خرابی سوپاپ ها

هیچ‌كس دوست ندارد مشكلات موتوری مانند: روغن‌سوزی، نشتی حاصل از فشار، سر و صدای اجزای وابسته به سوپاپ یا خرابی آشكار سوپاپ داشته باشد. بنابراین تلاش زیادی انجام میشود تا قطعات فرسوده و یا آسیب دیده، هنگام تعویض یا بازسازی سرسیلندر به حالت ابتدایی خود برگردند و درست كار كنند، اما گاهی مشكلاتی از سوپاپ به‌وجود می‌آیند و هزینه‌های سنگینی به بار می‌آورند.

چگونه می‌توان مانع این خسارات شد؟ با تشخیص علل خرابی سوپاپ و حصول اطمینان از اینكه هنگام تعویض و یا تعمیر سوپاپ‌ها، سیت‌ها، گایدها و دیگر اجزای وابسته به سوپاپ، هیچ چیز از قلم نیفتاده است.

عملكرد سوپاپ به چند دلیل از مهم‌ترین بخش‌های بازسازی موتور است:

اول اینكه نیاز به دقت زیادی دارد. اگر تلرانس‌ها و شكل هندسی سوپاپ صحیح نباشد، یقیناً با مشكل مواجه خواهید شد. دوم اینكه در عملكرد سوپاپ باید به جزئیات توجه شود. منظور از جزئیات، قطعات فرسوده‌ای است كه به نظر سالم می‌رسند، اما در حقیقت سالم نیستند و نیاز به بازسازی یا تعویض دارند. بهترین توصیه این است كه اگر به سالم بودن قطعه شك دارید، آن را دور بیندازید. اگر به شرایط ساق سوپاپ‌ها، گایدها، نگهدارند‌ه‌ها، خارها، فنرها، انگشتی‌ها (اسبك‌ها) و میل تایپیت‌ها دقت نكنید، با مشكل مواجه می‌شوید. عدم توجه به جزئیاتی مانند ارتفاع سوپاپ، ارتفاع فنر سوپاپ، فاصله مجاز بین ساق سوپاپ و گاید، تنظیم انگشتی، پهنای سیت و موقعیت تماس آن شما را به دردسر می‌اندازد. همچنین عملكرد سوپاپ نیاز به مقدار زیادی تجربه كارگاهی دارد. برای حل مشكل برای مثال، سوپاپ، ابتدا باید علت پدید آمدن آن مشكل را پیدا كنید.

اگر علت شكستن سوپاپ، عدم تنظیم فاصله بین گاید سوپاپ و سیت آن باشد، تعویض سوپاپ مشكلی را حل نمی‌كند. سوپاپ جدید صرفاً زمانی به درستی كار می‌كند كه این فاصله تنظیم شده باشد در غیر این صورت، عدم تنظیم باعث خستگی و شكست مجدد سوپاپ می‌شود. اگر علت سوختن سوپاپ، داغ كردن سرسیلندر باشد، تعویض سوپاپ سوخته مشكل تراكم را حل نمی‌كند زیرا اگر نقص قسمتی كه داغ می‌شود برطرف نشود، سوپاپ جدید نیز داغ شده و مجدداً می‌سوزد.

اگر سایش گاید به علت عدم تنظیم انگشتی با ارتفاع ساق سوپاپ باشد، تعویض گاید فرسوده با گایدی جدید و تعویض بوش سیلندر یا یك سوپاپ با سوپاپی اورسایز1 مشكل روغن‌سوزی را حل نمی‌كند. اگر ارتفاع ساق سوپاپ به درستی تنظیم نشود، تعمیر گاید نیز فایده‌ای ندارد.

بنابراین آنالیز علل خرابی پیش از تعمیر، حائز اهیمت است. سوپاپ‌های شكسته یا سوخته همانند گایدهای فرسوده، سیت‌های ترك خورده و دیگر قطعات مشابه آسیب‌دیده، نتیجه واكنش‌های زنجیرهای هستند. به این ترتیب، یك مشكل، مشكل دیگری را به‌وجود می‌آورد و در نهایت منجر به خرابی سوپاپ می‌شود. بنابراین، تعویض قطعات بدون تشخیص علل خرابی، كاری بیهوده است.

