میل سوپاپ (میل بادامک)

میل بادامک میله‌ای است که بادامک‌ها به آن بسته می‌شوند یا جزئی از یک بخش یکپارچه‌ای را تشکیل می‌دهد. میل بادامک در موتورهای احتراق داخلی برای عملکرد دریچه های خروجی و ورودی استفاده می شوند. میل بادامک را از جنس فولاد و چدن ساخته میشودند و یک عامل تعیین کننده دور بر دقیقه باند قدرت موتور است.

اجزای یک موتور پیستونی

اجزای متداول یک موتور پیستونی DOHC چهارزمانه. (E) میل بادامک خروجی گاز، (I) میل بادامک ورودی گاز، (S) شمع، (V) سوپاپ‌ها، (P) پیستون، (R) میله متصل‌کننده، (C) میل‌لنگ، (W) ژاکت آب برای جریان مایع خنک کننده.

تاریخچه میل بادامک (میل سوپاپ)

میل بادامک (میل سوپاپ) در سال 1206 توسط مهندس اهل ترکیه بنام الجزاری مطرح گردید. او میل بادامک را به عنوان بخشی از ماشین‌های اتوماتیک جمع‌آوری آب، و ساعت‌های آبی نظیر ساعت قلعه‌ بکار گرفت. در بین اولین اتومبیل‌هایی که موتورهایی با یک میل بادامک را بکار گرفته‌اند، مودسلی قرار دارد که توسط الکساندر کریگ طراحی شد و در سال 1920 معرفی گردید، و نیز ماشین اتوماتیک مار که در سال 1903 توسط والتر لورنزو مار در میشیگان طراحی شد.

بیشتر بخوانید: میل لنگ

موارد استفاده میل بادامک

در موتورهای احتراق داخلی که دارای پیستون هستند، میل بادامک‌ها برای عمل سوپاپ‌ها استفاده می‌شوند.  میل بادامک‌ها شامل میله‌های استوانه‌ای هستند که در تمام طول سیلندر با تعدادی لب‌ کشیده شده‌اند، و حالت برجسته دارند، و هر دریچه شامل یکی از این لب‌ها است. لب‌های بادامک، به دریچه‌ها نیرو وارد کرده و از طریق فشار، آن‌ها را باز می‌کنند، و یا اینکه با استفاده از مکانیسم میانی، در حین چرخش درچه‌های سوپاپ را باز می‌کنند.

میل بادامک از چه ماده ای تشکیل می شود؟

میل بادامک‌ها می‌توانند از چند نوع ماده مختلف ساخته شوند. این مواد عبارتند از:

چدن الماسه: چدن الماسه معمولا در تولید انبوه  مورد استفاده قرار می‌گیرند، میل بادامک‌های چدن الماسه دارای مقاومت آبی خوبی هستند، زیرا فرآیند تبرید، آن‌ها را مقاوم می‌سازد. سایر عناصر قبل از ریخته‌گری به آهن اضافه می‌شوند تا این ماده را برای کاربردهایش متناسب‌تر سازد.

فولاد شمس: زمانی که میل بادامک با کیفیت و یا تولید کم آن مد نظر باشد، سازندگان موتور و میل بادامک، فولاد شمسه را انتخاب می‌کنند. این یک فرآیند بسیار زمان‌بری است و معمولا نسبت به سایر روش‌ها بسیار گران‌تر است. اما، محصول نهایی بسیار مرغوب‌تر است. ماشین تراش CNC، ماشین‌های فرز CNC، و آسیاب‌های CNC  در طی تولید میل بادامک مورد استفاده قرار می‌گیرند. انواع مختلف میله‌های فولادی می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند، یکی از مثال‌ها، میله فولادی EN40b است. زمانی که میل بادامک را از فولاد EN40b می‌سازیم، میل بادامک از طریق نیتریدسازی گازی، حرارت‌دهی نیز می‌شود، و این فرآیند، ریزساختار ماده را تغییر می‌دهد. این فرآیند، سختی سطح 55-60 HRC را فراهم می‌سازد. این نوع میل بادامک‌ها می‌توانند در موتورهای قدرتمند استفاده شوند.

