بادامک‌ها (Cam Lobes) که اجزای برجسته روی میل‌سوپاپ (Camshaft) هستند، قلب سیستم زمان‌بندی موتورهای احتراق داخلی را تشکیل می‌دهند. این سطوح، وظیفه دارند تا حرکت دورانی میل‌سوپاپ را به حرکت رفت و برگشتی دقیق و زمان‌بندی شده سوپاپ‌ها تبدیل کنند. در موتورهای صنعتی و دیزلی که به دلیل نسبت تراکم بالا و بارهای سنگین، تحت فشارهای نقطه‌ای و سایش بالایی قرار دارند، ساییدگی بادامک‌ها یک نگرانی جدی است. این ساییدگی مستقیماً بر عملکرد آیرودینامیکی موتور، مصرف سوخت و میزان آلایندگی تأثیر می‌گذارد.
مقدمه: عملکرد بادامک و نقاط ضعف
بادامک‌ها باید در تماس لغزشی کنترل شده با اجزای محرک (مانند تایپت‌ها، بالابرها یا انگشتی‌ها) باشند. طراحی پروفیل بادامک تعیین‌کننده زمان باز شدن سوپاپ (Valve Lift)، مدت زمان باز بودن (Duration) و زاویه باز شدن است. ساییدگی بر این پروفیل، به معنای تغییر در این پارامترهای زمان‌بندی است.
انواع سایش بادامک
سایش معمولاً به دو شکل عمده رخ می‌دهد: سایش سایشی (Abrasive Wear) که ناشی از آلودگی روغن است، و سایش خستگی (Fatigue Wear/Pitting) که ناشی از بارهای نقطه‌ای بیش از حد است.
تأثیر ساییدگی بادامک‌ها بر راندمان موتور
تغییر در هندسه بادامک، مستقیماً زمان‌بندی سوپاپ‌ها را مختل کرده و عملکرد موتور را تخریب می‌کند.
کاهش “بالا آمدن سوپاپ” (Valve Lift)
سایش لبه‌های بادامک باعث می‌شود که ارتفاع اوج لبه (Peak Lift) کاهش یابد. این کاهش به معنای آن است که سوپاپ به اندازه کافی باز نمی‌شود تا حجم هوای لازم برای احتراق بهینه وارد سیلندر شود. در نتیجه، حجم هوای ورودی (Volumetric Efficiency) کاهش یافته و توان خروجی موتور افت می‌کند.
تغییر در زمان‌بندی سوپاپ‌ها (Valve Timing Retardation)
سایش بر روی پروفیل بادامک (به ویژه در قسمت‌های نرم‌تر پروفیل که وظیفه باز و بسته شدن تدریجی را دارند) باعث می‌شود که سوپاپ دیرتر باز شود و زودتر بسته شود. این تأخیر در باز و بسته شدن، در دور آرام (Idle) باعث احتراق نامنظم و در دور بالا باعث کاهش شدید توان می‌شود.
افزایش مصرف سوخت و آلایندگی
احتراق ناکامل ناشی از کمبود هوا یا نشت گازهای فشرده به دلیل زمان‌بندی نادرست، منجر به احتراق سوخت بیشتر برای تولید همان میزان نیرو می‌شود (افزایش SFC – Specific Fuel Consumption). همچنین، خروج سوخت نسوخته یا نیمه‌سوخته، میزان آلاینده‌های هیدروکربن (HC) و مونوکسید کربن (CO) را در اگزوز افزایش می‌دهد.
افزایش صدای موتور و آسیب به یاتاقان‌ها
سایش لبه بادامک می‌تواند باعث ایجاد فاصله (Clearance) بیش از حد بین بادامک و تایپت شود. این امر صدای غیرعادی (تیک‌تیک سریع)، لرزش و در نهایت خرابی زودرس تایپت‌ها و یاتاقان‌های میل‌سوپاپ را به دنبال دارد.
علل اصلی ساییدگی بادامک‌ها
برای احیا، باید علت ریشه‌ای سایش شناسایی شود.
۱. مشکلات روانکاری (شایع‌ترین علت)
استفاده از روغن با ویسکوزیته پایین‌تر از حد مجاز (به ویژه در موتورهای دیزلی که روغن به دلیل تزریق سوخت رقیق می‌شود) یا افت فشار روغن، باعث می‌شود فیلم روانکاری نازک شده و تماس فلز با فلز رخ دهد. این امر منجر به سایش سایشی شدید می‌شود.
