هيچ‌كس دوست ندارد مشكلات موتوري مانند: روغن‌سوزي، نشتي حاصل از فشار، سر و صداي اجزاي وابسته به سوپاپ يا خرابي آشكار سوپاپ داشته باشد. بنابراين تلاش زيادي انجام ميشود تا قطعات فرسوده و يا آسيب ديده، هنگام تعويض يا بازسازي سرسيلندر به حالت ابتدايي خود برگردند و درست كار كنند، اما گاهي مشكلاتي از سوپاپ به‌وجود مي‌آيند و هزينه‌هاي سنگيني به بار مي‌آورند.
چگونه مي‌توان مانع اين خسارات شد؟ با تشخيص علل خرابي سوپاپ و حصول اطمينان از اينكه هنگام تعويض و يا تعمير سوپاپ‌ها، سيت‌ها، گايدها و ديگر اجزاي وابسته به سوپاپ، هيچ چيز از قلم نيفتاده است.
عملكرد سوپاپ به چند دليل از مهم‌ترين بخش‌هاي بازسازي موتور است: اول اينكه نياز به دقت زيادي دارد. اگر تلرانس‌ها و شكل هندسي سوپاپ صحيح نباشد، يقيناً با مشكل مواجه خواهيد شد. دوم اينكه در عملكرد سوپاپ بايد به جزئيات توجه شود. منظور از جزئيات، قطعات فرسوده‌اي است كه به نظر سالم مي‌رسند، اما در حقيقت سالم نيستند و نياز به بازسازي يا تعويض دارند. بهترين توصيه اين است كه اگر به سالم بودن قطعه شك داريد، آن را دور بيندازيد. اگر به شرايط ساق سوپاپ‌ها، گايدها، نگهدارند‌ه‌ها، خارها، فنرها، انگشتي‌ها (اسبك‌ها) و ميل تايپيت‌ها دقت نكنيد، با مشكل مواجه مي‌شويد. عدم توجه به جزئياتي مانند ارتفاع سوپاپ، ارتفاع فنر سوپاپ، فاصله مجاز بين ساق سوپاپ و گايد، تنظيم انگشتي، پهناي سيت و موقعيت تماس آن شما را به دردسر مي‌اندازد. همچنين عملكرد سوپاپ نياز به مقدار زيادي تجربه كارگاهي دارد. براي حل مشكل براي مثال، سوپاپ، ابتدا بايد علت پديد آمدن آن مشكل را پيدا كنيد.
اگر علت شكستن سوپاپ، عدم تنظيم فاصله بين گايد سوپاپ و سيت آن باشد، تعويض سوپاپ مشكلي را حل نميكند. سوپاپ جديد صرفاً زماني به درستي كار مي‌كند كه اين فاصله تنظيم شده باشد در غير اين صورت، عدم تنظيم باعث خستگي و شكست مجدد سوپاپ ميشود. اگر علت سوختن سوپاپ، داغ كردن سرسيلندر باشد، تعويض سوپاپ سوخته مشكل تراكم را حل نميكند زيرا اگر نقص قسمتي كه داغ ميشود برطرف نشود، سوپاپ جديد نيز داغ شده و مجدداً مي‌سوزد.
اگر سايش گايد به علت عدم تنظيم انگشتي با ارتفاع ساق سوپاپ باشد، تعويض گايد فرسوده با گايدي جديد و تعويض بوش سيلندر يا يك سوپاپ با سوپاپي اورسايز1 مشكل روغن‌سوزي را حل نميكند. اگر ارتفاع ساق سوپاپ به درستي تنظيم نشود، تعمير گايد نيز فايده‌اي ندارد.
بنابراين آناليز علل خرابي پيش از تعمير، حائز اهيمت است. سوپاپ‌هاي شكسته يا سوخته همانند گايدهاي فرسوده، سيت‌هاي ترك خورده و ديگر قطعات مشابه آسيب‌ديده، نتيجه واكنش‌هاي زنجيرهاي هستند. به اين ترتيب، يك مشكل، مشكل ديگري را به‌وجود مي‌آورد و در نهايت منجر به خرابي سوپاپ ميشود. بنابراين، تعويض قطعات بدون تشخيص علل خرابي، كاري بيهوده است.