میل بادامک‌ها معمولا از طریق چکش‌کاری فولاد، ریخته‌گری یا ماشین‌کاری به کمک CNC و نیز اخیرا با استفاده از تکنولوژی هیدروفرمینگ تولید می‌شوند. میل بادامک‌ها می‌توانند توپر یا توخالی باشند تا وزن آن‌ها کم شود، مثل میل بادامک استفاده شده در موتور BMW N52.

میل بادامک ماشین مسابقه‌ای از جنس شمش فولاد، با لب‌های پهن (بسیار بادوام)

زمان‌بندی چرخش میل بادامک

رابطه بین چرخش میل بادامک و چرخش میل لنگ دارای اهمیت زیادی است. چون دریچه‌ها جریان ترکیب سوخت و هوای ورودی و گازهای خروجی را کنترل می‌کنند، باید در زمان مناسب، و در طی سیکل حرکت پیستون باز و بسته شوند. به خاطر همین، میل بادامک به میل‌لنگ بصورت مستقیم، از طریق مکانیسم چرخ دنده‌ای یا از طریق تسمه یا زنجیری بنام تسمه تایم یا زنجیر تایم متصل می‌گردد. اتصال مستقیم توسط چرخ دنده بندرت دیده می‌شود، زیرا پرهزینه است و گشتاور معکوس مکرر ناشی از شیب بادامک‌ها، سبب لزرش چرخ‌دنده می‌گردد، و یک چرخ دنده تمام فلزی، نیازمند هزینه بیشتری برای دمپر بادامک است. رولز رویز V8 (1954) از چرخ‌دنده‌هایی در سیستم تایمینگ استفاده کرده است که برخلاف زنجیر، می‌تواند بی سر و صدا بوده و طول عمر موتور را افزایش دهد. زمانی که چرخ‌دنده‌ها در ماشین‌های ارزانتری استفاده می‌شوند، معمولا به جز در مورد موتورهای مسابقه‌ای که دارای رویه‌های نگهداری و تعمیرات پیشرفته‌تری هستند، بجای فلز از فیبر مقاوم استفاده می‌کنند. چرخ‌دنده‌های فیبری دارای طول عمر کمتری هستند و باید همانند تسمه تایم، بطور مرتب تعویض شوند. در برخی طراحی‌ها، میل بادامک پمپ‌های توزیع کننده و روغن و سوخت را هدایت می‌کند. برخی وسایل نقلیه ممکن است دارای پمپ هیدرولیک فرمان نیز باشند که توسط میل بادامک کار می‌کنند. در برخی سیستم‌های تزریق سوخت قدیمی، بادامک‌های روی میل بادامک، تزریق‌کننده‌های سوخت را به کار می‌اندازند. هوندا موتورسیکلت VF750 را بدلیل مشکلات زیادی که سیستم زنجیر VF750 Hi-Vo داشت، از سیستم زنجیر به سیستم چرخ‌دنده VFR750 بازطراحی کرد.

جایگزینی که در اوایل طراحی موتورهای OHC استفاده شد، هدایت میل بادامک از طریق محور عمودی، و از طریق چرخ‌دهنده‌های دندانه اریب در هر دو انتهای آن بود. برای مثال، این سیستم‌ها در خودرو‌های پژو و مرسدس گرند پریکس قبل از جنگ جهانی اول استفاده شد. گزینه دیگر استفاده از سوپاپ گریز از مرکز سه‌گانه همراه بامیله‌های متصل‌کننده بود؛ این سیستم در موتورهای طراحی شده به سبک دبلیو.او. بنتلی (W.O. Bentley) و در لیلند 8 (Leyland Eight) نیز استفاده شد.

در موتور دو زمانه که از یک میل بادامک استفاده می‌کند، هر دریچه در هر یک دور چرخش میل بادامک، تنها یک بار باز می‌شود؛ در چنین موتورهایی، میل بادامک با سرعت برابر با میل لنگ می‌چرخد. در موتورهای چهار زمانه، دریچه‌ها در هر نیم دور چرخش میل بادامک باز می‌شوند؛ بنابراین، چهار دور کامل میل لنگ در هر یک دور چرخش کامل میل بادامک صورت می‌پذیرد.

زمان‌بندی میل بادامک می‌تواند افزایش داده شود تا گشتاور بهتری با دور موتور کمتری حاصل گردد، یا اینکه کاهش داده شود تا توان بالاتری در دور موتور حاصل شود. تغییر زمان‌بندی بادامک توان کلی تولید شده توسط موتور را نسبت به مقیاس دور موتور، بالا یا پایین می‌برد. مقدار تغییر خیلی کم است (معمولا کمتر از 5 درجه)، و بر روی لقی سوپاپ و پیستون اثر دارد.

