آشنایی با قطعات تشکیل دهنده خودرو(رینگ پیستون)

آشنایی با قطعات تشکیل دهنده خودرو(رینگ پیستون)

ریشه لغوی

رینگ یک کلمه انگلیسی (Ringe) است که به همان شکل اصلی در زبان ما رایج شده است و معنای آن حلقه می‌باشد و در اصطلاح به حلقه‌های فلزی گفته می‌شود که در روی پیستون قرار می‌گیرند. 

معرفی رینگ پیستون

اصطلاح رینگ برگرفته شده از یک کلمه انگلیسی به نام حلقه می‌باشد. رینگ در اصطلاح به حلقه‌های فلزی گفته می‌شود که روی پیستون قرار می‌گیرد، این حلقه‌ها که از جنس چدن ساخته شده‌اند. مقاومت بسیار بالایی در برابر حرارت ناشی از احتراق در محفظه احتراق سیلندر دارند و قابلیت ارتجاعی خوبی دارند. اما چرا از رینگ استفاده می‌شود؟ در حقیقت فضای احتراق باید کاملا آب بندی باشد تا در زمان احتراق و ایجاد فشار به پیستون برای اعمال کشش و مکش از کمپرس موتور کاسته نشود اما در هیچ حالتی نمی‌توان پیستون را به گونه‌ای طراحی کرد که خود عمل آب بندی را به تنهای انجام دهد برای همین منظور در قسمت بالایی پیستون شیارهایی برای قرار دادن رینگ در نظر گرفته شده است تا هم عملیات آب بندی را به صورت کامل انجام دهد و هم لایه‌ای از فیلم روغن را در هر بار که پیستون بالا و پایین می‌رود را روی دیوار سیلندر قرار دهد.

از دیگر دلایل استفاده از رینگ می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

ـ به حداقل رساندن سطح تماس میان پیستون و جداره سیلندر و همزمان جلوگیری از اصطکاک بین پیستون و سیلندر که باعث فرسودگی زود هنگام می‌شود.

ـ جمع‌آوری و پاک کردن روغن از جداره سیلندر و جلوگیری از ورود روغن به محفظه احتراق بسته به نوع موتور و قدرت و سوخت آن ممکن است تعداد ۳ الی ۷ رینگ روی هر پیستون نصب شود که در موتورهای بنزینی معمولا ۳ رینگ روی پیستون قرار می‌گیرد که ۲ رینگ بالا رینگ‌های فشاری نامیده می‌شوند و فشار ناشی از تراکم و احتراق را حبس کرده و مانع از رد کردن کمپرس می‌شوند و رینگ پایینی رینگ روغن نامیده می‌شود که روغن اضافی از جداره سیلندر را پاک کرده و فقط یک فیلم روغن روی جدار سیلندر باقی می‌گذارد تا حرکت رینگ و پیستون را تسهیل کرده و اصطکاک را به حداقل مقدار ممکن برساند.

رینگ‌ها به دلیل خاصیت ارتجاعی مناسبی که دارند در زمان نصب روی پیستون از ناحیه‌ای که بریده شده‌اند کمی باز می‌شوند تا به راحتی روی پیستون و شیار مخصوص خود قرار گیرند و پس از جمع کردن به حالت اولیه برمی‌گردد، ناگفته نماند که قطر رینگ را با توجه به استانداردهای مخصوص به خود مقداری بزرگتر از قطر سیلندر در نظر می‌گیرند تا عملیات آب بندی را به نحو احسن انجام دهد. از مهم‌ترین نشانه‌های خراب شدن رینگ می‌توان به روغن سوزی اشاره کرد که در این حالت با رد کردن روغن و رسیدن آن به بالای پیستون در زمان احتراق روغن نیز می‌سوزد و به شکل دود آبی رنگ از اگزوز خارج می‌شود و موتور در فواصل زمانی کوتاه روغن کم می‌کند و اگر نسبت به تعمیر زود هنگام آن اقدام نشود باعث صدمات و وارد آمدن خسارت می شود.

در مراحل بعد صدای غیرعادی از موتور شنیده می‌شود و موتور تک کار می‌کند که به دلیل شکستن رینگ می‌باشد و از دیگر نشانه‌های ضعیف شدن رینگ یا شکستن رینگ می‌توان به کم شدن قدرت موتور و افزایش مصرف سوخت اشاره کرد. چون رینگ قطعه‌ای اصطکاکی می‌باشد و همواره در مجاورت دما و فشار بالا قرار دارد هموارد احتمال خراب شدن وجود دارد.

