سایکلون

و نحوه عملکرد آن

سایکلون چیست

مطابق شکل 1، سایکلون دستگاهی است که بخارات روغن به انضمام سوخت و هوای نشت کرده به محفظه لنگ را از روغن جدا کرده و به مانیفولد هوای ورودی ارسال می‌کند تا در موتور مجددا مورد استفاده قرار گیرد و از ورودی بخار روغن و نشتی سوخت و هوا به هوای محیط پیشگیری شود و به عبارتی میزان آلایندگی هیدروکربن‌های نسوخته یا HC کاهش یابد که به این موضوع تهویه مثبت محفظه لنگ موتور یا Positive Crankcase Ventilation یا PCV گفته می شود.

شکل 1- شکل ظاهری سایکلون

 دوره آموزش تعمیرات موتور هیوندای و کیا با مدرک دو زبانه از دانشگاه صنعتی شریف

وظیفه سایکلون:

فشار محفظه لنگ باید حدود 75 میلی بار خلاء باشد تا بهترین شرایط تهویه محفظه لنگ به منظور گردش راحت میل‌لنگ و حرکت بدون مقاومت پیستون‌ها را مهیا نماید ولی دو عامل به شرح ذیل باعث می‌شود که به تدریج، فشار محفظه لنگ افزایش یابد که این افزایش فشار علاوه بر افزایش نیروی مقاوم در مقابل حرکت میل‌لنگ و پیستون‌ها، باعث نشتی روغن از اطراف کاسه‌نمدها و واشرهای لاستیکی نیز می‌گردد.

Blow-By:

مطابق شکل 2، در زمان‌های تراکم و احتراق، مقداری از سوخت و هوای متراکم یا محترق شده از لابلای فضای باز بین رینگ‌ها، سیلندر و پیستون عبور کرده و وارد محفظه لنگ می‌شود که اصطلاحا Blow By نامیده می‌شود.

شکل 2- نشتی سوخت و هوای متراکم یا محترق شده در زمان‌های تراکم و احتراق که Blow By نامیده می‌شود
هرچقدر میزان Blow By بیشتر باشد، راندمان موتور کاهش می یابد و به عبارتی گشتاور و توان خروجی موتور کاهش یافته ضمن اینکه میزان نشتی روغن موتور نیز افزایش می‌یابد.

 تبخیر روغن:

مطابق شکل 3 که محور افقی دور موتور و محور عمودی میزان مصرف روغن در موتور را نشان می دهد، هنگام کارکرد موتور مقداری از روغن موتور به دلایل زیر مصرف می‌شود:

•  Blow By
•  انتقال روغن به محفظه احتراق و نهایتا سوختن روغن و تبدیل روغن به رسوباتی که به قطعات موتور می‌چسبد
• تبخیر بخشی از مواد فرار موجود در روغن

مجموع سه عامل فوق باعث می‌شود که بخشی از روغن موتور به تدریج مصرف شود و به عبارتی، موتور روغن کم کند.

شکل 3- مصرف روغن در موتور خودرو

بنابراین هنگامی که درب سرریز روغن موتور باز می‌شود، مطابق شکل 4، دودی از بخش درب سرریز خارج می شود که مجموع اثرات تبخیر روغن و Blow By می‌باشد و هرچقدر این دود یا بخار بیشتر باشد نشانه آن است که شرایط مکانیکی موتور در وضعیت بدتری قرار دارد و باید نسبت به تعمیرات اساسی موتور اقدام کرد.

شکل 4- دود ناشی از Blow By و تبخیر روغن موتور که از درب سرریز روغن موتور خارج می شود

شکل 5 نیز آن بخش از روغن موتور که وارد محفظه احتراق می‌شود و پس از سوختن تبدیل به توده‌های جامد شده و به صورت ترکیبی از کربن و چسب به قطعات موتور می‌چسبد را نشان می‌دهد.

شکل 5- تبدیل بخشی از روغن به رسوبات جامد به دلیل نفوذ روغن به محفظه احتراق

بدین منظور در خودروهای مختلف، از روش‌های متفاوتی برای پیشگیری از مصرف بیش از حد روغن موتور و همچنین نفوذ هیدروکربن‌های نسوخته یا HC به هوای محیط استفاده می شود که در این بین سایکلون گزینه‌ای به‌روز و مطلوب برای این موضوع می‌باشد.

نحوه عملکرد سایکلون:

یکی از مشکلاتی که در موضوع تهویه محفظه لنگ موتور یا (PCV)Positive Crankcase Ventilation مطرح می‌باشد، جداسازی روغن از بخارات روغن و سوخت هوای نفوذ کرده به محفظه لنگ می‌باشد. به عبارتی دیگر هدف این است که حتی‌الامکان بخارات خشک محفظه لنگ (بخارات روغن و سوخت و هوا) مجددا به موتور ارسال گردد و در فرآیند احتراق مورد استفاده قرار گیرد تا از مصرف روغن موتور پیشگیری گردد تا آلایندگی موتور کاهش یابد و از کم شدن روغن موتور نیز جلوگیری به عمل آید.
در شکل 6 سه روش پیشنهادی برای تبدیل بخارات مرطوب محفظه لنگ به بخارات خشک پیشنهاد شده است.