بادامک‌های دوتایی فوقانی که باز و بسته شدن سوپاپ‌های سیلندر را کنترل می‌کنند.

1. ورود گاز
2. فشرده‌سازی
3. قدرت
4. خروج گاز
5. تکرار

چرخ‌دنده‌های تایمینگ سوپاپ در موتور فورد تونوس چهار سیلندر (چرخ‌دنده کوچک در میل‌لنگ، چرخ‌دنده بزرگ‌تر در میل بادامک). نسبت چرخ‌دنده سبب می‌شود تا میل بادامک با سرعتی برابر با نصف سرعت میل‌لنگ کار کند.

مدت زمان چرخش میل لنگ چبیست؟

مدت زمان عبارت است از تعداد درجات چرخش میل لنگ، که در طی آن، دریچه از نشیمنگاه خود دور است. در کل، مدت زمان طولانی‌تر، سبب افزایش اسب بخار می‌شود. دور موتوری که در آن حداکثر اسب بخار حاصل می‌شود، عموما با افزایش مدت زمان چرخش میل لنگ افزایش می‌یابد، اما با کاهش اثربخشی دور موتور همراه است (گشتاور).

خصوصیات مدت زمان چرخش میل لنگ اغلب می‌تواند گمراه کننده باشد، زیرا ممکن است سازندگان برای تبلیغ مدت زمان چرخش میل بادامک، هر مقدار دلخواهی از حداکثر گشایش دریچه را انتخاب کنند، و گاهی این اعداد را دست‌کاری می‌کنند. ویژگی‌های توان و حالت بیکاری میل بادامکی که حداکثر باز شدن دریچه در 0.006 دقیقه تعیین شده است با میل بادامکی که دارای مقدار گشایش دریچه در 0.002 دقیقه است، تفاوت زیادی دارد.

بسیاری از سازندگان موتور، از طریق توجه به مدت زمان 0.02 و 0.05 و 0.2 ثانیه، چالاکی یک موتور مسابقه‌ای را تنظیم می‌کنند. عدد 0.02 ثانیه تعیین می‌کند که یک موتور تا چه حد واکنش‌پذیر بوده و موتور تا چه حد گشتاور کمینه تولید می‌کند. عدد 0.05 ثانیه برای تخمین اوج توان بکار می‌رود، و عدد 0.2 ثانیه نیز تخمینی از پتانسیل توان ارائه می‌کند.

اثر ثانویه مدت زمان افزایش یافته، می‌تواند اثر هم‌پوشانی زیادی داشته باشد، که برابر با عدد درجات میل لنگ در طی زمانی است که هر دو سوپاپ ورودی و خروجی از نشیمنگاه خود دور هستند. این همپوشانی بیشترین تاثیر را بر کیفیت بیکاری موتور (درجا کار کردن) دارد، و مقدار گاز ورودی سریعا از طریق دریچه خروجی گاز خارج می‌گردد، و این فرآیند درطی زمان همپوشانی رخ می‌دهد که اثربخشی موتور را کاهش داده و در دورموتورهای پایین، بیشترین مقدار را دارد. بطورکلی، افزایش مدت زمان چرخش میل بادامک، همپوشانی را افزایش می‌دهد، مگر اینکه مراکز لب گاز ورودی و خروجی بطور مجزا حرکت کنند تا این همپوشانی را جبران کنند.

لیفت میل بادامک چیست؟

"لیفت" میل بادامک، میزانی است که میل بادامک سوپاپ ها را باز می‌کند و از نشیمنگاه دور می‌سازد. هرچه سوپاپ‌ها بیشتر از محل نشیمنگاه خود دور شوند، جریان گاز بیشتری فراهم می‌گردد، و در کل دارای مزیت است. گشودگی بیشتر سوپاپ‌ها دارای برخی محدودیت‌ها است. اول اینکه، میزان گشودگی سوپاپ‌ها با افزایش مجاورت سر سوپاپ به قسمت انتهای پیستون محدود می‌گردد، دوم اینکه، برای حرکت فنر سوپاپ‌ها به حداکثر فشردگی، نیروی بیشتری نیاز خواهد بود. مقدار لیفت می‌تواند با لقی لب در فرآیند ریخته‌گری سر سیلندر نیز محدود گردد. مقدار زیاد لیفت دریچه می‌تواند تاثیر مشابه با افزایش مدت زمان گشودگی دریچه داشته باشد که در آن همپوشانی دریچه‌ها زیاد مطلوب نیست.

