سیستم روغن کاری خودرو چگونه کار می‌کند؟

پیشرانه‌ی خودروها قطعات متحرک بسیار زیادی دارد که با یکدیگر درتماس‌اند. همان‌طورکه احتمالا می‌دانید، هرگاه سطح دو جسم متحرک با یکدیگر درتماس باشد، براثر نیروی اصطکاک علاوه‌بر افزایش دمای دو جسم، سطوح آن‌ها دچار خوردگی و سایش می‌شود. به‌علاوه، نیروی اصطکاک ممکن است سبب اتلاف انرژی در پیشرانه‌ها شود. در این وضعیت، بهترین و مؤثرترین راه برای جلوگیری از ایجاد سایش و افزایش دما و اتلاف انرژی، استفاده از روان‌کارها است. روغن به‌عنوان یکی از انواع روان‌کارهای مایع در پیشرانه‌ی خودروها وجود دارد. این روغن ازطریق سیستم روغن‌کاریِ تعبیه‌شده در پیشرانه به بخش‌های حیاتی پمپ می‌شود تا بتواند وظایف خود را به بهترین شکل انجام دهد.

مهم‌ترین وظایف و مزایای استفاده از روغن و سیستم روغن‌کاری در پیشرانه‌ی خودروها عبارت‌اند از:

• به‌حداقل‌رساندن اتلاف قدرت ناشی از اصطکاک میان قطعات متحرک
• کاهش ساییدگی و خوردگی سطوح و قطعات
• خنک‌کاری
• کاهش ارتعاشات پیشرانه
• تمیزکاری قطعات پیشرانه
• کمک به مهروموم رینگ پیستون به‌منظور جلوگیری از نشت گازهای درون سیلندر

سیستم روغن‌کاری از هفت قسمت عمده تشکیل شده است که درادامه، آن‌ها را معرفی می‌کنیم.

سینی روغن (کارتل)

محفظه‌ای است که روغن موتور در هنگام خاموش‌بودن پیشرانه درون آن جمع می‌شود. این محفظه معمولا در پایین‌ترین قسمت پیشرانه قرار دارد و به‌عنوان منبع ذخیره‌ی روغن ایفای نقش می‌کند. با‌توجه‌به محل قرارگیری کارتل و احتمال برخوردش با ناهمواری‌ها و موانع موجود در جاده‌ها، مهندسان برای جلوگیری از سوراخ‌شدن آن پوششی محافظ در زیر این قطعه نصب می‌کنند. حجم روغن در پیشرانه‌های مختلف متفاوت است؛ اما به‌طور معمول پیشرانه‌های امروزی چهار تا هشت لیتر روغن نیاز دارند. به‌طور کلی، دو نوع محفظه‌ی کارتل وجود دارد که بنابر طراحی پیشرانه و نوع عملکردش از یکی از آن‌ها استفاده می‌شود.

محفظه‌ی کارتل تَر

اکثر خودروهای موجود در بازار به محفظه‌ی کارتل تَر مجهزند. محفظه‌ی کارتل تَر در پایین‌ترین قسمت پیشرانه تعبیه می‌شود تا بتواند به ساده‌ترین راه ممکن روغنی را جمع‌آوری کند که از پیشرانه بازمی‌گردد. مزیت این سیستم هزینه‌ی ساخت اندک و سهولت ساخت و تعمیر است. سیستم کارتل تَر خود به سه دسته‌ی کوچک‌تر تقسیم می‌شود که عبارت‌اند از:

۱. سیستم روغن‌کاری پاششی

در این سیستم، قاشقک‌های تعبیه‌شده در انتهای درپوش یاتاقان‌های میل‌لنگ به زیر پیستون پاشیده می‌شود. عملکرد این سیستم بدین‌شکل است که با هر چرخش میل‌لنگ، قاشقک‌ها درون حوضچه‌ی روغن فرومی‌روند و روغن را به زیر پیستون پرتاب می‌کنند. این سیستم برای پیشرانه‌های کوچک مناسب است؛ اما ایرادهای اساسی آن مانع از آن می‌شود که به‌عنوان سیستم پرطرفدار شناخته شود. نبود دقت در روغن‌کاری و وابستگی زیاد به میزان روغن موجود در حوضچه و احتمال روغن‌کاری بیش‌ازحد یا کمتر از حد مجاز از معضلات این سیستم محسوب می‌شود. به‌علاوه، نوع روغن استفاده‌شده در این سیستم بسیار مهم است؛ چراکه ویسکوزیته‌ی آن نه آن‌قدر کم باید باشد که امکان تشکیل فیلم روغن میان سطح پیستون و سیلندر وجود نداشته باشد و نه آن‌قدر زیاد باشد که سبب افزایش دما در پیستون شود. فیلترکردن مداوم روغن در این سیستم حیاتی است.