تعمیركاران برای پیشگیری از خسارات باید 4 مرحله ذیل را انجام دهند:

1. آنالیز مقدار سایش در كلگی سوپاپ با توجه به الگوهای موجود و اجزای وابسته به سوپاپ‌ها، هنگامی كه كلگی سوپاپ به درستی مونتاژ نشده باشد. بازرسی دقیق، هر نوع شرایط غیرعادی كه مشكلات اضافی را به وجود می‌آورند، آشكار می‌كند.

2. بازرسی تمامی اجزای وابسته به سوپاپ و كلگی آن به‌گونه‌ای كه تمامی قطعات فرسوده یا آسیب دیده تشخیص داده شده و آنها را تعویض یا تعمیر كنند.

3. دقت زیاد به كیفیت محصول به‌گونه‌ای كه قسمت‌های تعمیر شده به درستی تعمیر شده باشند.

4. توجه به جزئیات، ابعاد بحرانی و شكل هندسی اسبك‌ها به طوری كه از مونتاژ قطعات مطمئن شوند.

 
اجتناب از عیوب

عوامل متعددی می‌توانند باعث خرابی سوپاپ شوند. سوپاپ‌های معیوب، مهم‌ترین چیزی هستند كه هیچ‌كس در مورد خود آنها صحبت نمی‌كند. در حالی كه دلیل دوم خرابی عملكرد سوپاپ‌ها همین است. تنش‌های حرارتی و مكانیكی زیاد، اولین دلیل است.

براساس تحقیق یكی از تولیدكنندگان سوپاپ، یك پنجم (7/20درصد) خرابی‌های سوپاپ به علت وجود عیوبی در درون خود سوپاپ‌هاست. بیش از 10 سال از تحقیق در این زمینه می‌گذرد. امروزه همان آلیاژهای پایه و روش‌های ساخت كه در آن زمان وجود داشت با كنترل‌های كیفی به روش‌های مختلف، استفاده شوند. ماشین‌های CNC و كنترل آماری فرایند2 وارد فرایندهای ساخت شده‌اند تا خطاهای انسانی كاهش یابد، اما مانند بسیاری از تولیدات انبوه دیگر، عیوبی به واسطه اشتباهات سهوی به‌وجود می‌آیند. بنابراین، اگر سوپاپ‌های نامناسب را جدی نگیرید، ممكن است دچار شكست نابهنگام شوند.

عیوب عبارتند از:

وجود ناخالصی‌های متالورژیكی و آخال‌ها در ماده اولیه كه باعث ضعیف شدن سوپاپ می‌شوند، اشكالات فورجینگ كه ترك‌های میكروسكوپی، خلل و فرج یا جدایش در فلز به‌وجود آورده و منتهی به شكست می‌شوند، جوشكاری ناقص بین ساق و كلگی سوپاپ‌ها در سوپاپ‌های دو تكه كه باعث جدا شدن كلگی سوپاپ می‌شود، جوشكاری ناقص در ساق سوپاپ‌های توخالی كه باعث شكستگی سوپاپ می‌شود، عملیات حرارتی نامناسب كه مانع از سخت شدن یا آنیل كامل سوپا می‌شود و به سایش سرعت می‌دهند، خطاهای ماشینی كه اشكالات ابعادی یا صافی سطح نامناسب را به‌وجود آورده و این مسائل می‌توانند باعث پدید آمدن انواع مشكلات دیگر شوند. اگر پیش از نصب متوجه این عیوب نشویم، مشكلات دیگر پیش می‌آیند و در نهایت، چسبندگی ضعیف كروم سخت، باعث می‌شود آبكاری ساق سوپاپ پوسته پوسته شود.

بهترین راه حصول اطمینان از سوپاپ سالم و عاری از عیوب این است كه:

1. سوپاپ را بازرسی می‌كنیم تا مطمئن شویم تلرانس‌ها در حد مجاز هستند (قطر ساق، شیار ساق، طول كلی و غیره) عیوب آشكاری وجود نداشته باشد (مثل شكاف، حفره و ترك‌های نازك و غیره)

2. منبع تأمین سوپاپ‌های شما تولیدكننده‌ای معتبر و قابل اطمینان باشد.

