ملف تعريف المكبس:
المكبس هو قلب محرك السيارة، إذ يتحمل الأحمال الميكانيكية والحرارية المتناوبة، وهو أحد المكونات الرئيسية في المحرك في أقسى ظروف العمل. وظيفته هي تحمل ضغط الغاز ودفع عمود المرفق للدوران عبر دبوس المكبس إلى ذراع التوصيل، كما أن الجزء العلوي من المكبس جزء لا يتجزأ من غرفة الاحتراق.
تنقسم أنواع المكابس بشكل عام إلى: مكابس مركبات الديزل، ومكابس مركبات البنزين، ومكابس للأغراض العامة.
وظيفة المكبس هي تحمل ضغط الغاز ودفع العمود المرفقي للدوران من خلال دبوس المكبس إلى قضيب التوصيل، كما أن الجزء العلوي من المكبس هو أيضًا جزء لا يتجزأ من غرفة الاحتراق. ظروف العمل: يعمل المكبس في ظل ظروف درجات الحرارة العالية والضغط العالي والسرعة العالية والتزييت السيئ. يكون المكبس على اتصال مباشر بالغاز عالي الحرارة، ويمكن أن تصل درجة الحرارة اللحظية إلى أكثر من 2500 كلفن، وبالتالي، فإن التسخين خطير، وظروف تبديد الحرارة سيئة للغاية، وبالتالي فإن درجة حرارة المكبس عالية جدًا، ويصل الجزء العلوي إلى 600 ~ 700 كلفن، وتوزيع درجة الحرارة غير متساوٍ للغاية؛ يتحمل الجزء العلوي من المكبس الكثير من ضغط الغاز، وخاصة أقصى ضغط لضربة القدرة، ويبلغ ضغط محرك البنزين ما يصل إلى 3 ~ 5 ميجا باسكال، ويبلغ ضغط محرك الديزل ما يصل إلى 6 ~ 9 ميجا باسكال، مما يجعل المكبس له تأثير ويتحمل تأثير الضغط الجانبي؛ يتحرك المكبس بسرعة ترددية عالية جدًا (8-12 متر/ثانية) داخل الأسطوانة، وتتغير هذه السرعة باستمرار، مما يُولّد قوة قصور ذاتي كبيرة ويُعرّض المكبس لحمل إضافي كبير. يعمل المكبس في ظل ظروف قاسية، مما قد يُسبب تشوهًا وتآكلًا مُتسارعًا، بالإضافة إلى الأحمال الإضافية والإجهادات الحرارية، والتأثيرات الكيميائية للغاز.
ظروف عمل المكبس:
يعمل المكبس في ظل ظروف درجات الحرارة العالية والضغط العالي والسرعة العالية وضعف التزييت. يكون المكبس على اتصال مباشر بالغاز عالي الحرارة، ويمكن أن تصل درجة الحرارة اللحظية إلى أكثر من 2500 كلفن، وبالتالي، يكون التسخين خطيرًا، وظروف تبديد الحرارة سيئة للغاية، وبالتالي تكون درجة حرارة المكبس عالية جدًا، ويصل الجزء العلوي إلى 600-700 كلفن، وتوزيع درجة الحرارة غير متساوٍ للغاية؛ يتحمل الجزء العلوي من المكبس الكثير من ضغط الغاز، وخاصة ضغط شوط القدرة الأقصى، ويبلغ ضغط محرك البنزين ما يصل إلى 3-5 ميجا باسكال، ويبلغ ضغط محرك الديزل ما يصل إلى 6-9 ميجا باسكال، مما يجعل المكبس له تأثير ويتحمل تأثير الضغط الجانبي؛ يتردد المكبس بسرعة عالية جدًا (8-12 م/ث) في الأسطوانة، وتتغير السرعة باستمرار، مما ينتج عنه قوة قصور ذاتي كبيرة ويجعل المكبس عرضة لحمل إضافي كبير. يعمل المكبس في ظل هذه الظروف القاسية، والتي يمكن أن تتشوه وتسرع التآكل، فضلاً عن الأحمال الإضافية والضغوط الحرارية، فضلاً عن التأثيرات الكيميائية للغاز.
هيكل المكبس:
بشكل عام، يكون المكبس أسطوانيًا، وفقًا لظروف العمل ومتطلبات المحركات المختلفة، يختلف هيكل المكبس نفسه، وينقسم المكبس بشكل عام إلى ثلاثة أجزاء: الرأس والتنورة ومقعد دبوس المكبس.
