انواع بلوک سیلندر، اجزا و وظایف آن

موتور خودرو یک سیستم پیچیده و دارای اجزای مختلف است. هریک از این اجزا، که ممکن است کوچک یا بزرگ و از جنس‌ های مختلف باشند، در درجه اهمیت خاصی قرار دارند. اما در نهایت وظیفه این مجموعه تامین نیروی لازم برای به حرکت در آوردن خودرو است.

این نیرو نیز با صورت گرفتن یک احتراق کامل و بی‌ نقص در موتور تامین می‌شود. یعنی انفجاری که درون محفظه احتراق صورت می‌گیرد منبع نیروی خودرو است. محفظه احتراق به بخشی از سیلندر که شامل فضای بین پیستون و سرسیلندر می‌شود اطلاق می‌گردد.

بنابراین می‌توان گفت سیلندرها، که تقریبا تمام اجزای انفجار و اتاقک احتراق را در خود جای می‌دهند از اصلی‌ ترین بخش‌ های موتور هستند. بر همین اساس موتورها را براساس تعداد سیلندر و آرایش آن‌ها تقسیم‌ بندی می‌کنند.

اما سیلندرها به خودی خود هیچ هویتی ندارند و این بلوک سیلندر است که به سیلندر موتور و حتی نحوه آرایش آن ماهیت می‌بخشد. اکنون می‌خواهیم درباره بلوک سیلندر و نقش آن در موتور بیشتر بدانیم.

بلوک سیلندر و وظایف آن در موتور خودرو

بلوک سیلندر در واقع اسکلت و بدنه اصلی یک موتور درون سوز است که بخش اعظم حجم موتور را به خود اختصاص می‌دهد. این بخش از موتور به نوعی پایه و تکیه‌گاه اجزای دیگر نیز محسوب می‌شود به طوری که محل نصب اجزایی مانند، میل‌ لنگ، رینگ پیستون، شاتون، سرسیلندر، کارتل و منیفولد گاز را در خود جای می‌دهد.

بنابراین می‌توان گفت فلسفه تولید و استفاده از بلوک سیلندر ایجاد یکپارچگی بین اجزای مختلف موتور به وسیله آن و تعدد در سیلندرها است. به بیان دیگر، سیلندر تقریبا اصلی‌ ترین قسمت در صورت گرفتن احتراق است، اما یک سیلندر به تنهایی نمی‌تواند نیروی مورد نیاز خودرو را تامین کند و برای به حرکت در آمدن آن نیاز به قرار گرفتن سیلندرها در آرایشی منظم کنار هم است.

این آرایش توسط بلوک سیلندر تنظیم می‌شود. به این صورت که بلوک سیلندر را که قطعه‌ای ساخته شده از چدن ریخته‌گری است، به گونه‌ای طراحی می‌کنند که ضمن دارا بودن فضاهای لازم برای نصب دیگر اجزا و مجراهای مورد نیاز عبور روغن و مایع خنک‌ کننده، سوراخ‌ هایی استوانه‌ای شکل درون خود دارد.

این استوانه‌ های تو خالی دیواره سیلندرها را تشکیل می‌دهند. سیلندر که با قرار گرفتن واشر سرسیلندر و سرسیلندر روی بلوک و تکمیل دیواره‌ ها شکل می‌گیرد، محفظه احتراق را تشکیل می‌دهد که پیستون در آن بالا و پایین رفته و ضمن فراهم آوردن تراکم لازم از مخلوط سوخت و روغن برای ایجاد احتراق، نیروی ایجاد شده از انفجار را نیز به سایر قسمت‌ها منتقل می‌کند.

