به گزارش «اخبار خودرو»،موتور احتراق‌داخلی اتو که دارای قطعات متحرک و دینامیکی است، به‌منظور افزایش قدرت و کاهش اصطکاک در میان قطعات متحرک، از دهه 80 میلادی به‌بعد با ورود قطعات و سیستم‌های الکترونیکی، دنیای احتراق‌داخلی‌ها را متحول کرد. این روزها تعدد سیستم‌های الکترونیکی در خودرو افزایش یافته و مطابق با آن، هوشمندسازی خودروها نیز پیشرفت بسیاری داشته است. مهم‌ترین بخش هر خودرو قوای محرکه آن است که با ورود الکترونیک به‌آن کارکرد و عملکرد موتورهای احتراق‌داخلی بسیار دقیق‌تر و هوشمندتر شده است. براین اساس در این مطلب به‌تکنولوژی‌های بهروز که موتورهای احتراق‌داخلی را با تغییرات گسترده‌ای مواجه کردند، خواهیم پرداخت.
راندمان بالا در موتورهای جدید
درطراحی پیشرانه‌های قدیمی به‌دلیل به‌کارگرفتن سیستم‌های مکانیکی درصد زیادی از راندمان و گشتاور موتور صرف به‌گردش در آوردن قطعات مکانیکی می‌شد؛ اما از دهه 90 میلادی به‌بعد موتور خودروها مجهز به‌سیستم‌های الکترونیکی هوشمندی شدند که به‌راندمان و عملکرد خودرو کمک بسزایی میکند. به‌طور مثال پیشرانه‌های چهارسیلندر 1600 سی‌سی دهه‌های 80 و 90 میلادی باتوجه به‌نوع تکنولوژی‌شان حداکثر 80 اسب‌بخار قدرت تولید می‌کردند؛ اما امروزه شاهد پیشرانه‌های 1600 سی‌سی هستیم که می‌تواند بیش از 190 اسب‌بخار قدرت تولید کند. این نشان‌دهنده حذف قطعات دوار و مکانیکی است که سبب اتلاف انرژی درموتور می‌شود.
گازهای آلاینده و آلودگی هوا مهندسان را وادار کرد که حجم موتور خودروها را کاهش دهند و از سیستم‌های جدید الکترونیکی استفاده کنند تا عملکرد موتور بهبود یابد. همچنین تعداد سیلندرهای پیشرانه‌ها را کاهش دادند تا با پیشرانه‌های با تعداد سیلندر پایین بتوانند همان قدرت را از موتور دریافت کنند که درپیشرانه‌هایی باحجم موتور بیش‌تر و تعداد سیلندر بالاتر وجود دارد.
هدف از طراحی سیستم‌های جدید
موتورهای احتراق‌داخلی را می‌توان یکی از پراشکال‌ترین گزینه‌ها دانست که دارای ضعف‌های گوناگونی هستند. یکی از راه‌هایی که مهندسان خودرویی برای رفع چنین مشکلاتی ارائه می‌دهند، این است که از سیستم‌های الکترونیکی استفاده شود تا هم راندمان بالاتر رود و هم استهلاک خودرو کاهش یابد. به‌طور کلی کمپانی‌های موفق دراین زمینه چندین طرح را اجرا کرده‌اند و سپس هرکدام را با نام‌های تجاری متفاوتی معرفی کرده و روی محصولات جدیدشان نصب می‌کنند. درحال حاضر تنها پنج تکنولوژی ثابت درطراحی موتورهای امروزی به‌کار گرفته می‌شود. این تکنولوژی جدید به‌بررسی تایمینگ سوپاپ‌ها که نقش مهمی درهر موتور دارند، می‌پردازد تا اتلاف انرژی را کاهش داده و گشتاور و راندمان موتور را افزایش دهد. سیستم‌های الکترونیکی دیگر با آنالیز موقعیت دقیق موتور و قطعات آن به‌گشتاور بالا و راندمان آن کمک بسزایی می‌کنند و در گذشته به‌دلیل این‌که سیستم‌های دقیقی وجود نداشت تا عملکرد موتور را بررسی و آنالیز کند، اتلاف انرژی بسیاری به‌وجود می‌آمد؛ اما پس از ورود علم الکترونیک به‌عرصه تولید خودرو هر روز شاهد طراحی سیستم‌های دقیقی هستیم که به‌روند بهتر خودرو و کارکرد آن کمک بسزایی میکند. تکنولوژی‌های بسیاری برای روند کاری بهتر پیشرانه وجود دارد و درادامه پنج تکنولوژی را که امروزه از آن‌ها برای طراحی و ساخت یک موتور استفاده می‌شود با هم مرور می‌کنیم. معروف‌ترین و جدیدترین تکنولوژی‌های حال حاضر روی پیشرانه‌های بنزینی سیستم‌های الکترونیکی است که روی سوپاپ یا تایمینگ موتور نصب شده است. همچنین سه‌تکنولوژی دیگر وجود دارد که یکی از آن‌ها درروند کاری موتورهای بنزینی نقش مهمی دارد که به‌نام سیستم جرقه‌زنی مداوم و دوبل معروف است. این سیستم درپیشرانه‌های جدید با تکنولوژی بالا مورد استفاده قرار گرفته است و سیستم دیگر که امروزه مهندسان بسیار روی این موضوع متمرکز هستند سیستم کاهش آلاینده‌های تولیدی از موتورهای احتراق‌داخلی است که به‌صورت تکنیکال و فنی به آن‌ها خواهیم پرداخت.