سوپاپی كه از نظر ظاهری از دیگری زیباتر به نظر می‌رسد، نمی‌تواند از كیفیت لازم برخوردار باشد. قیمت مناسب اگرچه مطلوب است، اما سوپاپ ارزان قیمت، غیرقابل استفاده است. بنابراین از تولیدكنندگان ممئن سوپاپ از نظر كیفیت خرید نكنید. سوپاپ را از تولیدكننده‌ای معتبر كه از محصول خود دفاع و آن را ضمانت می‌كند خرید كنید.

چرا سوپاپ‌ها خراب می‌شوند؟

هر سوپاپی در اثر رانندگی در مسافت‌های طولانی فرسوده می‌شود، اما بعضی سوپاپ‌ها بسیار زودتر از موعد فرسود می‌شوند و علت آن سوختگی یا شكست است.

اجازه بدهید ابتدا در مورد سوختگی صحبت كنیم. سوپاپ‌های دود بیشتر در معرض سوختگی هستند چرا كه بیش از سوپاپ‌های هوا داغ می‌شوند. سوپاپ‌های هوا به‌وسیله هوای ورودی و سوخت خنك می‌شوند. بنابراین در دمای 800 درجه فارنهایت كار می‌كنند. از دیگر سو سوپاپ‌های دود از خنك شدن محروم بوده و احتراق گازهای داغ از دریچه خروجی خارج می‌شود. سوپاپ‌های دود به‌طور متوسط در دمای 1200 تا 1350 درجه فارنهایت كار می‌كنند و همین عامل باعث آسیب‌پذیری بیشتر آنها از نظر سایش و سوختگی نسبت به سوپاپ‌های هوا می‌شود.

درجه حرارت كاری بالاتر نیاز به آلیاژ مستحكم‌تر دارد، بنابراین سوپاپ‌های دود را معمولاً از فولاد ضدزنگ می‌سازند یا اینكه كلگی آنها را از فولاد ضدزنگ می‌سازند (معمولاً از نوع آلیاژ2Nا-21 یا 4Nا-21 با درصد بالای كروم و نیكل). برای مصارف سنگین بنزین و دیزل جایی كه حرارت معضل بسیار بزرگی است، از پوشش مستحكم STELLITEا3 برای ساخت سوپاپ دود جهت كنترل سایش استفاده می‌شود.

خنك شدن سوپاپ‌های هوا و دود به تماس فیزیكی آنها با سیت و گاید سوپاپ بستگی دارد. حدو 75 درصد از گرمای احتراق كه از سوپاپ خارج می‌شود از سیت سوپاپ عبور می‌كند. بنابراین تماس مناسب سیت برای پیشگیری از سوختن سوپاپ‌ها ضروری است. بقیه 25 درصد گرمای ساق سوپاپ از طریق گایدها خارج می‌شود. گاهی در مصارف سنگین، ساق توخالی سوپاپ‌ها با فلز سدیم پر می‌شود تا گرمای بیشتری از طریق ساق برای خنك شدن سوپاپ انتقال یابد.

هر چیزی كه در خنك كردن سوپاپ و یا ایجاد گرمای بیش از حد در سوپاپ یا كلگی آن دخالت داشته باشد باعث از كار افتادن نابهنگام سوپاپ می‌شود. لایه رسوب روی سطح سوپاپ و سیت می‌تواند اثر عایق را به منظور كاهش خنك كردن سوپاپ داشته باشد و آن را داغ كند. بنابراین اگر سیت سوپاپ، باریك یا غیر هم مركز باشد، آب‌بندی بین سوپاپ و سیت سوپاپ ضعیف می‌شود. اگر رسوبات روی نقطه‌ای بنشینند یا در جایی دیگر پوسته پوسته شوند، باعث نشتی شده و مركز حرارتی بر روی سوپاپ به‌وجود می‌آورند كه باعث كانال‌زنی4 می‌شود.

فنرهای سوپاپ ضعیف از تماس مناسب كلگی سوپاپ با سیت سوپاپ پیشگیری كرده و گرمای بیش از اندازه در سوپاپ‌ها ایجاد می‌كنند. سیت ضعیف یا گایدی كه درست در جای خود نصب نشده باشد، می‌تواند باعث هدایت گرما به كلگی سوپاپ شده و در نتیجه آن را بسوزاند.

