سوپاپ خودرو

در موتورهای چهار زمانه برای ورود سوخت و خروج دود از سوپاپ استفاده می شود. معمولاً برای هر سیلندر دو عدد سوپاپ قارچی شکل (گاز و دود) ساخته می شود که توسط میل بادامک به حرکت در می آیند و باز و بسته می شوند. سوپاپ شامل قسمت هایی چون، بشقابک (سرسوپاپ) ساق و انتهای ساق (محل خار) است.

سرسوپاپ به صورت شیب دار ساخته می شود تا به خوبی در سیت خود جا بیفتد. زاویه ی جا افتادن سوپاپ ها متفاوت است و به صورت ۳۰ درجه یا ۴۵ درجه ساخته می شوند. سوپاپ با زاویه ی ۴۵ درجه عمل آب بندی را به دلیل داشتن حالت گوه ای بهتر انجام می دهد و در سوپاپ با زاویه ی ۳۰ درجه مقدار باز بودن دهانه ی عبوری آن بیشتر می شود، در نتیجه سیلندر بهتر پر یا تخلیه می گردد.

سوپاپ با فنر در حالت عادی بسته است و با فشاری که اسبک (انگشتی) یا تایپت (استکانی) به ساق سوپاپ می آورند، سوپاپ باز می شود. اگر نیروی فنر زیاد باشد سوپاپ را با ضربه می بندد و دیرتر باز می کند و مدت کمی باز می ماند. اگر نیروی فنر کم باشد، سوپاپ زود باز می شود و دیر بسته می شود که هم فنر با نیروی زیاد و هم فنر با نیروی کم برای موتور و سوپاپ مضر است. در نوع اول باعث خرابی سیت و کم شدن راندمان حجمی می شود. نوع دوم در سوپاپ دود که حرارت زیادی را تحمل می کند سبب سوختگی می شود و باز هم راندمان حجمی کم می شود زیرا در هنگام مکش سوپاپ دود مدت زمان زیادی باز می ماند و دودها با مکش وارد سیلندر می شوند.

سوپاپ دود ممکن است ضد مغناطیس باشد، زیرا برای استحکام بیش تر با درصد کربن بالایی ساخته می شود. چون داخل سیلندر در آغاز تخلیه پر فشار است، سوپاپ دود برای بازشدن، نسبت به سوپاپ گاز، فشار و نیروی بیشتری نیاز دارد. بنابراین، انتهای ساق آن را از جنسی محکم (یا به صورت سخت کاری شده) مانند تصویر زیر می سازند.

قطر بشقابک سوپاپ گاز، به منظور بهتر پر شدن سیلندر، بزرگ تر از سوپاپ دود طراحی می گردد.

زیرا "سوخت" نسبت به "دود" لختی و اینرسی بیشتری دارد. به همین دلیل امروزه موتورهایی با ۳ یا ۴ سوپاپ طراحی می کنند تا راندمان موتور افزایش یابد. بدنه و ساق سوپاپ از داخل راهنمای خود عبور می کند و در انتها به فنر متصل می شود.

شناسایی محل سوپاپ ها در موتور، جهت فیلرگیری بسیار اهمیت دارد. به همین جهت به جز قطر بشقابک آن ها که متفاوت اند، تمام سوپاپ ها از محل نصب شاخه های مانی فولد گاز و دود قابل تشخیص اند.

در صورت بسته بودن سرسیلندر، روش اخیر کاربرد بیشتری دارد. همان طور که در شکل مشاهده می کنید، ترتیب قرار گرفتن شاخه های مانی فولد ها، نوع سوپاپ ها را مشخص می کنند:

EI ، IE ، EI ، IE در شکل a

EI ، EI ، EI ، EI در شکل b

به دلیل حساسیت زیاد کار سوپاپ ها آگاهی از وضعیت سالم و تنظیم بودن آن ها بسیار ضروری و مهم است. بهتر است بدانید که اگر سوپاپ حرارت وارد شده را نتواند به خوبی انتقال دهد، به راحتی ذوب خواهد شد. (سوپاپ می سوزد)

یکی از راه های انتقال حرارت، سیت سوپاپ است، پس نشست کامل سوپاپ می تواند از سوختن آن جلوگیری نماید. تقریباً سوپاپ در هر ساعت کار حدود ۲۰ دقیقه باز و ۴۰ دقیقه بسته است و در این مدت باید حرارت را انتقال دهد. در شرایط طبیعی (نرمال) حرارت از مرکز بشقابک به طرف سیت سوپاپ منتشر می شود و در آن جا به بدنه ی موتور مانند شکل زیر منتقل می گردد.