۲. سیستم روغن‌کاری پاششی و زیرفشار

این سیستم تلفیقی از روغن‌کاری پاششی و زیرفشار است. در این سیستم، روغن را پمپ به میل‌لنگ و میل سوپاپ ارسال می‌کند تا بتواند یاتاقان‌ها و شیارهای موجود را روغن‌کاری کند. افزون‌براین، بخشی از روغن را نازل‌ها یا قاشقک‌های تعبیه‌شده روی یاتاقان‌ها، میله‌ها، گژن‌پین، رینگ پیستون و سیلندرها می‌پاشد.

۳. سیستم روغن‌کاری زیرفشار

در این سیستم، پمپ روغن وظیفه‌ی روغن‌کاری زیرفشار را برعهده دارد. در این سیستم، پمپ، روغن را از حوضچه می‌مکد و به‌سمت فیلتر می‌فرستد. روغن پس از عبور از فیلتر، از شیر تنظیم فشار عبور داده می‌شود تا فشار به‌میزان استاندارد برسد. پس از این مرحله، روغن به تمامی قسمت‌ها نظیر یاتاقان‌ها، شیارهای تعبیه‌شده در پیشرانه، میل‌لنگ و میل‌سوپاپ ارسال می‌شود. در این چرخه، حس‌گر فشار روغن تعبیه شده که وظیفه‌اش کنترل لحظه‌ای میزان فشار روغن است. درصورت افت فشار روغن، چراغ هشداری روی صفحه‌ی کیلومترشمار روشن خواهد شد.

محفظه‌ی کارتل خشک

همان‌طورکه از نام این سیستم پیدا است، در محفظه‌ی کارتل این سیستم روغن وجود ندارد. درحقیقت، محفظه‌ی کارتل در این سیستم بسیار کوچک است و در زیر پیشرانه، فضای آزاد زیادی وجود دارد. این امر به مهندسان امکان می‌دهد ارتفاع خودرو را کاهش دهند و تاحدامکان مرکز ثقل خودرو را به زمین نزدیک کنند و درنتیجه، چسبندگی و فرمان‌پذیری خودرو افزایش می‌یابد. در این سیستم، پمپ وظیفه‌ی تخلیه‌ی کارتل و انتقال روغن آن به منبع خارجی را برعهده دارد. تخلیه‌ی کامل روغن کارتل همچنین باعث می‌شود هوای گیرافتاده در محفظه‌ی میل‌لنگ تخلیه شود. به‌علاوه، استفاده از این سیستم سبب می‌شود که روغن از منبع خارجی به‌وسیله‌ی پمپی دیگر به پیشرانه و خنک‌ساز روغن منتقل شود. فشار روغن در این سیستم بین سه تا هشت بار متغیر است. از سیستم محفظه‌ی خشک کارتل بیشتر در اَبَرخودروها و خودروهای سنگین استفاده می‌شود.

پمپ روغن

پمپ روغن وسیله‌ای است که کمک می‌کند روغن در پیشرانه و تمامی اجزای متحرکِ نیاز به روغن‌کاری، جریان یابد. معمولا پمپ روغن زیر محفظه‌ی میل‌لنگ و نزدیک محفظه‌ی کارتل قرار دارد. پمپ با مکش روغن از محفظه‌ی کارتل، روغن را به‌سمت فیلتر هدایت می‌کند و از آنجا به قسمت‌های مختلف پیشرانه ارسال می‌شود. در بیشتر خودروها، پمپ روغن به میل‌لنگ متصل است و نیروی لازمش را ازطریق چرخش میل‌لنگ تأمین می‌کند.

فیلتر روغن

با گذشت زمان و وجود اصطکاک اجتناب‌ناپذیر میان اجزای پیشرانه، به‌مرور ذرات آلودگی و قطعات ریز فلز و دوده وارد روغن می‌شود. این آلودگی‌ها می‌توانند سبب گیرکردن یاتاقان‌ها و آسیب به قطعات متحرک و از همه مهم‌تر ازکارافتادن پمپ روغن شوند. به‌همین‌دلیل و با‌توجه‌به حساسیت نقش روغن و پمپ، در خط مَکِش پمپ صافی قرار دارد تا بتواند روغن عاری از آلودگی را از محفظه‌ی کارتل مکش کند. افزون‌براین، روغن پس از عبور از پمپ، به فیلتر حساس ارسال می‌شود تا تمام ناخالصی‌ها از آن جدا و روغن عاری از آلودگی به پیشرانه ارسال شود.

