بخش فنی یک خودرو از سیستم‌های مختلفی مانند سیستم تعلیق، سیستم برق، سیستم ترمز، موتور و برخی سیستم‌های دیگر تشکیل شده است. اما این سیستم‌ها هریک قطعات ریز و درشتی دارند که در کنار یکدیگر وظایف یک سیستم را تکمیل می‌کنند. این قطعات هریک وظایف و اهمیت خود را در سیستم‌های مختلف برعهده دارند. گاهی بعضی از آنها از چنان اهمیت و نقش حیاتی‌ای برخوردارند که می‌توان آنها را به‌خودی‌خود مانند یک سیستم مورد بررسی قرار داد. این قطعات در صورت سلامت، صحت عملکرد کل سیستم‌های فنی خودرو را به‌همراه دارند و در صورت هرگونه نقصی می‌توانند کارایی تمام آن سیستم‌ها را تحت تأثیر قرار دهند. یکی از این قطعات کمک فنر ماشین است که می‌تواند رانندگی با یک خودرو را به تجربه‌ای لذت‌بخش یا خاطره‌ای تلخ تبدیل کند. با هم این قطعه خاص و مهم را بیشتر بررسی می‌کنیم.
کمک‌فنر ماشین چیست؟
فنرها و کمک‌فنرها که اجزایی جدا نشدنی هستند، از اعضای مستقل سیستم تعلیق به‌شمار می‌روند. وظیفه و کارایی کمک فنر و فنر خودرو در تلفیق با یکدیگر تکمیل شده و به‌تنهایی هیچ کارایی خاصی ندارند. این دو در کنار هم، ارتعاشات ناشی از حرکت خودرو در مسیرهای ناهموار را جذب می‌کنند و مانع از انتقال آنها به کابین می‌شوند.
کمک فنر در نزدیکی هر چرخ نصب می‌شود. طول این وسیله مکانیکی که در واقع وظیفه میرا کردن نوسانات فنر خودرو را برعهده دارد بر اثر تحریکات و حرکات فنر کوتاه و بلند می‌شود. این کار منجر به تبدیل انرژی حرکتی ناشی از رها شدن انرژی پتانسیل فنر به انرژی گرمایی و تخلیه آن می‌شود. اگر انرژی فنرها تخلیه نشود خودرو با شدت زیاد دچار نوسان‌های رفت و برگشتی خواهد شد. یک سر کمک‌فنر به شاسی و سر دیگر آن به طبق یا اکسل اتومبیل متصل است. این قطعه به‌صورت موازی با فنر در سیستم تعلیق قرار میگیرد و هنگام انقباض فنر با آن جمع شده اما هنگام برگشت در برابر نیروی فنر مقاومت کرده و با کندی باز می‌شود.
کارکرد کمک‌فنر ماشین و وظایف آن
کمک‌فنر زمانی که در شرایط مناسب قرار داشته و درست جاسازی شده باشد می‌تواند در طول دو سیکل رفت و آمد فنر را کنترل و نوسانات و ارتعاشات خودرو را تعدیل کند. همزمان وزن وارد شده بر چرخ‌ها را متوازن و چسبندگی آنها را به جاده در وضعیت ایده‌آلشان حفظ کند. در صورت عدم وجود این قطعه، نوسان ناشی از فشرده شدن فنر از بین نمی‌رود و به بدنه و سایر قطعات منقل می‌شود. این انتقال خودرو را از جا بلند و با شتاب به بالا پرتاب می‌کند. در نتیجه چرخ‌ها از سطح جاده بلند می‌شوند و خودرو تعادل خود را از دست می‌دهد. با این اتفاق کابین دچار ارتعاشات آزاردهنده و ناخوشایند می‌شود و گاهی برهم خوردن تعادل خودرو در حدی است که می‌تواند خطراتی را به‌دلیل خارج شدن کنترل آن از دست راننده به‌دنبال داشته باشد.
همچنین وارد آمدن نیروی فنر بر قطعات دیگر خودرو نظیر موتور و بخش‌های مختلف سیستم تعلیق می‌تواند به آنها آسیب‌هایی جدی وارد کند. بنابراین کمک‌فنر علاوه بر تأمین آسایش سرنشینان، خطرات تصادفات احتمالی را کاهش می‌دهد و از استهلاک و خرابی قطعات دیگر خودرو نیز جلوگیری می‌کند. بر این اساس وظایف کمک فنر را به این صورت می‌توان لیست کرد؛
- جلوگیری از جهش چرخ خودرو در ناهمواری‌ها
- ممانعت از انحراف و کج شدن خودرو در پیچ‌های تند
- جلوگیری از کله زدن خودرو و تکان شدید رو به جلوی آن هنگام ترمزهای ناگهانی
- پیشگیری از پایین آمدن عقب خودرو در هنگام شتابگیری
به‌طور کلی کمک‌فنر هنگام باز و جمع شدن فنر از حرکت سریع آن پیشگیری می‌کند و به این ترتیب مانع حرکات ارتجاعی خودرو می‌شود.