اجزایی که روی بلوک سیلندر سوار می‌ شوند

همانطور که گفته شد، بلوک سیلندر به عنوان تکیه‌ گاه اجزای دیگر موتور مورد استفاده قرار می‌گیرد. مانند اسکلت که اعضا و بخش‌ های مختلف روی آن تکیه کرده و بدن انسان شکل می‌گیرد، بلوک نیز به موتور شکل و ساختار متحد می‌ دهد. ساختمان این اسکلت، پیش از سوار شدن بخش‌ های متفاوت، پر از حفره‌ ها و مجاری مختلف است.

اما طراحی هیچ‌ یک از آن‌ها بی‌ هدف و بیهوده نبوده و هریک از آن‌ها کارایی خاص خود را دارند. برخی از آنها مسیر عبور آب و روغن هستند و برخی دیگر محل نصب اجزای مختلف. اجزای اصلی که روی بلوک سیلندر سوار می‌شوند به شرح زیر هستند:

کارتل روغن

انتهای بلوک سیلندر یا در واقع زیر آن نصب می‌شود. این قطعه که نام صحیح آن کارتر است ضمن محافظت از میل‌ لنگ روغن موتوره داغ خارج شده از موتور را درون محفظه مخصوص خود نگه می‌دارد تا پیش از بازگشت به موتور به دمای مناسب برسند. کارتل بعد از بلوک بزرگترین بخش حجمی موتور است.

سرسیلندر

روی بلوک سوار شده و به وسیله کپه‌هایی به آن چفت می‌شود. معمولا از جنس بلوک سیلندر است و اجزایی مانند سوپاپ‌ها و شمع‌ها روی آن سوار می‌شوند.

واشر سرسیلندر

بین سرسیلندر و بلوک قرار می‌گیرد و سیلندرها را عایق بندی می‌کند. معمولا با وجود قابلیت ارتجاعی از استحکام لازم نیز برخوردار است و مقاومت دمایی بالایی دارد.

میل‌ لنگ

بین کارتل و بلوک قرار می‌گیرد. در واقع زیر بلوک بخشی طراحی شده است که مخصوص قرار گرفتن میل‌ لنگ است و پس از سوار شدن میل‌ لنگ کارتل زیر آن نصب می‌شود. میل‌ لنگ ضمن انتقال نیروی ایجاد شده از احتراق درون سیلندرها به چرخ‌ها، حرکت رفت و برگشتی موتور را به حرکت چرخشی تبدیل می‌کند. این نیرو توسط شاتون که به پیستون متصل است به میل‌ لنگ منتقل می‌شود.

سینی موتور

این قطعه که فلزی یا پلاستیکی است جلوی بلوک نصب می‌شود. زنجیر تایم، دنده میل‌ لنگ، دنده میل سوپاپ و مانیفولدهای سوخت روی این سینی سوار می‌شوند. علاوه‌ بر این سینی از موتور در برابر وزن وارده از سوی دیگر اجزا و ضربات محافظت می‌کند.

فلایویل

در پشت بلوک سیلندر به گونه‌ای نصب می‌شود که با انتهای میل‌ لنگ در ارتباط است. این قطعه که یک دیسک گردان چدنی است چرخ لنگر نیز نامیده می‌شود. فلایویل در موتور حرکت میل‌ لنگ را تنظیم می‌کند.

اجزای جزئی و کوچک دیگری که روی بلوک نصب شده و به سایر قطعات  اصلی کمک می‌کنند نیز شامل واتر پمپ، پمپ بنزین و فیلتر روغن و پایه آن می‌شود. این قطعات معمولا توسط واشرها به صورت جداگانه و مجزا عایق‌ بندی می‌شوند. همچنین بلوک سیلندر قطعات دیگری مانند پیستون و شاتون را درون خود جای می‌دهد.

وظایف سیلندر

آمیختگی سیلندر و بلوک سیلندر به گونه‌ای است که نمی‌توان تفاوت چندانی بین این دو بخش از موتور قائل شد. سیلندر که همان استوانه توخالی موجود در بلوک است محفظه رفت و برگشتی پیستون را در موتورهای احتراق داخلی و یا رفت و برگشتی تامین می‌کند. سیلندر را می‌توان هسته مرکزی خودرو دانست چرا که احتراق در آن صورت می‌گیرد. کارایی سیلندر در موتور را می‌توان در این موارد خلاصه کرد:

-​ فضای برای حرکت پیستون.

