ترکیب مکانیک و الکترونیک در دنیای خودروها!

موتور احتراق داخلی با هر دو بخش دینامیک و متحرک، دنیای احتراق داخلی را از دهه 1980 به بعد با ظهور قطعات و سیستم های الکترونیکی به منظور افزایش قدرت و کاهش اصطکاک بین قطعات متحرک تغییر داد. این روزها تعداد سیستم های الکترونیکی در خودروها افزایش یافته و در نتیجه هوشمندی خودروها نیز بسیار پیشرفت کرده است.

مهم ترین قسمت هر خودرو نیروی محرکه آن است که با ورود وسایل الکترونیکی دقیق تر و هوشمندتر شده است. بر همین اساس در این مقاله به آخرین فناوری هایی می پردازیم که انقلابی در موتورهای احتراق داخلی ایجاد کرده اند.

راندمان بالا در موتورهای جدید

در طراحی موتورهای قدیمی، به دلیل استفاده از سیستم های مکانیکی، بخش زیادی از راندمان و گشتاور موتور صرف چرخش قطعات مکانیکی می شد. اما از دهه 1990، موتورهای خودروها به سیستم های الکترونیکی هوشمند مجهز شدند که عملکرد و عملکرد خودرو را تا حد زیادی افزایش می دهند.

به عنوان مثال، موتورهای چهار سیلندر 1600 سی سی در دهه های 1980 و 1990 بسته به فناوری آنها حداکثر 80 اسب بخار قدرت تولید می کردند. اما امروزه شاهد موتورهای 1600 سی سی هستیم که می توانند بیش از 190 اسب بخار قدرت تولید کنند. این به حذف قطعات چرخشی و مکانیکی که باعث کاهش قدرت موتور می شود اشاره دارد.

انتشار گازهای گلخانه ای و آلودگی هوا مهندسان را مجبور به کاهش اندازه موتور خودرو و استفاده از سیستم های الکترونیکی جدید برای بهبود عملکرد موتور کرده است. آنها همچنین تعداد سیلندرهای موتورها را کاهش دادند تا موتورهای سیلندر پایینی بتوانند همان قدرت موتورهای بزرگتر و با سیلندر بالاتر را از موتور دریافت کنند.

هدف از طراحی سیستم های جدید

موتورهای احتراق داخلی را می توان یکی از مشکل سازترین گزینه ها دانست که دارای نقاط ضعف مختلفی است. یکی از راه‌هایی که مهندسان خودرو برای چنین مشکلاتی راه‌حل ارائه می‌کنند، استفاده از سیستم‌های الکترونیکی برای افزایش کارایی و کاهش مصرف خودرو است.

به طور کلی شرکت های موفق در این زمینه پروژه های زیادی را اجرا کرده و سپس هر کدام را با برندهای مختلف معرفی و بر روی محصولات جدید خود نصب کرده اند. در حال حاضر، تنها پنج فناوری شناخته شده در طراحی موتورهای امروزی استفاده می شود. این فناوری جدید زمان بندی سوپاپ ها را که نقش مهمی در هر موتور ایفا می کند، برای کاهش تلفات نیرو و افزایش گشتاور و کارایی موتور آزمایش می کند.

سایر سیستم های الکترونیکی با تجزیه و تحلیل محل دقیق موتور و اجزای آن به طور قابل توجهی به افزایش گشتاور و بازده کمک می کنند و در گذشته به دلیل نبود سیستم های دقیق برای نظارت و آنالیز عملکرد موتور، مقدار قابل توجهی از دست دادن توان وجود داشت. اما پس از ورود الکترونیک به عرصه تولید خودرو، هر روز شاهد طراحی سیستم های دقیقی هستیم که به عملکرد و عملکرد بهتر خودرو کمک می کند.

تکنیک های زیادی برای بهبود گردش کار پیشرانه وجود دارد، و در اینجا پنج تکنیکی که امروزه برای طراحی و ساخت یک موتور استفاده می شود، آورده شده است. معروف ترین و جدیدترین فناوری در موتورهای بنزینی، سیستم های الکترونیکی هستند که بر روی سوپاپ یا زمان بندی موتور نصب می شوند.

همچنین سه فناوری دیگر وجود دارد که یکی از آنها نقش مهمی در عملکرد موتورهای بنزینی دارد که به سیستم جرقه زنی پیوسته و دوگانه معروف است. این سیستم در موتورهای جدید با تکنولوژی بالا مورد استفاده قرار گرفته است و سیستم دیگری که امروزه مهندسین بسیار بر روی آن تمرکز کرده اند، سیستم کاهش آلایندگی موتورهای احتراق داخلی است که از نظر فنی و فنی به آن خواهیم پرداخت.