تعميركاران براي پيشگيري از خسارات بايد 4 مرحله ذيل را انجام دهند:
اجتناب از عيوب
عوامل متعددي مي‌توانند باعث خرابي سوپاپ شوند. سوپاپ‌هاي معيوب، مهم‌ترين چيزي هستند كه هيچ‌كس در مورد خود آنها صحبت نميكند. در حالي كه دليل دوم خرابي عملكرد سوپاپ‌ها همين است. تنش‌هاي حرارتي و مكانيكي زياد، اولين دليل است.
براساس تحقيق يكي از توليدكنندگان سوپاپ، يك پنجم (7/20درصد) خرابي‌هاي سوپاپ به علت وجود عيوبي در درون خود سوپاپ‌هاست. بيش از 10 سال از تحقيق در اين زمينه مي‌گذرد. امروزه همان آلياژهاي پايه و روش‌هاي ساخت كه در آن زمان وجود داشت با كنترل‌هاي كيفي به روش‌هاي مختلف، استفاده شوند. ماشين‌هاي CNC و كنترل آماري فرايند2 وارد فرايندهاي ساخت شده‌اند تا خطاهاي انساني كاهش يابد، اما مانند بسياري از توليدات انبوه ديگر، عيوبي به واسطه اشتباهات سهوي به‌وجود مي‌آيند. بنابراين، اگر سوپاپ‌هاي نامناسب را جدي نگيريد، ممكن است دچار شكست نابهنگام شوند.
عيوب عبارتند از:
وجود ناخالصي‌هاي متالورژيكي و آخال‌ها در ماده اوليه كه باعث ضعيف شدن سوپاپ ميشوند، اشكالات فورجينگ كه ترك‌هاي ميكروسكوپي، خلل و فرج يا جدايش در فلز به‌وجود آورده و منتهي به شكست ميشوند، جوشكاري ناقص بين ساق و كلگي سوپاپ‌ها در سوپاپ‌هاي دو تكه كه باعث جدا شدن كلگي سوپاپ ميشود، جوشكاري ناقص در ساق سوپاپ‌هاي توخالي كه باعث شكستگي سوپاپ ميشود، عمليات حرارتي نامناسب كه مانع از سخت شدن يا آنيل كامل سوپا ميشود و به سايش سرعت مي‌دهند، خطاهاي ماشيني كه اشكالات ابعادي يا صافي سطح نامناسب را به‌وجود آورده و اين مسائل مي‌توانند باعث پديد آمدن انواع مشكلات ديگر شوند. اگر پيش از نصب متوجه اين عيوب نشويم، مشكلات ديگر پيش مي‌آيند و در نهايت، چسبندگي ضعيف كروم سخت، باعث ميشود آبكاري ساق سوپاپ پوسته پوسته شود.
بهترين راه حصول اطمينان از سوپاپ سالم و عاري از عيوب اين است كه:
سوپاپي كه از نظر ظاهري از ديگري زيباتر به نظر مي‌رسد، نمي‌تواند از كيفيت لازم برخوردار باشد. قيمت مناسب اگرچه مطلوب است، اما سوپاپ ارزان قيمت، غيرقابل استفاده است. بنابراين از توليدكنندگان ممئن سوپاپ از نظر كيفيت خريد نكنيد. سوپاپ را از توليدكننده‌اي معتبر كه از محصول خود دفاع و آن را ضمانت مي‌كند خريد كنيد.
چرا سوپاپ‌ها خراب ميشوند؟
هر سوپاپي در اثر رانندگي در مسافت‌هاي طولاني فرسوده ميشود، اما بعضي سوپاپ‌ها بسيار زودتر از موعد فرسود ميشوند و علت آن سوختگي يا شكست است.
