نقش رینگ پیستون در خودرو

واژه رینگ برگرفته از یک کلمه انگلیسی پیستون که به همان شکل اصلی در زبان فارسی رایج شده و معنای آن حلقه است. این عبارت در اصطلاح به حلقه های فلزی گفته می شود که در روی پیستون قرار می گیرند. رینگ های پیستون از جنس چدن خاکستری ساخته می شوند زیرا فلزی است مقاوم که در برابر گرما حساسیت کمی از خود نشان می دهد و در ضمن دارای قابلیت ارتجاعی خوبی است. تعدا رینگ ها در هر پیستون بسته به نوع موتور و تراکم مورد نظر از سه تا پنج و گاهی تا هفت رینگ متغیر است. موتورهای بنزینی معمولی به ندرت دارای بیش از سه تا چهار رینگ هستند اما موتورهای دیزلی معمولا دارای پنج تا هفت رینگ در هر پیستون هستند.

وظایف رینگ پیستون

چون نمی توان پیستون را چنان ساخت که خود به خود سیلندر را آب بندی کند بنابراین در ناحیه فوقانی پیستون شیارهای رینگ نشین تعبیه می کنند.

1- کاهش سطح تماس میان پیستون و جداره سیلندر تا حداقل ممکن

2- جلوگیری از اصطکاک و ممانعت از فرسودگی بیش از حد

3- کنترل روغن و روغن کاری در فاصله بین دیواره سیلندر و پیستون

4- آب بندی محفظه احتراق و جلوگیری از نشت گاز از اطراف پیستون

5- جمع آوری و پاک کردن روغن از جداره سیلندر و جلوگیری از ورود آن به محفظه احتراق

6- انتقال گرما از پیستون به جداره سیلندر که دمای پایین تری دارد.

در پیستون دو نوع رینگ فشاری و روغنی وجود دارد.

بر روی بیشتر پیستون موتورهای بنزینی سه عدد رینگ نصب می شود. دو رینگ بالا، رینگ های فشاری اند. این رینگ ها سبب می شوند که فشار ناشی از تراکم و احتراق در محفظه سیلندر حبس شده و مانع رد کردن کمپرس شود. رینگ پایینی رینگ روغن است. این رینگ، روغن اضافی را از جداره سیلندر پاک کرده و آن را به کارتر برمی گرداند. این رینگ فقط به اندازه ای روغن را روی جداره سیلندر باقی می گذارد که لایه فیلم روغن برای روغن کاری پیستون و رینگ تشکیل شود.قطر رینگ پیستون اندکی از قطر سیلندر بیشتر است و به علت داشتن خاصیت فنری قابل انطباق با استوانه سیلندر هستند. رینگ ها در یک نقطه بریدگی دارند در نتیجه می توان آن ها را برای نصب روی پیستون باز کرده و سپس در هنگام قرار دادن پیستون در سیلندر آن ها را جمع کرد. وقتی رینگ های پیستون را جمع می کنیم تنش اولیه در آن ها به وجود می آید و سبب می شود به جداره سیلندر فشار بیاورند. فاصله بین دو لبه رینگ پس از نصب آن در سیلندر را دهانه رینگ می نامند که باید با فیلر مناسب اندازه گیری شود تا از مناسب بودن آن اطمینان حاصل کرد.

ساختار رینگ های پیستون

انوع رینگ ها

رین گها برحسب کار مخصوصی که انجام می دهند و نیز برحسب محل قرارگیری شان بر روی پیستون طبقه بندی می شوند. بر این اساس رین گها به دو گروه رین گهای روغن تقسیم می شوند.

رینگ های فشاری

این رینگ ها از نشست یا فرار گاز از کنار پیستون در زمان تراکم و قدرت جلوگیری می کنند و در موقع پایین آمدن در زمان تنفس عمل پاک کردن روغن را انجام می دهد. رینگ مذکور توسط رینگ روغن بر روی سطح داخلی سیلندر قرار داده شده است. رینگ های فشاری با انبساط خود به طرف خارج به دیواره سیلندر چسبیده و گازبندی خوبی را به وجود می آورند. رینگ های فشاری توسط نیروهای حاصله از انبساط خود و همچنین توسط فشار احتراق که در زمان محترق شدن سوخت در پشت آن ها به وجود می آید منبسط شده و به دیواره داخلی سیلندر می چسبند. رینگ های متراکم یک تکه ساخته شده و همیشه در شیارهای نزدیک به سر پیستون قرار می گیرند. (شیارهای بالاتر از رینگ های روغن) رینگ های تراکم معمولا از چدن ساخته می شوند، 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 شکننده نیستند و می توان آن ها را خم کرد بدون این که بشکنند. لبه بیشتر رینگ های تراکم دارای پخ است. پخ لبه رینگ سبب می شود که اندکی چرخیده و در نتیجه لبه تیز با جداره تماس پیدا نکند. ممکن است پیشانی رینگ پیستون هم تیز یا گرد کرده باشد. انحنای رینگ با پیشانی گرد بسیار کم است و معمولا به چشم دیده نمی شود. شعاع انحنای پیشانی رینگ پیستون در حدود 0,008 تا 0,013 میلی متر است در نتیجه خط تماس باریکی پدید می آید که با نیروی بسیار زیادی به جداره سیلندر نیرو وارد می کند. وقتی پیستون در نقطه مرگ بالایی و پایینی جهت حرکت خود را تغییر می دهد پیشانی گرد رینگ اندکی تکان می خورد اما برخلاف رینگ های دیگر خط تماس این رینگ پیستون به طور لحظه ای قطع نمی شود به علاوه تکان خوردن رینگ پیستون سبب کاهش سرعت لبه انداختن (پله کردن) در بالای سیلندر می شود.وقتی پیستون در کورس 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 کورس های تراکم و تخلیه به سمت بالا می رود، رینگ ها تمایل به عبور از روی لایه روغن را دارند. در نتیجه روغن اضافی روی جداره سیلندر به محفظه برده می شود. در حین حرکت انبساط فشار وارد بر رینگ های تراکم چنان زیاد است که سبب پیچش آن ها می شود. مقداری از گازهای پر فشار حاصل از احتراق پشت رینگ ها جمع می شود و به پیشانی رینگ فشار وارد می کند تا به طور کامل با جداره سیلندر تماس پیدا کند. فشار این گازها سبب می شود که سطح زیری رینگ ها محکم به کف نشیمنگاه رینگ بچسبند. هر چه فشار احتراق بیشتر باشد عمل درزبندی رینگ های تراکم بهتر انجام می شوند.

