با پیشرانه‌های بدون میل سوپاپ آشنا شوید

به گزارش پدال نیوز، وجود ECU باعث شد تا تعداد زیادی از سیستم‌های مکانیکی که هم ‌وزن خودرو را سنگین می‌کردند و هم استهلاک زیادی داشتند از ترکیب کار پیشرانه حذف شوند. به‌تدریج و با پیشرفت‌ علم الکترونیک، قطعات مکانیکی جای خود را به سیستم‌های الکترونیکی دادند؛ قطعاتی که در عین داشتن وزن کمتر، دقت بالاتری داشتند و به‌جای صرف زمان زیاد برای تعمیر، به‌سادگی قابل تعویض بودند. این مسئله نباید اینطور برداشت شود که مکانیک محض نتوانسته با دقت کار خود را انجام دهد و بنابراین به‌اجبار از الکترونیک کمک گرفته است. در زمان جنگ جهانی اول، آلمانی‌ها با استفاده از سیستم مکانیکی محض، هواپیمای فوکر را طراحی کرده بودند که با بهره‌گیری از تعداد زیادی چرخ‌دنده، زمان شلیک گلوله تیربار که پشت ملخ هواپیما نصب‌شده بود را با دور ملخ هماهنگ می‌کرد و بنابراین گلوله‌ها دقیقاً از بین دو پره ملخ هواپیما شلیک می‌شد. با تمام این اوصاف، در تکنولوژی‌های جدید استفاده از ترکیب مکانیک و الکترونیک بسیار دقیق‌تر و کم‌هزینه‌تر است و درعین‌حال به‌راحتی‌ هم قابل تعویض است. یکی از جدیدترین تکنولوژی‌هایی که به‌منظور افزایش بازده و کاهش مصرف سوخت مورداستفاده قرار می‌گیرد، سیستم سوپاپ‌های هیدرولیکی یا
FreeValve است. این سیستم که طراحی و ساخت آن توسط شرکت کونیگ‌زگ (Koenigsegg) انجام شده‌ و اولین زمزمه‌های تولید این محصول به سال 2000 میلادی یعنی حدود 17 سال پیش برمی‌گردد، بر این اساس طراحی‌شده ‌که سوپاپ‌ به‌صورت یک عضو مستقل مکانیکی و بافرمان الکترونیکی  باز و بسته شود. در این سیستم نوین دیگر میل‌سوپاپ و سیستم تایمینگ و تسمه جایی ندارند.
 
FreeValve چیست؟
یکی از بزرگ‌ترین نقاط ضعف پیشرانه‌ها محدودیت  قدرت تولیدی وابسته به دور پیشرانه است که به دلیل افزایش شدید تنش میان قطعات متحرک درونی پیشرانه از یک دور بخصوص به بعد در پیشرانه‌های مختلف OHV ،‌OHC و یا DOHC میسر نمی‌شود. این محدودیت باعث پیدایش سیستم‌های نوین امروزی چون VVT (مکانیسم زمان‌بندی متغیر سوپاپ‌ها) شد که با تکیه بر کنترل الکترومکانیکی و کامپیوتری امروزی تا حد بسیار زیادی کنترل سوپاپ‌ها را به دست گرفته و در نتیجه با کنترل دقیق زمان و مدت باز و بسته شدن سوپاپ‌ها پیشرانه‌ها را به دورهای بالاتر رسانده و در نتیجه قدرت بهینه‌تر و بالاتری را نیز به همراه می‌آورد. در این سیستم نوین، با جایگزین کردن سوپاپ‌های مستقل با عملکرد نئوماتیکی (بادی) که به‌صورت مستقیم از ECU فرمان می‌گیرند، علاوه بر رفع مشکل سرعت و زمان باز و بسته شدن، به کاهش چشمگیر تعداد قطعات متحرک هم کمک بسیاری شده است. با وجود این سیستم نوین، پیشرانه از وجود میل‌سوپاپ، تسمه تایم، هرز‌گردهای تسمه تایم، استکانی، اسبک، قاب محافظ تسمه تایم و تعداد زیادی قطعات ریزودرشت بی‌نیاز می‌شود. این مسئله علاوه برافزایش دقت عملکرد پیشرانه، به کاهش وزن و آلایندگی و همچنین به افزایش بازده قدرت و گشتاور پیشرانه کمک می‌کند.
 