-​ تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی حرارتی.

– ​تبدیل انرژی حرارتی به فشار

– ​تبدیل فشار به نیرو

-​ تبدیل نیرو به حرکت پیستون

در واقع حرکت پیستون درون سیلندر، به سمت بالا، تراکم مخلوط سوخت و هوا را بیشتر کردم و آن را آماده انفجار می‌کند. شمع‌ که بخشی از سیستم جرقه‌زنی خودرو است نیز جرقه لازم برای احتراق را ایجادمی‌کند. سیلندر با قرار گرفتن سرسیلندر روی بلوک به شکل استوانه‌ای محفوظ درمی‌آید.

لازم به ذکر است که شمع‌ها گاهی روی سرسیلندر و گاهی مستقیما روی سیلندر قرار می‌گیرند. برای جلوگیری از تماس و سایش پیستون به دیوا‌ره سیلندر، روانکاری از طریق رینگ پیستون و بوش سیلندر درون محفظه انجام می‌شود. بوش استوانه فلزی و صیقل خورده است که درون سیلندر قرار می‌گیرد.

باید در نظر گرفت که بلوک سیلندر و در نتیجه سیلندر از جنس چدن ریخته‌گری است و ممکن است سطح صاف مورد نیاز حرکت روان و راحت پیستون را دارا نباشد. به همین منظور از بوش درون سیلندر استفاده می‌کنند تا سطح صیقلی لازم را در دیواره‌های آن ایجاد نمایند.

انواع سیلندر

انواع سیلندر بر اساس نوع بوش تقسیم‌بندی می‌شوند. در واقع در انواع سیلندر، روش تامین فضای صیقلی و صاف درون استوانه سیلندر متفاوت است. به این ترتیب که

 

-سیلندر خشک

سیلندر خشک را سیلندر با بوش جدا نشدنی هم می‌گویند. در این نوع سیلندر، فضای درون استوانه‌های طراحی شده در بلوک، تراشکاری و آبکاری می‌شود. بنابراین هنگام ریخته‌گری قطر آن‌ها کمتر از حد استاندارد طراحی می‌شود تا با تراشکاری‌ های بعدی به قطر آن اضافه نگردد. درون این نوع سیلندر بوش جدا قرار نمی‌گیرد و رینگ پیستون‌ها مستقیم با دیواره بلوک در تماس هستند.

-سیلندر تر

در این نوع سیلندر از بوش، که ضخامتی در حد ۲ تا ۳ میلیمتر دارد درون استوانه‌های بلوک سیلندر استفاده می‌شود. بوش مانع از برخورد پیستون و رینگ پیستون با دیواره سیلندر می‌شود و سطح صاف مورد نیاز برای حرکت پیستون را تامین می‌کند. در این نوع سیلندر، هنگام تعمیر جهت خوردگی دیواره سیلندر نیاز به تراشکاری مجدد نیست و تنها بوش تعویض می‌شود. سیلندر تر را سیلندر با بوش جداشدنی نیز می‌گویند.

اجزای سیلندر

بسیاری از اجزای سیلندر را می‌توان بخش‌ هایی دانست که روی بلوک سیلندر سوار می‌شوند. برخی از این بخش‌ ها تکمیل کننده فضای سیلندر به شکل استوانه‌ای سربسته هستند و برخی دیگر در انجام وظایف سیلندر به آن کمک کرده و اجزای فعال و حرکتی سیلندر محسوب می‌شوند. برخی از این اجزا و بخش‌ها عبارتند از:

1-پیستون

از اجزای فعال و متحرک سیلندر است که در داخل سیلندر قرار دارد و با اتصال به شاتون، نیروی حاصل از احتراق را به میل‌ لنگ منقل می‌کند.

