پایگاه خبری اسب بخار
مرجع تخصصی اخبار و ویدیو خودرو

موتورهای بدون میل بادامک (Free Valve Engines)

در موتورهای احتراق داخلی چهارزمانه برای کنترل سوپاپ های ورود هوا و خروج گازهای حاصل از احتراق از قطعه ای استفاده می شود که به میل لنگ مرتبط می شود و سوپاپ ها را باز و بسته می کند.

این قطعه از یک شفت، که تعدادی پروفیل بر روی آن قرار دارد، تشکیل شده است و به علت شباهت این پروفیل ها به بادام به این قطعه میل بادامک (Camshaft) می گویند.

در گذشته، میل بادامک ها مستقیم با میل لنگ (Crankshaft) تماس داشتند و محل قرارگیری آن ها در زیر موتور بود، اما امروز میل بادامک ها توسط تسمه (Belt) و یا زنجیر (Chain) به میل لنگ متصل می شوند و محل قرارگیری آن ها در بالای موتور (بالای سرسیلندر و زیر در سوپاپ) است.

طرح موتور بدون میل بادامک (Free Valve) توسط شرکت “Koenigsegg” مطرح شد، که در آن طرح وظیفه باز و بسته کردن سوپاپ ها به عهده سلونویدهایی است که برای کنترل آن ها، هم از الکتریسیته استفاده می شود و هم از فشار هوا (Pneumatic) و فشار روغن (Hydraulic).

ساختمان سلونوید از سیم پیچ هایی تشکیل شده است که با اعمال جریان به آن ها خاصیت آهن‌ربایی پیدا می کند. در بالای ساقه سوپاپ نیز آهن‌ربایی نصب می شود که قطب آن هم‌نام با قطب سیم پیچ (زمانی که جریان در سیم پیچ برقرار می شود و سیم پیچ خاصیت آهن‌ربایی پیدا می کند) می شود.

کاربرد الکتریسیته در این سلونویدها فقط برای باز شدن سوپاپ هاست و علت به کار بردن آهن‌ربای هم‌نام با خاصیت سیم پیچ در بالای ساقه نیز همین است. وظیفه بستن سوپاپ و حذف ارتعاش های به وجود آمده در مجموعه سلونوید و سوپاپ بر عهده فشار هوا و روغن به کار رفته در آن است. بلافاصله پس از قطع شدن جریان الکتریسیته، فشار روغن و هوای موجود در سیستم به سوپاپ، در جهت بسته شدن آن، نیرو وارد می کنند و به این ترتیب، پس از قطع جریان سوپاپ بسته می شود. کاربرد ترکیب روغن و هوا علاوه بر بستن سوپاپ، ارتعاش های به وجود آمده را نیز حذف می کند تا به ساختمان مجموعه آسیب وارد نشود.

حال این پرسش پیش می آید که چرا برای بسته شدن سوپاپ ها نیز از جریان الکتریک استفاده نمی شود، در حالی که سلونویدهایی وجود دارند که هم در جهت باز شدن و هم در جهت بسته شدن دریچه ها از جریان الکتریکی استفاده می کنند و عمل بسته شدن در آن ها نیز با سرعت بیش تری نسبت به بسته شدن با فشار روغن و هوا صورت می گیرد.

در پاسخ باید گفت که در هر زمان احتمال بروز مشکل برقی در خودرو وجود دارد، در این صورت اگر سوپاپ باز باشد و مشکل برقی به وجود آید، دیگر بسته شدن سوپاپ ها امکان پذیر نیست و احتمال خم شدن سوپاپ و آسیب دیدن پیستون ها وجود دارد. به همین دلیل برای بسته شدن سوپاپ ها از فشار هوا و روغن استفاده می کنند تا در صورت بروز مشکل برقی در سلونویدها سوپاپ ها به صورت مکانیکی بسته شوند و تداخل سوپاپ و سیلندر صورت نگیرد.

