کارکرد سیستم‌های زمان‌بندی متغیر سوپاپ (VVT) و تأثیر آن‌ها بر مصرف سوخت

دهه‌ها پیش، طراحان موتور به دنبال «قدوس‌ترین هدف» بودند: ساخت موتوری که در زمانی که نیاز داشتید، بیشترین توان را تأمین کند و در سایر زمان‌ها مصرف سوخت و آلاینده‌ها را به حداقل برساند. اما مشکل اصلی چیست؟ زمان‌بندی باز و بسته شدن شیرها در موتورهای سنتی ثابت است؛ و این امر تضادی بین گشتاور پایین‌دور و توان بالا‌دور ایجاد می‌کند. اینجاست که فناوری زمان‌بندی متغیر شیرها (VVT) — فناوری انقلابی — وارد عمل می‌شود و به‌صورت پویا عملکرد تنفسی موتور را بهینه می‌سازد. پس بیایید جزئیات نحوه عملکرد این فناوری و مزایای قابل توجهی را که ارائه می‌دهد، بررسی کنیم.

زمان‌بندی متغیر شیرها چیست و چگونه بازدهی موتور را افزایش می‌دهد؟

به زبان ساده، سیستم VVT این امکان را به موتور می‌دهد تا بخشی از زمان باز و بسته شدن شیرهای ورودی و/یا خروجی در طول چرخه احتراق را کنترل کند. سیستم‌های VVT می‌توانند زمان‌بندی شافت کام (camshaft) را نسبت به شافت محرک (crankshaft) به جلو (پیش‌انداز) یا عقب (عقب‌انداز) جابه‌جا کنند، نه اینکه در یک موقعیت ثابت قرار گیرند که توسط زاویه ثابت شافت کام نسبت به شافت محرک تعیین می‌شود.

این ویژگی چه قدر قدرتمند است؟ زمان بهینه باز شدن شیرها به‌طور گسترده‌ای با تغییر سرعت و بار موتور متفاوت است:

• در دورهای پایین: با عقب‌انداز کردن شافت کام ورودی (بستن دیرتر شیر)، می‌توان حداقل بخشی از مشکلات کیفیت دور آرام و گشتاور پایین‌دور را برطرف کرد.
• در دورهای بالا: با پیش‌انداز شافت کام ورودی و باز کردن زودتر شیر، توان در دورهای بالا افزایش می‌یابد.
• کارایی: در شرایط کروز سبک، اتلاف انرژی ناشی از پمپاژ کاهش یافته و دمای احتراق نیز با به‌دام‌انداختن گازهای خروجی بی‌اثر موجود در مرکز (EGR داخلی) در طول بازه‌ی همپوشانی مشخصی (در این بازه، شیرهای ورودی و خروجی به‌صورت جزئی باز هستند) کاهش می‌یابد؛ بنابراین به‌طور مستقیم کارایی سوخت بهبود می‌یابد.

VVT همچنین با تغییر زمان‌بندی شافت کام در زمان واقعی متناسب با نیازهای موتور، در تمام اوقات امکان تنفس مناسب موتور را فراهم می‌کند — یعنی هر قطره سوخت به‌گونه‌ای بهره‌برداری می‌شود که بیشترین کار مفید را تولید کند.

اجزای کلیدی یک Vvt سیستم: سولنوئیدها، فشار روغن و فیزر شافت کام

پدیده‌ی VVT به‌صورت هماهنگ و سینرژیکی میان اجزای اصلی این سیستم رخ می‌دهد:

۱. فیزر شافت کام: این جا نقطه شروع کار است و این بخش به انتهای شافت کام (camshaft) متصل می‌شود. این قطعه شبیه یک اتصال هیدرولیکی است و قادر است شافت کام را کمی در جهت پیش‌رو (پیش‌برد) یا عقب‌رو (تأخیر) نسبت به موقعیت اصلی‌اش در مقایسه با دندهٔ زنجیر یا تسمهٔ زمان‌بندی جابه‌جا کند. در داخل این قطعه، حفره‌هایی وجود دارد که روغن موتور را در خود جای داده و حرکت سیال را تنظیم می‌کنند.

۲. فشار روغن موتور: برای تولید توان هیدرولیکی لازم جهت فعال‌سازی جابه‌جای‌کنندهٔ زمان‌بندی شافت کام (cam phaser) ضروری است. روغن تمیز و با فشار مناسب، ستون فقرات این سیستم محسوب می‌شود و دقت و قابلیت اطمینان آن را تضمین می‌کند. حفظ کیفیت مناسب روغن و سیستم روان‌کاری برای عمر طولانی‌تر سیستم VVT بسیار مهم است.