اجازه بدهيد ابتدا در مورد سوختگي صحبت كنيم. سوپاپ‌هاي دود بيشتر در معرض سوختگي هستند چرا كه بيش از سوپاپ‌هاي هوا داغ ميشوند. سوپاپ‌هاي هوا به‌وسيله هواي ورودي و سوخت خنك ميشوند. بنابراين در دماي 800 درجه فارنهايت كار مي‌كنند. از ديگر سو سوپاپ‌هاي دود از خنك شدن محروم بوده و احتراق گازهاي داغ از دريچه خروجي خارج ميشود. سوپاپ‌هاي دود به‌طور متوسط در دماي 1200 تا 1350 درجه فارنهايت كار مي‌كنند و همين عامل باعث آسيب‌پذيري بيشتر آنها از نظر سايش و سوختگي نسبت به سوپاپ‌هاي هوا ميشود.
درجه حرارت كاري بالاتر نياز به آلياژ مستحكم‌تر دارد، بنابراين سوپاپ‌هاي دود را معمولاً از فولاد ضدزنگ مي‌سازند يا اينكه كلگي آنها را از فولاد ضدزنگ مي‌سازند (معمولاً از نوع آلياژ2Nا-21 يا 4Nا-21 با درصد بالاي كروم و نيكل). براي مصارف سنگين بنزين و ديزل جايي كه حرارت معضل بسيار بزرگي است، از پوشش مستحكم STELLITEا3 براي ساخت سوپاپ دود جهت كنترل سايش استفاده ميشود.
خنك شدن سوپاپ‌هاي هوا و دود به تماس فيزيكي آنها با سيت و گايد سوپاپ بستگي دارد. حدو 75 درصد از گرماي احتراق كه از سوپاپ خارج ميشود از سيت سوپاپ عبور مي‌كند. بنابراين تماس مناسب سيت براي پيشگيري از سوختن سوپاپ‌ها ضروري است. بقيه 25 درصد گرماي ساق سوپاپ از طريق گايدها خارج ميشود. گاهي در مصارف سنگين، ساق توخالي سوپاپ‌ها با فلز سديم پر ميشود تا گرماي بيشتري از طريق ساق براي خنك شدن سوپاپ انتقال يابد.
هر چيزي كه در خنك كردن سوپاپ و يا ايجاد گرماي بيش از حد در سوپاپ يا كلگي آن دخالت داشته باشد باعث از كار افتادن نابهنگام سوپاپ ميشود. لايه رسوب روي سطح سوپاپ و سيت مي‌تواند اثر عايق را به منظور كاهش خنك كردن سوپاپ داشته باشد و آن را داغ كند. بنابراين اگر سيت سوپاپ، باريك يا غير هم مركز باشد، آب‌بندي بين سوپاپ و سيت سوپاپ ضعيف ميشود. اگر رسوبات روي نقطه‌اي بنشينند يا در جايي ديگر پوسته پوسته شوند، باعث نشتي شده و مركز حرارتي بر روي سوپاپ به‌وجود مي‌آورند كه باعث كانال‌زني4 ميشود.
فنرهاي سوپاپ ضعيف از تماس مناسب كلگي سوپاپ با سيت سوپاپ پيشگيري كرده و گرماي بيش از اندازه در سوپاپ‌ها ايجاد مي‌كنند. سيت ضعيف يا گايدي كه درست در جاي خود نصب نشده باشد، مي‌تواند باعث هدايت گرما به كلگي سوپاپ شده و در نتيجه آن را بسوزاند.
عدم توجه به ارتفاع سوپاپ هنگام نصب آن به سوختگي سوپاپ مي‌انجامد. وقتي سوپاپ‌ها و سيت‌ها سنگزني شده يا ماشينكاري ميشوند، بيشتر از قبل در سرسيلندر فرو مي‌روند. اين امر باعث ميشود كه ساق آنها بالاتر قرار گرفته و موقعيت هندسي انگشتي‌ها را به هم بزند. در نتيجه عملكرد سوپاپ‌ها ضعيف ميشود وقتي كه موتور داغ ميشود، اگر شكل هندسي مناسب به وسيله سنگزني سر ساق سوپاپ‌ها با حالت اول برگردانده نشود اينچ تجاوز مي‌كند. در غير اين صورت بايد منتظر سنگزني لايه سختكاري سطحي سر سوپاپ باشيد. سيت سوپاپ‌ها بايد از نظر ارتفاع به‌درستي نصب شوند. راه ديگر نصب سوپاپ‌هايي با كلگي نسبتاً اورسايز است كه بالاتر از سيت سوار شده و ماشينكاري سيت را جبران كنند.
