في عالم السيارات والهندسة الميكانيكية، يعتبر البستم piston أحد العناصر الأساسية في محرك السيارة التي تحقق الحركة والقوة الدافعة للسيارة. إنه الجزء الذي يتحرك داخل اسطوانة المحرك ويقوم بضغط الوقود والهواء لتوليد قوة الدفع اللازمة لتحريك السيارة، في هذا المقال، سنتعرف على وظيفة البستم وأهميته في تحقيق أداء المحرك الأمثل، سنتعمق في تفاصيل هذا الجزء المهم ونكشف عن أنواعه المختلفة، سنتعلم أيضًا عن الإجهادات التي تواجهها مكابس المحرك وكيفية الحفاظ على أدائها المثل.
 |
| البستم piston: كيف يحول القوة إلى حركة؟ |
البستم في السيارة
البستم الذي يعرف أيضًا باسم (المكبس) عبارة عن جهاز معدني في السيارة يتحرك لأعلى ولأسفل أثناء تشغيل محرك السيارة أي أنه يتحرك حركة ترددية داخل غرفة أو مساحة مغلقة.
بشكل عام، يُعرف مكبس السيارة كجزء أساسي في محركات الاحتراق الداخلي. يقوم مكبس السيارة بتحويل الطاقة الحرارية المولدة من احتراق الوقود داخل اسطوانة المحرك إلى حركة ميكانيكية. يتحرك المكبس داخل الاسطوانة بفعل ضغط الغازات الناتجة عن احتراق الوقود والهواء المختلطين.
وظيفة مكبس السيارة هي ضغط الوقود والهواء المختلطين داخل الاسطوانة، وبالتالي توليد قوة الدفع اللازمة لتحريك السيارة. يتحرك المكبس بالتناوب بفعل حركة العمود المرفقي المتصل به عبر ذراع التوصيل، وهذا يؤدي إلى ضغط الوقود والهواء ودفعهما إلى الأجزاء الأخرى من المحرك لتحقيق الحركة وتوليد القوة.
باختصار، يمكن القول إن مكبس السيارة هو الجزء الذي يحول الطاقة الحرارية إلى حركة ميكانيكية، ويعتبر أحد العناصر الأساسية في تحقيق أداء المحرك وحركة السيارة.
أجزاء البستم الرئيسية
 |
| أجزاء البستم |
- تاج المكبس
- شنابر البستم
- بنز المكبس (البستم)
1- تاج البستم
أول جزء من أجزاء البستم piston، هو تاج البستم، حيث يتكون رأس أو تاج البستم في محرك الإحتراق الداخلي رباعي الأشواط إما مستوياً أو محدياً بدرجة خفيفة.
وتؤثر طريقة الكسح بدرجة كبيرة على شكل رأس المكبس في المحركات ثنائية الشوط.
 |
| البستم داخل الأسطوانة بالمحرك |
ويعتمد سمك تاج البستم على مقدار ضغط الاحتراق، أما ارتفاع منطقة الشنابر فيتوقف على عدد وأبعاد الشنابر.
2- شنابر البستم (حلقات المكبس)
ثاني جزء من أجزاء البستم piston (المكبس)، هو حلقات المكبس ( الشنابر ) Piston Rings، حيث تقوم الشنابر
بالوظائف الآتية:
- بمنع تسرب غازات الاحتراق إلى علبة المرفق.
- تعمل الشنابر علي منع وصول زيت التزبيت إلي غرفة الاحتراق بالأسطوانة في المحرك.
- تقليل أسطح احتكاك المكبس مع الاسطوانة وتسريب حرارة المكبس خلالها.
أنواع شنابر البستم piston
حيث تنقسم أنواع هذه الشنابر إلى نوعين هما :
- شنابر احكام الضغط Compression Rings
- شنابر التزبيت Oil Rings
شنابر إحكام الانضغاط، وشناير كسح الزيت كما تشترك شنابر الانضغاط في عملية تنظيم استهلاك الزيت، وتستعمل عادة شنبرين أو ثلاث شنابر انضغاط و شنير واحد زيت ويجب أن يكون التلامس بين حلقات البسم مع جدار الإسطوانة جيداً لضمان منع التسرب الزيت.
ولهذا يجب أن تحتفظ بالمرونة مع الاحتفاظ بخواص انزلاق جيدة وقد أثبت حديد الزهر الرمادي الخاص جدارته كمعدن في هذا المجال ويتعرض شنير الضغط لأصعب ظروف تشغيل الناتج عن سوء التزليق وارتفاع درجة الحرارة.
ويمكن طلاء شنير الضغط بطبقة من الكروم لتقليل معدل البري وتبلغ فتحة اتصال شنابر البستم نحو (٠.٢ مم) مما يتيح لهذه الشنابر المرونة الكافية للانفراج، ويحد من تسرب الغازات خلالها في نفس الوقت وتركب الشنابر بحيث تكون الزاوية بين فتحة اتصال الشنيرين متتالين ۱۸۰ وبذلك تحقق إعاقة أكبر لتسرب الغازات.
