سایکلون چیست؟ بررسی کار، عملکرد و وظیفه آن در موتور خودرو

سایکلون خودرو یکی از قطعات حیاتی در سیستم تهویه مثبت محفظه لنگ (PCV) است که وظیفه تفکیک بخارات روغن از سوخت و هوای نشت‌کرده را بر عهده دارد. این دستگاه با بازگرداندن روغن به کارتر و هدایت گازهای نسوخته به مانیفولد، نه‌تنها از آلودگی محیط زیست جلوگیری می‌کند، بلکه مانع از هدررفت روغن موتور و بروز مشکلات روغن‌سوزی می‌شود. در ادامه این مقاله، با مکانیزم دقیق و اهمیت این قطعه در سلامت موتور آشنا می‌شویم؛ موضوعی که شناخت آن برای هر علاقه‌مند به حوزه تعمیر موتور داخلی  ضروری است.

شکل 1- شکل ظاهری سایکلون

سایکلون چیست و چه وظیفه‌ای در خودرو دارد؟

برای اینکه میل‌لنگ و پیستون‌ها بدون مقاومت حرکت کنند، فشار محفظه لنگ باید همیشه در وضعیت خلاء (حدود 75 میلی‌بار) باشد. اما دو عامل اصلی باعث افزایش این فشار می‌شوند. اگر سایکلون وظیفه خود را به درستی انجام ندهد، این فشار بالا رفته و منجر به نشتی روغن از کاسه‌ نمدها و واشرها می‌شود. در واقع سایکلون با کنترل این فشار، از روغن‌ریزی‌های پرهزینه موتور جلوگیری می‌کند.

فشار محفظه لنگ باید حدود 75 میلی بار خلاء باشد تا بهترین شرایط تهویه محفظه لنگ به منظور گردش راحت میل‌لنگ و حرکت بدون مقاومت پیستون‌ها را مهیا نماید ولی دو عامل به شرح ذیل باعث می‌شود که به تدریج، فشار محفظه لنگ افزایش یابد که این افزایش فشار علاوه بر افزایش نیروی مقاوم در مقابل حرکت میل‌لنگ و پیستون‌ها، باعث نشتی روغن از اطراف کاسه‌نمدها و واشرهای لاستیکی نیز می‌گردد.

کنترل گازهای کارتر (Blow-By) و جلوگیری از آلودگی

مطابق شکل 2، در زمان‌های تراکم و احتراق، مقداری از سوخت و هوای متراکم یا محترق شده از لابلای فضای باز بین رینگ‌ها، سیلندر و پیستون عبور کرده و وارد محفظه لنگ می‌شود که اصطلاحا Blow By نامیده می‌شود.

شکل 2- نشتی سوخت و هوای متراکم یا محترق شده در زمان‌های تراکم و احتراق که Blow By نامیده می‌شود

هرچقدر میزان Blow By بیشتر باشد، راندمان موتور کاهش می یابد و به عبارتی گشتاور و توان خروجی موتور کاهش یافته ضمن اینکه میزان نشتی روغن موتور نیز افزایش می‌یابد.

کاهش تبخیر روغن و جلوگیری از روغن‌سوزی

مطابق شکل 3 که محور افقی دور موتور و محور عمودی میزان مصرف روغن در موتور را نشان می دهد، هنگام کارکرد موتور مقداری از روغن موتور به دلایل زیر مصرف می‌شود:

•  Blow By
•  انتقال روغن به محفظه احتراق و نهایتا سوختن روغن و تبدیل روغن به رسوباتی که به قطعات موتور می‌چسبد
• تبخیر بخشی از مواد فرار موجود در روغن

مجموع سه عامل فوق باعث می‌شود که بخشی از روغن موتور به تدریج مصرف شود و به عبارتی، موتور روغن کم کند.

شکل 3- مصرف روغن در موتور خودرو

بنابراین هنگامی که درب سرریز روغن موتور باز می‌شود، مطابق شکل 4، دودی از بخش درب سرریز خارج می شود که مجموع اثرات تبخیر روغن و Blow By می‌باشد و هرچقدر این دود یا بخار بیشتر باشد نشانه آن است که شرایط مکانیکی موتور در وضعیت بدتری قرار دارد و باید نسبت به تعمیرات اساسی موتور اقدام کرد.