۲. آلودگی روغن
ذرات ساینده (مانند سیلیس از فیلتر هوای معیوب یا ذرات فلزی ناشی از سایش سایر اجزا) در روغن معلق شده و مانند سمباده بر روی بادامک‌ها عمل می‌کنند.
۳. سختی سطحی ناکافی
اگر عملیات سخت‌کاری سطحی (مانند کروم سخت یا سخت‌کاری القایی) در فرآیند تولید به درستی انجام نشده باشد، سختی لبه بادامک در برابر بارهای نقطه‌ای تایپت‌ها کافی نخواهد بود و سایش خستگی رخ می‌دهد.
۴. استفاده از تایپت‌های آسیب‌دیده
اگر تایپت‌ها (یا سایر محرک‌ها) دچار سایش یا شکستگی شوند، سطح تماس آن‌ها با بادامک تغییر می‌کند و فشار نقطه‌ای نامناسبی بر روی یک ناحیه کوچک از بادامک اعمال شده که به سایش سریع و ناهمگون منجر می‌شود.
روش‌های احیای تخصصی میل‌سوپاپ و بادامک‌ها
هنگامی که ساییدگی بادامک‌ها تأیید می‌شود، احیای قطعه معمولاً از طریق پوشش‌دهی مجدد و بازسازی هندسه انجام می‌گیرد.
۱. بازسازی با آبکاری کروم سخت (Hard Chrome Plating)
این روش استاندارد صنعتی برای احیای بادامک‌های ساییده شده است.
- آماده‌سازی: ابتدا بادامک آسیب‌دیده با دقت سنگ‌زنی می‌شود تا لایه ساییده شده حذف شده و سطح برای چسبندگی آماده شود.
- پوشش‌دهی: لایه‌ای ضخیم از کروم سخت (با سختی بالا) بر روی سطح ساییده شده نشانده می‌شود. این لایه مقاومت سایشی بسیار بالایی ایجاد می‌کند.
- سنگ‌زنی و هونینگ نهایی: پس از پوشش‌دهی و عملیات حرارتی تثبیت‌سازی، سطح با استفاده از سنگ‌زنی دقیق و هونینگ تا رسیدن به پروفیل دقیق بادامک اصلی (یا ابعاد تعمیراتی) و زبری سطح ایده‌آل برای تماس با تایپت، پردازش می‌شود.
۲. پوشش‌دهی با اسپری حرارتی (Thermal Spraying)
در برخی موارد، به ویژه برای ترمیم سایش‌های عمیق‌تر یا در آلیاژهایی که کروم سخت به خوبی به آن‌ها نمی‌چسبد، از پاشش حرارتی (مانند HVOF – High-Velocity Oxygen Fuel) با استفاده از پودرهای تنگستن کاربید یا کروم کاربید استفاده می‌شود. این روش‌ها لایه‌های بسیار ضخیم‌تر و مقاوم‌تری ایجاد می‌کنند.
۳. جایگزینی یا بازسازی یاتاقان‌ها و تایپت‌ها
احیای بادامک بدون بررسی سایر اجزای درگیر بی‌فایده است. در صورت احیای میل‌سوپاپ، تایپت‌ها، بالابرها و مهم‌تر از همه، یاتاقان‌های میل‌سوپاپ باید از نظر سایش بررسی و در صورت لزوم تعویض یا بازسازی شوند تا مشکل ساییدگی مجدد تکرار نشود.
نتیجه‌گیری
ساییدگی بادامک‌ها به طور مستقیم باعث کاهش کارایی حجمی، افزایش مصرف سوخت و آلایندگی می‌شود، زیرا پروفیل سوپاپ‌بندی را تغییر می‌دهد. علت اصلی معمولاً به مشکلات روانکاری و آلودگی روغن بازمی‌گردد. روش احیای اصلی، بازسازی کامل سطح بادامک از طریق پوشش‌دهی با کروم سخت یا اسپری حرارتی و سپس سنگ‌زنی دقیق برای بازگرداندن پروفیل هندسی اصلی است. این فرآیند باید همیشه با بررسی سلامت اجزای محرک همراه باشد تا اطمینان حاصل شود که منبع ساییدگی حذف شده است.