حيث أن شنابر احكام الضغط Compression Rings يتميز هذا النوع من شنابر البستم والذي يركب في المجري العلوي الأول والثاني للمكبس بمعالجة حرارية عالية حيث يضاف إليه النيكل كروم الذي يتحمل درجات الحرارة العالية.
بينما تقوم شنابر التزييت Oil Rings بكس زيت التزييت الزائد من على جدران الاسطوانة حيث تمنع تسربه إلى داخل غرفة الاحتراق حيث يجمع خلال مجاري وثقوب الشنابر ويعود إلى حوض الزيت من خلال ثقوب في مجري شنابر التزييت بالبستم.
3- بنز البستم
بنز البستم يقوم بنقل القوة المؤثرة على البستم الناتجة عن احتراق الخليط (هواء جوي + وقود بنزين) إلى ذراع التوصيل وهو يتعرض إلى إجهاد حني وقص وشد.
 |
| بنز البستم |
ولذلك فيحتاج بنز البستم إلى قلب متين وسطح صلد، ويتحقق ذلك مع الفولاذ على أن يكون خالص بغير سبيكة وفي نفس الوقت تتطلب قوي التسارع خفة وزن بنز البستم.
كما أن التغير المستمر للإجهادات يتطلب خلوص صغير مع جودة عالية جدا لكل من سطح البنز وسطح صرة البستم ويتراوح الخلوص بين البنز والصرة من (0,003) إلى (0,007 مم)، ويقل عن ذلك الخلوص في محركات الديزل.
ويركب بنز البستم في صرة البستم بخلوص حر ويمنع من الحركة الطولية والخروج من موضعه بواسطة حلقتي إحكام نابضة مشقوقة تركب في تجويف في صرة البستم.
كيف يحول القوة إلى حركة؟
مكبس السيارة يحول القوة إلى حركة من خلال عملية تسمى "الدورة الرباعية" أو "دورة الاحتراق الداخلي" أو "الأشواط الأربعة". هذه الدورة تتكون من أربع مراحل رئيسية: السحب،
والضغط، والإشعال، والعادم.
أثناء مرحلة السحب، يتحرك المكبس لأسفل بعيدًا عن رأس الاسطوانة، مما يسمح للوقود والهواء بالدخول إلى الاسطوانة من خلال صمام السحب المفتوح في هذا التوقيت. ثم يتحرك المكبس لأعلي باتجاه رأس الاسطوانة في مرحلة الضغط، حيث يتم ضغط الوقود والهواء المختلطين بواسطة المكبس، والغرض من شوط الضغط هو تهيئة الوقود والهواء للإحتراق.
عندما يصل المكبس إلى أعلى نقطة في الاسطوانة، يتم تفجير الوقود والهواء المختلطين بواسطة شرارة كهربائية من شمعة الاحتراق. يحترق الوقود ويتم تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة حرارية ضخمة، مما يؤدي إلى زيادة ضغط الغازات داخل الاسطوانة.
إعرف أكثر عن: الصمامات
الإجهادات التي تواجهها بساتم المحرك
يتعرض البستم إلى مجموعة من الإجهادات العالية ناتجه عن ضغط الاحتراق وعن الحرارة العالية التي تبلغ عند مركز السطح نحو 400 درجة مئوية.
بالإضافة إلى الاحتكاك مع جدران الاسطوانة ولذلك يصنع البستم من سبائك الألومنيوم ولا يستخدم الحديد الزهر نظراً لزيادة وزنه مقارنة بالألومنيوم .
والسبائك المستخدمة هي سبائك الألومنيوم مع السيلكون أو سبائك الألومنيوم والنحاس كما يطلي السطح الخارجي بطبقة من الرصاص الذي يتميز بارتفاع درجة حرارة انصهاره وتبلغ نحو (327) درجة مئوية وفي محركات الديزل تستخدم طبقة من الجرافيت بسمك 0.03 ملليمتر.
الاجهادات المؤثرة على البستم
- الضغط العالي الناتج عن احتراق الخليط
- درجة الحرارة
- الاحتكاك
الشروط الواجب توافرها في معدن البستم
- مقاومة إجهادات كبيرة بما في ذلك درجات الحرارة العالية
- خواص انزلاق جيدة
- مقاومة عالية للتآكل
- ذو موصلية حرارية عالية
- خفة الوزن
- مقاومة عالية للصدأ
- قدرة تلاصق جيدة مع وسيط التزليق
- إمكانية إنتاج رخيصة المكابس عادة
مكان تركيب البستم
يركب البستم داخل الاسطوانة بالمحرك علي عمود وتكون ذراع التوصيل موصلا بينهم حيث تقوم ذراع التوصيل بنقل القوة المؤثرة علي البستم الناشئة عني احتراق الخليط إلي عمود المرفق، وبذلك تتحول حركة البستم الترددية إلي حركة دورانية لعمود المرفق.
