انواع مکانیزم حرکت سوپاپ موتور

(OHV-OHC-SOHC-DOHC)

سوپاپ‌های سیلندر یکی از اجزا ضروری در موتورهای احتراق داخلی هستند که مجاری ورود و خروج به محفظه سیلندر را کنترل می‌کنند. عملکرد موتور ارتباط مستقیم با نحوه کنترل این مجاری ورودی و خروجی دارد، اگر بنابراین مکانیزم حرکت سوپاپ در راندمان موتور اهمیت فراوانی دارد. در مقاله سوپاپ در مورد انواع و اجزا این عضو مهم موتور مطالبی ارائه شد. در این مقاله به انواع مکانیزم حرکت سوپاپ موتور خودرو  پرداخته خواهد شد.

وظیفه:

وظیفه مجموعه مکانیزم زمان‌بندی دقیق برای حرکت سوپاپ، باز کردن و بستن سوپاپ‌ها بر اساس زمان‌های کاری موتور خواهد بود. هر چه این مکانیزم دقیق‌تر، عملکرد میزان اتلاف انرژی کاهش می‌یابد. باتوجه‌به اینکه سیستم‌های مختلف دارای اجزا متفاوتی هستند هنگام معرفی هر سیستم اجزا آن نیز معرفی خواهد شد.

روش‌های دسته‌بندی مکانیزم راه‌انداز سوپاپ

تنوع زیادی در انواع مکانیزم‌ حرکت سوپاپ موتور وجود دارد. شکل 1 برخی از این روش‌های مهم را نشان می‌دهد.

شکل 1- دسته‌بندی انواع مکانیزم سوپاپ موتور خودرو

محل قرارگرفتن سوپاپ موتور

قدیمی‌ترین روش دسته‌بندی مکانیزم سوپاپ‌ موتور خودرو، دسته‌بندی از نظر محل قرارگرفتن سوپاپ‌ها داخل موتور است.(شکل2)

شکل 2- دسته مکانیزم سوپاپ موتور از نظر محل قرارگرفتن

قدیمی‌ترین نوع از این دسته‌بندی معروف به مدل T شکل یا T هد (T Head) است. شکل 3 این نمونه را نشان می‌دهد.

شکل 3- مدل T شکل

ملاحظه می‌شود هر دو سوپاپ دود و هوا در بلوکه سیلندر قرار دارند و فرم اتاق احتراق و محفظه سیلندر حالتی شبیه حرف T انگلیسی را ایجاد می‌کنند. شکل 4 نمونه‌ای از موتور و خودرویی که از آن استفاده کرده است را نشان می‌دهد.

شکل 4- Stutz-Bearcat- 1914

نوع بعدی مدل L شکل بود. تفاوت نوع T و L در این است که در مدل نوع T سوپاپ‌ها در طرفین سیلندر قرار داشتند اما در مدل L همه در یک ردیف قرار گرفته‌اند. شکل 5 این نوع را نشان می‌دهد.

شکل 5- سیستم L شکل

موتور L شکل نسبت به T شکل جدیدتر به‌حساب می‌رود. شکل 6 نمونه واقعی این موتور را نشان می‌دهد.

شکل 6- بلوکه سیلندر نوعی موتور L شکل

تعمیرات مکانیزم سوپاپ موتور خودرو در نوع L و T بسیار دشوار و پرهزینه بود و برای هرگونه تعمیر تنظیم نیاز به باز کردن بلوکه سیلندر بود. در نسل بعدی یکی از سوپاپ‌ها از هر اتاق احتراق به سر سیلندر منتقل شد. (شکل 7)

شکل 7- مدل F شکل

در هر سه مدل یاد شده میل سوپاپ در بلوکه سیلندر قرار دارد؛ بنابراین علاوه بر تعمیرات و یا تنظیمات سیستم مکانیزم سوپاپ موتور خودرو، تعمیرات میل سوپاپ نیز دشواری‌های خودش را خواهد داشت.
در نسل آخر از این روش دسته‌بندی، هر دو سوپاپ به روی سر سیلندر منتقل شدند.

