سوپاپ ماشین و نقش آن در عملکرد موتور چیست؟
دستگاه فرمان سوپاپ
سوپاپ برای حرکت و عملکرد خود نیاز به یک کنترل کننده و هدایتگر دارد. این قطعه همان میل سوپاپ یا میل بادامک است. میل سوپاپ میله‌ای است که زایده‌هایی بادامی شکل به نام بادامک دارد. تعداد بادامک‌های یک میل سوپاپ بر اساس تعداد سوپاپ‌های موتور طراحی می‌شود. در واقع به دلیل همین عملکرد و شکلش به آن میل بادامک یا میل سوپاپ می‌گویند. بادامک‌ها با انگشتی سوپاپ یا خود سوپاپ در تماس هستند. سوپاپ از این میله به انواع مختلف دستور می‌گیرد. به طور کلی دو نوع میل سوپاپ داریم:
میل سوپاپ زیر
در این نوع، میل سوپاپ با قطعه‌ای به نام تایپت تماس دارد که میل تایپت از داخل آن عبور می‌کند. میل تایپت از بالا با انگشتی در تماس است و با حرکت انگشتی که در جهت دیگر با سوپاپ در تماس است حرکت سوپاپ را کنترل می‌کند.
میل سوپاپ رو
در این نوع، میل سوپاپ مستقیم از طریق بادامک‌ها با انگشتی در تماس است و انگشتی نیز از سمت دیگر با سوپاپ برخورد می کند.
در خودروهایی که این میل سوپاپ مورد استفاده قرار می‌گیرد دو میل سوپاپ استفاده می‌شود. در موتور این خودروها برای هر سیلندر ۴ سوپاپ داریم.
سوپاپ ماشین
تنظیم زمان‌بندی عملکرد سوپاپ ها
در روند عملکرد سوپاپ ها زمان‌بندی باز و بسته شدن‌شان بسیار مهم است. به این ترتیب که سوپاپ های ورودی در زمان‌های مناسب باید هوا را وارد سیلندر سازند. سپس در مراحل ایجاد تراکم و احتراق سوخت کاملا محکم و بسته بمانند. در پایان هنگام تخلیه، گازهای ناشی از احتراق را از سیلندر در زمان مناسب خارج کنند. بنابراین تنظیم زمانی سوپاپ ها باید بسیار دقیق و کامل انجام شود. پیشتر گفتیم که تنظیم زمان‌بندی عملکرد سوپاپ ها بر عهده میل بادامک است. اما از آنجا که تنظیم بالا و پایین رفتن سوپاپ ها باید هماهنگ با بالا و پایین رفتن پیستون‌ها انجام شود میل بادامک به کمک میل‌لنگ و در ارتباط ثابت و همیشگی با آن این کار را انجام می‌دهد. چرا که میل‌لنگ همواره تحت تاثیر حرکت بالا و پایین پیستون‌ها می‌چرخد و با ارتباط میل بادامک و میل‌لنگ حرکت میل‌بادامک را با پیستون‌ها هماهنگ می‌کند. این هماهنگی نیز زمان‌بندی دقیق سوپاپ ها را همگام با پیستون به دنبال دارد.
به این ترتیب در لحظه پایین آمدن پیستون، میل‌بادامک سوپاپ ورودی را به منظور مکش هوا به داخل سیلندر باز می‌کند. هم‌زمان با شروع تراکم هوای ورودی توسط سیلندر سوپاپ هوا و دود هر دو بسته می‌مانند و این حالت تا پایان احتراق ادامه پیدا می‌کند. در این لحظه حرکت رو به بالای پیستون، سوپاپ دود را باز کرده و تا رسیدن پیستون به نقطه مرگِ بالا، باز می‌ماند. انتقال و تنظیم نیرو در این فرایند توسط تسمه تایم یا زنجیر تایم صورت می‌گیرد. این فرآیند زمان‌بندی را تایمینگ سوپاپ ها می‌نامند. قطعاتی مانند میل بادامک، تایپت یا بالابر، میله فشارنده، اسبک سوپاپ، انگشتی سوپاپ و فنرهای سوپاپ در تایمینگ سوپاپ ها و تنظیم دقیق آن نقش موثر دارند. البته نوع و محل و ترتیب قرارگیری سوپاپ ها ممکن است برخی از این قطعات را حذف کند. مجموعه این قطعات را سیستم راه‌اندازی سوپاپ ها می‌نامند.