پسرفت سوپاپ‌ها در موتورهاي قديمي‌تر كه در كاميون، زيردريايي و مصارف كشاورزي و صنعتي كاربرد دارند، به فقدان سيت‌هاي سوپاپ مستحكم وابسته است. راه‌حل، استفاده از سيت‌هاي سختكاري شده است. استفاده از استلايت يا سوپاپ‌هاي سختكاري سطحي شده هنگامي كه سوپاپ‌ها در معرض سايش هستند نيز لازم به نظر مي‌رسد.
اگر درجه حرارت كاري زياد شود، مشكلات خنك‌كاري در موتور باعث گيرپاژ و سوختن سوپاپ‌ها ميشود. خنك‌كننده ضعيف، ترموستات خراب، واترپمپ ضعيف، گرفتگي رادياتور، فن خنك‌كننده يا سوئيچ خراب فن و غيره، همگي باعث داغ شدن موتور و انبساط سوپاپ ميشوند و اگر از حد مجاز تجاوز كنند موجب سايش يا گير كردن سوپاپ به گايدهاي سوپاپ ميشود. اگر گيرپاژ سوپاپ‌ها برطرف شود باعث سوختن آنها ميشود و اگر به پيستون بچسبند، خراب خواهند شد.
انسدادهاي ايجاد شده در اثر ريخته‌گري سرسيلندر يا واشر سرسيلندرهايي كه سوراخ‌هاي خنك‌كاري مناسبي ندارند باعث ايجاد نقاط گرمايي شده و مشكلاتي را براي سوپاپ و گايدهاي آنها ايجاد مي‌كنند. بنابراين، نصب درجه‌سنج داخل سرسيلندر به انتقال مناسب گرما كمك مي‌كند.
سوپاپ‌ها گاهي به علت دماي احتراق بالا داغ ميشوند. عواملي نظير احتراق كند، مخلوط ناقص سوخت (اغلب به دليل نشتي خلا) و انفجار (به علت فشار بيش از اندازه يا سوخت با درجه اكتان پايين) يا احتراق زودرس (در قسمت‌هاي داغ كه در اثر رسوبات محفظه سوخت يا شمع به‌وجود مي‌آيد) نقشي مهم ايفا مي‌كنند. همچنين وجود نقص‌هايي در اگزوز نظير مسدود شدن مبدل كاتاليزوري يا لوله اگزوز شكسته نيز مي‌تواند باعث داغ كردن سوپاپ‌ها شود.
شكست سوپاپ‌ها
شكست كه نوع ديگري از خرابي سوپاپ است، براي سوپاپ‌هاي هوا و دود اتفاق مي‌افتد. شكست سوپاپ‌ها در يكي از 2 محل زير اتفاق مي‌افتد:
در هر دو حالت، شكست خبري بد است، زيرا تكه‌هاي سوپاپ به داخل محفظه احتراق افتاده و باعث خرابي‌هاي بزرگ در پيستون و سرسيلندر ميشوند.
دلايل شكست كلگي سوپاپ شامل خستگي به علت ثابت نبودن سوپاپ (به دليل عدم رعايت پارامترهم مركزي سيت‌ها كه باعث شده هر دفعه كه سوپاپ مي‌نشيند، ساق آن خم شود)، ضربات مكرر (به علت تكان‌هاي بيش از حد سر سوپاپ)، انبساط (به علت گرماي بيش از حد يا rpm) و شوك حرارتي (تغيير ناگهاني دما هنگام خاموش كردن ناگهاني موتوري كه با قدرت بالا كار مي‌كرده است) ميباشد. در سوپاپ‌هاي 2 تكه، محل اتصال كلگي و ساق جايي است كه اغلب در معرض ترك خوردگي و جدايش است نه به اين دليل كه سوپاپ معيوب است بلكه علت آن وجود فشار بيش از حد در اين قسمت به علت اتصال 2 آلياژ متفاوت با يكديگر است.