ساختار و عملکرد
در پیشرانه‌های بدون میل‌سوپاپ که به‌اصطلاح سازنده آن یعنی شرکت کونیگ‌زگ، پیشرانه
QamFree نامگذاری شده است، به‌جای استفاده از میل‌سوپاپ برای تنظیم زمان و مدت باز و بسته‌شدن سوپاپ‌ها از یک سیستم حرفه‌ای و درعین‌حال ساده استفاده کرده است. این سیستم که از یک بورد کوچک، یک فنر، یک جک بادی کوچک‌ و روغن تشکیل‌شده است به‌وسیله عملگرهای بادی که مستقیماً از ECU فرمان می‌گیرند، کنترل می‌شود. به زبان ساده‌تر، کاری که سوپاپ باید به‌صورت مکانیکی و به‌وسیله تسمه تایم و میل‌سوپاپ انجام می‌داد را این سیستم صرفاً با استفاده از یک عملگر بادی (نئوماتیکی) که بافرمان برقی بازشده و با فشار روغن داخلی (فشار هیدرولیکی) آن مجدداً بسته می‌شود انجام می‌دهد. تفاوت ظاهری این سیستم با مدل سنتی در این است که به‌جای استفاده از میل‌سوپاپ، در بالای سوپاپ‌ها و در کنار ریل سوخت، یک قاب نصب‌ می‌شود که درون آن‌یک بورد کنترلی و لوله روغن و هوا قرار دارد و عملگرهای سر سوپاپ به آن متصل می‌شوند. با فرمان ECU عملگرها به ترتیب فرمان حرکت صادر کرده و سوپاپ را با استفاده از جریان هوا و به سمت وضعیت باز هدایت می‌کنند و سپس با قطع جریان برق فشار هیدرولیکی درون مکانیسم سوپاپ را به وضعیت بسته بر‌می‌گرداند. به نسبت بالا یا پایین بودن دور موتور، زمان انجام این عملیات به دستور ECU کم یا زیاد می‌شود.
 
نمونه واقعی
نسل آخر سیستم FreeValve در آوریل سال 2016 بعد از حدود 15 سال سعی و خطا و آزمایش، با همکاری مشترک شرکت سوئدی کونیگ‌زگ(Koenigsegg) و شرکت چینی-اسرائیلی کوروس (Qoros) به صورت عملی تولید شد. در ماه نوامبر در نمایشگاه خودرو گوانگژو به‌صورت یک نمونه قابل‌آزمایش روی خودرو کوروس مدل Debuts با یک پیشرانه 1.6 لیتری توربوشارژر مورد استفاده قرار گرفت. بر اساس اعلام کارخانه، این خودرو می‌تواند 230 اسب بخار قدرت و 320 نیوتن‌متر گشتاور تولید کند. این در حالی است که نمونه معمولی آن‌که از سیستم FreeValve استفاده نمی‌کند، 47 درصد در قدرت و 45 درصد در گشتاور از نمونه مجهز به این سیستم ضعیف‌تر است. علاوه بر اینها، وزن پیشرانه مجهز به FreeValve حدود 20 کیلوگرم از نمونه معمولی سبک‌تر است و ابعاد آن حدود 5 سانتی‌متر در ارتفاع و 7سانتی‌متر در عمق کاهش‌یافته است. مصرف سوخت آن‌هم حدود 15درصد از نمونه معمولی پایین‌تر است. علاوه بر افزایش بازده، استفاده از این سیستم باعث کاهش تنش پیشرانه می‌شود و امکان دستیابی به دورهای بالاتر را فراهم می‌کند.
این اعداد نشانگر موفقیت بزرگی است که می‌تواند در صنعت خودرو انقلاب ایجاد کند و به بهره‌وری هرچه بیشتر از پیشرانه‌های کم‌حجم برای بالا بردن قدرت و گشتاور و درعین‌حال پایین‌ آوردن مصرف سوخت و میزان آلایندگی کمک بسزایی کند. هنوز اطلاعات دقیقی در مورد زمان تولید انبوه این پیشرانه در دسترس نیست.
نویسنده: روزبه نوروزیان