مقدار زیاد گشودگی دریچه سبب جریان گاز بیشتری می‌شود؛ اگرچه در شرایط برابر، حتی با ورود گاز بیشتر از طریق مجرای بزرگتر، کوتاهی مدت زمان کل گشودگی دریچه با بادامک لیفتینگ بزرگتر، منجر به جریان هوای کمتری نسبت به بادامکی با مقدار لیفتینگ پایین اما مدت زمان گشودگی دریچه بالاست. در موتورهای القای گاز فشرده، این مقدار گشودگی بالای دریچه، بخصوص در قسمت ورودی گاز می‌تواند نتایج بهتری را نسبت به موتورهایی با زمان کل گشودگی دریچه به همراه داشته باشد. نکته قابل توجه این است که مقدار گشودگی دریچه بیشتر، دارای مشکلات بالقوه بیشتری نسبت به افزایش مدت زمان گشودگی دریچه بخصوص در زمان افزایش دور موتور است، که می‌تواند سبب کاهش اثربخشی حرکت خودرو و یا افت گشتاور گردد.

بادامک‌هایی که دارای مقدار لیفت دریچه زیادی هستند و با دور موتور بالا کار می‌کنند، می‌توانند سبب پدیده‌ای شوند که «شناوری دریچه» نامیده می‌شود، که در آن تنش فنر دریچه برای حفظ دریچه در محل اوج گشودگی خود ناکافی است. این پدیده می‌تواند نتیجه بالارفتن زیاد لب باشد، که در طی آن دریچه انتهای بادامک را به جای طی کردن پروفایل بادامک، بطور اثربخشی می‌بندد. این همان چیزی است که در دور موتور بالا رخ می‌دهد و دور موتور از مقدار مجاز طراحی شده عبور می‌کند. سیستم کنترل سوپاپ‌ها عامل محدود کننده‌ای در تعیین حداکثر دور موتور مجازی است که یک موتور می‌تواند برای یک دوره طولانی و یا موقت طی کند. گاهی، دور موتور بیش از حد مجاز، زمانی که دریچه بدلیل برخورد با سر پیستون خم می‌شود، می‌تواند سبب آسیب موتور گردد.

موقعیت بادامک و میل بادامک

بادامک بر اساس موقعیت میل بادامک، دریچه را مستقیما یا از طریق ارتباط میله‌‌ها و اسبک‌ها به حرکت درمی‌آورد. حرکت مستقیم سوپاپ‌ها شامل یک مکانیسم ساده بوده و سبب آسیب‌های کمتری به موتور می‌شود، اما نیاز دارد تا میل بادامک در بالای سیلندر قرار بگیرد. در زمان‌های گذشته که موتورها همانند امروز قابل اطمینان نبودند، این مکانیسم دارای دردسرهای زیادی بود، اما در موتورهای بنزینی مدرن، سیستم بادامکی که در آن میل بادامک در بالای سیلندر قرار دارد، بسیار متداول است.

تعداد میل بادامک‌ها در موتور

در حالی که امروزه برخی موتورها بر یک میل بادامک برای هر سیلندر استوار هستند، که در واقع با میل بادامک فوقانی واحد (SOHC) شناخته می‌شوند، بسیاری از موتورهای مدرن با دو محور به ازای هر سیلندر تنظیم شده‌اند (یک میل بادامک برای دریچه‌های ورودی گاز و دیگری برای دریچه‌های خروجی گاز)؛ چنین آرایش میل بادامک، به آرایش بادامک دوتایی یا بادامک دوگانه فوقانی معروف است (DOHC)، بنابراین، یک موتور V که دارای دو سیلندر مجزا است، ممکن است دارای چهار میل بادامک باشد (که اصطلاحا به موتور چهار بادامکی معروف است).

