پیستون یکی از قطعات حیاتی در موتورهای احتراق داخلی است که وظیفه تبدیل انرژی شیمیایی سوخت به انرژی مکانیکی را بر عهده دارد. پیستون‌ها در سیلندر موتور حرکت رفت و برگشتی انجام می‌دهند و در این فرآیند، احتراق سوخت و تولید نیروی محرک انجام می‌شود.
ساختار و عملکرد پیستون
پیستون به صورت استوانه ای طراحی شده و دارای قسمت های زیر است:
تاج پیستون: بخشی که مستقیماً با فشار و گرمای حاصل از احتراق در تماس است.
سوراخ گژن پین: محل قرار گرفتن گژن پین که ارتباط بین پیستون و شاتون را برقرار می کند.
دامنه پیستون: قسمت پایین‌تر که در تماس مستقیم با دیواره سیلندر قرار دارد.
شکاف ها و شیارهای رینگ: محل نصب رینگ ها برای جلوگیری از نشت گازها و روغن.
انواع رینگ پیستون
رینگ های پیستون وظایف حیاتی دارند و از نظر کاربرد به سه نوع اصلی تقسیم می‌شوند:
۱. رینگ های فشاری ( Compression Rings )
وظیفه: جلوگیری از نشت گازهای احتراق از محفظه احتراق به پایین سیلندر. حفظ فشار احتراق برای انتقال نیروی بهینه به پیستون.
محل نصب: معمولاً در شیار بالایی یا دوم پیستون قرار می‌گیرند.
ویژگی‌ها: ساخته شده از موادی با مقاومت بالا در برابر گرما و فشار. طراحی خاصی برای ایجاد مهر و موم قوی در برابر فشارهای شدید دارند.
۲. رینگ‌های روغنی ( Oil Control Rings )
وظیفه: تنظیم و کنترل جریان روغن روی دیواره سیلندر. جلوگیری از ورود بیش از حد روغن به محفظه احتراق. ایجاد لایه‌ای نازک از روغن برای کاهش اصطکاک و جلوگیری از سایش بین پیستون و سیلندر.
محل نصب: در پایین ترین شیار پیستون قرار می‌گیرند.
ویژگی ها: دارای طراحی شکاف‌دار یا چندلایه برای تنظیم بهینه روغن.
۳. رینگ های کمکی یا واسطه‌ای ( Intermediate Rings )
وظیفه: ترکیب وظایف رینگ های فشاری و روغنی. کمک به بهبود آب‌بندی و کنترل روغن.
محل نصب: در شیار بین رینگ فشاری و رینگ روغنی قرار می‌گیرند.
ویژگی ها: معمولاً در برخی موتورهای خاص یا پیشرفته استفاده می‌شوند.
نقش فنر انبساط دهنده در پیستون
فنر انبساط یک قطعه فلزی است که در برخی از انواع پیستون‌ها (به‌ویژه پیستون های دارای طراحی پیشرفته) به کار می‌رود. فنر انبساط، که به عنوان « فنر رینگ » نیز شناخته می‌شود، برای نگهداری فشار مناسب بین رینگ های پیستون و دیواره سیلندر استفاده می‌شود. این فنرها باعث می‌شوند که رینگ‌ها به صورت محکم به دیواره سیلندر بچسبند، که این کار موجب کاهش نشت روغن و افزایش کارایی موتور می‌شود.
این فنر معمولاً در پشت رینگ‌های پیستون نصب می‌شود و وظایف کلیدی زیر را بر عهده دارد:
۱. فشار یکنواخت بر رینگ‌های پیستون
فنر انبساط به پشت رینگ‌ها فشار وارد می‌کند تا آن‌ها با نیروی مناسب به دیواره سیلندر فشرده شوند.
این فشار یکنواخت باعث آب‌بندی بهتر محفظه احتراق، کاهش نشت گازهای احتراق به کارتل و افزایش بازده موتور می‌شود.
۲. جبران تغییرات دما و انبساط حرارتی
در هنگام کارکرد موتور، دمای پیستون و سیلندر به شدت افزایش می‌یابد که باعث انبساط قطعات می‌شود.
فنر انبساط، با خاصیت ارتجاعی خود، تغییرات ابعادی ناشی از حرارت را جبران کرده و رینگ‌ها را در تماس مناسب با دیواره سیلندر نگه می‌دارد.
۳. کاهش سایش و فرسودگی
با اعمال فشار متعادل به رینگ‌ها، از وارد آمدن فشار بیش‌ازحد به نقاط خاصی از رینگ‌ها جلوگیری می‌شود.
این کار باعث کاهش سایش رینگ‌ها و افزایش عمر آن‌ها می‌شود.
۴. کمک به عملکرد رینگ روغنی
در رینگ‌های روغنی ( Oil Control Rings )، فنر انبساط به کنترل دقیق تر جریان روغن کمک می‌کند.
این فنر تضمین می‌کند که روغن اضافی از دیواره سیلندر پاک شود و تنها لایه‌ای نازک برای کاهش اصطکاک باقی بماند.
مواد سازنده فنر انبساط
فنر انبساط معمولاً از فولاد مقاوم در برابر حرارت و فشار ساخته می‌شود تا در دمای بالا و شرایط سخت موتور به خوبی عمل کند.
نکات مهم در مورد رینگ‌های پیستون
مواد سازنده: معمولاً از چدن، فولاد یا آلیاژهای مقاوم در برابر گرما و سایش ساخته می‌شوند.
طراحی: طراحی دقیق و سازگار با شرایط کاری موتور برای جلوگیری از مشکلاتی مثل نشت گاز یا روغن.
عمر مفید: به کیفیت روغن موتور، شرایط کاری، و نگهداری مناسب بستگی دارد.
خرابی ها و مشکلات رایج پیستون
سایش بیش از حد: معمولاً به دلیل عدم روغن‌کاری مناسب یا استفاده از روغن بی‌کیفیت رخ می‌دهد.
شکستگی رینگ‌ها: ممکن است به دلیل فشار زیاد یا مواد اولیه ضعیف اتفاق بیفتد.
فرسایش پیستون: به دلیل دمای بالا و تماس با گازهای احتراق.
نتیجه‌گیری
پیستون و رینگ های آن از اجزای کلیدی برای کارکرد صحیح موتور هستند. نگهداری و استفاده از مواد مناسب برای این قطعات می‌تواند عمر مفید موتور را افزایش داده و عملکرد بهینه آن را تضمین کند.