حرارت ایجاد شده در اثر احتراق در مرکز سوپاپ بیشترین و هرچه به سمت کناره ها می رویم کمتر می شود. اگر غیر از این باشد باعث سوختن سوپاپ می شود و این عیب به علت کج بودن سوپاپ یا کج نشستن آن است که باید سوپاپ عوض شود و مسیر آن کنترل شود تا کج ننشیند

گرما در مرکز حدود ۱۴۰۰ فارنهایت (۷۶۰ سانتی گراد) و در نشستگاه سوپاپ ۱۲۰۰ فارنهایت (۶۵۰ سانتی گراد) است. در شرایط نامساعد، که حرارت به خوبی منتقل نمی شود، دمای سوپاپ، غیر متعارف افزایش می یابد و در محل نشتی به ۱۶۵۰ فارنهایت (۹۰۰ سانتی گراد) می رسد، که موجب سوختن آن خواهد شد. تصویر زیر دو سوپاپ سوخته را نشان می دهد.

ساق سوپاپ داخل گیت (راهنما) حرکت می کند تا سوپاپ کج ننشیند. لقی بین گیت و سوپاپ خیلی کم است و باید روغنکاری شود اگر حرارت در سوپاپ زیاد شود سوپاپ منبسط میشود و در اثر تماس با گیت به کندی حرکت می کند و یا اصلاً با چسبندگی که رخ می دهد دیگر حرکت نمی کند. آب بندی سوپاپ به این خاطر است که روغن محفظه گیت داخل سیلندر نریزد که سبب روغن سوزی می شود و بخارات احتراق به گیت نرسد که سبب چسبندگی گیت و سوپاپ می شود. سیت و گیت حرارت سوپاپ را می گیرند و با انتقال آن به آب خنک کاری سبب خنکی سوپاپ می شوند. در اطراف سوپاپ مجاری خنک کاری قرار دارد تا حرارت سوپاپ را دفع کند

انتقال حرارت از طریق ساق سوپاپ نیز امکان پذیر است و گرما به بدنه ی گاید منتقل می شود. در بعضی از موتورها برای جلوگیری از سوختن سوپاپ ها تدابیری اندیشیده اند. از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

استفاده از سوپاپ چرخشی:

این سوپاپها دارای زیر سوپاپی مخصوصی هستند که در هنگام حرکت بالا و پایین سوپاپ یا به طرز آزاد و یا به طرز اجبار سوپاپ را به چرخش وامی دارند، تا رسوبات در سیت و گیت ایجاد نشود.

در این سیستم از یک بشقابک فنردار مرکب استفاده می شود که به سوپاپ گردان معروف است و با هر بار باز شدن سوپاپ، کمی چرخش در آن ایجاد می شود؛ یعنی با اعمال فشار به سوپاپ، ساچمه روی سطح شیب دار حرکت می کند و نیروی عکس العمل سطح شیب دار باعث چرخش سوپاپ می گردد.

در این سیستم محل قرار گرفتن سوپاپ در سیت متغیر است و حرارت منتقل شده تقسیم می گردد. عیب این سیستم بالا بودن هزینه ی ساخت آن است.

استفاده از سوپاپ سدیمی:

از این سوپاپ در موتورهای مسابقه ای استفاده می شود این نوع سوپاپ توخالی است و داخل آن سدیم با دمای ذوب ۹۷ درجه سانتی گراد می ریزند.

در اثر حرکت سوپاپ، سدیم داخل آن بالا و پایین می پرد و حرارت قسمت سر سوپاپ را به ساق منتقل می نماید.