يشير الرأس إلى قمة المكبس وجزء من أخدود الحلقة. يعتمد شكل قمة المكبس كليًا على متطلبات غرفة الاحتراق، ويساعد تصميمها المسطح أو شبه المسطح على تقليل مساحة التلامس مع الغاز الساخن، مما يضمن توزيعًا متساويًا للإجهاد. تستخدم معظم محركات البنزين مكابس ذات قمة مسطحة، وتحتاج بعض المحركات (مثل محركات الديزل ذات الحقن المباشر ومحركات البنزين الجديدة ذات الحقن داخل الأسطوانات) إلى شكل أكثر تعقيدًا في قمة المكبس بعمق معين من الحفر كجزء من غرفة الاحتراق لتحسين كفاءة الاحتراق وتقليل الاشتعال لتلبية احتياجات تكوين خليط الغاز. تُسمى أخاديد المكبس أخاديد الحلقة، وتُستخدم لتثبيت حلقات المكبس. وظيفة حلقة المكبس هي إحكام الغلق ومنع تسرب الهواء ومنع دخول الزيت إلى غرفة الاحتراق.
تشير تنورة المكبس إلى الجزء السفلي من المكبس، والذي يستخدم للحفاظ على الوضع الرأسي للمكبس في الحركة الترددية قدر الإمكان، أي الجزء التوجيهي للمكبس.
شكل تنورة المكبس خاص جدًا، وخاصةً لسيارات الركاب الخفيفة مثل السيارات، حيث يبدأ المصمم من هيكل وأداء المحرك، وغالبًا ما يستخدم دماغه على تنورة المكبس لجعل هيكل المحرك مضغوطًا وناعمًا قدر الإمكان.
مقعد دبوس المكبس هو الجزء الداعم للمكبس، ويتصل بذراع التوصيل بواسطة دبوس المكبس الموجود فوق حافة المكبس. يتميز مقعد دبوس المكبس في محركات السرعة العالية بأن فتحة مقعد الدبوس لا تقع بالضرورة على نفس مستوى خط الوسط للمكبس، بل يمكن إزاحتها قليلاً إلى جانب واحد، أي إلى الجانب الذي يلامس فيه المكبس جدار الأسطوانة أثناء شوط القدرة، مما يؤدي إلى تقليل درجة اصطدام المكبس بجدار الأسطوانة عند تغيير اتجاهه إلى النقطة الميتة العليا، مما يقلل من ضوضاء المحرك.
الفرق بين مكبس محرك البنزين ومحرك الديزل:
لا يوجد فرق في الهيكل الرئيسي، والفرق الأكبر بين محرك البنزين ومحرك الديزل هو وضع الإشعال ومأخذ الهواء: يدخل محرك البنزين الأسطوانة بالغاز القابل للاحتراق المخلوط بالزيت والغاز، ومحرك الديزل هو هواء نقي؛ يتم إشعال محرك البنزين بواسطة شمعة الإشعال، ويتم حقن وقود الديزل في الديزل من فتحة حقن الوقود بعد أن يصل الهواء المضغوط إلى درجة حرارة الاحتراق التلقائي للديزل، ويحترق وقود الديزل تلقائيًا بسبب ارتفاع درجة الحرارة في الأسطوانة في هذا الوقت.
إذا كنت تريد التحدث عن الفرق، فمن المرجح أن يكون في تنورة المكبس، لأن معظم محركات الديزل لها شوط مكبس أطول من محركات البنزين، وقد يكون هناك شكل خاص في التنورة لتتناسب مع حركة دولاب الموازنة، ولكن ليست كل محركات الديزل مثل هذا.
لنقارن مكبس محرك بنزين ثنائي الصمامات بمحرك ديزل: الفرق يكمن في الجزء العلوي. مكبس محرك البنزين مسطح، بينما يحتوي مكبس محرك الديزل على غرفة احتراق في الأعلى. هذا هو الفرق الأكبر. ثم قارن مكبس محرك البنزين متعدد الصمامات بمكبس محرك الديزل: كلاهما يحتوي على غرف احتراق في الأعلى. لكن محرك البنزين أبسط. المسافة بين أخاديد حلقات المكبس أكبر من تلك الموجودة في محرك الديزل. أخدود حلقة الزيت مثقوب في محرك الديزل، على عكس محركات البنزين. بشكل عام، لا يوجد فرق.
