โปรไฟล์ลูกสูบ:
ลูกสูบถือเป็น “หัวใจ” ของเครื่องยนต์รถยนต์ ซึ่งรับภาระทางกลและความร้อนสลับกัน และเป็นหนึ่งในส่วนประกอบสำคัญในเครื่องยนต์ที่มีสภาพการทำงานที่เลวร้ายที่สุด หน้าที่ของลูกสูบคือทนต่อแรงดันแก๊สและขับเคลื่อนเพลาข้อเหวี่ยงให้หมุนผ่านหมุดลูกสูบไปยังก้านสูบ และส่วนบนของลูกสูบยังเป็นส่วนประกอบสำคัญของห้องเผาไหม้อีกด้วย
ประเภทของลูกสูบโดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็น: ลูกสูบรถยนต์ดีเซล ลูกสูบรถยนต์เบนซิน และลูกสูบเอนกประสงค์
หน้าที่ของลูกสูบคือทนต่อแรงดันแก๊สและขับเคลื่อนเพลาข้อเหวี่ยงให้หมุนผ่านหมุดลูกสูบไปยังก้านสูบ และส่วนบนของลูกสูบยังเป็นส่วนประกอบสำคัญของห้องเผาไหม้อีกด้วย เงื่อนไขการทำงาน: ลูกสูบทำงานภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูง แรงดันสูง ความเร็วสูง และการหล่อลื่นที่ไม่ดี ลูกสูบสัมผัสโดยตรงกับแก๊สอุณหภูมิสูง และอุณหภูมิทันทีสามารถสูงถึง 2500K ดังนั้นการให้ความร้อนจึงรุนแรง และเงื่อนไขการกระจายความร้อนจึงแย่มาก ดังนั้นอุณหภูมิของลูกสูบจึงสูงมาก ส่วนบนสูงถึง 600~700K และการกระจายอุณหภูมิไม่สม่ำเสมอมาก ส่วนบนของลูกสูบรับแรงดันแก๊สได้มาก โดยเฉพาะแรงดันจังหวะกำลังสูงสุด เครื่องยนต์เบนซินสูงถึง 3~5MPa และเครื่องยนต์ดีเซลสูงถึง 6~9MPa ซึ่งทำให้ลูกสูบมีแรงกระแทกและรับผลของแรงดันด้านข้าง ลูกสูบเคลื่อนที่ไปมาด้วยความเร็วสูงมาก (8~12m/s) ในกระบอกสูบ และความเร็วจะเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ซึ่งก่อให้เกิดแรงเฉื่อยจำนวนมากและทำให้ลูกสูบต้องรับภาระเพิ่มเติมจำนวนมาก ลูกสูบทำงานภายใต้สภาวะที่รุนแรงดังกล่าว ซึ่งอาจทำให้เสียรูปและสึกหรอเร็วขึ้น รวมถึงภาระเพิ่มเติมและความเครียดจากความร้อน ตลอดจนผลกระทบทางเคมีของก๊าซ
สภาวะการทำงานของลูกสูบ :
ลูกสูบทำงานภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูง แรงดันสูง ความเร็วสูง และการหล่อลื่นที่ไม่ดี ลูกสูบสัมผัสโดยตรงกับก๊าซอุณหภูมิสูง และอุณหภูมิทันทีสามารถสูงถึง 2500K ดังนั้นการให้ความร้อนจึงรุนแรง และเงื่อนไขการกระจายความร้อนจึงแย่มาก ดังนั้นอุณหภูมิของลูกสูบจึงสูงมาก ด้านบนสูงถึง 600~700K และการกระจายอุณหภูมิไม่สม่ำเสมอมาก ด้านบนของลูกสูบรับแรงดันก๊าซจำนวนมาก โดยเฉพาะแรงดันจังหวะกำลังสูงสุด เครื่องยนต์เบนซินสูงถึง 3~5MPa และเครื่องยนต์ดีเซลสูงถึง 6~9MPa ซึ่งทำให้ลูกสูบมีแรงกระแทกและรับผลของแรงดันด้านข้าง ลูกสูบเคลื่อนที่ไปมาด้วยความเร็วสูงมาก (8~12m/s) ในกระบอกสูบ และความเร็วเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา ซึ่งสร้างแรงเฉื่อยที่ยิ่งใหญ่และทำให้ลูกสูบต้องรับภาระเพิ่มเติมจำนวนมาก ลูกสูบทำงานภายใต้สภาวะที่รุนแรง ซึ่งอาจทำให้เสียรูปและเกิดการสึกหรอเร็วขึ้น รวมถึงภาระเพิ่มเติมและความเค้นจากความร้อน ตลอดจนผลทางเคมีของก๊าซ