سیستم الکترونیکی زمان‌بندی سوپاپ VVT
اساس عملکرد موتورهای احتراق‌داخلی اتو به‌میزان هوای ورودی به‌سیلندر بسیار وابسته است؛ به‌همین دلیل در گذشته مهندسان مکانیک خودرو تعداد سوپاپ‌ها را افزایش می‌دادند تا هوای بیش‌تری به‌داخل سیلندر وارد شود. اما موضوع تعداد سوپاپ بیش‌تر معضلی را برای موتور به‌وجود می‌آورد؛ آن هم استهلاک بیش‌تر است. زیرا زمانی‌که قطعات مکانیکی و دوار بیش‌تر می‌شود، سایش و اصطکاک افزایش می‌یابد. در پی این افزایش، استهلاک موتور نیز به‌همان میزان افزایش می‌یابد. به‌همین دلیل مهندسان خودرویی از سال 1980 میلادی به‌بعد سیستم الکترونیکی که مکانیزم سوپاپ را بررسی میکند ابداع کردند. این سیستم امروز با نام سیستم زمان‌بندی سوپاپ‌متغیر یا همان VVT شناخته می‌شود و این سیستم درسال 1980 میلادی ابداع شد و پس از آن کمپانی‌هایی مانند ب‌ام‌و، تویوتا، هوندا، نیسان و... در محصولاتشان به‌کار گرفتند. این سیستم الکترونیکی جدید می‌تواند زمان‌بندی سوپاپ‌ها و مدت‌زمان باز بودن آن‌ها را متناسب با شرایط کاری موتور به‌صورت اتوماتیک و خودکار تنظیم کند. به‌کارگیری سیستم زمان‌بندی متغیر سوپاپ‌ها سبب افزایش راندمان موتور و بهبود عملکرد آن می‌شود و درموتورهای معمولی که فاقد این سیستم هستند، تنظیم زمان باز بودن سوپاپ‌ها صرفا از طریق فیلرگیری یا شیم‌گیری (تنظیم لقی بین سوپاپ و اسبک) امکان‌پذیر است؛ اما در موتورهایی که دارای سیستم VVT هستند، تنظیم زمان‌بندی سوپاپ‌ها به‌صورت هوشمند و متناسب با شرایط کاری موتور انجام می‌شود. در این سیستم تعدادی سنسور وجود دارد که موقعیت میل‌بادامک، موقعیت میل‌لنگ و دورموتور را تشخیص می‌دهند و سپس واحد کنترل الکترونیکی موتور ECM براساس اطلاعات به‌دست‌آمده از این سنسورها پردازش‌های لازم را انجام میدهد. درنهایت با فرمان‌هایی که توسط ECM صادر می‌شود، موقعیت قرارگیری میل‌بادامک متناسب با شرایط تنظیم شده و زمان باز بودن سوپاپ‌ها به‌طور خودکار تنظیم می‌شود. این سیستم به‌دلیل این‌که دارای واحد کنترل الکترونیکی و سنسور و عملگر است، دقیق‌تر و هوشمندتر عمل میکند. امروزه این سیستم از سوی خودروسازان مطرح نام‌های دیگری دارد که به‌عنوان مثال کمپانی ب‌ام‌و آن را با نام ونوس و کمپانی هوندا با نام VTEC و کمپانی نیسان با نام VVEL آن را معرفی میکند.
سیستم مکش متغیر VIS
مکش موتور یکی از پارامترهایی است که طراحی و ساختار آن بسیار حائز اهمیت است و در ابتدای مرحله کاری موتورهای احتراق‌داخلی بنزینی، مکش صورت می‌گیرد و مکش موضوع بسیار مهمی برای روند کاری است. یکی از تکنولوژی‌هایی که در راستای بهبود راندمان موتورهای پیشرفته طراحی و تعبیه شده است، سیستم مکش متغیر VIS است و در سیستم مکش متغیر VIS مانیفولد هوای هرسیلندر دارای دو مجراست که یکی از آن‌ها همواره باید باز و دیگری توسط یک دریچه باز و بسته شود. در دورآرام که نیاز به‌هوای کمتری است، تنها یک مجرا باز می‌شود. اما در دورهای بالا که هوای بیش‌تری مورد نیاز است، با بازشدن دریچه، هر دو مجرا باز می‌شود. این سیستم دردورهای بالا می‌تواند عملکرد دورآرام موتور را بهبود بخشد و برای نخستین‌بار توسط کمپانی تویوتا مورد استفاده قرار گرفت. همچنین پس از به‌کارگیری این سیستم توسط کمپانی تویوتا، کمپانی پورشه در خودرو اسپرتش که معروف به‌مدل 993 است این سیستم را نصب کرده بود تا راندمان موتور افزایش یابد. سیستم مکش متغیر VIS سبب افزایش قدرت و بهبود عملکرد پیشرانه خودرو می‌شود.
