سوپاپ

مقدمه :
صنعت خودرو سازي در طي ساليان اخير جهش هاي چشمگيري داشته است كه همگي باعث شده اند امروزه بشر قاغدر به ساخت خودروهايي شود كه ضمن اينكه سوخت كمتري مصرف مي كنند راندمان بالاتري دارند و محيط زيست را هم كمتر آلوده مي كنند .

بخشي از اين كار از طريق تغييراتي كه در طراحي موتور داده شده است صورت گرفته است . يكي از راههاي بالا بردن راندمان موتور استفاده از سوپاپهاي چندگانه براي هر سيلندر است در اتومبيلهاي قديمي هر سيلندر فقط دو سوپاپ داشت يكي براي خروج دود و ديگري براي ورود هوا .

اما اگر بتوانيم براي هر سيلندر ۴ سوپاپ يا بيشتر قرار دهيم اين امكان فراهم مي شود كه ورود هوا به درون سيلندر و خروج دود از /ان بهتر صورت گيرد و كارآيي موتور و توان خروجي آن افزايش يابد . امام اين كار با روش هاي قديمي طراحي موتور كه ميل بادامك در قسمت تحتاني موتور و نزديك ميل لنگ قرار داشت و توسط ميله هاي بلندي بنام ميل سوپاپ و به اسبكهاي متصل مي شد تا سوپاپها را باز بسته كند عملي نبود . و به همين جهت لازم بود كه تغييري در طراحي موتور صورت گيرد به اين ترتيب كه ميل بادامك به قسمت فوقاني موتور منتقل شود و بجاي يك ميل بادامك از دو ميل بادامك استفاده شود و اين ايده در نسل جديد موتورهاي خودرو كه طي يك دهه اخير به بازار آمده اند به مورد اجراء در آمده است . مدلهايي از اين نمونه را در همني پاجروهايي دهه ۹۰ كه در شركت داريم هم مي توان ديد . كه معمولا تعداد سوپاپها را با علائم اختصاري مانند : V16 بر روي آنها نوشته اند كه به معني ۱۶ سوپاپ مي باشد .

هر چند هنوز هم خيلي از خودروهاي داخلي با روش قديمي : OHV ساخته مي شوند ولي با مقايسه اي كه در مورد مدل پت فايندر نيسان و مدل دوج آمريكايي سال ۲۰۰۳ ارائه داده شده است بخوبي روشن مي شود كه استفاده از روش جديد تا چه اندازه مقرون به صرفه و مفيد است . ما يا نبايد وارد عرصه پيچيده اتوميبل سازي شويم و يا اگر وارد شديم لازم است از جديدترين فن آوري روز دنيا استفاده نمائيم .

روش DOHC اگر چه از نظر ساخت پيچيدگي بيشتري دارد و گران تر تمام مي شود ولي مزاياي بسياري دارد و از جمله حل كردن مشكل لختي ناشي از داشتن ميل سوپاپ است كه درمدلهاي قديمي وجود داشت و محدوديت تنظيم زمان بندي سوپاپ را در دورهاي بالا به همراه داشت ضمن اينكه وجود قطعات بيشتر در موتور همواره با خرابي هاي بيشتر و سر و صدار زيادتر هم مي باشد .

در ايران مدلهاي مختلف مزدا از سيستم :OHC استفاده مي كنند .

حروف اختصاري : OHV به معني قرار داشتن ميل بادامك در قسمت فوقاني موتور است و مخفف كلمات :
OverHead Valve كه حركت باز و بسته شدن سوپاپ ها با واسطه ميل سوپاپ ، و استكاني و نظائر آن صورت مي گيرد چون ميل بادامك در قسمت تحتاني موتور و نزديك ميل لنگ قرار دارد و سوپاپها هم در قسمت فوقاني هستند و براي انتقال اين حركت نيازبه اين واسطه هاي وجود دارد . به اين موتورها Pushrod يا موتورهاي ميل سوپاپ دارهم مي گويند . هر چند اينگونه موتورهاي قديمي هستند و اينگونه طراحي ها ديگر منسوخ شده است اما براي چندين دهه از همين روش با موفقيت براي باز و بسته كردن سوپاپها استفاده مي شده است . موتورهاي ميل سوپاپ دار خيلي ساده هستند و اندازه كوچكي دارند و دوام آنها به اثبات رسيده است .
اما جنبه منفي كه اينگونه موتورها دارند اين است كه كنترل دقيق زمان بندي سوپاپها در سرعت هاي بالا مشكل است چون در دورهاي بالا مشكل بالا رفتن اينرسي اين قطعات مختلف بوجود مي آيد ( قطعاتي از قيبل : استكاني ، ميل سوپاپ و اسبك ) و اشكال ديگري كه وجود دارد اين است كه در اين حالت قرار دادن بيش از دو سوپاپ براي هر سيلندر خيلي مشكل است . اما با استفاده از روشهاي جديد قرار دادن ميل سوپاپ در بالا مي توان از دو ميل بادامك در قسمت فوقاني موتور استفاده كرد واز آخرين فن آوري ها از جمله : زمان بندي متغير سوپاپ ها Variable Valve Timing بهره گرفت .
OHC or SOHC engine

