كيف تعمل أنظمة التوقيت المتغير للصمامات (VVT) وما تأثيرها على اقتصادية الوقود

قبل عقود، كان يسعى مصممو المحركات إلى الهدف المنشود، وهو تصميم محرك يولد أكبر قدر ممكن من القوة عندما تحتاجه ويقلل من استهلاك الوقود والانبعاثات في الأوقات الأخرى. كانت المشكلة الكبرى هي أن توقيت الصمامات في المحركات التقليدية ثابت، مما يمثل توازناً بين عزم الدوران عند السرعات المنخفضة والقوة عند السرعات العالية. وهنا ظهرت تقنية التوقيت المتغير للصمامات (VVT)، وهي تكنولوجيا ثورية تُحسّن بشكل ديناميكي عملية تنفس المحرك. إذن، هل ندخل الآن في تفاصيل كيفية عملها والفوائد الكبيرة التي توفرها؟

ما هو التوقيت المتغير للصمامات وكيف يحسّن كفاءة المحرك؟

بكلمات بسيطة، يسمح نظام التحكم المتغير في الصمامات (VVT) للمحرك بالتحكم جزئيًا في توقيت فتح وغلق صمامات السحب و/أو العادم خلال دورة الاحتراق. يمكن لأنظمة VVT أن تُحرّك توقيت عمود الكامات بالنسبة إلى عمود المرفق للأمام (تقديم) أو للخلف (تأخير) بدلاً من أن يكون ثابتًا في وضعية واحدة تحددها الزاوية الثابتة لعمود الكامات بالنسبة لعمود المرفق.

ما الذي يجعل هذا الأمر قويًا إلى هذه الدرجة؟ يختلف توقيت فتح الصمامات الأمثل بشكل واسع نسبيًا بحسب سرعة وحمل المحرك:

• عند دورات منخفضة: يجب أن يكون من الممكن التغلب جزئيًا على مشاكل جودة الخمول وعزم الدوران المنخفض من خلال تأخير عمود الكامة للسحب (إغلاق الصمام لاحقًا).
• عند دورات عالية: يزيد من قوة الطرف العلوي من خلال فتح الصمام مبكرًا عبر تقديم عمود الكامة للسحب.
• الكفاءة: عند التشغيل تحت أحمال خفيفة، يمكن تقليل خسائر الضخ وخفض درجات حرارة الاحتراق من خلال احتجاز الغازات العادمة الوسطى الخاملة (الدورة الداخلية للعادم) خلال فترة تداخل معينة (حيث تفتح صمامات السحب والعادم قليلاً)، مما يحسن كفاءة استهلاك الوقود بشكل مباشر.

كما يحافظ نظام التحكم المتغير في صمامات السحب والعادم (VVT) على تنفس المحرك بأفضل ما يمكن طوال الوقت عن طريق تغيير توقيت الكامات في الوقت الفعلي وفقًا لاحتياجات المحرك، مما يعني استخلاص أقصى استفادة ممكنة من كل قطرة وقود.

المكونات الرئيسية Vvt النظام: الملفات اللولبية، ضغط الزيت، ومرحلات الكامة

تحدث عجائب نظام التحكم المتغير في صمامات السحب والعادم (VVT) بشكل تكاملي من خلال تفاعل المكونات الرئيسية التالية:

1. مرحلة الكامة: هنا تبدأ الأمور وهنا الجزء الذي يتم تثبيته في نهاية عمود الحدبات. يشبه الاقتران الهيدروليكي، ويمكنه إمالة عمود الحدبات قليلاً قبل (تقدم) أو بعد (تأخير) موضعه الأساسي مقارنة بترس السلسلة/الحزام. داخله توجد غرف تحتوي على زيت المحرك الذي ينظم حركة السائل.

2. ضغط زيت المحرك: يُحتاج إلى هذا الضغط لإنتاج القوة الهيدروليكية اللازمة لتفعيل جهاز تغيير طور الحدبات. يُعد الزيت النظيف تحت الضغط المناسب هو العمود الفقري للنظام، ويجعله دقيقًا وموثوقًا. من المهم جدًا الحفاظ على تزييت مناسب وجودة زيت جيدة لعمر نظام التوقيت المتغير للصمامات (VVT).