شكست در ساق سوپاپ مي‌تواند نتيجه فشار بيش از حد در دو طرف آن باشد و يا زماني كه ارتفاع ساق نصب شده مناسب نباشد و باعث عدم تنظيم انگشتي شود. همچنين شكست مي‌تواند در اثر ضربه سنگيني ايجاد شود كه مانع ميشود اجزاي وابسته به سوپاپ هنگامي كه سوپاپ بسته ميشود، جلوي ضربه را بگيرند. دليل ديگر شكست در سر ساق سوپاپ، پوسيدگي يا خراش‌هايي است كه در نيم خارهاي نگهدارنده سوپاپ‌هاي آن وجود دارد و ميل بادامك يا اسبك‌ها را با هم با ارتفاع زياد به حركت در مي‌آورد.
مشكلات ديگر سوپاپ‌ها
علاوه‌بر سوختگي و شكست، مشكلات ديگري نيز وجود دارند. بعضي از اي مشكلات عبارتند از:
- سوپاپ‌هايي كه خم ميشوند: معمولاً علت آن فاصله بسيار كم سوپاپ و پيستون است. دلايلي كه در اينجا عنوان ميشوند شامل زنجير يا تسمه تايمينگ شكسته، فنرهاي سوپاپ عف يا شكسه، در جا گاز دادن، گيرپاژ سوپاپ (لقي نامناسب گايد يا روغنكاري و گرماي بيش از حد) و لقي نامناسب سوپاپ و پيستون (بالا قرار گرفتن سوپاپ، پيستون‌هاي نامناسب، سر سوپاپ‌هاي بيش از حد سنگ خورده و غيره) است.
- ساق سوپاپ‌هاي كه فرسوده ميشوند: براي سوپاپ‌هايي كه مايل‌ها كار كرده‌اند، اين اتفاق طبيعي است، اما سائيدگي ممكن است بعلت لقي نامناسب گايد، گرماي بيش از حد، عدم روغنكاري يا روغن كثيف باشد. استفاده از نوع نامناسب كاسه نمد ساق سوپاپ (لاستيك گيت سوپاپ) نيز مي‌تواند عاملي مؤثر باشد.
كاسه نمد ساق سوپاپ ميزان روغني كه گايدها را چرب مي‌كند، كنترل خواهد كرد. كاسه نمدهاي ثابت5 به بهترين نحو ممكن، ميزان روغن را كنترل مي‌كنند، زيرا روي گايدها باقي مانده و مانند پاك‌كننده‌اي غلتكي، روغن را از روي ساق سوپاپ‌ها پاك مي‌كنند. كاسه نمدهايي ثابت در اغلب موتورهاي O.H.Cا6 كه ميل بادامك آنها در سرسيلندر قرار دارد، استفاده ميشوند. زيرا جريان روغن نياز به كنترل بيشتري دارد. از ديگر سو، كاسه نمدهاي چتري يا حلقوي با سوپاپ‌ها بالا و پايين رفته به گايدها اجازه ورود روغن بيشتر را مي‌دهند. بنابراين جايگزيني كاسه نمد ثابت به‌جاي كاسه نمد چتري يا حلقوي مي‌تواند روغن گايد را از آن بگيرد و در بعضي مصارف، مشكل گيرپاژ به‌وجود آورد.
