کدام واشرهای سر موتور در برابر نشتی در موتورها دوام بیشتری دارند؟

واشرهای MLS: درزگیری دقیق برای موتورهای با افزایش فشار و دور بالا

ساختار فولادی چندلایه و بازیابی الاستیک در شرایط تغییرات دمایی

درپوش سر سیلندر فولادی چندلایه از چندین لایه فولاد ضدزنگ با پوشش‌های لاستیکی خاص ساخته شده است که به حفظ آب‌بندی کامل حتی در دمای بسیار بالا کمک می‌کند. عامل اصلی عملکرد خوب این درپوش‌ها، توانایی بازگشت آن‌ها پس از تحمل نوسانات دمایی ناشی از کارکرد موتور در سطوح بالای افزایش فشار یا چرخش طولانی‌مدت با سرعت بالا است. این لایه‌های متعدد به نحوی طراحی شده‌اند که از خمش طبیعی رخ داده در سر سیلندر جلوگیری کرده و از نشت فشار تراکمی جلوگیری می‌کنند و در مقابل فشارهای بسیار زیاد داخل محفظه احتراق — گاهی بیش از ۲۵۰۰ پوند بر اینچ مربع — مقاومت می‌کنند. اکثر سازندگان برجسته موتور، پرداخت سطحی حدود ۵۰ Ra یا بهتر روی هر دو قطعه سر سیلندر و بلوک موتور در محل قرارگیری درپوش را الزامی می‌دانند. نصب صحیح نیز اهمیت زیادی دارد. رعایت ترتیب صحیح تنیدن پیچ‌ها ضروری است و بسیاری از متخصصان برای اطمینان از اینکه هیچ بخشی تحت تنش بیش از حد قرار نگیرد — تنشی که می‌تواند عملکرد درپوش را در آینده مختل کند — از کالیبرهای اندازه‌گیری کشش استفاده می‌کنند.

بادامک‌های مهر و موم بالارفته و زره‌ی حجره احتراق برای سلامت سیلندر

نواحی برجستهٔ دایرهای که در اطراف سیلندرها قرار دارند، در واقع همان نواحی ریز آب‌بندی هستند که فشار سطحی را تا حدود سه برابر آنچه واشرهای مسطح میتوانند تحمل کنند، افزایش میدهند. این حلقههای تقویتی در عمل باعث میشوند تمام نیروی احتراق در داخل محفظه باقی بماند و از خروج شعله و تغییر شکل دیوارههای سیلندر جلوگیری کنند، حتی زمانی که موتورها با فشار توربو بالای ۱۰۰ psi کار میکنند. طبق برخی تحلیلهای دقیق المان محدود، این برجستگیهای کوچک تنش حرارتی روی پیچهای سر سیلندر مجاور را تقریباً ۱۸ درصد کاهش میدهند که به معنای حفظ بهتر نیروی فشاری در طول زمان است. اکثر مکانیکهای مجرب به هر کسی که گوش بدهد هشدار میدهند که طرحهای MLS را با حلقههای اُ-رن اضافی ترکیب نکنند، چون اگر شیارها کاملاً هم‌تراز نباشند، چه اتفاقی میافتد؟ در همان نقطه نشتی شروع میشود. برای سیستمهای توربوشارژ یا سوپرشارژ به ویژه، این تقویت داخلی تمام تفاوت را ایجاد میکند. آب‌بندی سیلندر در طول صدها چرخه حرارتی در آزمایشهای واقعی روی دینامومتر، ثبات خود را حفظ میکند و ارزش عملی آن را فراتر از یک نظریه ثابت میکند.

واشر سرسیلندر مسی: حداکثر استحکام برای کاربردهای با اسب بخار بسیار بالا

استحکام کششی و مقاومت در برابر خزش در دمای احتراق پایدار و بالا

مس زمانی که شرایط بسیار داغ می‌شود، عملکرد بسیار خوبی دارد و همین باعث می‌شود برای موتورهایی که از مرز ۱۵۰۰ اسب بخار فراتر می‌روند عالی باشد. این فلز دارای مقاومت کششی قابل توجهی در حدود ۲۱۰ مگاپاسکال حتی در دمای ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد است، بدین معنا که می‌تواند نوسانات ناگهانی فشار درون سیلندرها را بدون از بین رفتن تحمل کند. علاوه بر این، مس به دلیل مقاومت طبیعی خود در برابر تغییر شکل تدریجی (خرزش)، در معرض دماهای بالا و مداوم زمانی که طول می‌کشد کمتر تغییر شکل می‌دهد. واشرهای کامپوزیتی تمایل به تجزیه شدن در معرض اسیدهای احتراق دارند، اما مس در برابر این مواد شیمیایی سخت تا حد زیادی مقاوم است و این ویژگی آن را به گزینه‌ای ایده‌آل برای موتورهای مسابقه‌ای که از مخلوط متانول یا نیترومتان استفاده می‌کنند تبدیل می‌کند. هنگامی که مهندسان آزمون‌های چرخه حرارتی را انجام می‌دهند، مشاهده می‌شود که واشرهای سر سیلندر مسی شکل خود را بسیار بهتر از نوع پوشش‌دار پلیمری حفظ می‌کنند. پس از ۲۰۰ ساعت قرار گرفتن در دمای سوزان ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد، واشرهای مسی تنها حدود ۳۲٪ تغییر ضخامت نشان می‌دهند، در حالی که نمونه‌های پلاستیکی آن تغییرات بیشتری دارند؛ این بدین معناست که واشرهای مسی بین هر دو بازسازی موتور مدت طولانی‌تری به خوبی آب‌بندی می‌کنند.

