت می‌گیرد و نیروی حاصل، پیستون را به‌شدت به پایین می‌راند (مرحله قدرت). در نهایت پیستون دوباره بالا می‌آید تا گازهای سوخته را از سیلندر خارج کند (مرحله تخلیه). این حرکت رفت‌وبرگشتی از طریق شاتون به میل‌لنگ منتقل شده و تبدیل به حرکت چرخشی چرخ‌ها می‌شود.
علائم خرابی پیستون ماشین
خرابی پیستون خودرو با برخی علائم مشخص می‌شود؛ از جمله:
- خروج دود آبی از اگزوز
- کاهش چشمگیر قدرت موتور
- افزایش مصرف روغن موتور
- صدای تق‌تق یا ضربه از داخل موتور
- روشن‌شدن چراغ چک موتور
- افزایش دمای موتور و داغ‌کردن
- کاهش فشار کمپرس سیلندر
علت خرابی پیستون ماشین چیست؟
خرابی پیستون خودرو به‌دلیل ترکیبی از عوامل مکانیکی، حرارتی و روغنی اتفاق می‌افتد. در ادامه به مهم‌ترین دلایل و علل خرابی پیستون ماشین اشاره می‌کنیم:
- دمای بیش‌ازحد موتور: گرم‌شدن زیاد موتور باعث انبساط بیش‌ازحد پیستون می‌شود. این انبساط ممکن است باعث گیر کردن پیستون در سیلندر یا حتی ذوب‌شدن بخش‌هایی از سطح پیستون شود یا از دلایل شکستن پیستون ماشین محسوب شود. دلایل داغی موتور شامل نقص در ترموستات، خرابی پمپ آب یا پایین‌بودن سطح مایع خنک‌کننده است
- سوخت بی‌کیفیت یا احتراق ناقص: استفاده از بنزین نامرغوب یا دارای اکتان پایین منجر به احتراق زودرس یا ناک زدن می‌شود. این پدیده فشار و دمای بالای ناگهانی ایجاد می‌کند که پیستون را تحت تنش شدید قرار می‌دهد و موجب ترک‌خوردگی یا سوراخ‌شدن آن می‌شود. در واقع استفاده از سوخت بی‌کیفیت علت شکستن پیستون ماشین محسوب می‌شود
- عدم روغن‌کاری صحیح: اگر سیستم روغن‌کاری دچار مشکل باشد (مانند کاهش سطح روغن، روغن بی‌کیفیت، گرفتگی فیلتر یا خرابی پمپ روغن)، پیستون به‌درستی روان‌کاری نمی‌شود. در نتیجه اصطکاک بالا می‌رود و پیستون و دیواره سیلندر به‌هم می‌چسبند یا ساییده می‌شوند
- آسیب به رینگ‌های پیستون: اگر رینگ‌های پیستون بشکنند، بیش‌ازحد فرسوده شوند یا به‌درستی جا نیفتاده باشند، عمل آب‌بندی به‌درستی انجام نمی‌شود. این مشکل منجر به نشت گاز، مصرف روغن و آسیب به خود پیستون می‌شود
- کربن‌گیری شدید در سر پیستون: تجمع زیاد دوده و کربن ناشی از احتراق ناقص باعث افزایش دمای نقطه‌ای روی سر پیستون می‌شود که در نهایت ذوب‌شدن بخشی از پیستون یا ترک‌خوردگی آن را به دنبال دارد
- خطا در مونتاژ یا تعمیر موتور: در برخی موارد اگر در هنگام تعمیرات موتور از پیستون نامناسب یا غیراستاندارد استفاده کنید یا نصب آن‌ها به‌درستی انجام نشود، پیستون در هنگام کار آسیب می‌بیند. برای مثال لقی زیاد یا کم بین پیستون و سیلندر از علائم پیستون زدن ماشین به شمار می‌آید و مشکل‌ساز خواهد شد
- ورود آب یا مایع خنک‌کننده به سیلندر (هیدرولاک): اگر به دلیل خرابی واشر سرسیلندر یا ترک‌خوردگی سیلندر مایع خنک‌کننده وارد محفظه احتراق شود، مایع که تراکم‌پذیری ندارد باعث فشار ناگهانی بالا در سیلندر شده و ممکن است منجر به شکست شاتون یا آسیب شدید به میل‌لنگ شود.
- دور موتور بیش‌ازحد: اگر راننده دور موتور را به‌صورت شدید و ناگهانی بالا ببرد، نیروی وارده به پیستون از حد مجاز بیشتر می‌شود و می‌شکند یا ترک برمی‌دارد.
علت صدای پیستون ماشین چیست؟
صدای غیرعادی پیستون ممکن است ناشی از مشکلات مکانیکی (مثل لقی بیش از حد پیستون در سیلندر، سایش رینگ‌ها یا خرابی شاتون) یا مشکلات حرارتی (مثل احتراق زودرس یا ناک) باشد. همچنین کمبود روان‌کاری یا استفاده از سوخت نامناسب نیز می‌تواند به بروز صداهای غیرعادی منجر شود.
زمان تعویض پیستون ماشین
زمان تعویض پیستون ماشین به عوامل مختلفی بستگی دارد و براساس شرایط کارکرد موتور و وضعیت پیستون تعیین می‌شود. به‌طور کلی پیستون‌ها نیازی به تعویض دوره‌ای ندارند، اما وقتی علائمی مانند کاهش قدرت موتور، دود آبی از اگزوز، افزایش مصرف روغن، صدای غیرعادی داخل موتور یا کاهش فشار کمپرس مشاهده شد، وضعیت پیستون و رینگ‌ها باید بررسی شود. در ضمن در هنگام تعمیرات اساسی موتور نیز پیستون‌ها بازبینی و در صورت وجود ترک، سایش یا آسیب جدی تعویض می‌شوند. اگر پیستون‌ها ترک بخورند، خم شوند یا رینگ‌هایشان فرسوده شوند، تعویض آن‌ها ضروری خواهد بود.
سخن پایانی
پیستون به‌عنوان قلب موتور خودرو نقشی مهم و تعیین‌کننده در عملکرد بهینه و قدرت موتور دارد. شناخت ساختار و عملکرد پیستون ماشین و علائم خرابی آن به حفظ سلامت موتور و جلوگیری از آسیب‌های جدی کمک می‌کند. مراقبت و توجه به پیستون و اجزای مرتبط گامی اساسی در افزایش عمر موتور و بهبود راندمان خودرو محسوب می‌شود.
سوالات متداول
هر ماشین چند پیستون دارد؟
تعداد پیستون‌ها در خودروها متفاوت است، اما معمولا خودروهای معمولی ۴ تا ۸ پیستون دارند.
چرا اندازه و شکل پیستون مهم است؟
اندازه و شکل پیستون مهم است. چون بر کارایی، مصرف سوخت، قدرت موتور و دوام قطعه تاثیر مستقیم دارد و باید با طراحی موتور هماهنگ باشد.
چگونه می‌توان عمر پیستون را افزایش داد؟
برای افزایش عمر پیستون باید از روغن‌کاری مناسب، استفاده از سوخت باکیفیت، تعمیر و نگهداری منظم موتور و جلوگیری از داغ‌کردن بیش‌ازحد موتور مطمئن شوید.
آیا پیستون‌ها نیاز به تعویض دارند؟
بله؛ پیستون‌ها در صورت خرابی، ترک‌خوردگی یا فرسودگی شدید باید تعویض شوند.