دستگاههای فرمان سوپاپ:

به طور کلی سوپاپ از میل سوپاپ به انواع مختلف فرمان میگیرد. میل سوپاپ میله ای است که دارای بادامکهایی به تعداد سوپاپهاست که به میل بادامک نیز معروف است. بادامکها با استکانی یا انگشتی ها در تماس هستند.

به طور کلی دو نوع دستگاه فرمان سوپاپ داریم: میل سوپاپ زیر و میل سوپاپ رو.

در میل سوپاپ زیر اکثراً میل سوپاپ با تایپت تماس دارد که داخل تایپت میل تایپت قرار دارد. میل تایپت از بالا با انگشتی و انگشتی از طرف دیگر با سوپاپ در تماس است. در نوع میل سوپاپ رو ، میل سوپاپ با انگشتی و انگشتی از طرف دیگر با سوپاپ برخورد می کند. در اکثر خودروهای میل سوپاپ رو که معمولاً برای هر سیلندر 4 سوپاپ داریم از دو میل سوپاپ استفاده می شود که میل سوپاپ حرکت خود را به استکانی و استکانی به سوپاپ منتقل می کند.

لقی بین سر سوپاپ و قطعه ای که بر سر سوپاپ می زند دارای اهمیت زیادی است. این لقی را با آچاری به اسم فیلر اندازه می گیرند. لقی وقتی اندازه گیری می شود که باری بر روی سوپاپ نباشد ، یعنی سوپاپ بسته باشد. در واقع در زمان مکش سوپاپ دود، در انتهای تراکم و ابتدای احتراق هر دو سوپاپ، و در زمان تخلیه سوپاپ گاز را می توان فیلرگیری کرد.

تایمینگ سوپاپها:

تایمینگ سوپاپها یعنی با آوانس و ریتارد کردن زمان باز و بسته شدن سوپاپها را کاری کنیم که بازده حجمی بیشتر شود و سیلندر در زمان مکش بیشتر از سوخت پر شود و در زمان تخلیه بیشتر و بهتر دود تخلیه شود. این کار با تنظیم حرکت میل سوپاپ نسبت به میل لنگ انجام می شود. به این صورت که: کمی قبل از زمان مکش سوپاپ سوخت باز می شود و سوخت وارد سیلندر می شود که به آن آوانس سوپاپ سوخت می گویند. از طرف دیگر سوپاپ سوخت کمی بعد از حرکت پیستون از پایین به سمت بالا یسته می شود که ریتارد سوپاپ سوخت است. در زمان تراکم و احتراق هر دو سوپاپ بسته هستند. در طی زمان احتراق قبل از رسیدن پیستون به نقطه مرگ پایین سوپاپ دود باز می شود (آوانس) و کمی بعد از گذشتن پیستون از نقطه مرگ بالا به سمت پایین بسته می شود (ریتارد). میزان درجه آوانس و ریتارد در هر سوپاپ متناسب با موتور خودرو تعیین می شود. در ابتدای زمان مکش به مقدار کمی هر دو سوپاپ باز هستند که به این عمل قیچی کردن سوپاپها می گویند. سیلندری که در آن سوپاپها در حال قیچی هستند، در سیلندر مقابل آن زمان احتراق در حال روی دادن است. به عنوان مثال اگر سیلندر 1 در حال قیچی باشد در سیلندر 4 زمان احتراق روی می دهد

سیستم سوپاپ بندی کاملاً متغیر:

با سیستم سوپاپ بندی کاملاً متغیر می توان روشهای مدیریت سیلندر و سوپاپها را معرفی نمود. سوپاپهایی ساخته شده اند که قادرند با استفاده از نیروی الکترومغناطیسی و یک بازو ما بین فنرهای مکانیکی، هرگونه پروفیل باز و بسته شدنی را برای سوپاپها ایجاد نمایند. با کنترل جریان الکتریکی، بازو میتواند در موقعیت انتهایی خود نگه داشته شود بنابراین سوپاپ مطابق با نیاز میتواند باز یا بسته نگه داشته شود. از آنجائیکه زمانبندی سوپاپها میتواند بصورت آزادانه تنظیم شود، جرم هوای ورودی و گازهای باقیمانده را میتوان با سوپاپها تعیین نمود