پوشش رینگ های فشاری

پیشانی رینگ های تراکم چدنی را با انواع مختلف پوشش ها اندود می کنند. هر گاه رینگ های چدنی مستقیما با جداره تماس داشته باشند 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 مقدار زیادی کاهش می یابد. بعضی از رینگ های پیستون (کرومی) چنان سختند که نمی توانند عمل درزبندی را به درستی انجام داده و موتور پیش از ساییده شدن رینگ ها، روغن را می سوزاند. ایجاد لایه ای از آب کروم نرم روی کروم سخت به ایجاد تماس بهتر بین رینگ و جداره سیلندر کمک می کند همچنین 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 استفادها زا ینن وع رینگن احیهب الای سیلندر همب هتر روغن کاری می شود. در بیشتر موتورهای جدید رینگ تراکم بالایی را با کروم یا مولیبدن اندود می کنند.

رینگ فشاری پایین

مقداری از گازهای پرفشار حاصل از احتراق از رینگ تراکم بالایی گذشته و بین فاصله دو رینگ حبس می شوند. 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 6900 کیلو پاسکال برسد. یک رینگ تراکم پیستون به تنهایی نمی تواند تمام این فشار را تحمل کند. بخش عمده گازی که از رینگ تراکم بالایی 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 کرده و مانع رد شدن کمپرس می شوند.

رینگ های تراکم یا کمپرسی مانند هم نیستند. وقتی پشت رینگ تراکم بالایی فشار ایجاد می شود رینگ به جداره سیلندر فشرده شده و همین فشار رینگ را به سمت پایین و روی کف رینگ نشین می فشارد. در نتیجه در هر دو ناحیه درزبندی 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 تا در نتیجه این کار رینگ به جداره سیلندر فشرده شود.

رینگ روغنی

یکی از انواع رینگ های شیاردار، سوراخ دار یا چاک دار هستند و معمولا در پایین ترین شیار در بالای انگشتی پیستون یا در یک شیار نزدیک به انتهای بدنه پیستون قرار می گیرند. کار رینگ های روغن این است که پخش روغن روی جدار سیلندر را کنترل کرده و از مصرف غیر ضروری و اضافی روغن جلوگیری کنند. برای کنترل بهتر روغن، بیشتر از منبسط کننده های فنری در پشت رینگ های روغن استفاده می شود. در بعضی از موتورهای رینگ های روغن هم از بالا و هم در پایین انگشتی پیستون مورد استفاده قرار می گیرند در ضمن هر رینگ دارای یک دهانه است که با باز و بسته کردن آن می توان قطر رینگ ها را در موقع نصب کردن روی پیستون یا قرار دادن پیستون داخل سیلندر ، کم و زیاد کرد. وقتی موتور روشن است مقداری روغن اضافی به طور پیوسته به جداره سیلندر پاشیده می شود. در نتیجه روغن کاری 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 شسته 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 ذره های اضافی را از جداره سیلندر پاک کنند در نتیجه مقداری روغن اضافی به محفظه احتراق رسیده و می سوزد. در بیشتر موتورها برای هر چه بهتر پاک کردن روغن رینگ سوم را از نوع روغنی قرار می دهند. این رینگ بیشتر روغن به جا 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 رینگ های روغن سه تکه بوده و معمولا در آن ها دو بغل رینگی فولادی آب کروم شده به کار رفته است. از کروم برای کاهش سایش و افزایش مقاومت در برابر ساییدگی استفاده می شود. آب کروم را فقط می توان روی پیشانی بغل رینگی داد اما گاهی آن را بر روی پهلوهای بغل رینگی هم می دهند. فنر پیچشی داخل رینگ، بغل رینگی ها را از هم جدا کرده و در عین حال آن ها را به سمت بالا و پایین و بیرون می راند. روغن اضافی روی جداره سیلندر را با بغل رینگی های فولادی بالا و پایین فنر پیچشی رینگ پاک می کنند.

روغن از فضاهای خالی فنر پیچشی رینگ گذشته و سپس از طریق سوراخ ها یا شیارهای واقع در پشت رینگ نشین روغن به پشت پیستون رفته و گژنپین را روغن کاری می کند و سپس به سینی کارتر می ریزد.