شکل 6- روش‌های تبدیل بخار مرطوب محفظه لنگ به بخار خشک

 توری سیمی:

این روش بسیار پرکاربرد می‌باشد به نحوی که مطابق شکل 7 در موتور ملی یا موتور EF7 نیز قبل از محفظه سایکلون از این توری سیمی استفاده شده است تا یکبار عملیات جداسازی قطرات روغن از بخار محفظه لنگ انجام شود. در این روش بخارات محفظه لنگ پس از برخورد به الیاف‌های سیم، بخارات از لابلای سیم‌های فلزی عبور می‌کند در حالیکه قطرات روغن به سیم‌های فلزی برخورد می‌کنند و پس از تقطیر به کارتل باز می‌گردند.

شکل 7- استفاده از توری سیمی قبل از محفظه سایکلون موتور ملی

 محفظه با مسیر زیگزاگ یا Labyrinth:

مطابق شکل 8، در بخش زیرین درپوش سوپاپ‌های موتور ملی از دیوارها، مجاری، توری فلزی و غیره استفاده شده است تا بخارات روغن در برخورد از هر مانع و هر تغییر مسیر، مقداری از قطرات روغن جداسازی و ته‌نشین گردد و نهایتا بخارات روغن خشک‌تری به محفظه سایکلون برسد.

شکل 8- بخش زیرین درپوش سوپاپ‌های موتور ملی که حالت زیگزاگی ایجاد می‌کند

در این روش بخارات محفظه لنگ از مسیرهای زیگزاگی عبور می‌کنند و قطرات روغن به مرور به دلیل سنگین بودن در طبقات تحتانی ته‌نشین می‌شوند و به کارتل باز می‌گردند در حالیکه بخارات محفظه لنگ به دلیل سبکی از لابلای مسیر زیگزاگ طی مسیر کرده و به مراحل خشک‌سازی بعدی رسیده و نهایتا وارد مانیفولد هوای موتور می‌شوند تا در فرآیند احتراق موتور مورد استفاده قرار گیرند.

 محفظه گردبادی یا سایکلون

مطابق شکل 6، سایکون از یک بخش مخروطی تشکیل شده است که بخارات محفظه لنگ به صورت مماسی وارد آن می‌شوند و در اثر اعمال نیروی جانب مرکز، ذرات و قطرات روغن که سنگین‌تر می‌باشند به اطراف پرتاب شده و پس از برخورد به دیواره سایکلون به تدریج از بخش پایین سایکلون وارد کارتل می شوند در حالیکه بخار خشک و گازها که سبک هستند از بخش وسط سایکلون به طبقه فوقانی آن وارد می شوند.
شکل 9، محل نصب سایکلون بر روی درپوش سوپاپ‌های موتور ملی را نشان می‌دهد.

شکل 9- محل نصب سایکلون بر روی درپوش سوپاپ‌های موتور ملی

شکل 10 نمای باز شده سایکلون موتور ملی را نشان می‌دهد.

شکل 10- نمای باز شده سایکلون موتور ملی

همانگونه که در شکل 10 قابل مشاهده می‌باشد، بخارات روغن محفظه سایکلون در طبقه زیرین درپوش سوپاپ‎ها به صورت مماسی وارد طبقه زیرین سایکلون می‌شود و در اثر حرکت گردبادی بخارات روغن، ذرات روغن که سنگین‌تر هستند به اطراف پرتاب شده و پس از برخورد به دیواره طبقه تحتانی سایکلون وارد کارتل می‌شوند و بخارات و گازها که سبک‌تر هستند از وسط وارد طبقه فوقانی سایکلون می‌شوند. در این بخش نیز بخارات روغن مجددا به دیافراگم برخورد می‌کنند و مابقی ذرات روغن باقیمانده در بخارات مجددا به تقطیر می شوند و بخارات خشک از لوله وسط طبقه فوقانی سایکلون عبور کرده و به سمت مانیفولد هوا هدایت می‌شوند تا در فرآیند احتراق موتور خودرو مورد استفاده قرار گیرند.
چنانچه خلا موتور زیاد باشد، این خلا نیرویی به سمت پایین به دیافراگم و در جهت مخالف نیرو فنر تولید می کند و با توجه به فاصله بین دیافراگم و لوله وسط بخش فوقانی سایکلون، این مجرا در حدی تنظیم می‌شود که میزان خلاء محفظه لنگ در حدود 75 میلی‌بار حفظ شود.