انواع سیستم سوپاپ موتور خودرو
۱. سیستم سوپاپ ایستاده دو ردیفه یا T HEAD
این روش که در خودروهای قدیمی کاربرد داشته دارای دو میل بادامک است. یکی کنترل سوپاپ های دود را در دست دارد و دیگری کنترل سوپاپ های گاز. مزایای این سیستم شامل سادگی طرح و راه‌های ورود و خروج هوا و دود، شست‌وشوی بهتر گازهای سوخته از اتاقک احتراق و تعداد کمتر قطعات متحرک سیستم می‌شود. اما معایب آن نیز مواردی همچون بزرگ بودن و زیاد بودن طول محفظه احتراق، حرکت سوپاپ به طرفین محفظه و در نتیجه پایین آمدن کارایی موتور، طولانی شدن مسیر شعله، بیشتر شدن عرض بلوک موتور و الزام استفاده از دو میل بادامک را در برمی‌گیرد. در کنار معایب گفته شده باید به هزینه بیشتر تولید این سیستم نیز اشاره کرد.
۲. سیستم سوپاپ ایستاده یا L HEAD
این روش جدیدتر از سیستم T است و در آن همه سوپاپ های دود و گاز که به طور ایستاده در یک طرف بلوک سیلندر قرار می‌گیرند از یک میل سوپاپ فرمان می‌برند. در این سیستم مسیر ورود و خروج گازها به شکل L است. در این سیستم محفظه احتراق کوچکتر شده و فرم پر شدن آن نیز متفاوت است. این دو در کنار هم باعث می‌شوند تا احتراق بهتر صورت گیرد و راندمان حجمی موتور به ۸۸ درصد برسد. در این سیستم سوپاپ ها به کمک تایپت حرکت می‌کنند. مزایای آن‌ها دردرجه اول استفاده از یک میل‌بادامک است که کاهش هزینه‌ها را در پی دارد. تعمیرات راحت‌تر و باز شدن ساده‌تر سرسیلندر و بهتر سوختن سوخت از دیگر مزایای این سیستم هستند. معایب آن نیز شامل طرح پیچیده مانیفولدها و وجود قطعه اضافی تایپت می‌شود.
۳. سیستم سوپاپ ترکیبی یا F HEAD
در این سیستم سوپاپ گاز به حالت معلق در سرسیلندر قرار دارد و سوپاپ دود به صورت ایستاده قرار می‌گیرد. این حالت کمک می‌کند تا عمل پر شدن سیلندر توسط سوخت به علت نزولی بودن جریان آن کنترل شود. مسیر خروج دود و گاز در این سیستم به شکل F است. معمولا در موتورهای ۴ زمانه شاهد این سیستم هستیم. این سیستم‌ها گاهی مشکل نامناسب شدن محل جرقه شمع و طولانی گشتن محل انفجار تا مرکز سیلندر را در پی‌دارند.
۴. سیستم سوپاپ معلق یا I HEAD
در این روش هر دو سوپاپ گاز و دود در سیلندر و معلق هستند و مسیر خروج گاز و ورود دود یک خط مستقیم به شکل I است. این سیستم راندمان حجمی موتور را به ۹۰ درصد ارتقاء می‌دهد. این سیستم نیز در موتورهای ۴ زمانه کاربرد بیشتری دارد. تعمیرات این سیستم‌ها سخت‌تر از دیگر سیستم‌ها است اما فضای احتراق را کوچکتر کرده و فاصله انفجار تا مرکز سیلندر را تا حد امکان کاهش می‌دهند.