โครงสร้างลูกสูบ:
โดยทั่วไปลูกสูบจะเป็นรูปทรงกระบอก โดยมีโครงสร้างลูกสูบที่หลากหลายขึ้นตามสภาพการทำงานและความต้องการของเครื่องยนต์ต่างๆ โดยลูกสูบจะแบ่งออกเป็น 3 ส่วน ได้แก่ หัว กระโปรง และเบาะลูกสูบ
หัวหมายถึงส่วนบนของลูกสูบและส่วนของร่องแหวน ส่วนบนของลูกสูบขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของห้องเผาไหม้โดยสิ้นเชิง และการออกแบบส่วนบนที่แบนหรือเกือบแบนของส่วนบนช่วยให้ลูกสูบลดพื้นที่สัมผัสกับก๊าซร้อนได้ ทำให้ความเครียดกระจายอย่างเท่าเทียมกัน เครื่องยนต์เบนซินส่วนใหญ่ใช้ลูกสูบส่วนบนแบบแบน และเครื่องยนต์บางรุ่น (เช่น เครื่องยนต์ดีเซลฉีดตรงและเครื่องยนต์เบนซินฉีดในกระบอกสูบใหม่) จำเป็นต้องมีรูปร่างที่ซับซ้อนกว่าที่ด้านบนของลูกสูบโดยมีหลุมลึกในระดับหนึ่งเป็นส่วนหนึ่งของห้องเผาไหม้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการเผาไหม้และลดการเผาไหม้ให้น้อยที่สุดเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการเผาไหม้และลดการเผาไหม้ให้น้อยที่สุดเพื่อตอบสนองความต้องการในการก่อตัวของส่วนผสมของก๊าซ ร่องของลูกสูบเรียกว่าร่องแหวนและใช้ในการติดตั้งแหวนลูกสูบ หน้าที่ของแหวนลูกสูบคือการปิดผนึก ป้องกันการรั่วไหลของอากาศ และป้องกันไม่ให้น้ำมันเข้าไปในห้องเผาไหม้
กระโปรงลูกสูบ หมายถึง ส่วนล่างของลูกสูบ ซึ่งใช้เพื่อรักษาแนวตั้งของลูกสูบในการเคลื่อนที่แบบลูกสูบไปมาให้ได้มากที่สุด นั่นก็คือ ส่วนนำทางของลูกสูบ
รูปทรงของกระโปรงลูกสูบมีความพิเศษเฉพาะตัวมาก โดยเฉพาะสำหรับรถยนต์นั่งขนาดเบา เช่น รถยนต์ นักออกแบบมักจะเริ่มจากโครงสร้างและสมรรถนะของเครื่องยนต์ และมักใช้สมองของเขาในการปรับแต่งกระโปรงลูกสูบเพื่อให้โครงสร้างเครื่องยนต์มีขนาดกะทัดรัดและราบรื่นที่สุด
ที่นั่งหมุดลูกสูบเป็นส่วนรองรับของลูกสูบที่เชื่อมต่อกับก้านสูบโดยหมุดลูกสูบซึ่งอยู่เหนือกระโปรงลูกสูบ คุณสมบัติพิเศษของที่นั่งหมุดลูกสูบของเครื่องยนต์ความเร็วสูงคือรูที่นั่งหมุดไม่จำเป็นต้องอยู่ในระนาบแกนกลางเดียวกันกับลูกสูบ แต่สามารถเลื่อนไปด้านใดด้านหนึ่งได้เล็กน้อย นั่นคือ ด้านที่ลูกสูบสัมผัสกับผนังกระบอกสูบระหว่างจังหวะกำลัง ดังนั้นเมื่อลูกสูบเปลี่ยนทิศทางไปยังจุดศูนย์ตายบน ระดับของลูกสูบที่กระทบกับผนังกระบอกสูบจะลดลง จึงช่วยลดเสียงเครื่องยนต์ได้