آشنایی با اجزای کمک فنر
کمک فنر در ظاهر استوانه‌ای عموما فلزی است که از قطعات مختلفی تشکیل شده است. این قطعه که در واقع پمپی سیال است دارای اجزایی درونی و بیرونی است. برای درک کامل و بهتر نحوه عملکرد این قطعه بهتر است که اجزای آن را کامل بشناسیم. این اجزا عبارتند از:
- ضربه گیر: خاصیت ارتجاعی دارد و مانع انتقال ضربات به میل کمک می‌شود. گاهی خود در یک محفظه فلزی دیگر قرار میگیرد.
- میل کمک: میله‌ای فولادی که در وسط محفظه سیال قرار میگیرد و از پیستون عبور می‌کند. این میله که میل پیستون کمک فنر نیز نامیده می‌شود در بالا به توپی وصل است.
- پایه کمک: قسمت پایین محفظه سیال تعبیه شده و هنگام جمع شدن کمک فنر مانع از برخورد میل کمک به کف محفظه می‌شود.
- سوپاپ: سوراخ‌های کف پیستون هستند که سیال از این سوراخ‌ها بین محفظه بالایی و پایینی سیال تردد دارد.
- توپی سر کمک: بخشی بیرون از بدنه و حفاظ ضربه‌گیر است و در بالای کمک‌فنر بوده که برای اتصال آن به شاسی به‌کار می‌رود.
- پیستون: محفظه سیال به دو قسمت پایینی و بالایی تقسیم می‌شود. پیستون بین این دو قسمت قرار میگیرد.
- محفظه سیال: محفظه‌ای که سیال کمک‌فنر را در خود جای می‌دهد. قسمت پایینی آن درون قسمت بالایی حرکت می‌کند و بالا و پایین می‌رود.
- ماده سیال: این ماده به دو صورت گاز و یا مایع استفاده می‌شود.
بخش بیرونی و ظاهری کمک فنر ممکن است اشکال متفاوتی داشته باشند اما اجزای داخلی عموما به همین شکل هستند.
نحوه عملکرد کمک‌فنر
هنگام رانندگی و عبور از ناهمواری‌ها، اولین سطح تماس خودرو با جاده یعنی چرخ‌های خودرو است که تحت تأثیر قرار گرفته و دچار ارتعاشاتی شدید یا خفیف بسته به شرایط و بزرگی دست‌انداز می‌شوند. این ارتعاشات به فنر منتقل و منجر به فشرده و رها شدن آن می‌شود. انرژی حاصل از این تغییر در فنر از طریق توپی سر کمک فنر، به آن منتقل می‌گردد، سپس به میل کمک که به توپی وصل است و از طریق آن به پیستون کمک‌فنر منتقل می‌شود. پیستون با دریافت این ضربات و انرژی آنها، سیال (که معمولا روغن است) را متراکم و فشرده می‌کند. هر چند میزان این تراکم به‌دلیل خاصیت تراکم‌ناپذیر سیال خیلی زیاد نیست اما همین مقدار کم نیز تا حدی شدت ضربه را کاهش می‌دهد. برای بهبود عملکرد کمک‌فنر، سیال بین دو بخش بالایی و پایینی محفظه سیال، حرکتی کنترل شده دارد. این حرکت که به‌سختی انجام می‌شود از سوپاپ‌های پیستون صورت میگیرد و بخش بیشتری از نیرو را به خود جذب و به گرما تبدیل می‌کند. از آنجا که سوپاپ‌ها ریز هستند مقدار روغن جاری در بین دو قسمت محفظه کم و عبور آنها چندان راحت نیست. این عبور سخت فشار ناشی از بالا و پایین رفتن پیستون را تا حد زیادی دفع و شدت حرکات میل کمک و پیستون و در ادامه کل مجموعه کمک فنر و فنر را کنترل می‌کند. این فرایند کاهش فشار ضربات به بدنه و به تبع آن به سرنشینان را در پی دارد.