رینگ پیستون چیست؟

برای آنکه تصور درستی از رینگ و پیستون داشته باشید به مثال ساده زیر توجه کنید. در نظر بگیرید که یک قوطی کنسرو ماهی را به سطح صافی مثل یک تکه فلز ، شیشه آینه‌ای و… تکیه دهید حال از کنار به محل تماس قوطی و سطح نگاه کنید مشاهده خواهید نمود که قوطی کنسرو از لبه‌های فوقانی و تحتانی که مقداری برجسته‌تر است به سطح مذکور چسبیده است و مابقی ته قوطی با کمی فاصله نسبت به سطح صاف قرار دارد. در واقع رینگ‌های پیستون همان برجستگی ها می‌باشند و بدنه قوطی هم به مشابه بدنه پیستون می باشد. 

وظیفه رینگ‌های پیستون

در استفاده از رینگ‌ها در ساختمان پیستون ها یک سری اهداف دنبال می‌شود که اهم آنها عبارتند از:

_کاهش سطح تماس میان پیستون و جداره سیلندر تا حداقل ممکن

_نگهداری و حفظ تراکم در قسمت فوقانی پیستون

_جلوگیری از اصطکاک و ممانعت از فرسودگی بیش از حد

_کنترل روغن و روغنکاری در فاصله بین دیواره سیلندر و پیستون

_انتقال حرارت از پیستون به دیواره سیلندر

ساختار رینگ‌های پیستون

رینگ‌های پیستون از جنس چدن خاکستری ساخته می‌شوند، زیرا فلزی است مقاوم که در برابر گرما حساسیت کمی از خود نشان می‌دهد و در ضمن دارای قابلیت ارتجاعی خوبی می‌باشد. تعداد رینگ‌ها در هر پیستون بسته به نوع موتورو تراکم مورد نظر از سه تا پنج و گاهی تا هفت رینگ متغیر می‌باشد. موتورهای بنزینی معمولی بندرت دارای بیش از سه تا چهار رینگ هستند اما موتورهای دیزلی معمولا دارای 5 تا 7 رینگ در هر پیستون می‌باشند. 

انوع رینگ‌ها

برحسب کار مخصوصی که انجام می‌دهند و نیز برحسب محل قرارگیری شان بر روی پیستون طبقه‌بندی می‌گردند. بر این اساس رینگ‌ها به دو گروه تقسیم می‌شوند.

۱_ رینگ های کمپرسی (تراکم یا متراکم)

۲_ رینگ های روغنی

پیستون را نمی توان  چنان ساخت  که خود به خود سیلندر را درزبندی کند بنابراین در ناحیه فوقانی پیستون رینگ نشین تعبیه می کنند و در آن رینگ پیستون نصب می کنند رینگ پیستون سه وظیفه  دارد :  

۱_ درزبندی محفظه  احتراق و جلوگیری از نشت گاز از اطراف پیستون

۲_ پاک کردن روغن از جداره سیلندر و جلوگیری از ورود آن به محفظه احتراق

۳_ انتقال گرما از پیستون به جداره سیلندر که دمای پاینتری دارد.

دو نوع رینگ پیستون وجود دارد رینگ تراکم و رینگ روغنی اغلب پیستون ها سه نوع رینگ دارد دو رینگ بالا رینگ های تراکم اند این رینگ ها سبب می شوند که  فشار ناشی از تراکم و احتراق در محفظه احتراق بماند و مانع کمپرس رد کردن شود رینگ پایینی رینگ روغنی است این  رینگ پیستون روغن اضافی را از جداره سیلندر پاک می کند و آن را به کارتر بر می گرداند این رینگ  فقط به اندازه ای روغن را روی جداره سیلندر باقی می گذارد که  لایه روغن  برای  روغنکاری پیستون و رینگ تشکیل شود قطر رینگ پیستون اندکی از قطر سیلندر  بیشتر است رینگ های پیستون در یک نقطه بریدگی دارند در نتیجه می توان آنها را برای نصب  روی  پیستون  باز کرد و سپس در هنگام قرار دادن پیستون در سیلندر آنها را جمع کرد وقتی رینگ های پیستون را جمع می کنیم تنش اولیه در آنها بوجود می آید که سبب می شود رینگ های پیستون به جداره سیلندر فشار بیاورند فاصله بین دو لبه رینگ پس از نصب آن در سیلندر را دهانه رینگ می نامند.