۳. شیر(های) سولنوئیدی: این شیرهای کنترل‌شده الکترونیکی هستند که نقش دروازه‌بانان را ایفا می‌کنند. آن‌ها از روغن موتور فشاردار برای تغذیه مسیرهای خاصی در فازدهندهٔ شافت کام (Cam Phaser) بر اساس دستورالعمل‌های واحد کنترل موتور (ECU) استفاده می‌کنند. سولنوئید تصمیم می‌گیرد که فشار روغن به کدام چمبر اعمال شود؛ این عمل به منظور پیش‌انداز یا عقب‌انداز زمان‌بندی شافت کام انجام می‌شود.

واحد کنترل موتور (ECU) همواره سرعت موتور، بار، موقعیت پدال گاز، دما و سایر پارامترها را اندازه‌گیری می‌کند. سپس با استفاده از الگوریتم‌های پیچیده، بهترین زمان‌بندی شافت کام را متناسب با شرایط فعلی رانندگی تعیین کرده و دستورات لازم را به سولنوئیدها ارسال می‌کند تا آن زمان‌بندی مورد نظر حاصل شود.

دنیای واقعی مزایا: چگونه سیستم VVT به بهبود مصرف سوخت و کاهش آلاینده‌ها کمک می‌کند

بهینه‌سازی پویا که توسط سیستم VVT فراهم می‌شود، به مزایای عملی و قابل مشاهده‌ای در دنیای واقعی تبدیل می‌گردد:

• بهبود قابل توجه مصرف سوخت: این مزیت اصلی است. سیستم‌های VVT پتانسیل افزایش قابل توجه راندمان سوخت را دارند، از طریق کاهش تلفات پمپاژ (به ویژه به دلیل EGR داخلی در حالت نیمه دریچه گاز)، بهینه‌سازی پر شدن سیلندر در محدوده وسیع‌تری از دور موتور و افزایش نسبت تراکم. این سطح از بهبود اغلب بین ۵ تا ۱۰ درصد یا بیشتر در مقایسه با یک موتور مشابه بدون VVT ذکر می‌شود.
• کاهش گازهای گلخانه‌ای: دمای اوج احتراق به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد، احتراق بهینه شده و EGR داخلی به کار گرفته می‌شود. این امر به طور مستقیم تولید اکسیدهای نیتروژن مضر (NOx) را کاهش می‌دهد. کامل‌تر شدن و راندمان بیشتر احتراق همچنین منجر به کاهش انتشار هیدروکربن (HC) و مونوکسید کربن (CO) می‌شود که به موتورها کمک می‌کند تا با استانداردهای سختگیرانه زیست‌محیطی مطابقت داشته باشند.
• افزایش قدرت و گشتاور: VVT دامنه گشتاور موتور را گسترش می‌دهد و توان کششی بیشتری در دورهای پایین موتور فراهم می‌کند، همچنین رانندگی را آسان‌تر کرده و پاسخگویی بهتری در دورهای بالاتر موتور ایجاد می‌کند؛ بنابراین تجربه رانندگی در جاده و خارج از جاده قابل‌استفاده‌تر و کاربرپسندتری ایجاد می‌شود.
• بهبود کیفیت دور آرام: تنظیم دقیق‌تر همپوشانی سوپاپ‌ها در حالت دور آرام، همواری و پایداری موتور را بهبود می‌بخشد.

مهندسی دقیق برای پیک عملکرد

فناوری VVT شاهدی بر پیچیدگی شگفت‌انگیز در طراحی جدیدترین موتورهاست. این فناوری همچنین اهمیت اجزای معتبر و با کیفیت بالا را برای سیستم توزیع سوخت (سیستم شیرها) برجسته می‌کند، زیرا عملکرد آن به‌طور قوی به هیدرولیک‌های دقیقاً کنترل‌شده، سولنوئیدهای واکنش‌گرا و فازکننده‌های مطمئن درجه‌بندی‌کنندهٔ شافت کام (Cam Phasers) وابسته است. این امر هماهنگی نرم و دقیق این عوامل را فراهم می‌کند تا موتورها به‌صورت هوشمندانه‌ای تنفس کنند و توان مورد نیاز رانندگان را فراهم آورند، ضمن دستیابی ضروری به صرفه‌جویی در مصرف سوخت و حفظ محیط‌زیست. این فناوری، از اصول اساسی در راستای توسعهٔ موتورهایی پاک‌تر، قوی‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر محسوب می‌شود. ساخت اجزای حیاتی سیستم توزیع سوخت با دقتی بی‌نظیر و در محدودهٔ تلرانس‌های مطلق، محور اصلی تولید سیستم‌های پیچیده‌ای است که قادر به ارائهٔ قابلیت‌های کامل و قابلیت اطمینان بلندمدت خود در طول عمر موتور می‌باشند. شرکت‌هایی که بر اجزای اصلی موتور تمرکز دارند، برای مشارکت در این فناوری پیشرفته ضروری هستند و باید از نظر کیفیت محصولات و عملکردشان قابل اعتماد باشند.