در توضیحی دقیق‌تر حرکت کمک فنر به دو صورت تراکمی و انبساطی صورت میگیرد که این دو حالت بر مبنای حرکت پیستون آن مشخص می‌شود. به این ترتیب که هنگام پایین رفتن پیستون در اثر نیروی وارد شده به آن از سوی میل کمک، سیال که زیر پیستون قرار گرفته، متراکم می‌شود و سیکل یا حرکت تراکمی کمک فنر صورت میگیرد. اما در حرکت و یا سیکل انبساطی عکس این حرکت اتفاق می‌افتد. یعنی پیستون به‌سمت بالای محفظه سیال حرکت کرده و سیال در بالای آن متراکم می‌شود. عموما مقاومت در طول سیکل انبساطی بیش از سیکل تراکمی است. بنابراین نتیجه می‌گیریم که سیکل تراکمی وزن نامعلق خودرو را کنترل و سیکل انبساطی کنترل وزن معلق آن را بر عهده دارد. میزان مقاومت کمک فنر در برابر نیروی فنر به دو عامل زیر بستگی دارد:
- تعداد و سایز سوپاپ‌ها
- شدت و تعداد دستاندازهای جاده (سرعت سیستم تعلیق)
البته این ساده‌ترین عملکرد کمک‌فنر ماشین است که مربوط به ساده‌ترین ساختمان آنها می‌شود. امروزه کمک‌فنرها نسبت به سرعت سیستم تعلیق به شکلی واکنش نشان می‌دهند که در جاده‌های پر دست‌انداز‌تر مقاوم‌تر هستند و در مسیرهای هموار مقاومت‌شان کاهش می‌یابد. این عملکرد بیش از پیش نرمی و راحتی رانندگی و سواری را تأمین می‌کند. کیفیت این عملکرد در انواع کمک‌فنر ماشین متفاوت است.
انواع کمک‌فنر ماشین
کمک فنرها انواع مختلفی دارند با تنظیم‌های مشخص که این تنظیمات با توجه به وزن و اندازه خودرو تغییر می‌کند. یعنی با توجه به این تنظیمات که کمک‌فنر را نرم‌تر یا خشک‌تر می‌کند و شرایط خودرو کمک‌فنر مناسب آن انتخاب می‌شود. به‌عنوان مثال، کمک فنرهای خودروهای باری و سنگین مثل وانت‌ها، به‌دلیل تحمل وزن زیاد، سفت‌تر انتخاب می‌شوند اما کمک‌فنرهای سواری‌های شهری، معمولا نرم‌تر هستند تا راحتی سرنشینان و راننده را تأمین کنند. انواع کمک‌فنر عبارتند از:
۱. کمک‌فنر هیدرولیکی یا روغنی
نوعی از کمک فنرها که ساده‌ترین هستند یک محفظه سیلندر مانند پر از روغن دارند که یک پیستون متحرک درون آن تعبیه می‌شود. پس از وارد شدن این نیرو به پیستون، روغن درون سیلندر از سوراخ‌های محدود روی پیستون عبور می‌کند. این حرکت باعث می‌شود که هنگام حرکت پیستون مقاومت زیادی ایجاد شود و در نتیجه پیستون به آهستگی حرکت کرده و نوسانات را از بین ببرد. ضریب میرایی و دفع ارتعاشات در این نوع کمک‌فنر با تعداد و اندازه سوراخ‌های پیستون نسبت عکس دارد. به این ترتیب که کمتر بودن و کوچک‌تر بودن سوپاپ‌ها درصد میرایی کمک‌فنر را بالا می‌برد و بالعکس.
۲. کمک‌فنر تلسکوپی
این نوع کمک که مدلی از کمک فنرهای روغنی است سوراخ‌هایی با اندازه‌های متفاوت روی پیستون دارد و از آنها در مواقع مختلف استفاده می‌کند. به این ترتیب که روغن در زمان خروج از پیستون از سوراخ‌های بزرگتر خارج می‌شود ولی هنگام باز شدن کمک‌فنر از سوراخ‌های کوچک‌تر عبور می‌کند. این کار باعث می‌شود که هنگام جمع شدن فنر مقاومت کمک کمتر باشد اما هنگام باز شدن با مقاومت بیشتر آن مواجه شود. این کار باعث می‌شود که کمک با جمع شدن راحت‌تر ضربه را از ابتدا به‌خوبی جذب کند ولی هنگام باز شدن به‌دلیل مقاومت موجود دفع به‌کندی صورت گرفته و نوسانات کاملا کنترل شود.