الحكم وعلاج صوت طرق المكبس غير الطبيعي
عند تشغيل محرك السيارة، يُسمع صوت طرق غير طبيعي في المكبس. يحدث هذا الصوت غير الطبيعي في الجزء العلوي من الأسطوانة، وهو صوت "طقطقة" إيقاعي يشبه صوت طرق مطرقة صغيرة على أرضية خرسانية. عند تشغيل المحرك في وضع الخمول، يكون الصوت واضحًا وجليًا. خاصةً عند تشغيل المحرك بدرجة حرارة منخفضة، يكون الصوت واضحًا، وعند ارتفاع درجة الحرارة، ينخفض الصوت أو يختفي تمامًا.
طريقة الحكم على أسطوانة طرق المكبس:
(1) افصل أسطوانة الزيت واحدة تلو الأخرى. استخدم طريقة فصل أسطوانة الزيت واحدة تلو الأخرى لتحديد موضع الأسطوانة. إذا تم فصل الزيت عن أسطوانة معينة، ينخفض الصوت بشكل ملحوظ أو يختفي، وعند استئناف إمداد الزيت، يمكن سماع صوت "نقرة" واضح، مما يشير إلى أن مكبس الأسطوانة يصطدم بالأسطوانة.
(2) من أجل التأكد بشكل أكبر من أن مكبس الأسطوانة يطرق الأسطوانة، يمكن إزالة حاقن الأسطوانة، وإضافة كمية صغيرة من زيت المحرك فائق الشحن من الدرجة CD (يلعب دور الختم) إلى الأسطوانة، ثم يتم تثبيت الحاقن، ويتم تشغيل المحرك، ويختفي صوت الطرق أو يضعف، ويظهر صوت الطرق مرة أخرى بعد التشغيل، وهو ما يعني بلا شك أن المكبس يطرق الأسطوانة.
الأسباب الرئيسية لطرق أسطوانة المكبس في الإنتاج هي كما يلي:
(1) الفجوة بين المكبس وجدار الأسطوانة كبيرة جدًا. الخلوص القياسي بين حافة المكبس والأسطوانة في محرك سلسلة WD615 يتراوح بين 0.143 و0.182، وحد التآكل الأقصى يتراوح بين 0.35 و0.40.
(2) بعد تشغيل المحرك لفترة من الوقت، يتآكل مكبس الأسطوانة، إلى جانب سوء التزييت، وتزداد الفجوة المطابقة بين المكبس والأسطوانة بسبب التآكل، وتظهر خطوة أكثر خطورة في الجزء السفلي من حلقة الهواء الأولى، بحيث يضرب المكبس الأسطوانة ويصدر صوتًا غير طبيعي.
(3) بعد التشغيل لفترة من الوقت، تتآكل تنورة المكبس والأسطوانة بشكل خطير، مما يؤدي إلى انحراف خطير وضربات للأسطوانة.
(4) تشوه قضبان التوصيل الفردية لأسباب مختلفة، مما يؤدي إلى انحراف المكبس، واتساع الفجوة، وارتطام الأسطوانة. يؤدي اصطدام المكبس بالأسطوانة إلى ارتفاع استهلاك وقود المحرك، وتسرب الزيت، وارتفاع استهلاك الوقود، وضعف كفاءة المحرك. عند اصطدام المكبس بالأسطوانة بشدة، سيؤدي ذلك أيضًا إلى سحق المكبس وتلف الأسطوانة، مما يؤدي إلى كسر قضيب التوصيل وتلف كتلة الأسطوانة.
عند مواجهة طرق المكبس، يمكن استخدام الطرق التالية:
(1) بعد بدء تشغيل المحرك، يوجد صوت طرق عند التشغيل بدرجة حرارة منخفضة، وبعد أن تصبح درجة الحرارة طبيعية، يختفي الصوت، ويمكن التخلص منه مؤقتًا ومواصلة التشغيل.
(2) عندما تكون درجة حرارة المحرك طبيعية ويوجد صوت طرق واضح، فيجب تجنب التشغيل بسرعة عالية قدر الإمكان وتفكيك المحرك وإصلاحه في أسرع وقت ممكن.
(3) بعد إزالة رأس الأسطوانة وسحب المكبس، إذا وجد أن الأسطوانة خارجة عن الشكل الدائري بشكل خطير، أو متوترة، أو الفجوة بين المكبس والأسطوانة كبيرة جدًا، فيجب استبدالها، ويجب استبدال بطانة الأسطوانة والمكبس وحلقة المكبس.
(4) إذا وجد أن قضيب التوصيل مشوه، فيجب استبداله قدر الإمكان.