پمپ روغن با ظرفیت متغیر، در موتور خودرو چگونه کار می‌کند؟

نویسنده: علیرضا کرامتیان، مدیر مرکز فنی(آموزش و پشتیبانی فنی، گارانتی) و شبکه نمایندگی های خدمات پس از فروش شرکت رنو ایران

مهندسین و طراحان صنعت خودرو از همان زمانی که اولین خودرو ساخته شده است، همواره به دنبال نوآوری، رفع نقایص و بهبود عملکرد خودرو بوده‌اند، از طرفی دیگر مسائلی مانند افزایش قیمت سوخت، وضع قوانین سخت‌گیرانه در جهت کاهش آلایندگی‌ها و همچنین گران‌شدن مواد اولیه و از همه مهم‌تر درخواست رانندگان برای خودروهای با توان (اسب بخار) و گشتاور بیشتر و نیز رقابت بین شرکت‌های تولید کننده خودرو باعث شده است تا روند به‌روزرسانی و ساخت موتورهایی با کارائی بالاتر، سرعت بیشتری پیدا کند.

یکی از سیستم‌هایی که همیشه برای سازندگان و طراحان خودرو، یک گلوگاه محسوب شده و همواره بر روی آن تمرکز شده و تحقیقات زیادی بر روی آن انجام‌گرفته است، سیستم روغن‌کاری موتور بوده است.

برای رسیدن به توان(اسب بخار) و گشتاور بیشتر و نیز رسیدن به استانداردهای جهانی در زمینه کاهش مصرف سوخت و گازهای آلاینده و همچنین کاهش تولید گاز دی‌اکسیدکربن (CO2) و نیز کم‌کردن استهلاک قطعات موتور، طراحان و تولیدکنندگان خودرو به این نتیجه رسیده‌اند که می‌بایست گشتاور در دورهای پائین‌ترین به بیشترین مقدار برسد ولی رسیدن گشتاور به بیشترین مقدار در دور پائین، پیامدهایی را نیز به دنبال دارد. پمپ روغن گشتاور خود را مستقیماً از میل‌لنگ دریافت می‌کند، اگر دور موتور کاهش یابد، سرعت چرخش پمپ روغن نیز کم خواهد شد، کم‌شدن سرعت چرخش پمپ روغن موجب می‌شود تا فشار روغن در سیستم روغن‌کاری، کم شده و موتور آسیب ببیند. برای جلوگیری از آسیب دیدن موتور خودرو لازم است تا فشار روغن لازم در دورهای موتور پائین، تأمین گردد.

برای اینکه بتوانیم متوجه شویم که مشکل کاهش فشار روغن در موتورهای جدید چگونه برطرف شده است، ابتدا می‌بایست با انواع پمپ روغن‌هایی که بر روی موتور خودروها نصب می‌شوند را شناخته و نحوه عملکرد آنها را به‌ اختصار بررسی نماییم.

پمپ روغن‌هایی که بر روی بیشتر خودروها مورد استفاده قرار گرفته‌اند، دارای دو نوع ساختار مشابه هستند که عبارتند از:

• روتور
• چرخ‌دنده

پمپ روغن‌های روتوری در خودرو:

در این نوع پمپ، دو روتور داخلی و خارجی که هم مرکز نیستند، وجود دارد. این دو روتور برای به جریان در آوردن روغن‌موتور، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

یک چرخ‌دنده درون روتور داخلی وجود دارد و محور اصلی، این چرخ‌دنده را به حرکت درآورده و روتور داخلی نیز با حرکت آن، شروع به چرخش می‌کند.

این وضعیت موجب می‌شود تا فشار روغن در فضای بین این دو، افزایش یابد و نهایتاً به کانال‌های روغن هدایت شده و عمل روغن‌کاری انجام گیرد.

در شکل فوق، تصویری از یک پمپ روغن روتوری را مشاهده می‌کنید. این نوع پمپ روغن بر روی خودروهای کاربراتوری مانند پیکان، مورد استفاده قرار می‌گرفت و دارای کارائی پائینی بود و با جایگزین‌ شدن خودروهای انژکتوری که توان و گشتاور بالائی داشتند، منسوخ شده و دیگر مورد استفاده قرار نمی گیرد.

پمپ روغن‌های دنده‌ای در خودرو:

در این نوع پمپ، دو عدد چرخ‌دنده به اسم دنده هرزگرد و دنده محرک درون پوسته قرار می‌گیرند. تعداد دنده و قطر دنده‌ها با هم برابر هستند این نوع پمپ دارای دو محور هرزگرد و محور اصلی نیز می باشد که از درون چرخ‌دنده‌ها عبور می‌کنند.