عدم توجه به ارتفاع سوپاپ هنگام نصب آن به سوختگی سوپاپ می‌انجامد. وقتی سوپاپ‌ها و سیت‌ها سنگ‌زنی شده یا ماشینكاری می‌شوند، بیشتر از قبل در سرسیلندر فرو می‌روند. این امر باعث می‌شود كه ساق آنها بالاتر قرار گرفته و موقعیت هندسی انگشتی‌ها را به هم بزند. در نتیجه عملكرد سوپاپ‌ها ضعیف می‌شود وقتی كه موتور داغ می‌شود، اگر شكل هندسی مناسب به وسیله سنگ‌زنی سر ساق سوپاپ‌ها با حالت اول برگردانده نشود اینچ تجاوز می‌كند. در غیر این صورت باید منتظر سنگ‌زنی لایه سختكاری سطحی سر سوپاپ باشید. سیت سوپاپ‌ها باید از نظر ارتفاع به‌درستی نصب شوند. راه دیگر نصب سوپاپ‌هایی با كلگی نسبتاً اورسایز است كه بالاتر از سیت سوار شده و ماشینكاری سیت را جبران كنند.

پسرفت سوپاپ‌ها در موتورهای قدیمی‌تر كه در كامیون، زیردریایی و مصارف كشاورزی و صنعتی كاربرد دارند، به فقدان سیت‌های سوپاپ مستحكم وابسته است. راه‌حل، استفاده از سیت‌های سختكاری شده است. استفاده از استلایت یا سوپاپ‌های سختكاری سطحی شده هنگامی كه سوپاپ‌ها در معرض سایش هستند نیز لازم به نظر می‌رسد.

اگر درجه حرارت كاری زیاد شود، مشكلات خنك‌كاری در موتور باعث گیرپاژ و سوختن سوپاپ‌ها می‌شود. خنك‌كننده ضعیف، ترموستات خراب، واترپمپ ضعیف، گرفتگی رادیاتور، فن خنك‌كننده یا سوئیچ خراب فن و غیره، همگی باعث داغ شدن موتور و انبساط سوپاپ می‌شوند و اگر از حد مجاز تجاوز كنند موجب سایش یا گیر كردن سوپاپ به گایدهای سوپاپ می‌شود. اگر گیرپاژ سوپاپ‌ها برطرف شود باعث سوختن آنها می‌شود و اگر به پیستون بچسبند، خراب خواهند شد.

انسدادهای ایجاد شده در اثر ریخته‌گری سرسیلندر یا واشر سرسیلندرهایی كه سوراخ‌های خنك‌كاری مناسبی ندارند باعث ایجاد نقاط گرمایی شده و مشكلاتی را برای سوپاپ و گایدهای آنها ایجاد می‌كنند. بنابراین، نصب درجه‌سنج داخل سرسیلندر به انتقال مناسب گرما كمك می‌كند.

سوپاپ‌ها گاهی به علت دمای احتراق بالا داغ می‌شوند. عواملی نظیر احتراق كند، مخلوط ناقص سوخت (اغلب به دلیل نشتی خلا) و انفجار (به علت فشار بیش از اندازه یا سوخت با درجه اكتان پایین) یا احتراق زودرس (در قسمت‌های داغ كه در اثر رسوبات محفظه سوخت یا شمع به‌وجود می‌آید) نقشی مهم ایفا می‌كنند. همچنین وجود نقص‌هایی در اگزوز نظیر مسدود شدن مبدل كاتالیزوری یا لوله اگزوز شكسته نیز می‌تواند باعث داغ كردن سوپاپ‌ها شود.

 
شكست سوپاپ‌ها

شكست كه نوع دیگری از خرابی سوپاپ است، برای سوپاپ‌های هوا و دود اتفاق می‌افتد. شكست سوپاپ‌ها در یكی از 2 محل زیر اتفاق می‌افتد:

1. جایی كه كلگی سوپاپ به ساق اتصال دارد
2. محل شیارهای نیم خارها كه تا انتهای ساق ماشینكاری می‌شوند.

در هر دو حالت، شكست خبری بد است، زیرا تكه‌های سوپاپ به داخل محفظه احتراق افتاده و باعث خرابی‌های بزرگ در پیستون و سرسیلندر می‌شوند.

