سوپاپ ماشین چیست و چه نقشی در عملکرد موتور دارد؟

در این مقاله به سوپاپ ماشین و نقش و عملکرد آن در موتورهای درون‌سوز خواهیم پرداخت.

سوپاپ ماشین چیست؟

همان‌طور که می‌دانید مهم‌ترین بخش یک خودرو پیشرانه یا موتور آن است. این نیروگاه آهنین از قطعات بسیار متنوعی تشکیل شده است و یکی از بخش‌های مهم آن سوپاپ است؛ اما سوپاپ ماشین چیست؟ این قطعه مکانیکی در پیشرانه‌های درون‌سوز برای کنترل جریان سوخت و هوا در محفظه احتراق بکار می‌رود. از نظر عملکردی باید گفت سوپاپ بکار رفته در وسایل نقلیه مشابه بسیاری دیگر از سوپاپ‌های بکار رفته در صنایع گوناگون است اما سوپاپ‌های موجود در پیشرانه‌های درون‌سوز با دیگر قطعات پیشرانه برای باز و بسته شدن منظم و دقیق همکاری می‌کنند. سوپاپ‌ها در بسیاری از پیشرانه‌های درون‌سوز از جمله بنزینی، دیزلی، دوگانه‌سوز و… بکار می‌روند. در ادامه به عملکردهای سوپاپ ماشین و انواع و متریال آن خواهیم پرداخت. بیشتر سوپاپ‌ها به خاطر حرکات رو به بالا و پایین خود شکل ویژه‌ای دارند به‌طوری‌که سر مخروطی آن‌ها به گونه‌ای روی فضای مخصوص خود قرار می‌گیرد که جریان عبور سوخت و هوا را کنترل کند. این قطعات همچنین به خاطر شکل متمایز سر سوپاپ با عنوان سوپاپ‌های قارچی نیز شناخته می‌شوند.

دو بخش اصلی هر سوپاپ با نام ساق سوپاپ و سر سوپاپ شناخته می‌شود. بخش سر سوپاپ به نوعی طراحی شده که در هماهنگی کامل با جایگاه خاص خود باشد. ساق سوپاپ نیز باعث اتصال سوپاپ به قطعات مکانیکی پیشرانه می‌شود تا به این ترتیب سوپاپ بتواند حرکت کند. همان‌طور که می‌دانید پیشرانه‌های درون‌سوز چهار زمانه از دو نوع اصلی سوپاپ‌ها یعنی سوپاپ ورودی و سوپاپ دود استفاده می‌کنند. دسته اول با باز شدن خود باعث ورود مخلوط سوخت و هوا به محفظه احتراق داخل سیلندر می‌شوند و پس از آن فرایندهای تراکم و احتراق صورت می‌گیرد. سوپاپ‌های دود نیز با باز شدن خود اجازه خروج گازهای ناشی از احتراق را می‌دهند. در حالت عادی میل لنگ با میل بادامک در ارتباط است تا نیروی چرخشی را به سایر قطعات منتقل کند. حرکات میل لنگ از طریق زنجیر یا تسمه تایم به میل بادامک انتقال پیدا می‌کند. این زمان‌بندی و هماهنگی بین موقعیت میل لنگ و موقعیت میل بادامک بسیار ضروری است زیرا نه‌تنها عملکرد بهینه پیشرانه را تضمین می‌کند بلکه برای جلوگیری از تداخل عملکرد پیستون‌ها و سوپاپ‌ها در پیشرانه‌هایی با ضریب تراکم بالا اهمیت دارد.

