آشنایی با انواع بوش سیلندر و ساختار آن Cylinder Liner

سیستم‌ها از اجزا مختلفی تشکیل شده‌اند که هر یک وظیفه‌ای را بر عهده دارند. شاید به نظر برسد اطلاع از وظیفه و عملکرد هر عضو اهمیتی کمی از دید عیب‌یابی دارد. اما در واقع این طور نیست. به‌عنوان‌مثال بوش سیلندر یکی از اجزا بسیار مهم در موتور احتراق داخلی به شمار می‌رود شناخت این قطعه و تأثیر آن در عملکرد موتور می‌تواند در شناخت آثار خرابی آن مؤثر باشد.

بوش سیلندر Cylinder Liner – Cylinder Sleeve

همانطور که در مقاله موتورهای چهار زمانه بیان شد. سیلندر یکی از اجزا اصلی موتور احتراقی به شمار می‌رود. به‌صورت کلی محفظه‌ای پیستون داخل آن حرکت می‌کند را سیلندر یا بوش سیلندر می‌نامند که معادل انگلیسی آن Cylinder Liner یا Cylinder Sleeve است. سیلندر بخشی از دیواره اتاق احتراق را تشکیل می‌دهد؛ بنابراین نقش مهمی در فرایند احتراق دارد. شکل 1 بوش سیلندر و محل نصب آن را نشان می‌دهد.

شکل 1- بوش سیلندر و محل نصب آن در موتور

انواع بوش سیلندر

به‌صورت کلی سه نوع بوش سیلندر در موتورهای احتراقی استفاده می‌شود. شکل 2 این دسته‌بندی را نشان می‌دهد.

شکل 2- انواع بوش سیلندر

همانطور که مشاهده می‌شود به‌صورت کلی سه نوع بوش سیلندر در موتورهای احتراقی استفاده می‌شود. معمولاً این نوع دسته‌بندی برای کیفیت تولید است. به عبارت ساده‌تر افزودنی‌های که برای ساخت بوش سیلندر استفاده می‌شود متناسب با نوع کاربرد آن تغییر خواهد کرد. شکل 3 شکل‌های ظاهری بوش سیلندر را نشان می‌دهد.

نکته: به‌صورت ساده بوش آب‌خنک – تر را بوش تر و بوش آب‌خنک – خشک را بوش خشک نیز می‌نامند. بوش سیلندر هوا خنک در واقع نوع بوش خشک است که به دلیل تفاوت در نوع خنک‌کاری، تنش‌های حرارتی متفاوتی را باید تحمل کند

1- بوش خشک 2- بوش تر 3- بوش هوا خنک

شکل 3- انواع بوش سیلندر

جنس بوش سیلندر

بوش‌های سرسیلندر از جنس‌های مختلفی تولید می‌شوند. شکل 4 انواع جنس‌های مورداستفاده برای بوش سیلندر را معرفی می‌کند.

شکل 4- ماده پایه‌ای بوش سرسیلندر

بوش‌های فولادی:

در برخی موتورهای سنگین از بوش‌های فولادی استفاده می‌شود. بوش‌های فولادی سبک هستند و انتقال حرارت مناسبی دارند. اما قیمت تمام شده آن‌ها نسبت به بوش‌های چدنی بیشتر است.

بوش آلومینیومی:

انتقال حرارت بهتری از چدن و فولاد دارند در موتورهای کوچک بسیار خاص با راندمان حرارتی بالا استفاده می‌شوند. از بوش‌های چدنی بسیار گران‌تر هستند

بوش سرامیکی:

گران‌ترین نوع بوش سیلندر از نوع سرامیکی است. مقاومت آنها در برابر سایش و حرارت بسیار بالا است. وزن آنها بسیار سبک است. اما در برابر ضربه حساس هستند

بوش چدنی:

همانطور که اشاره شد، بوش‌های سیلندر عموماً از خانواده آلیاژهای چدنی هستند. قیمت تمام شده آنها، مزیت رقابتی بالایی برای این نوع بوش‌های سیلندر ایجاد کرده است. اما برای افزایش کیفیت آن افزودنی‌هایی به آلیاژ چدن اضافه می‌کنند که متناسب با نوع کاربری آن است. شکل 5 انواع افزودنی‌هایی که برای افزایش کیفیت (مانند استحکام، تحمل تنش حرارتی، کاهش اصطکاک، کاهش سایش و…) را معرفی می‌کند.