تقویت‌کننده حلقه O و حلقه سیمی برای کاهش تغییر شکل سوراخ

شیارهای دریافت‌کننده که با دقت ماشین‌کاری شده‌اند، همراه با حلقه‌های سیمی فولاد ضدزنگ عمل می‌کنند تا انعطاف‌پذیری سیلندر را در شرایط پرتنش و شدید کاهش دهند. هنگامی که در فرآیند گشتاور سفت می‌شوند، سیم به اندازه حدود یک چهارم قطر خود بیرون زده و در شیار دریافت‌کننده‌ای فشرده می‌شود که در واقع ۱۵۰٪ از قطر سیم عرض بیشتری دارد. این امر فشاری در اطراف جداره‌ها ایجاد می‌کند که به مقابله با نیروهای قوی احتراق کمک می‌کند. برای اینکه این سیستم تقویتی به درستی کار کند، سطوح باید بسیار صاف باشند (Ra باید کمتر از ۱۰ میکرواینچ باشد) و پس از ماشین‌کاری باید بازرسی‌هایی انجام شود تا اطمینان حاصل شود که روغن یا سیال خنک‌کننده از آن نشت نمی‌کند. مس یک معایب کوچکی در درزبندی سیالات دارد. به همین دلیل بسیاری از موتورهای کششی از مسیرهای خنک‌کنندگی کاملاً صرف‌نظر می‌کنند، چرا که مس در نگه‌داشتن گازها در جای مناسبشان بسیار عالی عمل می‌کند.

مقایسه دوام واشر سر: داده‌های عملکرد واقعی

نتایج آزمون دینامومتر 500 ساعته: مقایسه طول عمر درزگیر MLS و مسی در محدوده 30 تا 1,500 اسب بخار

پس از اینکه مواد واشر سر سیلندر را به مدت 500 ساعت روی دینامومتر قرار دادیم، شروع به دیدن نقاط واقعی ضعف آنها کردیم. برای موتورهای زیر 500 اسب بخار، هم واشرهای MLS و هم مسی مقاومت خوبی دارند و تقریباً همه آنها حدود 98 درصد آزمون‌ها را پشت سر گذاشته‌اند. اما وقتی قدرت به محدوده 500 تا 1,000 اسب بخار می‌رسد، MLS به وضوح پیشی می‌گیرد. این واشرهای فولادی چندلایه در 89 درصد موارد به درستی کار کردند، در حالی که واشرهای مسی بسیار زودتر، تنها در 72 درصد موارد، دچار خرابی شدند، عمدتاً به این دلیل که حرارت باعث نرم شدن آنها می‌شود (همانطور که در مجله مواد SAE سال گذشته ذکر شده است). فراتر از مرز 1,000 اسب بخار است که همه چیز جالب می‌شود. MLS بخاطر خاصیت فنری‌اش پس از تنش، در حدود 76 درصد مواقع سالم باقی می‌ماند، اما مس دیگر قادر به تحمل این شرایط نیست. بیشتر نمونه‌های مسی در عرض تنها 320 ساعت آزمون کاملاً خراب شدند و در 83 درصد این آزمون‌ها شکست رخ داد. بررسی این اعداد و ارقام به وضوح نشان می‌دهد که چرا بیشتر کارگاه‌ها واشر MLS را برای موتورهای پرقدرت که در حین کار نوسان دمایی بیش از 200 درجه سانتی‌گراد را تجربه می‌کنند، توصیه می‌کنند.