2-بوش

درون سیلندر قرار می‌گیرد و مانع از ایجاد اصطکاک بالا بین پیستون و دیواره سیلندر می‌شود.

3-رینگ پیستون

دور پیستون‌ ها قرار می‌گیرند و فاصله چند میلیمتری بین این قطعه و بوش ایجاد می‌کنند تا حرکت پیستون درون سیلندر راحت‌ تر باشد. البته پیستون رینگ‌ های متفاوت با وظایف مختلف دارد. وظیفه بالا ترین رینگ پیستون عایق‌ بندی فضای پایین پیستون در سیلندر است.

4-واشر سرسیلندر

قطعه‌ای ساخته شده از مس و فولاد است که بین بلوک سیلندر و سرسیلندر قرار می‌گیرد و به بلوک پیچ می‌شود. وظیفه اصلی آن عایق‌ بندی فضای درون سیلندر و ممانعت از نفوذ آب و مایعات خنک کننده به درون آن است. همچنین واشر سرسیلندر مانع از نفوذ گاز و سوخت به بیرون از محفظه احتراق و کاهی تراکم آن می‌شود.

 

5-سرسیلندر

این قطع که مانند بلوک سیلندر از چدن ریخته‌گری و یا آلومینیوم ساخته می‌شود روی بلوک پیچ شده و آن را از قسمت بالا محفوظ می‌کند. در واقع استوانه‌ های توخالی و روباز سیلندر در بلوک توسط سرسیلندر کامل شده و تشکیل اتاقک احتراق می‌دهند. در خودروهایی با آرایش خورجینی سیلندرها، از دو سرسیلندر استفاده می‌شود.

جنس بلوک سیلندر

بلوک سیلندر که به صورت یک‌ پارچه ساخته می‌شود از جنس آلیاژ چدن خاکستری با کرم، نیکل یا آهن است. گاهی نیز بلوک سیلندر را برای کاهش وزن از آلومینیوم می‌سازند. بلوک معمولا به روش ریخته‌گری ساخته می‌شود. این روش به دو صورت زیر پیاده می‌شود:

– استفاده از قالب‌های ماسه‌ای و ریخته‌گری در آن‌ها و سپس تراشکاری در قسمت‌های لازم. در این روش مواد درون قالب‌ها ریخته شده و سپس قسمت‌ هایی که اندازه و فرم آن‌ها اهمیت بیشتری دارند با دقت تراشکاری و فرم‌ دهی می‌شوند.

– استفاده از قالب‌ های فلزی و فشردن مواد درون آن‌ها. در این روش مواد درون قالب‌ های دقیق و کامل شکل داده شده فلزی ریخته می‌شوند و مواد پس از ریخته شدن درون قالب‌ ها، فشرده می‌شوند تا تمام قسمت‌ ها به شکلی که باید درآیند.

از بخش‌ های حساس نیازمند به تراشکاری در بلوک سیلندر محل یاتاقان‌ های ثابت میل‌ لنگ و میل‌ سوپاپ و مجاری عبور آب و روغن است.

انواع بلوک سیلندر و آرایش سیلندرها در آن‌ها

گفته شد که بلوک سیلندر امکان قرار گرفتن سیلندرهای متعدد در کنار هم با آرایش خاص را فراهم می‌کند. در واقع بلوک سیلندر تعیین کننده نوع قرارگیری سیلندرها در کنار هم و در نتیجه نوع موتور است. بلوک سیلندر بر  اساس همین نوع آرایش به چند دسته تقسیم می‌شود که عبارتند از:

–

آرایش خطی قائم

تعداد سیلندرها در این نوع بلوک۶ یا ۴ است. این سیلندرها در کنار هم به صورت خطی در ساختار بلوک طراحی می‌شوند. زاویه سیلندرها نیز در آن‌ها به صورت قائم است. به این نوع بلوک یک ردیفه نیز می‌گویند. بلوک‌ های خطی اولین و ساده‌ ترین نوع آرایش سیلندر را در صنعت خودرو سازی از آن خود کرده‌اند و همچنان در خودروهای بسیاری مورد استفاده قرار می‌گیرند.