شکل 4- دود ناشی از Blow By و تبخیر روغن موتور که از درب سرریز روغن موتور خارج می شود

شکل 5 نیز آن بخش از روغن موتور که وارد محفظه احتراق می‌شود و پس از سوختن تبدیل به توده‌های جامد شده و به صورت ترکیبی از کربن و چسب به قطعات موتور می‌چسبد را نشان می‌دهد.

شکل 5- تبدیل بخشی از روغن به رسوبات جامد به دلیل نفوذ روغن به محفظه احتراق

بدین منظور در خودروهای مختلف، از روش‌های متفاوتی برای پیشگیری از مصرف بیش از حد روغن موتور و همچنین نفوذ هیدروکربن‌های نسوخته یا HC به هوای محیط استفاده می شود که در این بین سایکلون گزینه‌ای به‌روز و مطلوب برای این موضوع می‌باشد.

کار سایکلون چیست؟ مکانیزم جداکننده روغن

یکی از مشکلاتی که در موضوع تهویه محفظه لنگ موتور یا (PCV)Positive Crankcase Ventilation مطرح می‌باشد، جداسازی روغن از بخارات روغن و سوخت هوای نفوذ کرده به محفظه لنگ می‌باشد. به عبارتی دیگر هدف این است که حتی‌الامکان بخارات خشک محفظه لنگ (بخارات روغن و سوخت و هوا) مجددا به موتور ارسال گردد و در فرآیند احتراق مورد استفاده قرار گیرد تا از مصرف روغن موتور پیشگیری گردد تا آلایندگی موتور کاهش یابد و از کم شدن روغن موتور نیز جلوگیری به عمل آید.
در شکل 6 سه روش پیشنهادی برای تبدیل بخارات مرطوب محفظه لنگ به بخارات خشک پیشنهاد شده است.

شکل 6- روش‌های تبدیل بخار مرطوب محفظه لنگ به بخار خشک

توری سیمی؛ فیلتراسیون اولیه بخارات روغن

این روش بسیار پرکاربرد می‌باشد به نحوی که مطابق شکل 7 در موتور ملی یا موتور EF7 نیز قبل از محفظه سایکلون از این توری سیمی استفاده شده است تا یکبار عملیات جداسازی قطرات روغن از بخار محفظه لنگ انجام شود. در این روش بخارات محفظه لنگ پس از برخورد به الیاف‌های سیم، بخارات از لابلای سیم‌های فلزی عبور می‌کند در حالیکه قطرات روغن به سیم‌های فلزی برخورد می‌کنند و پس از تقطیر به کارتل باز می‌گردند.

شکل 7- استفاده از توری سیمی قبل از محفظه سایکلون موتور ملی

مسیر زیگزاگ (لابیرنت) جهت میعان روغن

مطابق شکل 8، در بخش زیرین درپوش سوپاپ‌های موتور ملی از دیوارها، مجاری، توری فلزی و غیره استفاده شده است تا بخارات روغن در برخورد از هر مانع و هر تغییر مسیر، مقداری از قطرات روغن جداسازی و ته‌نشین گردد و نهایتا بخارات روغن خشک‌تری به محفظه سایکلون برسد.

شکل 8- بخش زیرین درپوش سوپاپ‌های موتور ملی که حالت زیگزاگی ایجاد می‌کند

در این روش بخارات محفظه لنگ از مسیرهای زیگزاگی عبور می‌کنند و قطرات روغن به مرور به دلیل سنگین بودن در طبقات تحتانی ته‌نشین می‌شوند و به کارتل باز می‌گردند در حالیکه بخارات محفظه لنگ به دلیل سبکی از لابلای مسیر زیگزاگ طی مسیر کرده و به مراحل خشک‌سازی بعدی رسیده و نهایتا وارد مانیفولد هوای موتور می‌شوند تا در فرآیند احتراق موتور مورد استفاده قرار گیرند.

 محفظه گردبادی؛ جداسازی با نیروی گریز از مرکز

مطابق شکل 6، سایکون از یک بخش مخروطی تشکیل شده است که بخارات محفظه لنگ به صورت مماسی وارد آن می‌شوند و در اثر اعمال نیروی جانب مرکز، ذرات و قطرات روغن که سنگین‌تر می‌باشند به اطراف پرتاب شده و پس از برخورد به دیواره سایکلون به تدریج از بخش پایین سایکلون وارد کارتل می شوند در حالیکه بخار خشک و گازها که سبک هستند از بخش وسط سایکلون به طبقه فوقانی آن وارد می شوند.
شکل 9، محل نصب سایکلون بر روی درپوش سوپاپ‌های موتور ملی را نشان می‌دهد.