ความแตกต่างระหว่างลูกสูบของเครื่องยนต์เบนซินและเครื่องยนต์ดีเซล:
ไม่มีความแตกต่างในโครงสร้างหลัก ความแตกต่างที่ใหญ่ที่สุดระหว่างเครื่องยนต์เบนซินและเครื่องยนต์ดีเซลคือโหมดการจุดระเบิดและการดูดอากาศ: เครื่องยนต์เบนซินเข้าสู่กระบอกสูบพร้อมกับก๊าซติดไฟผสมกับน้ำมันและก๊าซ และเครื่องยนต์ดีเซลคืออากาศบริสุทธิ์ เครื่องยนต์เบนซินจุดระเบิดโดยหัวเทียน และเชื้อเพลิงดีเซลจะถูกฉีดเข้าไปในดีเซลจากรูฉีดเชื้อเพลิงหลังจากที่อากาศอัดถึงอุณหภูมิการเผาไหม้โดยธรรมชาติของดีเซล และเชื้อเพลิงดีเซลจะเผาไหม้โดยธรรมชาติเนื่องจากอุณหภูมิสูงในกระบอกสูบในขณะนี้
ถ้าจะพูดถึงความแตกต่าง ส่วนที่มีโอกาสเป็นไปได้มากที่สุดคือที่กระโปรงลูกสูบ เนื่องจากเครื่องยนต์ดีเซลส่วนใหญ่มีระยะชักลูกสูบยาวกว่าเครื่องยนต์เบนซิน และอาจมีรูปทรงพิเศษที่กระโปรงเพื่อให้เข้ากับการเคลื่อนไหวของมู่เล่ แต่เครื่องยนต์ดีเซลก็ไม่ใช่แบบนี้ทั้งหมด
ลองเปรียบเทียบลูกสูบของเครื่องยนต์เบนซิน 2 วาล์วกับเครื่องยนต์ดีเซล ความแตกต่างอยู่ที่ส่วนบนของลูกสูบ ลูกสูบของเครื่องยนต์เบนซินจะแบน และลูกสูบของเครื่องยนต์ดีเซลจะมีห้องเผาไหม้อยู่ด้านบน นั่นคือความแตกต่างที่ใหญ่ที่สุด จากนั้นเปรียบเทียบลูกสูบของเครื่องยนต์เบนซินหลายวาล์วและลูกสูบของเครื่องยนต์ดีเซล ทั้งสองมีห้องเผาไหม้อยู่ด้านบน แต่เครื่องยนต์เบนซินนั้นง่ายกว่า ระยะห่างระหว่างร่องแหวนลูกสูบจะมากกว่าของเครื่องยนต์ดีเซลมากกว่าของเครื่องยนต์เบนซิน ร่องของแหวนน้ำมันจะมีรูพรุนสำหรับเครื่องยนต์ดีเซล แต่เครื่องยนต์เบนซินไม่มี โดยรวมแล้วไม่มีความแตกต่างกัน
การตัดสินและการรักษาเสียงเคาะลูกสูบที่ผิดปกติ
เมื่อเครื่องยนต์ทำงานภายในรถยนต์ จะมีเสียงลูกสูบเคาะผิดปกติ เสียงผิดปกติของลูกสูบเคาะกระบอกสูบจะเกิดขึ้นที่ส่วนบนของกระบอกสูบ เป็นเสียง “คลิก” ที่มีจังหวะคล้ายกับการทุบพื้นคอนกรีตด้วยค้อนเล็กๆ เมื่อเครื่องยนต์เดินเบา เสียงจะดังชัดเจนและชัดเจน โดยเฉพาะเมื่อเครื่องยนต์ทำงานที่อุณหภูมิต่ำ เสียงจะดังชัดเจน และเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น เสียงจะลดลงหรือหายไปเลย
วิธีการตัดสินการน็อคกระบอกสูบลูกสูบ:
(1) ตัดกระบอกสูบน้ำมันทีละกระบอกสูบ ใช้วิธีตัดกระบอกสูบน้ำมันทีละกระบอกสูบเพื่อระบุตำแหน่งของกระบอกสูบ หากน้ำมันถูกตัดไปที่กระบอกสูบใดกระบอกสูบหนึ่ง เสียงจะลดลงอย่างมากหรือหายไป และเมื่อจ่ายน้ำมันอีกครั้ง เสียง "คลิก" ที่ชัดเจนจะดังขึ้น ซึ่งบ่งบอกว่าลูกสูบกระบอกสูบเคาะกระบอกสูบ