نکته: برای نصب رینگ ها بر روی پیستون باید توجه کرد که دهانه رینگ ها در یک سمت قرار نگیرند که برای این کار باید تعداد رینگ ها را بر محیط دایره پیستون (360 درجه) تقسیم کرد تا دهانه های رینگ ها با یکدیگر فاصله داشته باشند.مثال اگر پیستونی سه رینگ داشته باشد فاصله دهانه رینگ ها با یکدیگر برابر 120 درجه می باشد.(90=3÷360)

طرز کار رینگ های مختلف

رینگ‌های متراکم

این رینگ‌ها از نشست یا فرار گاز از کنار پیستون در زمان تراکم و نیز در زمان قدرت جلوگیری می‌کند و در موقع پایین آمدن در زمان تنس عمل پاک کردن روغن را انجام می دهد. رینگ مذکور توسط رینگ روغن بر روی سطح داخلی سیلندر قرار داده شده است. رینگ‌های متراکم با انبساط خود به طرف خارج به دیواره سیلندر چسبیده و گازبندی خوبی را بوجود می‌آورند.

رینگ‌های متراکم توسط نیروهای حاصله از انبساط خود و همچنین توسط فشار احتراق که در زمان محترق شدن سوخت در پشت آنها بوجود می‌آید منبسط شده و به دیواره داخلی سیلندر می چسبند. رینگ‌های متراکم یک تکه ساخته شده و همیشه در شیارهای نزدیک به سر پیستون قرار می‌گیرند (شیارهای بالاتر از رینگ‌های روغن). 

رینگ های تراکم معمولا از چدن ساخته می شود در بعضی موتورهای دیزل و پر قدرت از رینگ هایی استفاده می شود که از چدن نشکن ساخته شده اند این چدن ها مانند چدن معمولی شکنده نیستند و می توان آنها را خم کرد بدون اینکه بشکنند لبه بیشتر رینگ های تراکم پخ است پخ بودن لبه رینگ سبب می شود که اندکی بچرخد و در نتیجه لبه ای تیز با جداره تماس پیدا کند ممکن است پیشانی رینگ پیستون هم تیز یا گرد کرده باشد انحنای رینگی با پیشانی گرد بسیار کم است  و معمولا  به چشم دیده نمی شود شعاع انحنای پیشانی رینگ پیستون در حدود ۰.۰۰۸ تا ۰.۰۱۳ میلیمتر است در نتیجه خط تماس باریکی پدید می آید  که با  نیروی بسیار زیادی  به جداره  سیلندر نیرو  وارد می نماید  وقتی  پیستون در نقطه مرگ بالایی و پایینی جهت حرکت خود را تغییر می دهد رینگ پیشانی گرد اندکی تکان می خورد اما برخلاف رینگ های دیگر  خط  تماس  این رینگ پیستون به طور لحظه ای قطع نمی شود به علاوه همین تکان خوردن رینگ پیستون سبب کاهش سرعت لبه انداختن در بالای سیلندر می شود وقتی پیستون در حرکت مکش رو به پایین می رود لبه پایینی رینگ تراکم روغن اضافی به جا مانده پس از عبور رینگ روغن را جمع  می کند  وقتی  پیستون در حرکت های تراکم  و تخلیه به سمت  بالا می روند رینگ های  پیستون در حرکت های تراکم و تخلیه به سمت بالا می رود رینگ ها تمایل به عبور از روی لایه روغن دارند در نتیجه روغن اضافی روی جداره سیلندر به محفظه برده نمی شوند در حین حرکت انبساط فشار وارد بر رینگ های تراکم چنان زیاد است که سبب  واپیچش آنها می شود مقداری از گازهای پرفشار حاصل از احتراق پشت رینگ ها جمع می شود و به پیشانی رینگ فشار وارد می کند تا بطور کامل با جداره سیلندر تماس پیدا کند فشار همین گازها  سبب  می شود که  سطح زیری  رینگ ها محکم به کف  رینگ بچسبند  هر چه فشار احتراقببیشتر باشد عمل درزبندی رینگ های تراکم بهتر انجام می شوند.