محور اصلی که چرخ‌دنده محرک روی آن سوار می‌شود بلندتر است و از پوسته خارج می‌شود. این محور توسط زنجیر و یا چرخ‌دنده به میل‌لنگ متصل است و توسط آن به حرکت در می‌آید. گردش محور اصلی، ضمن به حرکت در آوردن چرخ‌دنده محرک، روغن را بوسیله لوله‌های ورودی از محفظه کارتل به درون پمپ می‌کشاند.

حرکت چرخ‌ دنده‌ها، روغن درون پمپ را با فشار زیاد به حرکت درمی‌آورد، سپس روغن با فشار از لوله‌های خروجی به سمت فیلتر روغن و نهایتاً کانال‌های سیستم روغن کاری جریان پیدا می‌کند.

صرف‌ نظر از کارائی، عملکرد این پمپ‌ها طوری است که فشار خروجی آنها بستگی به سرعت گردش دنده و یا دور میل‌لنگ دارد، هرچه دور موتور افزایش یابد فشار روغن نیز افزایش می‌یابد. فشار روغن مناسب برای یک موتور به طور مثال، تندر 90، در دور موتور 1000 دور در دقیقه حدود یک‌ بار و در دور موتور 4000 دور در دقیقه، حدود چهار بار است. نکته‌ای که مهم است و باید به آن توجه کرد این است که اگر فشار روغن از حدی بیشتر شود، موجب آسیب دیدن قطعات سیستم روغن‌کاری مانند فیلتر روغن و همچنین قطعاتی مانند یاتاقان‌ها می‌شود. یاتاقان‌های متحرک و ثابت، توسط لایه‌ای بنام بابیت پوشیده شده است که فشار زیاد می‌تواند این پوشش را از بین ببرد.

برای جلوگیری از افزایش بیش از حد فشار روغن، یک فشارشکن در داخل پمپ روغن تعبیه شده است. فشارشکن از یک فنر ساخته شده است. وقتی فشار روغن از حدی بیشتر شود، فنر فشرده شده و به عقب رانده می‌شود و روغن اضافی از طریق یک دریچه کوچک به کارتل باز می‌گردد.

پمپ پره‌ای با ظرفیت متغیر در موتور خودرو:

در نسل جدید موتورها که دارای حجم موتور خیلی کمتری هستند ولی توان(اسب بخار)، گشتاور و کارائی آنها قابل‌مقایسه با موتورهای قدیمی نمی‌باشد و در عین حال از سیستم توربوشارژر بهره می‌برند، لازم است تا سیستم روغن‌کاری بسیار دقیق‌تر انجام گیرد و بیشتر تحت کنترل باشند لذا نوع پمپ روغن بکار رفته در این نوع موتورها پره‌ای با حجم متغیر است. فشار روغن در این سیستم توسط یک شیر برقی کنترل می‌شود.

در این سیستم نیز پمپ روغن، گشتاور لازم را به‌وسیله یک زنجیر از میل‌لنگ دریافت می‌کند.

در این نوع پمپ، محور مرکزی که پره‌ها روی آن سوار هستند، همواره ثابت است ولی پوسته داخلی آن قابلیت جابه‌جایی به چپ و راست را دارد، به همین خاطر ظرفیت آن تغییر می‌کند.

منظور از اینکه ظرفیت پمپ روغن تغییر می‌کند این است که فشار روغن که توسط پمپ روغن ایجاد می‌شود، فقط به‌دور موتور بستگی ندارد. فشار روغن در پمپ روغن هایی که در ابتدا معرفی شد، با دور موتور نسبت مستقیم دارد، اگر دور موتور افزایش یابد، فشار روغن زیاد و در صورتی‌که دور موتور کاهش یابد، فشار روغن نیز کم می‌شود، ولی در پمپ روغن با ظرفیت متغیر، فشار روغن مستقل از دور موتور می باشد، در موتورهایی که به این نوع پمپ روغن مجهز شده‌اند، چنانچه دور موتور پائین باشد، می‌توانند روغن با فشار بالا را برای عملیات روانکاری موتور تأمین نمایند و برعکس چنانچه دور موتور زیاد باشد ولی نیازی به روغن با فشار بالا نباشد، این امکان وجود دارد که فشار روغن کمتری در مدار روغن‌کاری، جریان یابد.