(2) เพื่อยืนยันเพิ่มเติมว่าลูกสูบกระบอกสูบเคาะกระบอกสูบ สามารถถอดหัวฉีดของกระบอกสูบออกได้ เติมน้ำมันเครื่องซูเปอร์ชาร์จเกรด CD ในปริมาณเล็กน้อย (ทำหน้าที่ปิดผนึก) ลงในกระบอกสูบ จากนั้นติดตั้งหัวฉีด เครื่องยนต์จะสตาร์ท เสียงเคาะจะหายไปหรือเบาลง และเสียงเคาะจะปรากฏขึ้นอีกครั้งหลังจากทำงาน ซึ่งแน่นอนว่าเป็นเสียงลูกสูบเคาะกระบอกสูบ
สาเหตุหลักๆ ของการน็อคกระบอกสูบในระหว่างการผลิตมีดังนี้:
(1) ช่องว่างระหว่างลูกสูบกับผนังกระบอกสูบมีขนาดใหญ่เกินไป ระยะห่างมาตรฐานระหว่างกระโปรงลูกสูบกับกระบอกสูบของเครื่องยนต์ซีรีส์ WD615 คือ 0.143-0.182 และขีดจำกัดการสึกหรอสูงสุดคือ 0.35-0.40
(2) หลังจากที่เครื่องยนต์ทำงานไประยะหนึ่ง ลูกสูบกระบอกสูบจะสึกหรอ ประกอบกับการหล่อลื่นที่ไม่ดี ช่องว่างที่ตรงกันระหว่างลูกสูบและกระบอกสูบจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากการสึกหรอ และขั้นตอนที่ร้ายแรงกว่าจะปรากฏขึ้นที่ส่วนล่างของวงแหวนลมตัวแรก ทำให้ลูกสูบกระทบกระบอกสูบและส่งเสียงผิดปกติ
(3) หลังจากใช้งานไประยะหนึ่ง กระโปรงลูกสูบและกระบอกสูบจะสึกหรออย่างรุนแรง ส่งผลให้กระบอกสูบเกิดการปัดเศษและการกระแทกอย่างรุนแรง
(4) ก้านสูบแต่ละอันมีรูปร่างผิดปกติเนื่องจากสาเหตุต่างๆ ส่งผลให้ลูกสูบเกิดการเยื้องศูนย์ และช่องว่างระหว่างก้านสูบกับกระบอกสูบจะกว้างขึ้น ทำให้กระบอกสูบเกิดการกระแทก ลูกสูบกระทบกระบอกสูบจะทำให้สิ้นเปลืองเชื้อเพลิงมากขึ้น น้ำมันเครื่องไหลออกมากเกินไป สิ้นเปลืองเชื้อเพลิงมากขึ้น และประหยัดเชื้อเพลิงน้อยลง เมื่อลูกสูบกระทบกระบอกสูบอย่างรุนแรง ลูกสูบก็จะบดขยี้กระบอกสูบและทำให้กระบอกสูบเสียหาย ก้านสูบจะแตกและบล็อกกระบอกสูบจะได้รับความเสียหาย
เมื่อพบปัญหาลูกสูบน็อค ให้ใช้กรรมวิธีดังนี้
(1) หลังจากสตาร์ทเครื่องยนต์แล้ว จะมีเสียงเคาะเมื่อทำงานที่อุณหภูมิต่ำ และเมื่ออุณหภูมิเป็นปกติ เสียงนั้นจะหายไป และสามารถกำจัดทิ้งชั่วคราวแล้วให้ทำงานต่อไปได้
(2) เมื่ออุณหภูมิเครื่องยนต์เป็นปกติและมีเสียงน็อคที่ชัดเจน ควรหลีกเลี่ยงการทำงานที่ความเร็วสูงให้ได้มากที่สุด และถอดประกอบและซ่อมแซมให้เร็วที่สุด
(3) หลังจากถอดหัวกระบอกสูบและดึงลูกสูบออก พบว่ากระบอกสูบไม่กลมอย่างร้ายแรง มีความเครียด หรือช่องว่างระหว่างลูกสูบและกระบอกสูบมีขนาดใหญ่เกินไป ควรเปลี่ยนกระบอกสูบใหม่ และเปลี่ยนซับกระบอกสูบ ลูกสูบ และแหวนลูกสูบ
(4) หากพบว่าก้านสูบเกิดการเสียรูป ควรเปลี่ยนก้านสูบให้ได้มากที่สุด