شکل 8- مدل I شکل

در مدل‌های اولیه نوع I شکل هنوز میل سوپاپ در بلوکه سیلندر قرار داشت (مثلاً موتور پیکان) اما در تمامی موتورهای امروزی میل سوپاپ به سر سیلندر منتقل شده است و در نتیجه تعمیرات و تنظیمات این مجموعه بسیار ساده‌تر انجام خواهد شد.

1-سوپاپ 2- فنر سوپاپ 3- انگشتی 4- میل تایپیت 5- تایپیت 6- بادامک (میل سوپاپ)
شکل 9 – اجزا مکانیزم سوپاپ موتور  از نوع I شکل

نیرو از طریق بادامک میل سوپاپ (شماره 6) با تایپت (شماره 5) منتقل شده سپس میل تایپیت (شماره 4) حرکت می‌کند و به انگشتی (شماره 3) (اسبک) فشار وارد می‌کند. اسبک به‌صورت الاکلنگی روی محور اسبک حرکت کرده و سوپاپ (شماره 1) را باز می‌کند. پس از خارج‌شدن وضعیت بادامک از زیر تایپیت، تایپیت آزاد شده و فنر سوپاپ را بر می‌گرداند و همچنین انگشتی نیز به محل قبلی خود باز می‌گردد و این فرایند در هر بار باز شدن و بسته‌شدن سوپاپ انجام می‌شود.

محل میل سوپاپ موتور

اگر به‌تمامی مدل‌های معرفی شدن از نظر محل قرارگرفتن سوپاپ توجه شود، مشاهده می‌شود تمامی این مدل‌ها میل سوپاپ در بلوکه سیلندر قرار گرفته است اما با نگاه مختصر به خودروهای امروزی مشاهده می‌شود با اینکه سوپاپ‌ها در سر سیلندر قرار دارند (I شکل) اما میل سوپاپ نیز در سر سیلندر قرار دارد. در این جا یک روش دسته‌بندی دیگر در مورد مکانیزم سوپاپ‌ها مشخص می‌شود.
OHV ( Over Head Valve) – سوپاپ رو
OHC ( Over Head Cam) – میل سوپاپ رو
شکل 10 این نمونه را نشان می‌دهد.

فلش‌های آبی محل میل سوپاپ را نشان می‌دهد

شکل 10- مقایسه OHV , OHC

همه خودروهای امروزی میل سوپاپ رو هستند اما در نحوه انتقال نیرو از میل سوپاپ به سوپاپ تفاوت‌های بین آنها وجود دارد که در شکل 10 برخی از این تفاوت‌ها قابل‌مشاهده است. هر چه میزان قطعات بین میل سوپاپ و سوپاپ کمتر باشد اتلاف انرژی آن کمتر خواهد بود. به شکل 11 توجه کنید.

A: OHV
B: OHC با اسبک
C: OHC نیروی مستقیم

شکل 11- مقایسه مسیر حرکت از میل سوپاپ تا سوپاپ

شکل 12 این مسیرها در هر سه مدل مقایسه می‌کند.

شکل 12- مسیر انتقال نیرو از میل سوپاپ تا سوپاپ

باتوجه‌به شکل 12 به‌راحتی قابل‌ درک است با اینکه هر دو مدل B و C از نوع OHC هستند اما مدل C (مثلاً نوع XU7) نسبت به مدل نوع B (مثلاً نوع پراید) مسیر انتقال نیروی کوتاه‌تری از میل سوپاپ به سوپاپ دارد. (شکل 13)