پوشش های رینگ تراکم :

پیشانی رینگ های تراکم چدنی را با انواع مختلف پوشش ها می پوشانند هرگاه رینگ های چدنی مستقیما با جداره تماس داشته باشد ساییده یا صاف می شوند برای جلوگیری از این ساییدگی پیشانی رینگ را با لایه نازکی از اکسید آهن می پوشانند در نتیجه پوشش کاری پیشانی رینگ پیستون با کروم یا کروم سخت سایش جدار سیلندر  به شدت  کاهش می یابد بعضی از رینگ های پیستون (کرومی) چنان سخت اند که موتور پیش از ساییده شدن رینگ ها روغن را می سوزاند با ایجاد لایه ای از آب کروم نرم روی کروم سخت به ایجاد تماس بهتر بین رینگ و جداره سیلندر کمک می کند با ایجاد پوششی از مولیبدن روی رینگ می توان از سایش آن در دمای بالا جلوگیری کرد رینگ های پیستون (مولیبدنی) در دمای بالاتر از دمای کار رینگ های پیستون(کرومی) می توانند کار کنند در ضمن در صورت استفاده از این نوع رینگ ناحیه بالای سیلندر هم بهتر روغنکاری می شود در بیشتر موتورهای جدید رینگ تراکم بالایی را با کروم یا مولیبدن پوششکاری می کنند.

رینگهای تراکم پایینی :

مقداری از گازهای پرفشار حاصل از احتراق از رینگ تراکم بالایی می گذرد یکی از دلایل عبور این گازها وجود دهانه رینگ است که اندکی نشت گاز را امکان پذیر می کند همچنین فشار احتراق در آغاز حرکت ممکن است به حدود ۶۹۰۰ کلیو پاسکال برسد یک رینگ تراکم پیستونی به تنهایی نمی تواند تمام این فشار را تحمل نماید بخش عمده گازی که از  رینگ  تراکم بالای عبور می کند  پشت رینگ تراکم پایینی یا رینگ وسط به دام می افتد این دو رینگ تراکم به کمک یکدیگر فشار احتراق را تحمل می کنند و مانع کمپرس رد کردن می شوند.

رینگ های تراکم یا کمپرسی  مانند  هم نیستند  وقتی  پشت رینگ تراکم بالایی فشار ایجاد می شود رینگ به جداره سیلندر فشرده می شود همین فشار رینگ را به سمت پایین و روی کف رینگ نشین نیز می فشارد در نتیجه در هر دو ناحیه درز بندی انجام می شود اما به  رینگ  تراکم پایینی  فشار کمتری وارد  می شود برای  بهبود درز بندی  رینگ  پایینی معمولا از رینگ پیچشی استفاده می کنند گاهی یک فنر کمکی یا زنجیر پشت رینگ تراکم پایینی قرار می دهند در نتیجه ی این کار رینگ پیستون به جداره سیلندر فشرده می شود.

رینگ‌های روغن

یکی از انواع رینگ‌های شیاردار ، سوراخ‌دار یا چاک‌دار می‌باشند و معمولا در پایین‌ترین شیار در بالای انگشتی پیستون یا در یک شیار نزدیک به انتهای بدنه پیستون قرار می‌گیرند. کار رینگ‌های روغن این است که پخش روغن روی جدار سیلندر را کنترل کرده و از مصرف غیر ضروری و اضافی روغن جلوگیری نمایند. 

وقتی موتور روشن است مقداری روغن اضافی به طور پیوسته به جداره سیلندر پاشیده می شود در نتیجه روغنکاری کافی بین جداره سیلندر و پیستون و رینگ ها انجام می شود و روغن ذرات کربن و مواد جامد دیگر را نیز از جداره سیلندر می شوید و با خود می برد و در عین حال جداره سیلندر را هم خنک می کند اما رینگ های تراکم به تنهایی نمی توانند در حین پایین رفتن پیستون همه روغن های اضافی را از جداره سیلندر  پاک  کنند در نتیجه  مقداری روغن  اضافی  به محفظه  احتراق می رسد و می سوزد در بیشتر موتورها برای هر چه بهتر پاک کردن روغن رینگ سوم یا رینگ پایینی رینگ روغنی است این رینگ بیشتر روغن بجا مانده را از جداره پاک می کند و به کارتر باز می گرداند در بعضی موتورها از رینگ روغنی یک تکه و یک فاصله گذار در پشت آن استفاده می شود بیشتر موتورها رینگ سه تکه دارند رینگ روغن سه تکه معمولا دو بغل رینگی  فولادی آب کروم شده دارند از کروم برای کاهش سایش و افزایش مقاومت در برابر سایدگی استفاده می شود آب کروم را فقط می توان روی پیشانی بغل رینگی داد اما گاهی  آن را بر  روی پهلو های بغل  رینگی هم می دهند  زنجیر  رینگ بغل رینگی ها را از هم جدا می کند و در عین حال آنها را به سمت بالا و پایین و بیرون می راند روغن اضافی روی جداره سیلندر را بغل رینگی های فولادی بالا و پایین زنجیر رینگ پاک می کنند و به داخل می ریزند روغن از فضاهای خالی زنجیر رینگ می گذرد و سپس از طریق سوراخ ها یا شیارهای واقع در پشت رینگ نشین رینگ روغن به پشت پیستون می رود و  گژنپین را روغنکاری می کند و سپس به سینی کارتر می ریزد.