معني كلي OHC= OVER HEAD CAM يعني ميل بادامك فوقاني است و SOHC= SINGLE OVERHEAD CAMيعني ميل بادامك تكي بالاي سيلندر است . كه تنها با واسطه استكاني ها ؛ موجب به حركت در آوردن سوپاپها مي شود .
مزيت اينگونه سوپاپها اين است كه چون مستقيما با ميل بادامك مربوط مي شوند براحتي مي توانند خود را با سرعتهاي بالا تطبيق دهند و زمان بندي دقيق تري داشته باشند و ضمنا اين امكان هم وجود دارد كه از سه يا حتي ۴ سوپاپ براي هر سيلندر استفاده شود.

عيب اينگونه موتورها در آن است نياز به استفاده از تسمه يا زنجير براي تنظيم زمان بندي دارند كه باعث مي شود كه كار كمي پيچيده و بغرنج شود .
DOHC or Twin cam engine
موتورهايي با دو ميل بادامك يا : DOHC= DOUBLE OVERHEAD CAM امروزه در اكثر اتومبيلها مورد استفاده قرار مي گيرند . و علت آن هم اين است كه به اين ترتيب مي توان براي هر سيلندر بيش ازدو سوپاپ در نظر گرفت . و از طرفي سوپاپهاي ورودي را را هم در سمتي كه اگزوز موتور نيست قرار داد ( توجه كنيد كه در ماشينهاي قديمي محل سوپاپهاي ورود و خروج در يك سمت و كنار هم قرار دارند ) و به اين ترتيب امكان تنفس بهتري براي موتور فراهم مي شود و در نتيجه مي توان از موتورهايي با ابعاد كوچكتر ، توان خروجي موتور بيشتري را گرفت . براي مقايسه موتور ي با حجم ۵/۳ ليتر و ۶ سيلندر كه داراي ميل بادامك از نوع : DOHC مي باشد و بر روي اتومبيلهاي پت فايندر مدل ۲۰۰۳ نيسان ۲۰۰۳ Nissan Pathfinder نصب شده اند . داراي توان خروجي معادل ۲۴۰ اسب بخار هستند از نظر توان معادل موتور ۹/۵ ليتري OHV (موتور قديمي ميل سوپاپ دار ) ۸ سبلندر دوج دورانگو سال ۲۰۰۳ ۲۰۰۳ Dodge Durango باشد كه تواني معادل ۲۴۵ اسب بخار دارد . .
مزايا : راندمان بالا ، امكان قرار دادن چندين سوپاپ براي هر سيلندر ، و منطبق با روش زمان بندي متغيير .

 

سوپاپ و نحوه کارکرد آن
سوپاپ در اصطلاح فرانسوی Soupape و‏ در لغت به معنی دریچه و یکی از قطعات قارچی شکل موتور بوده که روی سیلندر و درون سر سیلندر موتور قرار می‌گیرد و ورود هوا و خروج به ترتیب هوای ورودی و دود خروجی را کنترل می‌کند . بطور کلی هر چیزی که ورود و خروج چیز دیگری را کنترل کند می‌تواند یک سوپاپ تلقی شود . به عنوان مثال دربهای ورودی و خروجی در فروشگاه های بزرگ که هر کدام محل خاص دارند را می توان به این مورد نسبت داد .

ریشه کلمه سوپاپ فرانسوی است و در اصطلاح به معنای دریچه می باشد . در فرهنگ معین سوپاپ چنین تعریف شده‌است : « پولکی که روی دهانة دریچه‌های سر سیلندر قرار گرفته و دریچه‌ها را سد می‌کند . »

انواع سوپاپ در خودروها به ترتیب زیر می باشند .

سوپاپ و یا سوپاپ های ورودی یا هوا یا بنزین .

سوپاپ و یا سوپاپ های خروجی یا دود یا اگزوز .