شکل 13- مقایسه مکانیزم‌های موجود در دو نوع OHC

یکی دیگر از روش‌های دسته‌بندی مکانیزم حرکت سوپاپ‌ها، بررسی آنها از نظر نحوه تنظیمات خلاصی است. از این دیدگاه مکانیزم‌های سوپاپ به دودسته تنظیم اتوماتیک و تنظیم دستی تقسیم‌بندی می‌شوند.
ممکن است این سؤال پیش بیاید که چرا مکانیزم سوپاپ نیاز به تنظیم خلاصی دارد؟ برای این سؤال پاسخ‌های زیادی وجود دارد که در اینجا ساده‌ترین آنها بیان می‌شود.
تمامی قطعات موتور در معرض حرارت بالا قرار دارند، سوپاپ نیز به‌عنوان یکی از این قطعات تحت‌تأثیر حرارت موتور ساق سوپاپ افزایش طول خواهد داشت. درصورتی‌که خلاصی برای مکانیزم حرکت سوپاپ در نظر گرفته نشود متناسب با میزان افزایش طولی ساق سوپاپ، سوپاپ زودتر باز شده و دیرتر بسته خواهد شد این اتفاق سبب عملکرد خارج از برنامه ریزی مکانیزم سوپاپ می‌شود. به عبارت ساده تایمینگ سوپاپ تغییرات نامناسبی خواهد داشت.
برای جلوگیری از این اتفاق در موتورهای قدیمی مقداری خلاصی در نظر می‌گیرند باتوجه‌به اینکه موتور مدت‌زمان کوتاهی به دمای نرمال می‌رسد در طول این مدت سوپاپ انبساط طولی موردنظر خود را انجام داده و خلاصی مربوطه به حد مطلوب نزدیک می‌شود. شکل 14 این خلاصی را در مدل‌های مختلف مکانیزم سوپاپ نشان می‌دهد.

شکل 14- خلاصی مکانیزم سوپاپ

تنظیم دستی این فاصله معمولاً به دو روش استفاده از پیچ‌ومهره تنظیم و یا شیم گیری انجام می‌شود. در مقاله نحوه فیلرگیری سوپاپ‌ها به روش پیچ ومهره ای تشریح شده است. اگرچه وجود این خلاصی برای افزایش راندمان موتور ضروری به نظر میرسد اما تا زمانی که موتور به دمای عادی نرسیده مقدار این خلاصی زیاد است بنابراین در این موتور ها از زمان استارت زدن تا لحظه گرم شدن موتور صدای ضربه اجزا مختلف مکانیزم سوپاپ شنیده میشود که نا مطلوب است و علاوه بر آن باعث افزایش استهلات این قطعات خواهد شد. بنابراین در سیستم هایی که به تنظیم اتومات و یا هیدرولیکی معروف هستند این فاصله به صورت اتوماتیک با استفاده از تایپیت هیدرولیکی انجام میشود. شکل 15 تاپیت ساده و هیدرولیکی را نشان میدهد.

1-تایپیت هیدرولیکی 2- تایپیت ساده
شکل 15- انواع تایپیت‌ها موتور

نحوه عملکرد تایپیت هیدرولیکی را در مقاله تایپیت هیدرولیکی موتور مشاهده کنید.

یکی از فعالیت‌های مهم مکانیزم حرکت سوپاپ، تایمینگ سوپاپ است که به صورت مجزا در یک مقاله دیگر آمده است.موتور های معمولی دارای تایمینگ ثابت هستند یعنی در تمامی دورها و بارهای موتور، زمان باز شدن و بسته شدن سوپاپ‌ها تغییری نمیکند. اما خودرو‌های امروزی به روش‌های مختلف این زمان را نیز مناسب با نیاز موتور تغییر میدهند که به صورت کلی این نوع سیستم‌های مکانیزم سوپاپ تحت عنوان کلی سیستم تایمینگ متغیر (VVT) شناخته میشوند که به توجه به طولانی شدن مطلب در مقاله‌های مجزا در مورد آن صحبت میشود

نویسنده: مهندس بهروز خطیبی