لزوم استفاده از پمپ روغن با ظرفیت متغیر چیست؟

تکنولوژی بکار رفته در موتورهای جدید موجب شده است تا گشتاور در دورهای پائین‌تری به بیشترین مقدار خود برسد، به‌عنوان‌مثال گشتاور در موتور خودرو رنو کپچر با موتور H5FT که در ایران وجود دارد و حجم آن 1200cc است، در دور موتور 2000 دور در دقیقه(RPM) به بیشترین میزان(190 نیوتن متر) می رسد، این در حالیکه است که بیشترین مقدار گشتاور در خودرو رنو تندر 90 با موتور K4M که دارای حجم موتور 1600cc می باشد، در دور موتور 3750 دور در دقیقه(RPM) ایجاد می گردد که برابر با 140 نیوتن متر است.

اگر قرار باشد از نوع پمپ روغنی که بر روی موتور خودرو تندر استفاده شده است، بر روی موتور خودرو کپچر بکار گرفته شود، در دور پائین که بیشترین گشتاور تولید می‌شود و موتور تحت‌فشار است، نمی‌تواند فشار روغن مورد نیاز را تأمین کند و موتور به‌ شدت آسیب خواهد دید.

در موتوری که مجهز به پمپ روغن با ظرفیت متغیر است، کامپیوتر موتور همواره اطلاعات مورد نیاز را از سنسورهای مختلف دریافت کرده و آنها را تجزیه‌ و تحلیل و تفسیر می‌نماید و میزان بار وارده به موتور را مورد سنجش قرار می‌دهد و هر زمان که لازم باشد، بوسیله ارسال دستور به شیر برقی نصب شده بر روی پمپ روغن، پوسته داخلی را به سمت چپ و یا راست حرکت داده و موجب افزایش و یا کاهش فشار روغن می‌شود.

هنگامیکه فشار روغن زیاد مورد نیاز باشد، کامپیوترِ موتور با ارسال ولتاژ  به شیر برقی نصب شده بر روی پمپ روغن، موجب می‌شود تا پوسته داخلی پمپ روغن به سمت راست هدایت شود، این عمل موجب می‌شود تا روغن در میان پره‌های متحرک پمپ قرار گرفته و تحت‌ فشار زیاد قرار گیرد و هنگامی‌که از کانال خروجی پمپ خارج می‌گردد، دارای فشار زیادی باشد، این وضعیت می‌تواند در دور موتور پائین نیز ایجاد شود.

برای تأمین فشار روغن بالا، پوسته داخلی پمپ روغن به سمت راست حرکت کرده است.

ممکن است شرایطی ایجاد گردد که دور موتور بالا باشد ولی موتور تحت بار نباشد، به طور مثال خودرو در یک مسیر سرپائینی با سرعت بالا و با استفاده از دنده سه در حال حرکت باشد، در این حالت فشار روغن بالا، نه‌ تنها مورد نیاز نیست بلکه ممکن است موجب آسیب دیدن قطعات مختلف موتور از جمله یاتاقان‌ها شود، در این زمان کامپیوتر موتور با ارسال ولتاژ به شیر برقی، پوسته داخلی را به سمتی حرکت می‌دهد که محور وسط پمپ روغن در وسط پوسته داخلی قرار گیرد، در این وضعیت با اینکه سرعت چرخش محور وسط پمپ زیاد است ولی پمپ روغن صرفاً موجب جریان روغن شده و فشار ایجاد شده توسط آن کم است.

از آنجا که فشار روغن بالا مورد نیاز نبوده است، پوسته داخلی روغن به سمت چپ حرکت کرده است.

این نوع پمپ روغن در موتور خودروهایی مانند کپچر و تالیسمان بکار گرفته شده است.

نتیجه‌گیری:

ساختار موتور خودروهای جدید طوری طراحی شده است که بتوانند در دور موتور پائین، توان(اسب بخار) و گشتاور بالائی تولید کنند تا علاوه بر استهلاک کمتر، میزان مصرف سوخت و آلایندگی نیز کاهش یابد. عملکرد موتور در دور پائین پیامدهایی مانند کاهش فشار روغن نیز به دنبال دارد و پمپ روغن‌های بکار رفته بر روی موتورهای قدیمی دیگر نمی‌توانند انتظارات سازندگان و طراحان موتور را برآورده نمایند. این مسئله موجب شده است تا پمپ روغن‌هایی با ظرفیت متغیر، طراحی و بر روی موتور خودروهای جدید نصب گردند تا فشار روغن مورد نیاز در شرایط مختلف کاری موتور، تأمین گردد.

How does a variable capacity oil pump work in a vehicle engine?

Writer: Alireza Keramatian/ Renault IRAN Technical Hub and Network Manager