در سیکل ورود مخلوط سوخت و هوا، سوپاپ ورودی باز می‌شود و پیستون به سمت پایین حرکت می‌کند. حرکات پیستون باعث ایجاد فشار منفی می‌شود تا به این ترتیب مخلوط یاد شده وارد سیلندر شود. درست پس از رسیدن پیستون به پایین‌ترین موقعیت در سیلندر که با عبارت نقطه مرگ پایین شناخته می‌شود، سوپاپ ورودی بسته می‌شود. در سیکل تراکم سوپاپ ورودی بسته است تا پیستون داخل سیلندر به بالاترین نقطه خود یعنی نقطه مرگ بالا برسد. در این حالت مخلوط سوخت و هوا متراکم می‌شود. این تراکم برای ایجاد فشار بالاتر ضروری است. در سیکل بعدی مخلوط سوخت و هوا می‌سوزد تا نیروی حاصل از انفجار باعث بازگشت پیستون به پایین‌ترین نقطه در سیلندر شود. در این حالت انرژی شیمیایی حاصل از سوختن سوخت و هوا به حرکت چرخشی میل لنگ تبدیل می‌شود. در سیکل نهایی نیز پیستون دوباره به سمت بالا حرکت می‌کند و درعین‌حال که سوپاپ ورودی بسته است سوپاپ دود باز می‌شود. فشار ایجاد شده توسط پیستون به خروج گازها از سیلندر کمک می‌کند. همان‌طور که قبلاً نیز گفته‌ایم این گازها از طریق منیفولد دود و سیستم اگزوز از خودرو خارج خواهند شد.

در پیشرانه‌هایی با تعداد سیلندرهای بیشتر همین چهار مرحله در تک‌تک سیلندرها تکرار می‌شود اما توالی انجام کارها به گونه‌ای است که پیشرانه بسیار نرم کار می‌کند و لرزش و صدای حداقلی دارد. توالی حرکات پیستون، سوپاپ و احتراق با یک طراحی مکانیکی دقیق و زمان‌بندی جرقه‌زنی مناسب انجام خواهد شد و هرگونه اختلال در این مسیر باعث ایجاد مشکلات زیادی می‌شود. حرکت سوپاپ ماشین با میل بادامک صورت می‌گیرد، قطعه‌ای که از بخش‌های مختلف برای ایجاد حرکات خطی سوپاپ تشکیل شده است. تعداد بادامک‌های میل بادامک با تعداد سوپاپ‌های هر پیشرانه برابر است. زمانی که میل بادامک در سر سیلندر قرار داشته باشد پیشرانه با نام OHC شناخته می‌شود درحالی‌که با قرار گرفتن میل لنگ در بلوک پیشرانه شاهد طراحی OHV خواهیم بود. در پیشرانه‌های درون‌سوز مدرن از تعداد متفاوت سوپاپ برای هر سیلندر استفاده می‌شود که این تعداد به طراحی و کاربری پیشرانه بستگی دارد. پیشرانه‌های کوچک شاید دارای یک سوپاپ ورودی و یک سوپاپ دود برای هر سیلندر باشند درحالی‌که برخی پیشرانه‌های بزرگ و پرحجم از ۴ و حتی ۵ سوپاپ برای هر سیلندر استفاده کرده‌اند.

جنس سوپاپ ماشین از چیست؟

سوپاپ ماشین یکی از قطعاتی است که کاملاً تحت‌فشار قرار می‌گیرد؛ بنابراین این قطعه باید دوام و استحکام زیادی داشته باشد چراکه در معرض دما و فشار بالایی است. البته سوپاپ ورودی پیشرانه‌های درون‌سوز استرس گرمایی کمتری را تحمل می‌کند زیرا مخلوط سوخت و هوای عبوری از سوپاپ باعث خنک شدن آن می‌شود؛ اما سوپاپ‌های دود در معرض استرس دمایی بالایی قرار دارند. همچنین باز بودن سوپاپ دود در سیکل خروج گازها و عدم تماس آن با سر سیلندر به این معنی است که استرس بیشتری به این قطعه وارد می‌شود. سوپاپ‌های ورودی به خاطر اینکه در دماهای پایین‌تری کار می‌کنند معمولاً از جنس کروم، نیکل یا آلیاژ فولاد تنگستن ساخته می‌شوند. در مقابل باید سوپاپ‌های دود اشاره کنیم که به دلیل استرس دمایی بالا شاید از مواد مقاوم در برابر گرما همچون آلیاژهای نیکروم، سیلیکون کرومیوم یا کبالت کرومیوم ساخته شوند. گاهی اوقات با استفاده از پوشش آلیاژ کبالت و کرومیوم می‌توان دیواره بیرونی سوپاپ را در برابر استرس‌های گرمایی مقاوم‌تر کرد.