تحلیل حالت خرابی در موتورهای توربوشارژ شده LS و RB26 (معیارهای SAE و Cometic)

بررسی ۱۲۰ موتور توربوشارژ شده که دچار خرابی شده‌اند، ضعف‌های جالبی را در مواد مختلف آشکار می‌کند. واشرهای سر برنجی عمدتاً به دلیل مشکلات فشردگی طولانی‌مدت خراب می‌شوند که حدود دو سوم از تمام خرابی‌های برنجی را شامل می‌شود. همچنین در موتورهای LS، زمانی که قدرت بیش از ۸۰۰ اسب بخار تولید می‌شود، با مشکل فرسایش حلقه آتش مواجه هستیم. در مورد واشرهای MLS وضعیت متفاوت است. بیشتر خرابی‌ها حدود ۴۱ درصد اوقات ناشی از سایش ریز لغزشی (میکرو فرتینگ) است و همچنین مشکلات نشت گاز احتراق به ویژه در تنظیمات RB26 بسیار شایع است. آنچه واقعاً مهم است، صافی سطوح است. موتورهایی که مقدار Ra آن‌ها زیر ۲۰ میکرو اینچ باشد، بسته به نوع ماده استفاده شده، تقریباً ۳۷ درصد عمر بیشتری دارند. همچنین نباید صافی دِک را فراموش کرد. حفظ تغییرات در حد ۰٫۰۰۳ اینچ تفاوت بزرگی ایجاد می‌کند. هنگامی که این عوامل با روش صحیح گشتاوردهی ترکیب شوند، حدود نیمی از دلایلی را توضیح می‌دهند که چرا برخی واشرهای سر در شرایط سخت کاری، بسیار طولانی‌تر از دیگران دوام می‌آورند.

عوامل حیاتی نصب که مدت دوام واشر سر را تعیین می‌کنند

پرداخت سطح، حفظ گشتاور و سازگاری مواد سر و بلوک

اگر می‌خواهیم درزگاه سر سیلندر ما طولانی دوام بیاورد، تنظیم دقیق سطوح کاملاً ضروری است. اکثر سازندگان موتور به دنبال پرداخت سطحی حدود 30 تا 60 Ra روی بلوک و سر سیلندر در محل تماس آنها هستند. اگر سطح خیلی زبر باشد، نقاط داغ ایجاد می‌شود که می‌تواند همه چیز را خراب کند، اما اگر خیلی صاف باشد، درزگاه نیز به درستی نمی‌چسبد. همچنین نگه‌داری از گشتاور را فراموش نکنید. هنگام محکم کردن پیچ‌ها، به ویژه در مورد قفل‌های جدید گشتاور به تسلیم (torque-to-yield)، دقیقاً به ترتیب توصیه‌شده توسط سازنده عمل کنید. استفاده از یک کلید گشتاور با دقت بالا و دارای اندازه‌گیری زاویه در اینجا تفاوت بزرگی ایجاد می‌کند. سرهای آلومینیومی هنگام گرم شدن بسیار سریع‌تر از بلوک‌های چدنی منبسط می‌شوند، بنابراین ما به درزگاه‌های خاصی نیاز داریم که برای جبران این تفاوت انبساط طراحی شده‌اند. ترکیب فلزات مختلف می‌تواند منجر به مشکلات خوردگی شود، مشکلی که در موتورهای متانولی به دلیل مشکلات pH بسیار تشدید می‌شود. قبل از نصب هر قطعه‌ای، مشخصات برجستگی حلقه‌ها (liner protrusion) را دوباره بررسی کنید. حتی تفاوت‌های بسیار کوچک بین 0.003 تا 0.006 اینچ بر اساس تحقیقات اخیر، در حدود چهار مورد از هر پنج نمونه دیزلی منجر به خرابی زودهنگام می‌شود. این اصول پایه را به یاد داشته باشید: آماده‌سازی سطح، نیروی کششی یکنواخت و تطبیق نرخ انبساط — همین عوامل هستند که بین یک مونتاژ موفق و شکست فاجعه‌بار تحت فشار تفاوت ایجاد می‌کنند.

سوالات متداول

درزبندهای چندلایه MLS از چه موادی ساخته شده‌اند؟

درزبندهای چندلایه MLS از چندین لایه فولاد ضدزنگ ساخته شده‌اند و با لاستیک خاصی پوشش داده شده‌اند تا در دمای بالا نیز آب‌بندی مؤثری فراهم کنند.

مزایای درزبندهای مسی چیست؟

درزبندهای مسی استحکام کششی بالا و مقاومت در برابر خزش را نشان می‌دهند و برای موتورهایی که از ۱۵۰۰ اسب‌بخار فراتر می‌روند و در معرض دمای احتراق بسیار بالا قرار دارند، مناسب هستند.

پرداخت سطح چگونه بر طول عمر درزبند سر سیلندر تأثیر می‌گذارد؟

پرداخت سطح مناسب به درزبند کمک می‌کند تا به‌خوبی چسبیده و جا بیفتد. متخصصان معمولاً به دنبال دستیابی به پرداخت سطحی بین ۳۰ تا ۶۰ Ra هستند تا تعادلی بین چسبندگی و جلوگیری از نقاط داغ ایجاد شود.

چرا درزبندهای مسی در موتورهای پرتنش دچار خرابی می‌شوند؟

درزبندهای مسی معمولاً به دلیل مشکلات تنظیم فشار و نرم شدن در دمای بالا دچار خرابی می‌شوند و در محیط‌های پرتنش، نرخ خرابی بیشتری نسبت به درزبندهای MLS دارند.