بنابراین در این نوع کمک‌فنر دو نوع سوپاپ رفت و برگشت داریم که سوپاپ‌های برگشت برای سخت‌تر کردن کار عبور سیال، گذرگاه‌های نگهدارنده‌ای دارند که روی دیسک این سوپاپ‌ها تعبیه می‌شود. این دیسک با یک فنر روی سوپاپ‌های پیستون سوار می‌شود. این فنر هنگام عبور روغن از بالا در اثر فشار باز می‌شود و دیسک از جای خود بلند و محفظه‌های نگهدارنده از سوپاپ‌ها جدا می‌گردند، در نتیجه روغن به‌راحتی از سوراخ‌ها عبور می‌کند اما در مسیر برگشت، فنر بسته شده و دیسک در جای خود قرار میگیرد و محفظه‌های نگهدارنده به انجام وظیفه خود می‌پردازند.
۳. کمک‌فنر هیدرو استاتیکی
این نوع کمک‌فنر نیز که از انواع روغنی است. در محفظه روغن یک کیسه لاستیکی از گاز نیتروژن فشرده دارد. این گاز برای جلوگیری از هوا گرفتن روغن و کف کردن آن هنگام ورود به محفظه پایینی سیلندر روغن استفاده می‌شود و برای جلوگیری از اختلاط آن با روغن، درون یک کیسه قرار داده می‌شود.
۴. کمک‌فنر بادی-گازی
در این نوع کمک‌فنر سیلندرهای سیال آب‌بندی شده و سیال روغن جای خود را به گاز می‌دهد. این کمک‌ها عمدتا یک کمپرسور هوا دارند که هوای فشرده درون سیلندر را تامین می‌کند. سوپاپ‌های پیستون نیز که برای عبور روغن تعبیه شده بودند، تبدیل به سوپاپ‌های گازی می‌شوند و ورود و خروج هوا را کنترل می‌کنند. مزیت این کمک‌فنرها نسبت به مدل هیدرولیکی انتقال سریع‌تر حرارت است.
۵. کمک‌فنرهای قابل تنظیم یا مغناطیسی
این کمک‌فنرها سنسورهایی دارند که ضریب میرایی آنها را با توجه به شرایط تنظیم می‌کند. به این ترتیب که اطلاعاتی نظیر سرعت، شتاب و نیروهای وارد شده بر خودرو را دریافت، بررسی و پردازش می‌کند، سپس براساس آنها باز و بسته شدن و شرایط سوپاپ‌های ورودی و خروجی را پردازش می‌کند. به این ترتیب با تنظیم ورود و خروج هوا یا روغن در فشارهای مختلف، نرمی خودرو در شرایط متفاوت جاده‌ای کمترین تغییر را خواهد داشت و بیشترین ثبات را در رانندگی خواهیم دید. تغییر شرایط سفتی فنر توسط سنسورهای این کمک‌فنر در کمتر از نیم‌ثانیه صورت میگیرد.
۶. کمک‌فنرهای اهرمی
در این نوع، میل کمک جای خود را به یک اهرم داده و این اهرم منتقل‌کننده نیروی فنر به داخل کمک است. به این ترتیب با تحریک اهرم، پیستون به یک سمت سیلندر رفته و روغن در سمت دیگر جریان می‌یابد. حرکت این اهرم و به دنبالش حرکت پیستون به‌نحوی است که روغن هنگام رفت از سوراخ‌های بزرگتر عبور می‌کند و هنگام برگشت از سوراخ‌های ریزتر می‌گذرد.
علائم خرابی کمک‌فنر
از آنجا که کمک فنر به‌صورت مداوم در معرض فشار وزن خودرو و ضربات ناشی از حرکت آن روی سطوح ناهموار است در بین قطعاتی قرار میگیرد که امکان استهلاک‌شان بالاست و عمر مفید مشخصی دارند. احتمال خرابی کمک‌فنر بسیار زیاد است و پیشتر گفته شد که خرابی آن می‌تواند منجر به آسیب به دیگر قطعات سیستم تعلیق شود. بنابراین باید نسبت به خرابی آن هشیار بود و دقت لازم را به خرج داد. بنابراین برخی از نشانه‌های خرابی کمک فنر را بررسی می‌کنیم:
- نشت و خروج روغن از کمک فنر به شکلی محسوس. این مشکل گاهی تا حدی پیش می‌رود که روغن از کمک چکه می‌کند در این صورت کمک‌فنر حتما باید تعویض شود.
- نوسان و ارتعاش بالا و پایین رفتن نا‌معقول و نامعمول خودرو در جاده‌های ناهموار.
