تحقیق مقاله سوپاپ

مقدمه :

صنعت خودرو سازی در طی سالیان اخیر جهش های چشمگیری داشته است که همگی باعث شده اند امروزه بشر قاغدر به ساخت خودروهایی شود که ضمن اینکه سوخت کمتری مصرف می کنند راندمان بالاتری دارند و محیط زیست را هم کمتر آلوده می کنند .

بخشی از این کار از طریق تغییراتی که در طراحی موتور داده شده است صورت گرفته است . یکی از راههای بالا بردن راندمان موتور استفاده از سوپاپهای چندگانه برای هر سیلندر است در  اتومبیلهای قدیمی هر سیلندر فقط دو سوپاپ داشت یکی برای خروج دود و دیگری برای ورود هوا .

اما اگر بتوانیم برای هر سیلندر 4 سوپاپ یا بیشتر قرار دهیم این امکان فراهم می شود که ورود هوا به درون سیلندر و خروج دود از /ان بهتر صورت گیرد و کارآیی موتور و توان خروجی آن افزایش یابد . امام این کار با روش های قدیمی طراحی موتور که میل بادامک در قسمت تحتانی موتور و نزدیک میل لنگ قرار داشت و توسط میله های بلندی بنام میل سوپاپ و به اسبکهای متصل می شد تا سوپاپها را باز بسته کند عملی نبود . و به همین جهت لازم بود که تغییری در طراحی موتور صورت گیرد به این ترتیب که میل بادامک به قسمت فوقانی موتور منتقل شود و بجای یک میل بادامک از دو میل بادامک استفاده شود و این ایده در نسل جدید موتورهای خودرو که طی یک دهه اخیر به بازار آمده اند به مورد اجراء در آمده است . مدلهایی از این نمونه را در همنی پاجروهایی دهه 90 که در شرکت داریم هم می توان دید . که معمولا تعداد سوپاپها را با علائم اختصاری مانند : V16  بر روی آنها نوشته اند که به معنی 16 سوپاپ می باشد .

هر چند هنوز هم خیلی از خودروهای داخلی با روش قدیمی : OHV ساخته می شوند ولی با مقایسه ای که در مورد مدل پت فایندر نیسان و مدل دوج آمریکایی سال 2003 ارائه داده شده است بخوبی روشن می شود که استفاده از روش جدید تا چه اندازه مقرون به صرفه و مفید است . ما یا نباید وارد عرصه پیچیده اتومیبل سازی شویم و یا اگر وارد شدیم لازم است  از جدیدترین فن آوری روز دنیا استفاده نمائیم .

روش DOHC اگر چه از نظر ساخت  پیچیدگی بیشتری دارد و گران تر تمام می شود ولی مزایای بسیاری دارد و از جمله حل کردن مشکل لختی ناشی از داشتن میل سوپاپ است که درمدلهای قدیمی وجود داشت و محدودیت تنظیم زمان بندی سوپاپ را در دورهای بالا به همراه داشت ضمن اینکه وجود قطعات بیشتر در موتور همواره با خرابی های بیشتر و سر و صدار زیادتر هم می باشد .

در ایران مدلهای مختلف مزدا از سیستم :OHC استفاده می کنند .

(تصاویر در فایل اصلی موجود است )

حروف اختصاری : OHV به معنی قرار داشتن میل بادامک در قسمت فوقانی موتور است و مخفف کلمات :

OverHead Valve که حرکت باز و بسته شدن سوپاپ ها با واسطه میل سوپاپ ، و استکانی و نظائر آن صورت می گیرد چون میل بادامک در قسمت تحتانی موتور و نزدیک میل لنگ قرار دارد و سوپاپها هم در قسمت فوقانی هستند و برای انتقال این حرکت نیازبه این واسطه های وجود دارد  . به این موتورها Pushrod یا موتورهای  میل سوپاپ  دارهم می گویند . هر چند اینگونه موتورهای قدیمی هستند و اینگونه طراحی ها دیگر منسوخ شده است اما برای چندین دهه از همین روش با موفقیت  برای باز و بسته کردن سوپاپها استفاده می شده است  . موتورهای میل سوپاپ دار خیلی ساده هستند و اندازه کوچکی دارند و دوام آنها به اثبات رسیده است .

اما جنبه منفی که اینگونه موتورها دارند این است که کنترل دقیق زمان بندی سوپاپها در سرعت های بالا مشکل است چون در دورهای بالا مشکل بالا رفتن اینرسی این قطعات مختلف بوجود می آید ( قطعاتی از قیبل : استکانی ، میل سوپاپ و اسبک ) و اشکال دیگری که وجود دارد این است که در این حالت قرار دادن بیش از دو سوپاپ برای هر سیلندر خیلی مشکل است . اما با استفاده از روشهای جدید قرار دادن میل سوپاپ در بالا می توان از دو میل بادامک در قسمت فوقانی موتور استفاده کرد واز آخرین  فن آوری  ها از جمله : زمان بندی متغیر سوپاپ ها Variable Valve Timing بهره گرفت .

OHC or SOHC engine

معنی کلی OHC= OVER HEAD CAM  یعنی میل بادامک فوقانی است و SOHC= SINGLE OVERHEAD CAMیعنی میل بادامک تکی بالای سیلندر است . که تنها با واسطه استکانی ها ؛ موجب به حرکت در آوردن سوپاپها می شود .

مزیت اینگونه سوپاپ ها این است که چون مستقیما با میل بادامک مربوط می شوند براحتی می توانند خود را با سرعتهای بالا تطبیق دهند و زمان بندی دقیق تری داشته باشند و ضمنا این امکان هم وجود دارد که از سه یا حتی 4 سوپاپ برای هر سیلندر استفاده شود.

عیب اینگونه موتورها در آن است نیاز به استفاده از تسمه یا زنجیر  برای تنظیم زمان بندی  دارند که باعث می شود که کار کمی پیچیده و بغرنج شود .

DOHC or Twin cam engine

موتورهایی با دو میل بادامک یا : DOHC= DOUBLE OVERHEAD CAM امروزه در اکثر اتومبیل ها مورد استفاده قرار می گیرند . و علت آن هم این است که به این ترتیب می توان برای هر سیلندر بیش ازدو سوپاپ در نظر گرفت . و از طرفی سوپاپهای ورودی را را هم در سمتی که اگزوز موتور نیست قرار داد ( توجه کنید که در ماشینهای قدیمی محل سوپاپهای ورود و خروج در یک سمت و کنار هم قرار دارند ) و به این ترتیب امکان تنفس بهتری برای موتور فراهم می شود و در نتیجه می توان از موتورهایی با ابعاد کوچکتر ،  توان خروجی موتور بیشتری را گرفت . برای مقایسه موتور ی با حجم 5/3 لیتر و 6 سیلندر که دارای میل بادامک از نوع : DOHC می باشد و بر روی اتومبیلهای  پت فایندر مدل 2003 نیسان 2003 Nissan Pathfinder  نصب شده اند . دارای توان خروجی معادل 240 اسب بخار هستند از نظر توان معادل موتور 9/5 لیتری OHV (موتور قدیمی میل سوپاپ دار ) 8 سبلندر دوج دورانگو سال 2003 2003 Dodge Durango باشد که توانی معادل 245 اسب بخار دارد . .

مزایا : راندمان بالا ، امکان قرار دادن چندین سوپاپ برای هر سیلندر ، و منطبق با روش زمان بندی متغییر .

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 دهانه 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 2 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 .