جنس رينگ هاي پيستون:

رينگ هاي كمپرس :

رينگ های كمپرس با جنس های متنوعی وجود دارند جنس رينگ ها ، معمولاً از چدن خاكستری است ولی در ساختمان بعضی از آن ها ، فولاد نيز استفاده می شود.امروزه اكثر رينگ های کمپرسی را از چدن با روكش كادميوم ،كرم يا موليبدن می سازند.روكش كرم بسيار سخت است ومعمولاً از آن در رينگ كمپرس بالایی كه در معرض حرارت شديد قرار دارد ، استفاده می شود . چنين تصور می شود كه روكش سخت كرم ، موجب سائيدگی ديواره ی  سيلندر می شود ، ليكن آزمايش ها نشان داده به دليل سطح بسيار صيقلی رينگ ، سايش سيلندر ، حتي كمتر هم شده است .

رينگ های روغن:

رينگ روغن يك پارچه ، از فولادپرس شده ساخته شده و جنس نوع سه پارچه آن تماماً از فولاد است.

شكل رينگ ها:

مقطع رینگ ها به شكل مستطيل ساده ، ذوزنقه ، مستطيل با پخ داخلی يا خارجی ،مستطيل با پله ی داخلی يا خارجی و هم چنين با سطح قوسدار بيروی و طرح های متنوع ديگر ساخته می شود. هريك از رينگ های فوق به طریقی روی پيستون نصب می شوند.

 اگر رينگ دارای علامت يا كلمه ی ( TOP ) باشد به طرف بالا قرار می گيرد. 

رينگ جمع كن:

می دانيد دهانه ی  رينگ های نصب شده روی پيستون براي قرارگيری داخل سيلندر، بايد مقداري جمع شوند بنابراين هنگام جازدن پيستون به طریقی بايد دهانه ی رينگ ها را جمع كرد وسپس پيستون را به داخل سيلندر هدايت نمود .رينگ جمع كن وسيله ای  است كه اين وظيفه را انجام می دهد .اين ابزار داراي چند لايه ورق فلزی استوانه شكل است و توسط آچار و كشش تسمه ی  اطراف آن ، قطر ورق ها تغيير می يابد بنابراين ، برای پيستون های مختلف می توان از آن استفاده نمود .پيستون مورد نظر را داخل رينگ جمع كن قرار می دهند و سپس دهانه ی رينگ جمع كن را با آچار ، كوچك جمع می كنند تا پيستون داخل آن محكم شود. در اين حالت دهانه ی  رينگ جمع كن تقريباً با قطر پيستون و سيلندر برابر است و رينگ ها كاملاً جمع شده هستند.حال پيستون را به داخل سيلندر هدايت می كنند.

کاربرد ویژه رینگ‌های پیستون

برای کنترل بهتر روغن ، اغلب از منبسط کننده‌های فنری در پشت رینگ‌های روغن استفاده می‌شود. در بعضی از موتورهای رینگ‌های روغن هم از بالا و هم در پایین انگشتی پیستون مورد استفاده قرار می‌گیرند. در ضمن هر رینگ دارای یک دهانه است که با باز و بسته کردن آن می‌توان قطر رینگ‌ها را در موقع نصب کردن روی پیستون یا قرار دادن پیستون داخل سیلندر ، کم و زیاد کرد.

فرسایش رینگ ها :

رینگ ها در اثر کارکرد باعث فرسایش می شوند اما برخی کارها باعث فرسوده شدن زودتر از موعد آن خواهد شد که به تعدادی از آن‌ها اشاره می‌کنیم:

فشار آوردن بیش از حد به موتور

استفاده از روغن موتور نامناسب و غیر استاندارد یا تعویض نکردن روغن در فواصل زمانی مناسب

گرم کردن موتور و چسبیدن رینگ به پیستون در اثر ذوب شدن پیستون