دلایل شكست كلگی سوپاپ شامل خستگی به علت ثابت نبودن سوپاپ (به دلیل عدم رعایت پارامترهم مركزی سیت‌ها كه باعث شده هر دفعه كه سوپاپ می‌نشیند، ساق آن خم شود)، ضربات مكرر (به علت تكان‌های بیش از حد سر سوپاپ)، انبساط (به علت گرمای بیش از حد یا rpm) و شوك حرارتی (تغییر ناگهانی دما هنگام خاموش كردن ناگهانی موتوری كه با قدرت بالا كار می‌كرده است) می‌باشد. در سوپاپ‌های 2 تكه، محل اتصال كلگی و ساق جایی است كه اغلب در معرض ترك خوردگی و جدایش است نه به این دلیل كه سوپاپ معیوب است بلكه علت آن وجود فشار بیش از حد در این قسمت به علت اتصال 2 آلیاژ متفاوت با یكدیگر است.

شكست در ساق سوپاپ می‌تواند نتیجه فشار بیش از حد در دو طرف آن باشد و یا زمانی كه ارتفاع ساق نصب شده مناسب نباشد و باعث عدم تنظیم انگشتی شود. همچنین شكست می‌تواند در اثر ضربه سنگینی ایجاد شود كه مانع می‌شود اجزای وابسته به سوپاپ هنگامی كه سوپاپ بسته می‌شود، جلوی ضربه را بگیرند. دلیل دیگر شكست در سر ساق سوپاپ، پوسیدگی یا خراش‌هایی است كه در نیم خارهای نگهدارنده سوپاپ‌های آن وجود دارد و میل بادامك یا اسبك‌ها را با هم با ارتفاع زیاد به حركت در می‌آورد.

مشكلات دیگر سوپاپ‌ها

علاوه‌بر سوختگی و شكست، مشكلات دیگری نیز وجود دارند. بعضی از ای مشكلات عبارتند از:

– سوپاپ‌هایی كه خم می‌شوند: معمولاً علت آن فاصله بسیار كم سوپاپ و پیستون است. دلایلی كه در اینجا عنوان می‌شوند شامل زنجیر یا تسمه تایمینگ شكسته، فنرهای سوپاپ عف یا شكسه، در جا گاز دادن، گیرپاژ سوپاپ (لقی نامناسب گاید یا روغنكاری و گرمای بیش از حد) و لقی نامناسب سوپاپ و پیستون (بالا قرار گرفتن سوپاپ، پیستون‌های نامناسب، سر سوپاپ‌های بیش از حد سنگ خورده و غیره) است.

– ساق سوپاپ‌های كه فرسوده می‌شوند: برای سوپاپ‌هایی كه مایل‌ها كار كرده‌اند، این اتفاق طبیعی است، اما سائیدگی ممكن است بعلت لقی نامناسب گاید، گرمای بیش از حد، عدم روغنكاری یا روغن كثیف باشد. استفاده از نوع نامناسب كاسه نمد ساق سوپاپ (لاستیك گیت سوپاپ) نیز می‌تواند عاملی مؤثر باشد.

كاسه نمد ساق سوپاپ میزان روغنی كه گایدها را چرب می‌كند، كنترل خواهد كرد. كاسه نمدهای ثابت5 به بهترین نحو ممكن، میزان روغن را كنترل می‌كنند، زیرا روی گایدها باقی مانده و مانند پاك‌كننده‌ای غلتكی، روغن را از روی ساق سوپاپ‌ها پاك می‌كنند. كاسه نمدهایی ثابت در اغلب موتورهای O.H.Cا6 كه میل بادامك آنها در سرسیلندر قرار دارد، استفاده می‌شوند. زیرا جریان روغن نیاز به كنترل بیشتری دارد. از دیگر سو، كاسه نمدهای چتری یا حلقوی با سوپاپ‌ها بالا و پایین رفته به گایدها اجازه ورود روغن بیشتر را می‌دهند. بنابراین جایگزینی كاسه نمد ثابت به‌جای كاسه نمد چتری یا حلقوی می‌تواند روغن گاید را از آن بگیرد و در بعضی مصارف، مشكل گیرپاژ به‌وجود آورد.