این آرایش که به موتور در تامین قدرت بالا کمک بیشتری می‌کند تا سرعت. نکته آخر اینکه بلوک‌های ۴سیلندر خطی عمومیت بیشتری دارند و خیلی به ندرت شاهد موارد ۶سیلندر در آن هستیم.

 

-آرایش Vشکل

معمولا دارای ۱۲ سیلندر است که در دو دسته ۶تایی در دو سمت بلوک طراحی می‌شوند. این دو ردیف با هم در وسط زاویه تند نسبت به زاویه قائم می‌سازند. به آن‌ها بلوک دو ردیفه نیز می‌گویند. به این نوع بلوک و آرایش سیلندر خورجینی نیز گفته می‌شود و پایه پیدایش آنها استفاده از سیلندرهای بیشتر در موتور خودرو و تامین فضای لازم برای این کار بود. این بلوک در موتور خودروهای سرعتی مورد استفاده بیشتری دارد.

 

-آرایش افقی

این نوع بلوک نیز حاوی ۶ محفظه سیلندر است. سیلندرها در یک صفحه افقی و دو سوی محور اصلی میل‌ لنگ طراحی می‌شوند. به آن‌ها بلوک تخت یا خوابیده نیز می‌گویند. پیستون‌ها در سیلندر این نوع بلوک، حرکت بالا به پایین ندارند و به صورت افقی جابجا می‌شوند. به موتورهای دارای این نوع بلوک بوکسوری می‌گویند. ارتفاع این موتورها کمتر و عرض آن‌ها بیشتر از موتورهای خطی معمولی است.

 

آرایش خطی زاویه‌دار

بلوکی به شکل بلوک‌ های خطی، که تک ردیفه و شامل ۴ یا ۶ سیلندر است. اما زاویه قرارگیری آن‌ها نسبت به زاویه قائم ۱۵ تا ۶۰ درجه اختلاف دارد. در این نوع بلوک، از خاصیت دورگیری بالای موتورهای خورجینی یا V شکل استفاده می‌شود تا با گشتاور بالا سرعت بیشتر را نیز ضمن قدرت موتور تامین شود. این نوع بلوک فضای کمتری اشغال می‌کند و موتوری کم حجم را تشکیل می‌دهد ضمن اینکه تعمیر موتورهای دارای این نوع بلوک راحت‌ تر است.

 

-بلوک‌های جناغی

این نوع که موتورهای W شکل نیز معروفند دارای سه ردیف سیلندر است. به همین دلیل به آن‌ها بلوک‌ های سه ردیفه نیز می‌گویند. آرایش سیلندرها در این بلوک به شکل دو ردیف مقابل هم و ردیف دیگر عمود بر آن‌ها طراحی می‌شود. دو ردیف مقابل هم نیز معمولا نسبت به زاویه قائمه زاویه‌ای تند تشکیل می‌دهند. تعداد سیلندرها در این بلوک معمولا ۱۲ عدد است. بلوک‌ های جناغی معمولا در خودرو های سرعتی با قدرت بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند. از این بلوک برای موتور خودرو های خیابانی استفاده نمی‌شود.

–

-آرایش X شکل

سیلندر های ۱۲گانه این بلوک در چهار ردیف سه‌ تایی طراحی می‌شوند. این ۴ردیف به صورت عمود برهم قرار می‌گیرند و باهم زاویه قائمه تشکیل می‌دهند. به آن‌ها بلوک‌ های ۴ردیفه هم می‌گویند.