به همين علت بعضي كارشناسان عقيده دارند كه بايد نوع فابريك (اصلي) كاسه نمد را كه روي موتور بوده است، استفاده كنيد. بعضي ديگر ترجيح مي‌دهند ميل تايپيت‌هاي موتور را عوض كنند تا كاسه نمدهاي ثابت، روغن‌سوزي را كاهش دهند. همچنين ارتقا دادن كاسه نمد به كاسه‌هاي گرانتر مثلاً از جنس VITON7 مشكل خم شدن كاسه نمدها را حل مي‌كند، اما اگر كاسه نمد ثابت جايگزين شود، بهترين راه براي پيشگيري از ايجاد مشكل، استفاده از آنها در سوپاپ‌هاي هوا، توجه زياد به فواصل ساق سوپاپ تا گايد (نبايد خيلي كم باشد) و استفاده از سوپاپ هاي با ساق آبكاري شده از كروم سخت است كه در برابر سائيدگي، بيشتر از سوپاپ‌هاي آبكاري نشده مقاومت دارند.
موتورهاي جديد با سرسيلندرهاي آلومينيمي كه اكنون توليد ميشوند، داراي گايدهاي پودري هستند. اين گايدها از جنس پودر با پايه آهني و حاوي گرافيت مي‌باشند. اين نوع گايدها نيازي به روغن براي نرم شدن ندارند و خطر سايش را كاهش مي‌دهند. اين نوع گايدها تمايل به ترد شدن دارند بنابراين به جاي اينكه آزاد باشند بايد به داخل هدايت شوند.
هنگام اندازه‌گيري ساق سوپاپ‌ها به‌خاطر داشته باشيد كه اغلب ساق سوپاپ‌هاي فابريك (OE) باريك ميشوند. معمولاً انتهاي ساق سوپاپ‌ها در حدود 0.001 اينچ كوچكتر از سر ساق آنها از نظر قطر بوده تا بتوانند افزايش انبساط حرارتي در انتهاي داغ سوپاپ را جبران كنند. بنابراين اندازه‌اي كه گرفته ميشود براي مطالعه دقيق سايش ساق مهم است. اگر سوپاپOE با سوپاپي كه داراي ساق استريت شده است، جايگزين شود (بدون باريك شدن) سوپاپ دچار گيرپاژ ميشود، مگر اينكه لقي گايد تا حدي، افزايش يابد.
سر ساق سوپاپ به شكل قارچ درآمده يا آسيب ديده: انگشتي‌ها را نيز براي پوسيدگي يا آسيب‌ديدگي چك كنيد. ارتفاع نامناسب ساق سوپاپ مي‌تواند هر زمان كه سوپاپ باز و بسته ميشود، باعث سائيدگي سر ساق شود. بلند بودن بادامك‌ها و انگشتي‌ها مي‌تواند مشكلي مشابه اين مورد را به وجود آورد. به همين دليل است كه استفاده از انگشتي‌هاي با سرهاي گرد به‌جاي انگشتي‌هاي بازويي توصيه ميشود. اگر سوپاپ‌ها بيش از حد، سنگزني شوند تا بتوان ارتفاع ساق را تنظيم كرد، ساق آسيب مي‌بيند. سنگزني لايه سختكاري شده سطحي، فلز نرم را در معرض تماس مستقيم با انگشت‌ها قرار مي‌دهد. شكل نامناسب سر انگشتي‌ها، اصطكاك و سايش را افزايش مي‌دهد و باعث آسيب‌ديدگي سر ساق سوپاپ ميشود.
آخرين نكته در آناليز خرابي سوپاپ‌ها اين است كه تعويض سوپاپ خراب با سوپاپي جديد بدون حل مشكلات گذشته، فايده‌اي نخواهد داشت. پيروي از تكنيك‌هاي پذيرفته شده و رعايت مسائل مربوط به سيت‌ها (رعايت فاصله‌ها، موقعيت مناسب سيت و پهناي آن)، چك كردن و تنظيم مناسب ارتفاع ساق سوپاپ و ارتفاع فنر سوپاپ تعويض شده، رعايت فاصله ساق، گايد و نيم خار سوپاپ و بر طرف كردن ديگر مشكلات موتور نظير گرماي بيش از حد، صداي انفجار هوا/ سوخت يا مشكلات مربوط به تايمينگ و غيره، مانع از تكرار خرابي سوپاپ‌ها و خسارات حاصل از آن ميشود.