به همین علت بعضی كارشناسان عقیده دارند كه باید نوع فابریك (اصلی) كاسه نمد را كه روی موتور بوده است، استفاده كنید. بعضی دیگر ترجیح می‌دهند میل تایپیت‌های موتور را عوض كنند تا كاسه نمدهای ثابت، روغن‌سوزی را كاهش دهند. همچنین ارتقا دادن كاسه نمد به كاسه‌های گرانتر مثلاً از جنس VITON7 مشكل خم شدن كاسه نمدها را حل می‌كند، اما اگر كاسه نمد ثابت جایگزین شود، بهترین راه برای پیشگیری از ایجاد مشكل، استفاده از آنها در سوپاپ‌های هوا، توجه زیاد به فواصل ساق سوپاپ تا گاید (نباید خیلی كم باشد) و استفاده از سوپاپ ‌های با ساق آبكاری شده از كروم سخت است كه در برابر سائیدگی، بیشتر از سوپاپ‌های آبكاری نشده مقاومت دارند.

موتورهای جدید با سرسیلندرهای آلومینیمی كه اكنون تولید می‌شوند، دارای گایدهای پودری هستند. این گایدها از جنس پودر با پایه آهنی و حاوی گرافیت می‌باشند. این نوع گایدها نیازی به روغن برای نرم شدن ندارند و خطر سایش را كاهش می‌دهند. این نوع گایدها تمایل به ترد شدن دارند بنابراین به جای اینكه آزاد باشند باید به داخل هدایت شوند.

هنگام اندازه‌گیری ساق سوپاپ‌ها به‌خاطر داشته باشید كه اغلب ساق سوپاپ‌های فابریك (OE) باریك می‌شوند. معمولاً انتهای ساق سوپاپ‌ها در حدود 0.001 اینچ كوچكتر از سر ساق آنها از نظر قطر بوده تا بتوانند افزایش انبساط حرارتی در انتهای داغ سوپاپ را جبران كنند. بنابراین اندازه‌ای كه گرفته می‌شود برای مطالعه دقیق سایش ساق مهم است. اگر سوپاپ OE با سوپاپی كه دارای ساق استریت شده است، جایگزین شود (بدون باریك شدن) سوپاپ دچار گیرپاژ می‌شود، مگر اینكه لقی گاید تا حدی، افزایش یابد.

سر ساق سوپاپ به شكل قارچ درآمده یا آسیب دیده: انگشتی‌ها را نیز برای پوسیدگی یا آسیب‌دیدگی چك كنید. ارتفاع نامناسب ساق سوپاپ می‌تواند هر زمان كه سوپاپ باز و بسته می‌شود، باعث سائیدگی سر ساق شود. بلند بودن بادامك‌ها و انگشتی‌ها می‌تواند مشكلی مشابه این مورد را به وجود آورد. به همین دلیل است كه استفاده از انگشتی‌های با سرهای گرد به‌جای انگشتی‌های بازویی توصیه می‌شود. اگر سوپاپ‌ها بیش از حد، سنگزنی شوند تا بتوان ارتفاع ساق را تنظیم كرد، ساق آسیب می‌بیند. سنگزنی لایه سختكاری شده سطحی، فلز نرم را در معرض تماس مستقیم با انگشت‌ها قرار می‌دهد. شكل نامناسب سر انگشتی‌ها، اصطكاك و سایش را افزایش می‌دهد و باعث آسیب‌دیدگی سر ساق سوپاپ می‌شود.

آخرین نكته در آنالیز خرابی سوپاپ‌ها این است كه تعویض سوپاپ خراب با سوپاپی جدید بدون حل مشكلات گذشته، فایده‌ای نخواهد داشت. پیروی از تكنیك‌های پذیرفته شده و رعایت مسائل مربوط به سیت‌ها (رعایت فاصله‌ها، موقعیت مناسب سیت و پهنای آن)، چك كردن و تنظیم مناسب ارتفاع ساق سوپاپ و ارتفاع فنر سوپاپ تعویض شده، رعایت فاصله ساق، گاید و نیم خار سوپاپ و بر طرف كردن دیگر مشكلات موتور نظیر گرمای بیش از حد، صدای انفجار هوا/ سوخت یا مشكلات مربوط به تایمینگ و غیره، مانع از تكرار خرابی سوپاپ‌ها و خسارات حاصل از آن می‌شود.