- پیچیدن بیش از حد خودرو در پیچ‌ها به نحوی که کنترل خودرو توسط راننده به سختی صورت گیرد.
- ضربه شدید خودرو رو به جلو یا به اصطلاح کله کردن و شیرجه رفتن خودرو در ترمزهای ناگهانی.
- شنیدن صداهای بیش از اندازه و نامعمول از سیستم تعلیق هنگام شتاب گرفتن، ترمز کردن و یا عبور از سطوح ناهموار جاده.
- فرسودگی تایرها زودتر از موعد به طوری که ظاهری جویده‌شده پیدا کنند می‌تواند علامت نقص در عملکرد کمک فنرها باشد.
- بالا و پایین رفتن و نوسان بی‌دلیل چرخ‌ها روی جاده که تعمیرکاران اصطلاحا به آن رقصیدن چرخ می‌گویند.
- لرزش در چرخ‌های جلو هنگام حرکت‌های نرم و آرام.
- کشیده شدن خودرو به یک سمت هنگام رانندگی در جاده‌های مستقیم و بدون پیچ و خم.
لازم به ذکر است برخی از این مشکلات و علائم می‌تواند با نقص عملکرد بخش‌های دیگر سیستم تعلیق نیز مرتبط باشد. بنابراین برای تشخیص صحیح باید از یک تعمیرکار ماهر کمک گرفت و از تجربه و نظر کارشناسی او استفاده کرد.
عوامل مؤثر در افزایش طول عمر کمک فنر
از آنجا که سلامت کمک فنر برای خودرو بسیار مهم و معمولا تعمیر و تعویض آن کاری پرهزینه است، بنابراین بهتر است سعی کنیم طول عمر آن را افزایش دهیم. برای رسیدن به این هدف باید از انجام برخی کارها اجتناب و برخی نکات را رعایت کرد. مواردی مانند:
۱. ترمزهای ناگهانی و شدید اصولا برای خودرو به‌خصوص قطعات سیستم تعلیق مضراتی به‌همراه دارد. این ترمزها فشار وارده بر کمک‌فنرها را مضاعف می‌کند و موجب مستهلک شدن آنها می‌شود. بنابراین برای افزایش طول عمر کمک فنر ماشین باید از انجام این کار تا جای ممکن اجتناب کرد.
۲. تنظیم چرخ‌ها و باد آنها می‌تواند در چسبندگی‌شان به جاده مؤثر باشد. همین امر به کمک‌فنر در انجام وظایفش کمک می‌کند. چرا که بالانس کردن دوره‌ای آنها کاهش ارتعاشات و ضربه‌های ناخواسته به خودرو را به‌همراه دارد.
۳. روغن و گریس‌کاری به‌موقع اجزای سیستم تعلیق مانند سیبک‌ها ضمن تسهیل کار کمک‌فنر فشار وارد بر آن را کاهش می‌دهد.
۴. تعویض به موقع لاستیک‌های مستهلک و خورده شده. تعویض نکردن این لاستیک‌ها باعث افزایش ضربات ناشی از دست‌اندازها، پستی‌ها و بلندی‌های جاده می‌شود که به کمک‌فنر فشار بیشتری وارد می‌کند.
۵. تحمل وزن بیش از حد توان کمک‌فنر می‌تواند موجب آسیب جدی به آن شود. بنابراین باید از تحمیل بار بیش از حد توان خودرو و کمک‌فنر بر آنها خودداری کرد و از رانندگی با خودرو در حالت سنگینی زیاد اجتناب ورزید.
۶. رانندگی در جاده‌ها و مسیرهای بسیار ناهموار با پستی بلندی‌های زیاد و دستاندازهای بزرگ بدون شک کار کمک‌فنر را بسیار زیاد می‌کند و فشار و ضربات روی آن را افزایش می‌دهد. بهتر است در صورتی که لزومی به عبور مداوم از چنین مسیرهایی نیست از این کار اجتناب شود. در صورت اجبار به رفت و آمد و تردد در این مسیرها نسبت به سرویس‌های دوره‌ای کمک‌کننده به کمک‌فنرها دقت بیشتری شود.
باید اضافه کرد در صورت نیاز به تعویض یک کمک‌فنر در عقب یا جلوی خودرو بهتر است کمک دیگر همان محور نیز تعویض شود. چرا که نواقص و ضعف عملکرد کمک‌فنر کارکرده منجر به خرابی و تضعیف کمک‌فنر نو می‌شود.