طی سالهای اخیر، سیستمهای مختلفی برای بهبود عملکرد سوپاپها در پیشرانههای احتراق داخلی ارائه شده است که در این مطلب به بررسی شیوهی کار چنین سیستمهایی میپردازیم.
مارک تواین پس از انتشار آگهی ترحیم اشتباهی خودش در رسانهها گفت که «گزارشها دربارهی درگذشت من بسیار اغراقآمیز هستند». چنین مطلبی تقریباً شبیه همان چیزی است که هر پیشرانهی احتراق داخلی در صورت صحبت کردن، بر زبان میآورد. در حالی که حساسیت نسبت به سهم خودروها در تولید گازهای گلخانهای بهشدت افزایش یافته است، مهندسان خودرو در همه جا برای بهبود موتورهای احتراق داخلی (ICE) تلاش میکنند تا میزان تولید گازهای سمی و دیاکسیدکربن کاهش یابد.
فناوری جدید در مدت زمان متغیر سوپاپ (CVVD) متعلق به گروه خودروسازی هیوندای موتور کره جنوبی، آخرین پیشرفت پیشرانههای احتراق داخلی برای کاهش آلودگی پیشرانههای بنزینی است. این فناوری، نمونهی دیگری از تکنیکهای جدید مهندسی است تا بار دیگر، اصول کار پیشرانه را به کار گیرند و از موانع فنی غیرقابل عبور در گذشته، بگذرند. فناوری CVVD هیوندای روی پیشرانهی جدید اسمارتاستریم G1.6 T-GDi استفاده شده است که در خودروهای آیندهی هیوندای و کیا استفاده خواهد شد. گفته میشود که این فناوری جدید، قدرت را ۴ درصد، راندمان مصرف سوخت را ۵ درصد و کاهش انتشار گازهای آلاینده را ۱۲ درصد بهبود میبخشد.
سوپاپهای ورودی و خروجی در سرسیلندر موتور اجازه میدهد تا سوخت و هوا وارد محفظهی احتراق شده و گازهای خروجی از آن خارج شوند. زمان باز و بسته شدن و میزان عقبنشینی سوپاپها به کاری بستگی دارد که پیشرانه برای آن طراحی شده است. سوپاپها توسط بادامکهایی باز میشوند که در امتداد میلبادامک و با زوایای مختلف قرار گرفتهاند و هر کدام نیز وظیفهی باز کردن و بستن یکی از دریچههای ورودی یا خروجی سیلندر را بر عهده دارند. بنابراین هر پیشرانهی چهار سیلندر با چهار سوپاپ به ازای هر سیلندر، دارای دو میلبادامک خواهد بود؛ به عبارت دیگر یک میلبادامک برای سوپاپهای ورودی و یکی هم برای سوپاپهای خروجی، که روی هر کدام نیز هشت بادامک (هر کدام برای یک سوپاپ) وجود دارد.
شکل بادامکها در سیستم CVVD هیوندای برای کنترل عقبنشینی و مدت زمان عملکرد سوپاپها (مدت زمان باز بودن آنها) طراحی شده است. چگونگی باز و بسته شدن تدریجی و سرعت باز شدن آنها به شکل بادامک طراحیشده برای هرکدام بستگی دارد. در تیونینگ خودرو و پیشرانه، میلبادامکهای مختلفی انتخاب میشوند تا ویژگیهای مورد نظر مالک یا سازنده را فراهم کنند. طراحی پیشرانه برای خودروهای استاندارد خانوادگی کاملاً متفاوت از خودروهای مسابقهای (مانند خودروهای فرمول یک، رالی و غیره) است.
فناوری هوشمندی مانند سیستم زمانبندی متغیر سوپاپها (Vanos) بیامو، زمانبندی سوپاپ را تغییر میدهد؛ به عبارت دیگر، سوپاپها با توجه به موقعیت پیستون و زمان انجام احتراق، شروع به باز شدن میکنند. سیستم دوم، ولوترونیک (Valvetronic) یا خیز متغیر سوپاپ است. استفادهی همزمان این دو سیستم میتواند باعث شود که زمانبندی و عقبنشینی سوپاپ، متغیر باشند. سیستم مبتکرانهی مولتیایر (Multiair) که توسط واحد فناوریهای سیستم محرکهی فیات با همکاری گروه شفلر (Schaffler) ساخته شده است، میتواند زمانبندی و خیز سوپاپ را با برخی از ترفندهای الکتروهیدرولیکی تغییر دهد. جگوار لندرور نیز نسخهای از فناوری شفلر را در پیشرانهی بنزینی اینجنیوم (Ingenium) خود استفاده میکند.
فناوری تعویض بادامک هوندا معروف به VTEC نیز در مقایسه با سیستمهای امروزی، بسیار هوشمندانه و دارای طراحی ساده است. سیستم VTEC از دو بادامک برای هر سوپاپ استفاده میکند که بهصورت جفت روی میلبادامک قرار گرفتهاند. پیشرانه میتواند از پروفیل نرمتر (شکل بادامک دارای شیب کمتر) برای سرعتهای پایین استفاده کند و در هنگام سرعتهای بالاتر، به پروفیل دارای شیب بیشتر تغییر کند؛ در نتیجه سوخت بیشتری داخل محفظهی احتراق میشود و قدرت خروجی نیز بیشتر خواهد شد.
سیستم CVVD هیوندای روی سوپاپهای ورودی کار میکند (اما میتواند در سوپاپهای خروجی نیز اعمال شود)؛ طرز کار به این صورت است که با اندکی حرکت دادن خط مرکزی میلبادامک از سمتی به سمت دیگر، وضعیت پروفیل بادامک روی سوپاپ تغییر میکند. اگرچه تاکنون سیستمهای زیادی برای بهبود تنفس پیشرانه در صنعت خودرو ارائه شدهاند، اما فناوری CVVD هیوندای قدمی روبهجلو در تاریخ موتورهای احتراق داخلی به شمار میرود. بنابراین تعجب نکنید اگر مهندسان خودرو طی چند سال آینده بتوانند روشهای جدیدتر و بهتری برای بهبود بازدهی پیشرانه پیدا کنند.
فناوری مولتیایر فیات میتواند خیز و تا حد کمی زمانبندی سوپاپ را کنترل کند، اما نمیتواند تأثیری روی مدت زمان باز بودن سوپاپ داشته باشد. بادامکها در این سیستم بهجای عمل کردن مستقیم در بالای سوپاپها، پمپهای روغن کوچکی را در سرسیلندر به کار میاندازند که فشار هیدرولیکی برای باز کردن سوپاپها ایجاد میکنند. کنترل الکترونیکی سوپاپها میتواند فشار (ایجادشده) را آزاد کند تا میزان باز شدن سوپاپها را تغییر دهد؛ در نتیجه باعث میشود تا آنها زودتر باز شده و دیرتر بسته شوند.