موتور W مدرن (که به موتور VV نیز مشهور است تا از موتورهای W قبل از جنگ جهانی متمایز گردد) بسیار عجیب‌تر است، این موتور دارای چهار محفظه سیلندر است که به شکل W آرایش یافته‌اند و یک جفت آن‌ها با 15 درجه جدایی آرایش یافته‌اند. حتی زمانی که چهار محفظه سیلندر وجود داشته باشد (که معمولا نیازمند 8 میل بادامک هستند)، طراحی دقیق و با زاویه کم، امکان استفاده از چهار میل بادامک را فراهم می‌سازد. بوگاتی ویرون که دارای 16 سیلندر و موتوری با آرایش W است، چهار میل بادامک، 64 دریچه را کنترل می‌کنند.

طراحی میل بادامک فوقانی، عناصر سیستم کنترل سوپاپ‌ها را افزایش می‌دهد و نهایتا سبب پیچیدگی بیشتر و هزینه‌های ساخت بیشتر می‌گردد. اما، نسبت به طراحی‌های قدیمی‌تر، دارای مزایای بیشتری است: طراحی چند دریچه‌ای، محدودیت دور موتور بیشتر، آزادی در طراحی، جهت آرایش بهتر دریچه‌ها، شمع‌ها (موتورهای احتراق جرقه‌ای)، و مسیرهای ورودی و خروجی گاز.

نگهداری و تعمیرات از میل بادامک

در مورد اسبک‌ها یا کم فالوورها گاهی مکانیسمی اتخاذ می‌شود تا لقی دریچه را از طریق تنظیمات دستی، تنظیم گردد، اما بسیاری از موتورهای مدرن خودرو دارای فیلترهای هیدرولیک هستند، که نیاز به تنظیم لقی سوپاپ را در فواصل زمانی مرتب و همزمان با خوردگی سیستم سوپاپ، بویژه دریچه‌ها و نشیمنگاه‌های دریچه در محفظه احتراق، از بین می‌برند.

اصطکاک لغزشی بین سطح بادامک و اسبک که در بالای آن سوار می‌باشد، می‌تواند قابل توجه باشد. سطح بادامک و فالوور برای تولید سایش در این نقطه سخت‌کاری می‌شوند، و روغن موتورهای مدرن نیز حاوی موادی هستند تا اصطکاک سایشی را کاهش دهند. لب‌های میل بادامک معمولا کمی باریک ساخته می‌شوند و سطوح بالابرنده‌های سوپاپ نیز کمی گنبدی شکل ساخته می‌شوند، و این امر سبب می‌شود تا بالابرنده‌های سوپاپ چرخش پیدا کنند تا سایش را در قطعات پخش کنند. سطوح بادامک و فالوورها طوری طراحی شده‌اند تا «با هم سایش یابند»، و بنابراین، هر فالوور باید با لب بادامک اصلی خود همراه باشد و هرگز به سوی لب دیگری حرکت نکند. شما می‌توانید بالابرنده‌های جدیدی را بر روی بادامک‌های قدیمی بکار ببرید، اما نمی‌توانید بالابرنده‌های قدیمی را بر روی بادامک جدید استفاده کنید. در برخی موتورها، فالوورها دارای غلتک هستند و اصطکاک لغزشی و خوردگی را از بین می‌برند، اما جرم مجموعه سوپاپ را افزایش می‌دهند.

یاتاقان‌های میل بادامک شبیه به یاتاقان‌های اصلی میل‌لنگ هستند، که فشار آن‌ها از طریق روغن حاصل می‌شود. اما یاتاقان‌های میل‌بادامک فوقانی همیشه قابل تعویض نیستند، یعنی اینکه اگر یاتاقان‌ها بدلیل روغنکاری کم یا وجود مواد زائد در روغن دچار خوردگی شوند، یک سرسیلندر جدید مورد نیاز خواهد بود.

بادامک در سیستم‌های احتراق

در سیستم‌های احتراق زمان‌بندی شده مکانیکی، یک بادامک مجزا در قسمت توزیع‌کننده به موتور اضافه می‌گردد و یک مجموعه نقاط تماسی را که در زمان مناسب در سیکل احتراق ایجاد جرقه می‌کنند، به کار می‌اندازد.

مجموعه پارتستان ارائه دهنده انواع قطعات لوازم یدکی اصل و با کیفیت است به خصوص لوازم یدکی هیوندای و لوازم یدکی کیا چنانچه نیاز به تهیه لوازم یدکی برای خودرو خود را دارید و در این مورد اطلاعاتی ندارید میتوانید با کارشناسان ما تماس حاصل فرمایید.