سوپاپ ماشین
سیستم زمان‌بندی متغیر سوپاپ ها
گفتیم که زمان باز و بسته شدن سوپاپ ها وابسته به چرخش میل بادامک است. چرخش میل بادامک نیز به واسطه میل‌لنگ با حرکت پیستون‌ها تنظیم است. بنابراین باز و بسته شدن سوپاپ ها دقیقا به ترتیب و با فاصله زمانی مشخص بر حسب دور موتور صورت می‌گیرد. این سیستم تایمینگ سوپاپ سال‌هاست که در موتورهای احتراقی کاربرد دارد و حالت معمول مدیریت زمان‌بندی سوپاپ ها است. اما به تازگی سیستمی توسط طراحان معرفی شده است که VVT یا زمان‌بندی متغییر نامیده می‌شود. در این سیستم سوپاپ هوا قادر است بدون توجه به موقعیت پیستون زمان بیشتری را باز بماند. تنظیم این زمان بیشتر با مدیریت هوشمند عملکرد سوپاپ ها امکان پذیر می‌شود. سیستم VVT کمک می‌کند تا در دورهای مختلف موتور، توان آن افزایش یافته و مصرف سوخت کاهش یابد. در این سیستم ساختار میل سوپاپ خودرو اندکی متفاوت طراحی می‌شود. سیستم زمان‌بندی متغیر سوپاپ ها نقص سیستم‌های قبلی را که مانع از تزریق بیشتر مخلوط سوخت و هوا به درون سیلندر می‌شد، رفع می‌سازد.
تفاوت موتورهای ۸ و ۱۶ سوپاپه
احتمالا تاکنون درباره خصوصیات موتورهای مختلف عنوان ۸ یا ۱۶ سوپاپ را بسیار شنیده‌اید. در موتورهای ۸ سوپاپ که در گذشته بیشتر مورد استفاده قرار می‌گرفتند هر سیلندر به یک سوپاپ گاز و یک سوپاپ دود مجهز بود. اما این موتورها راندمان رضایت‌بخشی نداشتند و قدرت موتور در آن‌ها به میزان دلخواه طراحان نمی‌رسید، علاوه‌بر اینکه مصرف سوخت‌شان بالا بود. اما مهندسان طراح می‌دانستند برای بهتر کردن بازده موتور باید میزان مکش هوا و بنزین سریعتر و بیشتر باشد و همچنین تخلیه دود کامل صورت گیرد. در نتیجه برای رسیدن به این هدف تعداد سوپاپ‌ها افزایش یافت تا ورود و خروج بیشتر شود. بنابراین در موتورهای نسبتا جدید هر سیلندر موتور به ۲ سوپاپ گاز و۲ سوپاپ دود مجهز شد که موتورهای ۴ سیلندر را تبدیل به ۱۶ سوپاپ کرد.
لازم به ذکر است طبعا هر چه تعداد سیلندر بیشتر باشد این اعداد افزایش می‌یابد. برای مثال موتورهای ۶ سیلندر دارای ۲۴ سوپاپ هستند. همچنین گاهی برای تولید موتورهایی با توان خروجی بیشتر و قدرت بالاتر تعداد سوپاپ‌های بیشتری برای هر سیلندر در نظر گرفته می‌شود. این تعداد می‌تواند تا ۳ سوپاپ ورودی و ۲ سوپاپ خروجی ارتقاء یابد.
رایج‌ترین علامت خرابی سوپاپ‌ها
معمولا خرابی سوپاپ‌ها از مشکلاتی نظیر شکستن ساقه یا خرابی سیت ناشی می‌شود. گاهی نیز در گاید نقصی ایجاد می‌گردد. این علایم معمولا به صورت صدای چلق چلق یا صدای خشک کار کردن موتور شنیده می‌شوند و گاهی نیز بازده موتور کاهش می‌یابد. علل خرابی سوپاپ می‌تواند یکی از موارد زیر باشد:
– سوختن سوپاپ در اثر تنظیم نبودن نسبت هوا و سوخت.
– در موتورهای دارای تسمه تایم پاره شدن تسمه‌تایم می‌تواند کج شدن سوپاپ‌ها را به دنبال داشته باشد.
– گاهی در اثر خرابی سیستم خنک کننده سیلندر بیش از حد داغ می‌شود. در این مواقع ممکن است سیت سوپاپ در اثر حرارت بیش از حد از جای خود بیرون آمده و خراب شود.
– گاهی نیز خرابی گاید سوپاپ، ایجاد صدایی شبیه به خشک کار کردن موتور می‌کند.
خرابی گاید سوپاپ به ندرت اتفاق می‌افتد و از دلایل آن می‌توان به نامرغوب بودن جنسش، کارکرد زیاد موتور و یا خراب شدن سوپاپ اشاره کرد.
منبع : 1