3. صمام(صمامات) الملف اللولبي: إنها صمامات يتم التحكم بها إلكترونيًا وهي بمثابة بوابات التحكم. وتستخدم زيت المحرك المضغوط لتغذية بعض الممرات في وحدة تغيير توقيت العمود المرفقي وفقًا لتعليمات وحدة التحكم الإلكترونية (ECU). يقوم الملف اللولبي باختيار الغرفة التي سيتم تزويدها بضغط الزيت، وذلك إما لتقديم توقيت الكام أو تأخيره.

تقوم وحدة التحكم الإلكترونية دائمًا بقراءة سرعة المحرك وحمولته وموقع دواسة الوقود ودرجة الحرارة وغيرها. وتحدد أفضل توقيت للكام يمكن استخدامه وفقًا للظروف الراهنة للقيادة باستخدام خوارزميات معقدة، وترسل الأوامر إلى الملفات اللولبية لتحقيق ذلك.

حقيقي الفوائد: كيف يعزز نظام (VVT) كفاءة استهلاك الوقود ويقلل الانبعاثات

التحسين الديناميكي الذي يأتي مع نظام (VVT) يتحول إلى فوائد عملية في العالم الحقيقي:

• تحسين كبير في كفاءة استهلاك الوقود: هذا هو ميزة العناوين الرئيسية. تحتوي أنظمة VVT على إمكانية زيادة كفاءة استهلاك الوقود بشكل كبير، من خلال تقليل خسائر الضخ (وخاصة بسبب إعادة تدوير الغازات المخلفة داخليًا عند تشغيل دواسة الوقود جزئيًا)، وتحسين ملء الأسطوانات ضمن نطاق واسع من سرعة الدوران، والسماح بارتفاع نسب الضغط. تُقدَّر هذه الدرجة من التحسينات عادةً بين 5 إلى 10 بالمائة أو أكثر، مقارنةً بمحرك مشابه بدون تقنية VVT.
• تقليل الانبعاثات: تقل درجات حرارة الاحتراق القصوى بشكل ملحوظ، ويتم تحسين عملية الاحتراق واستخدام إعادة تدوير الغازات المخلفة داخليًا. وهذا يؤدي إلى تقليل مباشر في إنتاج أكاسيد النيتروجين الضارة (NOx). كما أن اكتمال عملية الاحتراق وزيادة كفاءته تؤدي إلى انخفاض انبعاثات الهيدروكربونات (HC) وأول أكسيد الكربون (CO)، مما يساعد المحركات على الامتثال للمعايير البيئية الصارمة.
• زيادة في القوة والعزوم: يوسع نظام التحكم المتغير في الصمامات (VVT) نطاق عزم الدوران في المحرك، مما يوفر قدرة سحب أكبر عند السرعات المنخفضة ويجعل القيادة أكثر سهولة مع استجابة أسرع للطاقة عند السرعات العالية، ما يمنح تجربة أكثر فاعلية وراحة للمستخدم على الطرق وخارجها.
• تحسين جودة الخمول: يساعد التحكم الدقيق في تداخل الصمامات أثناء الخمول في تحسين نعومة أداء المحرك واستقراره.

هندسة دقيقة لـ القمة الأداء

إن تقنية VVT هي دليل على التعقيد الرائع في تصميم أحدث المحركات. كما أنها تبرز أهمية استخدام مكونات عالية الجودة وفعالة في نظام نقل الحركة، حيث تعتمد بشكل كبير على هيدروليكا مُدارة بدقة، وصمامات كهربائية مُستجيبة، ومراحل كاميرية متينة. مما يتيح التكامل السلس بين هذه العوامل بحيث يمكن للمحرك التنفس بذكاء، وتقديم القوة التي يبحث عنها السائقين مع تحقيق تحسينات أساسية في كفاءة استهلاك الوقود والمحافظة على البيئة. وهي تُعد تكنولوجياً أساسية في سبيل تطوير محركاتٍ أنظف وأقوى وأكثر فعالية من حيث التكلفة. وتصنيع المكونات الأساسية لنظام نقل الحركة بدقة تصنيع مطلقة يُعد جوهر تصنيع الأنظمة المعقدة القادرة على تقديم أقصى أداء موثوق طوال عمر المحرك. ويجب على الشركات التي تركز على تصنيع قطع المحرك الأساسية أن تسهم في هذا التطور التكنولوجي العالي من خلال الاعتماد على جودة منتجاتها وأدائها.