شیر تنظیم فشار

پس از عبور روغن از فیلتر، شیر تنظیم فشار وظیفه‌ی کنترل فشار روغن و جلوگیری از افزایش فشار آن را برعهده دارد. افزایش کنترل‌نشده‌ی فشار روغن می‌تواند پاره‌شدن اتصالات هیدرولیکی و حتی آسیب به بخش‌های حساس پیشرانه را سبب شود.

خنک‌کننده‌ی روغن

نحوه‌ی عملکرد خنک‌کننده‌ی روغن درست شبیه رادیاتور خودرو است. وظیفه‌ی خنک‌کننده کاهش دمای روغن بازگشتی از پیشرانه است. این وسیله با انتقال گرمای روغن به سیال واسط (آب یا هوا) سبب کاهش دمای روغن و کنترل ویسکوزیته و درنتیجه، افزایش کارایی آن می‌شود. از این وسیله اغلب در خودروهای مسابقه‌ای و اَبَرخودروها و خودروهای سنگین استفاده می‌شود.

سوراخ‌ها و مسیرهای عبور روغن

همان‌طورکه پیش‌تر اشاره شد، هدف از به‌کارگیری سیستم روغن‌کاری کاهش اصطکاک و دما در پیشرانه است. به‌همین‌منظور و برای رساندن هرچه‌سریع‌تر و بهتر روغن به دورترین نقاط پیشرانه، سازندگان شیارها و سوراخ‌ها و مسیرهای مرتبط باهم را درون سیلندرها و سایر قطعات پیشرانه ایجاد می‌کنند تا روغن بتواند با عبور از آن‌ها وظایفش را به‌خوبی انجام دهد. این مسیرها ازطریق مته‌کاری و ریخته‌گری ایجاد می‌شوند.

نشانگر وضعیت روغن

باتوجه‌به حساسیت نقش روغن و روغن‌کاری، حسگر میزان فشار روغن وظیفه‌ی پایش لحظه‌ای فشار روغن را برعهده دارد. به‌محض کاهش فشار روغن از میزان استاندارد، این نشانگر وضعیت را به راننده اطلاع می‌دهد تا بلافاصله با متوقف‌کردن خودرو از بُروز صدمات جدی و پرهزینه جلوگیری شود.

حال که با وظایف و اجزا و روند روغن‌کاری در خودروها آشنا شدیم، قصد داریم با مایه‌ی حیات این سیستم، یعنی روغن، بیشتر آشنا شویم. ویژگی‌ها و انواع آن را بررسی و سعی می‌کنیم به تمامی پرسش‌های پاسخ دهیم که احتمالا در ذهنتان وجود دارد.

انواع روغن

روغن موتور در دو نوع نفت‌پایه و مصنوعی تولید می‌شود. روغن‌ها معمولا ترکیبی از فرمول‌های شیمیایی مختلف، نظیر هیدروکربن‌ها و پلی‌اینترنال الفین‌ها و پلی‌آلفا الفین‌ها هستند. یکی از مشخصه‌های مهم‌ فیزیکی روغن‌ها ویسکوزیته یا گران‌روی آن‌ها است. روغن موتور باید به‌اندازه‌ای ضخیم باشد که بتواند به‌خوبی سطوح را بپوشاند و به‌اندازه‌ای باید سیال باشد که بتواند به‌سادگی از شیارها و لوله‌های باریک عبور کند. ویسکوزیته‌ی روغن‌ها تابعی از دما است. در اکثر روغن‌ها با افزایش دما ویسکوزیته کاهش و با کاهش دما ویسکوزیته افزایش می‌یابد. به‌همین‌دلیل، روغنی که در پیشرانه‌ها استفاده می‌شود، در بازه‌ی وسیعی از دماها عملکرد مناسبی باید داشته باشد تا در گرمای تابستان و سرمای زمستان خودرو دچار مشکل نشود.

اکثر خودروهای موجود در بازار از روغن‌های نفت‌پایه استفاده می‌کنند؛ اما روغن مناسب خودروهای به‌روزتر، به‌ویژه خودروهای اسپرت، روغن‌های مصنوعی (سینتتیک) است. اگر بدون اطلاع از پیشنهاد شرکت سازنده‌ی خودرو نوع روغن را تعویض نوع روغن کنید، به‌احتمال بسیار زیاد پیشرانه‌ی خودرو خود را دچار مشکل خواهید کرد. حقیقت این است روغن‌های مصنوعی فقط مناسب پیشرانه‌هایی هستند که به‌طور خاص برای کارکرد با این نوع روغن طراحی شده‌اند. از شایع‌ترین مشکلاتی که ممکن است با این عمل برای پیشرانه به‌وجود بیاید، روغن‌سوزی و مشاهده‌ی خروج دود آبی از اگزوز است.