عملکرد سوپاپ با میل بادامک به صورت پیوسته است (continuously)، یعنی باز و بسته شدن سوپاپ ها آنی صورت نمی گیرد و تدریجی انجام می شود، اما در خودروهای بدون میل بادامک عمل باز و بسته شد سوپاپ ها آنی (instantaneously) صورت می گیرد و در مدت زمان مشابهی که میل بادامک صرف باز کردن و سپس بستن سوپاپ می کند، سلونوید سوپاپ را کاملاً باز نگه داشته است. به بیان دیگر، می توان گفت که در موتورهای با میل بادامک، سوپاپ تنها در یک نقطه و در یک لحظه کاملاً باز است، اما در موتورهای بدون میل بادامک مدت زمان گشایش کامل سوپاپ بیش تر است و این میزان گشایش اجازه ورود و خروج هوا و گاز بیش تری را می دهد. افزایش بازده تنفسی توسط سوپاپ ها نیاز به تزریق پرفشار سوخت توسط انژکتور را کم‌رنگ می کند، بنابراین برای این موتورها نه تنها از تزریق مستقیم (Direct Injection) استفاده نمی شود بلکه از سیستم تزریق چندنقطه ای (Multi-Point Injection) کم فشار و ارزان تری نیز استفاده می شود.

در موتورهای بدون میل بادامک ECU با توجه به وضعیت و نیاز موتور سوپاپ ها را کنترل می کند، یعنی در شرایط گوناگون میزان گشایش سوپاپ ها متفاوت است. تغییر در میزان گشایش سوپاپ ها در موتورهایی که سیستم VVT دارند نیز وجود دارد، اما تغییر به وجود آمده توسط دنده VVT به کل سوپاپ های تحت فرمان آن میل بادامک اعمال می شود، اما در خودروهای بدون میل بادامک هر سوپاپ به صورت مجزا توسط ECU کنترل می شود، می دانیم که دقت و صحت عملکرد ECU بسیار بیش تر از میل بادامک است، بنابراین عملکرد سوپاپ ها بسیار متناسب تر می شود و بازده تنفسی بیش تری حاصل می شود.

کنترل ECU علاوه بر تغییر در میزان تنفس موتور، در میزان تخلیه گازهای حاصل از احتراق نیز بسیار مؤثر است. با اندکی تغییر در طراحی راهگاه های خروجی و استفاده از سیستم Free Valve می توان تقریباً صد در صد گازهای حاصل از احتراق را از سیلندر تخلیه کرد و روبش (scavenging) گازها نیز در بهترین حالت ممکن انجام شود. با چنین تغییراتی بازده حجمی موتور بیش تر می شود، کوبش (Knock) موتور به علت خروج تقریباً صددرصدی گازهای حاصل از احتراق کم می شود، اتمیزاسیون مولکول های سوخت به ماکسیمم حالت خود می رسد و دمای درون سیلندر نیز کم تر می شود.

حذف میل بادامک از موتور باعث می شود برخی قطعات دوارِ به کار برده شده در موتور حذف شود و به دنبال آن، هم از اصطکاک میان قطعات دوار کم شود و هم از وزن موتور کاسته شود که هر دو نتیجه به دست آمده در جهت افزایش بازده موتور عمل می کنند.

در موتورهایی که از پرخورانی بهره مند می شوند تنها یک سوپاپ از دو سوپاپ خروجی، توربوشارژر را تغذیه می کند و سوپاپ دیگر مستقیم به اگزوز متصل می شود. تغذیه از یک سوپاپ موجب می شود کنترل بهتری بر روی توربوشارژر صورت گیرد تا دیگر شاهد افزایش فشار بیش از حد در توربوشارژر نباشیم و قطعه کنترل کننده فشار اضافی یا شیر تخلیه (Wastegate) و متعلقات آن کاملاً حذف شود. هنگامی که موتور سرد است سوپاپ تغذیه کننده توربوشارژر غیرفعال می شود و سوپاپ دیگر عمل تخلیه گازها را به تنهایی انجام می دهد تا مبدل کاتالیست سریع تر گرم شود.

از دیگر قابلیت های این تکنولوژی می توان به غیرفعال کردن هر تعداد از سیلندرها با توجه به شرایط موتور، تبدیل کردن موتور چهارزمانه به موتور دوزمانه در دورهای پایین (موتورهای دوزمانه در دورهای پایین بهتر عمل می کنند) و کارکردن با سوخت ترکیبی (Flex-Fuel) با درصدهای بالا اشاره کرد.

در کل به کارگیری این تکنولوژی می تواند توان و گشتاور یک موتور را حدود ۵۰% افزایش دهد، این در حالی است که مصرف سوخت و آلایندگی نیز به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.

محمد جبارزاده شیاده
پایگاه خبری اسب بخار