سیستم جرقه‌زنی مداوم و دوبل DSI
طراحی موتورهای احتراق‌داخلی بنزینی به‌صورت اشتعال جرقه‌ای است. به‌عبارت دیگر در این نوع پیشرانه‌ها وجود قطعه‌ای به‌نام شمع و سیستم کنترلگر آن به‌نام سیستم جرقه‌زنی بسیار مورد اهمیت قرار می‌گیرد. زیرا اگر سیستم جرقه‌زنی برای چنین پیشرانه‌هایی وجود نداشته باشد، هوا و سوخت مشتعل نمی‌شود. بنابراین سیستم‌های متفاوتی برای راندمان و گشتاور خودرو مطرح و تعبیه شده است؛ مانند سیستم جرقه‌زنی کوئل مجزا به‌همراه کوئل مدادی که امروزه باتوجه به‌طراحی سیستم‌های جدید، مهندسان سیستم جرقه‌زنی مداوم و دوبل را طراحی کرده‌اند. این سیستم برای نخستین‌بار در موتورهای هوشمند کمپانی هوندا مورد استفاده قرار گرفت. در این سیستم به‌منظور ایجاد احتراق کامل‌تر و سریع‌تر در هر یک از سیلندرها، دو عدد شمع وجود دارد که قدرت جرقه و سرعت انتشار آن را افزایش میدهد. این اقدام باعث بهبود فرآیند احتراق شده و در افزایش راندمان موتور، کاهش مصرف سوخت و کاهش آلایندگی موتور تاثیرگذار است.
سیستم تهویه مثبت محفظه میل‌لنگ PCV
این سیستم وظیفه دارد هیدروکربن‌های سوخته‌نشده‌ای را که از طریق نشت پیستون‌ها وارد محفظه میل‌لنگ شده است توسط خلأ ایجادشده در مانیفولد هوا مکش کرده و مجددا وارد سیلندرها کند. این کار هم سبب سوختن کامل هیدروکربن‌ها می‌شود و از آلودگی محیط‌زیست جلوگیری میکند و هم از ترکیب این هیدروکربن‌ها با روغن درون محفظه کارتل جلوگیری میکند. این سیستم برای نخستین‌بار در دهه 1960 میلادی روی موتورهای بنزینی مورد استفاده قرار گرفت و امروزه توسط مهندسان توسعه یافته و دارای سنسور و عملگرهایی است که به‌راندمان موتور و کاهش آلاینده‌ها کمک بسزایی میکند.
سیستم کنترل آلاینده‌های تبخیرشده EECS
یکی از عواملی که امروزه سبب افزایش آلودگی هوا و تاثیر منفی روی محیط‌زیست می‌شود، تولید آلاینده‌های سوختی است که از سوخت مشتعل‌شده به‌وجود می‌آید. همان‌طور که گفته شد مهندسان خودرویی به‌این موضوع بیش‌تر اهمیت داده و متمرکز هستند.
سیستم‌های متعددی در این زمینه مطرح و طراحی شده است که یکی از این آن‌ها کنترل آلاینده‌های تبخیرشده EECS است و از این سیستم به‌منظور کنترل آلایندگی مربوط به‌بخارات سوخت استفاده می‌شود. در این سیستم، یک مجرای تهویه‌بخار وجود دارد که بخارات انباشته‌شده در مخزن سوخت را به‌سوی محفظه کنیستر هدایت کرده و در داخل محفظه کنیستر نیز نوعی زغال فعال وجود دارد که می‌تواند بخارات سوخت را جذب کند. لوله دیگری نیز در این سیستم تعبیه شده که سوخت ذخیره‌شده داخل کنیستر را به‌مجرای مکش هوای سیلندرها ارسال میکند.
تمام این تکنولوژی‌های جدید و پیشرفته در خودروهای وارداتی باتکنولوژی بالا وجود دارد و به‌همین دلیل این نوع خودروها آلاینده کمتری تولید کرده و راندمان و عملکرد بهتری دارند. امید است روزی خودروسازان داخلی نیز از این سیستم‌ها استفاده کنند.
۰۰:۲۴ - ۱۴۰۰/۰۹/۱۴