شکل 5- افزودنی‌های اصلی به چدن برای آلیاژ بوش سیلندر

هر یکی از این افزودنی‌ها باز افزایش برخی از خواص چدن خواهد شد که در ادامه برخی از بهبود خواص با افزودن عنصر مربوطه بیان می‌شود.

کروم: سبب افزایش سختی و مقاومت چدن می‌شود. بعلاوه کروم مقاومت آلیاژ را در برابر خوردگی افزایش می‌دهد.

مولیبدن: مقاومت سایشی و استحکام بوش را افزایش می‌دهد. همچنین در برابر دما و فشار بالا مقاومت می‌کند.

نیکل: در مقادیر کم برای بهبود ماشین‌کاری چدن اضافه می‌شود. همچنین استحکام یکنواختی را در سراسر حجم ریخته‌گری فراهم می‌کند.

مس: ضریب اصطکاک را کاهش می‌دهد و سطح لغزشی عالی را فراهم می‌کند. همچنین مقاومت در برابر خوردگی بوش سیلندر را بهبود می‌بخشد.

وانادیوم: ساختار فلزی را بهبود می‌بخشد همچنین سختی را افزایش داده و سبب می‌شود آلیاژ کمتر دچار شکنندگی شود.

تیتانیوم: یکی دیگر از افزودنی‌ها بوش سیلندر است. تیتانیوم با نیتروژن واکنش می‌دهد و نیترید تیتانیوم را تشکیل می‌دهد. تشکیل ساختارهای گرافیتی فشرده را کاهش می‌دهد و همچنین مک‌های (حفره‌های تشکیل شده در داخل آلیاژهایی که به روش ریختگی تولید می‌شوند) آلیاژ را کاهش می‌دهد.

فسفر: از فسفر برای بهبود ساختار دانه‌های چدن استفاده می‌شود.

سیلیکون: انقباض آستر را کاهش می‌دهد و ساختار را تقویت می‌کند.

ساختار بوش سیلندر

بوش‌های سیلندر متناسب با نوع آن شامل بخش‌های مختلفی خواهد بود. مایع خنک‌کننده موتور به‌صورت مستقیم در بوش تر با بدنه بوش در تماس است؛ اما در نوع بوش خشک مایع خنک‌کننده موتور به‌صورت مستقیم با جداره بوش در تماس نیست. شکل‌های 6 بخش‌های مختلف خشک را نشان می‌دهد.

1-لبه بوش خشک 2- فضای مایع خنک‌کننده موتور 3- بدنه بلوکه سیلندر
شکل 6- ساختار بوش خشک

بوش‌های خشک در صورت بروز مشکل دو مرحله رفع عیب دارند. در مرحله اول تراش‌کاری می‌شوند و در مرحله دوم بوش باید تعویض شود. این تعویض معمولاً توسط تراشکار انجام می‌شود که در یک مقاله مجزا به بررسی این فرایند پرداخته خواهد شد.
موتورهای جدیدتر عموماً از بوش تر استفاده می‌کنند. (شکل 7)

1- لبه بوش تر 2- فضای مایع خنک‌کننده موتور 3- مجرای خروج نشتی احتمالی
4- اورینگ آب‌بندی 5- بدنه بلوکه سیلندر
شکل 7- ساختار بوش تر

بوش تر در هنگام خرابی قابل‌تعویض است و فرایند اصلاح روی آن انجام نمی‌شود. این تعویض می‌تواند توسط مکانیک و یا تراشکار انجام شود. یکی از کلیدی‌ترین بخش‌های بوش تر، اورینگ‌های آب‌بندی هستند که فضای قرارگیری محفظه مایع خنک‌کننده موتور را نسبت به محفظه کارتل آب‌بندی می‌کنند. خرابی این اورینگ‌ها (نصب غلط بوش) سبب مخلوط‌شدن مایع خنک‌کننده با روغن‌موتور خواهد شد.
موتورهای سبک با حجم کمتر از سیستم خنک‌کاری با مایع خنک‌کننده استفاده نمی‌کنند. روش خنک‌کاری آنها، استفاده از هوای عبوری از اطراف بلوکه سیلندر است. این روش در موتورسیکلت‌ها کاربرد فراوانی دارد. شکل 8 نمونه ساختار این مدل را نشان می‌دهد.

1- پره‌های خنک‌کننده سیلندر 2- بوش سیلندر
شکل 8- نمونه ساختار بوش خشک هوا خنک

در این مقاله به‌صورت خلاصه به وظیفه، انواع و ساختار بوش سیلندر پرداخته شد. در مقاله‌های بعدی علائم خرابی و روش بررسی و رفع مشکل بوش سیلندر تشریح خواهد شد.