گرید روغن

اگر تابه‌حال به ظرف روغن موتور نگاه کرده باشید، حتما متوجه اعداد و ارقام چاپ‌شده روی آن شده‌اید. این اعداد بیانگر گرید روغن هستند و ازطریق آن می‌توانید روغن مناسب پیشرانه‌ی خود را انتخاب کنید. گرید روغن‌ها را جامعه‌ی مهندسان خودرو (Society of automotive Engineers) تعیین می‌کند که حروف SAE درج‌شده در گرید روغن‌ها برگرفته از همین نکته است.

جامعه‌ی مهندسان خودرو (SAE) گرید هر روغن را با دو عدد بیان می‌کند. عدد اول بیانگر میزان ویسکوزیته در دمای پایین و عدد دوم بیانگر ویسکوزیته در دمای بالا (معمولا متوسط دمای کارکرد پیشرانه) است. برای مثال، روی ظرف روغن عبارت SAE 10W-40 حک شده است. ۱۰W بیان می‌کند ویسکوزیته‌ی این روغن در دمای پایین برابر دَه و در دمای بالا برابر چهل است.

تقسیم‌بندی گرید روغن‌ها از صفر آغاز می‌شود و با فواصل پنج تا دَه‌تایی افزایش می‌یابد. برای مثال، احتمالا روغن‌هایی با گریدهای ۰، ۵، ۱۰، ۱۵، ۲۰، ۲۵، ۳۰، ۴۰، ۵۰، یا ۶۰ دیده‌اید. پس از اعداد ۰، ۵، ۱۰، ۱۵ یا ۲۵، حرف W نوشته شده که بیانگر زمستان است. هرچه عدد قبل از حرف W کوچک‌تر باشد، آن روغن در دماهای پایین بهتر جریان می‌یابد یا به‌بیانِ‌دیگر، ویسکوزیته‌ی کمتری دارد.

استفاده از روغن‌های چهارفصل در خودروهای امروزی امری عادی است. در ترکیب این روغن‌ها، افزودنی‌هایی وجود دارد که به آن‌ها اجازه می‌دهد در بازه‌های گسترده‌تری از دما عملکرد مناسبی داشته باشند. استفاده از این روغن‌ها مالک خودرو را از تعویض روغن با تغییر فصل بی‌نیاز می‌کند.

روغن‌های حاوی افزودنی

بعضی از تولیدکنندگان روغن موتور، روغن‌هایی به سبد تولیدات خود افزوده‌اند که حاوی ترکیبات شیمیایی مختلف به‌منظور تمیزکردن قطعات داخلی پیشرانه و جلوگیری از خوردگی و خنثی‌سازی ترکیبات اسیدی است.

برای مثال، تا سال ۱۹۷۰ استفاده از ترکیب مولیبدیوم دی‌سولفید در روغن موتور برای کاهش اصطکاک و خوردگی مرسوم بود. به‌علاوه، در گذشته به‌سبب وجود سرب در سوخت‌ها استفاده از روغن‌های حاوی ترکیبات روی امری عادی محسوب می‌شد. باوجوداین، همچنان نقش بهبوددهنده‌ی بسیاری از افزودنی‌ها ازلحاظ علمی اثبات نشده و شاید فقط استراتژی بازاریابی تولیدکنندگان برای فروش بیشتر محصولات باشد.

چگونه از سلامت سیستم روغن‌کاری مطمئن شویم؟

برای آنکه سلامت پیشرانه‌ی خودرو تضمین شود، باید به‌طور مرتب سیستم روغن‌کاری کنترل و درصورت لزوم روغن و فیلتر روغن تعویض شود. به‌محض مشاهده‌ی لکه‌های روغن در زیر خودرو، باید به مکانیک مراجعه کنید تا محل نشت را مشخص و ایراد را رفع کند. درصورت بی‌توجهی به این موضوع، احتمال خالی‌شدن روغن موتور و درنتیجه، بُروز صدمات شدید به پیشرانه وجود دارد. در این وضعیت، هزینه‌ی تعمیر یا تعویض قطعات بسیار بیشتر از هزینه‌ی تعمیر سیستم روغن‌کاری خواهد بود. زمان تعویض روغن خودرو با‌توجه‌به نوع خودرو‌ و نوع روغن و میزان استفاده از خودرو متفاوت است؛ اما به‌طور معمول هر پنج‌هزار تا دَه‌‌هزار کیلومتر باید روغن و فیلتر آن تعویض شود.