وتعرض البستم إلي ضغط عالي جداً خلال شوط الاشعال حيث يقوم البستم بعمل أربع أشواط كما ذكرنا في الفقرات السابقة (شوط السحب - شوط الضغط- شوط الاشعال - شوط العادم).
شوط السحب Intake stroke
في شوط السحب يسحب البستم معه في أثناء تحركه إلى أسفل خليط الوقود والهواء الجوي عن طريق صمام السحب المفتوح، في حين يكون صمام العادم مغلقاً.
ويغلق صمام السحب بعد وصول البستم إلى النقطة الميتة السفلى بفترة زمنية صغيرة جداً.
وبذلك ينتهي الشوط الأول وفى هذه الحالة يكون عمود المرفق قد أتم نصف لفة .
شوط الانضغاط compression stroke
عندما يتحرك البستم إلى أعلى للوصول إلى النقطة الميتة العليا ينضغط خليط الوقود والهواء (تهيئة الخليط للاحتراق)، في حين يكون الصمامان مغلقين، وعندئذ يكون عمود المرفق قد أتم لفة (الغرض من شوط الضغط هو تهيئة الخليط للاحتراق).
شوط القدرة power stroke
قبل لحظات من وصول البستم إلى النقطة الميتة العليا يتم الإشعال بواسطة شمعة الإشعال (البوجيه)، فيحترق الخليط المنضغط في شوط الضغط.
وتتمدد الغازات بفعل الضغط والحرارة الناتجة من الاحتراق، فتدفع البستم إلى أسفل، بينما يظل الصمامان مغلقين وحينئذ يكون عمود المرفق قد دار بمقدار لفة ونصف لفة.
شوط العادم exhaust stroke
بعد نهاية شوط القدرة يتحرك البستم إلى أعلى في اتجاه النقطة الميئة العليا ، دافعاً أمامه الغازات المحترقة لطردها خارج الأسطوانة عن طريق صمام العادم المفتوح.
وبعد وصول الكباس إلى النقطة الميتة العليا بفترة وجيزة يغلق صمام العادم، ويفتح قبل ذلك بقليل صمام السحب، وفي هذه الحالة يكون عمود المرفق قد أتم لفتين كاملتين ، وبعد ذلك تبدأ الدورة التالية.
ومما سبق نلاحظ الآتي:
الدورة الرباعية تتم خلال أربعة أشواط للبستم الذي يتحرك حركة ترددية ما بين النقطة الميتة السفلي (ن . م . س - أدني موضع للبستم) و بين النقطة الميتة العليا ( ن . م . ع - أعلي موضع للبستم ) ذهابا و إيابا أيضاً تتم هذه الدورة خلال لفتين كاملتين لعمود المرفق أي أن الشوط الواحد يتم خلال 180 درجة من درجات عمود المرفق.
كيف اعرف ان هذا البستم خربان؟
هناك عدة علامات قد تشير إلى ان هذا البستم خربان أو قد تعرض للتلف. إليك بعض العلامات الشائعة التي يمكن أن تشير إلى ذلك:
- ضوضاء غير طبيعية: إذا كنت تسمع ضوضاء غير عادية أثناء تشغيل المحرك، مثل صوت طقطقة أو طرقة قوية أو صوت المحرك يرتفع، فقد يكون ذلك دليلاً على تلف في البستم.
- فقدان قوة الدفع: إذا لاحظت أن السيارة فقدت قوتها وأدائها العام أصبح ضعيفًا، فقد يكون ذلك نتيجة لخراب في البستم.
- زيادة استهلاك الزيت: إذا كنت تلاحظ أن سيارتك تستهلك كميات كبيرة من الزيت بشكل مفاجئ أو تلاحظ نقص في الزيت، فقد يكون هذا دليلاً على تسرب الزيت من البستم.
- اهتزاز غير طبيعي: إذا كانت السيارة تهتز بشكل غير طبيعي أثناء التشغيل، فقد يكون ذلك نتيجة لتلف في مكبس المحرك.
إذا لاحظت أيًا من هذه العلامات، فمن الأفضل أن تستشير فني متخصص لفحص المكبس وتشخيص المشكلة بدقة.
الخاتمة: البستم piston
في الختام، ندرك أهمية مكبس المحرك كجزء حيوي في عملية تحويل الطاقة الحرارية إلى حركة قوية. إنه العنصر الذي يجسد قوة وأداء السيارة، ويساهم في تحقيق تجربة قيادة ممتعة وفعالة.
من خلال فهم وظيفة وأجزاء مكبس المحرك، ندرك أنه يجب الاهتمام بصيانته وتشغيله بشكل صحيح للحفاظ على أدائه الأمثل. فهو يعكس تطور التكنولوجيا والهندسة الميكانيكية، ويعزز قوة وكفاءة المحركات الحديثة.
لذا، دعونا نقدر دور مكبس المحرك ونعمل على الحفاظ على أدائه الأمثل، لنستمتع بتجربة قيادة مثيرة وممتعة في عالم السيارات.