سوپاپ‌های متداول امروزی معمولاً از نوع سوپاپ قارچی شکل یا پایه‌دار می‌باشند . این سوپاپ‌ها شامل یک ساقه ( که به مشابه ساقه قارچ است ) و بخش کفی سوپاپ که مانند قسمت بالایی قارچ بوده و این بخش در محفظه احتراق قرار گرفته و بیشترین فشار و درجه حرارت را تحمل می نماید . همچنین محل قرارگیری سوپاپ که در سرسیلندر و یا خود سیلندر قرار دارد نیز دارای یک لبه به نام نشیمنگاه است ، نشیمنگاه سوپاپ دارای یک لبه مورب است . این لبه که با نام وجه سوپاپ نیز شناخته می شود ، دارای شیب خاصی در طراحی و ساخت می باشد که بر حسب نوع موتور مورد استفاده ،

سوپاپ دارای زاویه نشیمنگاه خاص مورد استفاده قرار می گیرد . در انتهای دیگر سوپاپ یعنی بر روی ساقه آن یک یا بعضاً دو فنر قوی قرار دارد که بوسیله یک نگهدارنده و دو عدد خار به انتهای سوپاپ محکم شده‌اند ( به یاد داشته باشید این ۲ خار بوسیله هیچ موردی نگه داری نمی شوند و تنها در قسمت انتهای سوپاپ قرار دارند ) . فنر سوپاپ موجب می‌گردد تا وجه سوپاپ بر روی نشیمنگاه سوپاپ محکم نگهداشته شده و بدین ترتیب از هر گونه نشتی در زمانهای تراکم و قدرت جلوگیری شود . زاویه رایج برای وجه و نشیمنگاه سوپاپ ۴۵ درجه ‌است . اما برای سوپاپ‌های هوا گاهی از زاویه ۳۰ درجه نیز استفاده می‌شود .

 

همانگونه که ذکر شد سوپاپ‌ها وظیفه دارند تا در زمانهای مناسب ابتدا هوا را وارد سیلندر سازند . پس از آن در مراحل ترکم و قدرت ( احتراق و سوخت ) بسته بمانند و سپس در مرحله تخلیه گازهای ناشی از احتراق را از سیلندر خارج کند . اما مکانیزم این عمل باز و بسته کردن سوپاپ ها چگونه ‌است و این تنظیم زمانی و نیز نیروی محرکه سوپاپ‌ها از کجا می‌آید؟

زمانبندی و تنظیم زمان های بازشدن یا بسته ماندن سوپاپ‌ها را قطعه‌ای به نام میل بادامک انجام می‌هد . این میله با توجه به ساختار و شکل برجستگیهای روی آن که به آن ها بادامک گویند این مهم را به انجام می رساند . همچنین تعیین می‌کند که بسته ماندن سوپاپ‌ها می‌بایست تا چه زمانی ادامه پیدا کند . همانگونه که ذکر شد حرکات و باز و بسته شدن سوپاپ‌ها می‌بایست کاملاً هماهنگ باشد با حرکات بالا و پایین رفتن پیستون در سیلندر . برای تامین کردن این هماهنگی در ساختمان موتورها میل بادامک‌ها را در ارتباط ثابت و همیشگی با میل لنگ نگه می‌دارند . در اصطلاح رایج به این عمل تایم زنی موتور گفته می شود .

از آنجا که میل لنگ تحت تاثیر حرکات بالا و پایین پیستون می‌چرخد از اینرو حرکت میل بادامک به خودی خود با حرکت پیستون هماهنگ می‌شود . این هماهنگی باعث می‌شود تا در لحظه پایین آمدن در ابتدای کورس خود ( همان اولین مرحله در موتورهای چهار زمانه ) ، به منظور مکش هوا به داخل سیلندر میل بادامک سوپاپ هوا را باز کند . اینکار تا زمانی ادامه می‌یابد که پیستون شروع به متراکم ساختن هوای ورودی سازد در این زمان سوپاپ هوا و سوپاپ دود هر دو بسته می شوند . بسته بودن سوپاپ تا پایان مرحله قدرت ادامه پیدا می‌کند در این لحظه با شروع حرکت پیستون به به سمت بالا سوپاپ دود هم باز شده و تا رسیدن پیستون به نقطه مرگ بالا باز می‌ماند . پس از آن سیکل جدیدی آغاز می‌شود . البته این سیستم کامل نبوده و در تمام موتورها زمان هایی با نام آوانس و ریتارد زمان بندی سوپاپ ها داریم و زمانی که به آن قیچی سوپاپ ( زمانی که هر دو سوپاپ دود و هوا باز باشند ) گویند که در مقالات بعدی به شرح کامل این موارد خواهیم پرداخت . تنها به این نکته بسنده کنیم که باز بودن سوپاپ ها به زمانی که در بالا گفته شده است خلاصه نمی گردد و مطلب فوق تنها برای آموزش و آشنایی کلی و نه دقیق و جزئی با این سیستم بوده است .