شکل 9- محل نصب سایکلون بر روی درپوش سوپاپ‌های موتور ملی

شکل 10 نمای باز شده سایکلون موتور ملی را نشان می‌دهد.

شکل 10- نمای باز شده سایکلون موتور ملی

همانگونه که در شکل 10 قابل مشاهده می‌باشد، بخارات روغن محفظه سایکلون در طبقه زیرین درپوش سوپاپ‎ها به صورت مماسی وارد طبقه زیرین سایکلون می‌شود و در اثر حرکت گردبادی بخارات روغن، ذرات روغن که سنگین‌تر هستند به اطراف پرتاب شده و پس از برخورد به دیواره طبقه تحتانی سایکلون وارد کارتل می‌شوند و بخارات و گازها که سبک‌تر هستند از وسط وارد طبقه فوقانی سایکلون می‌شوند. در این بخش نیز بخارات روغن مجددا به دیافراگم برخورد می‌کنند و مابقی ذرات روغن باقیمانده در بخارات مجددا به تقطیر می شوند و بخارات خشک از لوله وسط طبقه فوقانی سایکلون عبور کرده و به سمت مانیفولد هوا هدایت می‌شوند تا در فرآیند احتراق موتور خودرو مورد استفاده قرار گیرند.
چنانچه خلا موتور زیاد باشد، این خلا نیرویی به سمت پایین به دیافراگم و در جهت مخالف نیرو فنر تولید می کند و با توجه به فاصله بین دیافراگم و لوله وسط بخش فوقانی سایکلون، این مجرا در حدی تنظیم می‌شود که میزان خلاء محفظه لنگ در حدود 75 میلی‌بار حفظ شود. در مقاله عواقب خرابی سایکلون می توانید علائم خرابی سایکلون را مطالعه بفرمایید.

سوالات متداول درباره سایکلون

تفاوت سایکلون موتور توربو با موتور معمولی چیست؟

سایکلون موتورهای توربو با موتورهای معمولی (تنفس طبیعی) متفاوت است و قابل جایگزینی با هم نیستند. استفاده از سایکلون نامناسب می‌تواند باعث روغن‌سوزی، کاهش فشار روغن یا روغن‌ریزی شود. در صورت تعویض، حتما باید سایکلون متناسب با نوع موتور (توربو یا معمولی) انتخاب شود.

سایکلون سالم باید چه عملکردی داشته باشد؟

در سایکلون سالم، هنگام باز کردن درب سرریز روغن در حالت موتور روشن، باید مکش هوای کمی به داخل موتور احساس شود. این مکش نشان‌دهنده عملکرد صحیح خلاء محفظه لنگ (حدود ۷۵ میلی‌بار) است.

آیا گرفتگی یا انسداد مسیر سایکلون به موتور آسیب می‌زند؟

بله، اگر شیلنگ ورودی سایکلون به مانیفولد مسدود شود، فشار داخل موتور افزایش می‌یابد که هم مصرف سوخت را بالا می‌برد و هم می‌تواند باعث روغن‌ریزی از کاسه‌نمدهای جلو و عقب میل‌لنگ شود.

صدای سوت یا زوزه از سایکلون به چه دلیل است؟

این صدا معمولاً به دلیل عبور هوا از لابه‌لای دیافراگم و مجرای هوا ایجاد می‌شود، به‌خصوص زمانی که فنر داخل سایکلون ضعیف شده باشد. اگر سایکلون و فنر آن سالم باشند، نباید صدایی تولید شود.

کار سایکلون در موتور EF7 چیست؟

در موتور EF7 (موتور ملی)، سایکلون بخارات روغن خروجی از محفظه لنگ را از طریق توری سیمی و مسیر زیگزاگ، خشک‌تر کرده و سپس با ایجاد حرکت گردبادی، قطرات روغن باقیمانده را جدا و به کارتر برمی‌گرداند؛ بخار خشک نیز به مانیفولد هوا هدایت می‌شود.

حذف یا مسدودکردن مسیر زیگزاگ سایکلون چه تاثیری دارد؟

حذف یا مسدودکردن مسیر زیگزاگ (لابیرنت) داخل سایکلون باعث کاهش کیفیت جداسازی روغن از بخارات شده و احتمال روغن‌سوزی موتور را افزایش می‌دهد.