انواع سوپاپ ماشین

جدای از تقسیم‌بندی سوپاپ‌ها بر اساس عملکرد (ورودی و دود)، چندین نوع از سوپاپ ماشین وجود دارد که بر اساس طراحی و جنس مواد دسته‌بندی می‌شوند. بر این اساس انواع اصلی سوپاپ‌ها شامل موارد زیر هستند:

• سوپاپ پیشرانه مونومتالیک
• سوپاپ پیشرانه بای متالیک
• سوپاپ پیشرانه توخالی

در سوپاپ‌های مونومتالیک از یک ماده برای تولید سر و ساق سوپاپ استفاده می‌شود. این نوع سوپاپ‌ها هم در برابر گرما مقاوم هستند و هم توانایی‌های ضد اصطکاک خوبی دارند. دسته دوم یعنی سوپاپ‌های بای متالیک از دو فلز متفاوت برای ساختن بخش‌های مختلف استفاده کرده‌اند و با استفاده از فرایند جوشکاری ویژه می‌توان سر و ساق سوپاپ را به یکدیگر وصل کرد. در سوپاپ‌های توخالی نیز حفره ایی وجود دارد که با سدیم پر می‌شود. با افزایش دمای سوپاپ سدیم به حالت مایع درآمده و با حرکت سوپاپ به گردش درمی‌آید تا به این ترتیب به دفع گرما از سر سوپاپ کمک کند. این نوع طراحی باعث انتقال سریع‌تر گرما از ساق سوپاپ می‌شود. سوپاپ‌های توخالی گزینه‌ای ایده آل برای پیشرانه‌های مدرنی هستند که قدرت بیشتری را از حجم کم به دست می‌آورند.

علت سوپاپ زدن ماشین

خرابی و آسیب دیدگی سوپاپ‌ها در بین مکانیک‌ها با اصطلاح سوپاپ زدن شناخته می‌شود. از جمله علت‌های سوپاپ زدن ماشین می‌توان به فرسودگی تسمه تایم اشاره کرد که سبب خمیدگی یا شکستگی سوپاپ‌ها می‌شود. علت دیگر این موضوع به سوختن سوپاپ در اثر خروج گازهای داغ مربوط می‌شود. جرم‌گرفتگی سوپاپ نیز در کاهش کارایی آن تأثیر خواهد داشت. استفاده از روغن‌موتور و سوخت بی‌کیفیت و داغ شدن موتور نیز روی خرابی سوپاپ‌ها تأثیرگذار خواهد بود.

علائم آسیب دیدن سوپاپ موتور

از جمله واضح‌ترین علائم آسیب دیدن سوپاپ ماشین می‌توان به احتراق ناقص پیشرانه، کاهش قدرت و شتاب، وجود صداهای غیرعادی در پیشرانه، افزایش مصرف روغن و سوخت اشاره کرد.

قیمت سوپاپ ماشین

با گشت‌وگذار در وب‌سایت‌های فروش قطعات خودرویی می‌توان سوپاپ دود و هوای پراید یورو ۴ را با قیمت حدود ۱.۵ میلیون تومان، سوپاپ دود و هوای سمند EF7 را با قیمت حدود ۳ میلیون تومان و سوپاپ دود و هوای پژو ۲۰۶ را با قیمت حدود ۱.۲ میلیون تومان خریداری کرد.