سیستم زمان بندی شیر الکترونیکی VVT

اساس عملکرد موتورهای احتراق داخلی تا حد زیادی به میزان هوای ورودی به سیلندر بستگی دارد. به همین دلیل، در گذشته، مکانیک های خودرو تعداد سوپاپ ها را افزایش داده اند تا هوای بیشتری وارد سیلندر شود. اما مشکل سوپاپ بیشتر مشکلات بیشتری را برای موتور ایجاد می کند. این مصرف بیشتر است. زیرا با افزایش قطعات مکانیکی و دوار، سایش و اصطکاک افزایش می یابد. پس از این افزایش مصرف موتور به همان میزان افزایش می یابد. به همین دلیل، در دهه 1980، مهندسان خودرو، سیستم الکترونیکی را توسعه دادند که مکانیسم سوپاپ را مطالعه می کند.

امروزه این سیستم با نام Variable Valve Timing System یا VVT شناخته می شود، این سیستم در سال 1980 اختراع شد، سپس شرکت هایی مانند بامو، تویوتا، هوندا، نیسان و غیره در محصولات خود استفاده کردند.

این سیستم الکترونیکی جدید می تواند به طور خودکار و خودکار زمان بندی و باز شدن سوپاپ را با توجه به شرایط کار موتور تنظیم کند. استفاده از سیستم زمان بندی متغیر سوپاپ باعث افزایش راندمان و کارایی موتور می شود و در موتورهای معمولی بدون این سیستم زمان باز شدن سوپاپ را فقط می توان با سیم پیچی یا جمع شدن (تنظیم لغزش بین سوپاپ و نور) تنظیم کرد. با این حال، در موتورهای VVT، زمان بندی سوپاپ ها به صورت هوشمند و با توجه به شرایط کاری موتور تنظیم می شود. در این سیستم تعدادی سنسور وجود دارد که موقعیت میل لنگ، موقعیت میل لنگ و موتور را تشخیص می دهد، سپس ECM واحد کنترل الکترونیکی موتور بر اساس اطلاعات به دست آمده از این سنسورها پردازش های لازم را انجام می دهد.

در نهایت با دستورات واحد کنترل موتور، موقعیت میله آهنی متناسب با شرایط تنظیم شده و زمان باز شدن سوپاپ به صورت خودکار تنظیم می شود. این سیستم دقیق تر و هوشمندتر است زیرا دارای واحد کنترل الکترونیکی، سنسور و محرک است. امروزه این سیستم نام های دیگری از خودروسازان دارد، به عنوان مثال توسط بامو با نام ونوس، هوندا با نام VTEC و نیسان با نام VVEL معرفی شد.

سیستم مکش متغیر VIS

مکش موتور یکی از عواملی است که طراحی و ساختار آن بسیار مهم است و در ابتدای مرحله کار موتورهای احتراق داخلی بنزینی، مکش و مکش اتفاق می افتد، موضوع بسیار مهم فرآیند کار است. یکی از فناوری هایی که برای بهبود راندمان موتورهای پیشرفته طراحی و اثبات شده است سیستم مکش متغیر VIS می باشد.در سیستم مکش متغیر VIS منیفولد سیلندر هوا دارای دو مجرای است که یکی از آنها باید همیشه باز باشد و دیگری باید باز شود. و توسط یک دریچه بسته می شود.

در دماهای پایین تر که نیاز به هوای کمتری دارند، تنها یک مجرا باز می شود. اما در سرعت های بالاتر زمانی که هوای بیشتری مورد نیاز است، هر دو کانال با باز بودن دریچه باز می شوند. این سیستم می تواند عملکرد یک موتور کند را در دورهای بالا بهبود بخشد و تویوتا برای اولین بار از آن استفاده کرد. پس از استفاده از این سیستم توسط تویوتا، پورشه به منظور افزایش کارایی موتور، این سیستم را در خودروی اسپرت خود که به مدل 993 معروف است، نصب کرد. سیستم مکش متغیر VIS باعث افزایش قدرت و بهبود عملکرد پیشرانه خودرو می شود.

سیستم جرقه زنی پیوسته و DSI دوگانه

موتورهای احتراق داخلی بنزینی به صورت جرقه ای طراحی شده اند. به عبارت دیگر در این نوع پیشرانه وجود قطعه ای به نام شمع و سیستم کنترل آن به نام سیستم جرقه زنی بسیار حائز اهمیت است. زیرا در صورت عدم وجود سیستم جرقه زنی برای چنین موتورهایی، هوا و سوخت مشتعل نمی شوند. از این رو سیستم های مختلفی برای بازده و گشتاور خودرو پیشنهاد و نصب شده است. مانند سیستم کویل جرقه زنی مجزا با کویل مدادی که مهندسان امروزی به دلیل طراحی سیستم های جدید، سیستم جرقه زنی پیوسته و دوگانه را طراحی کردند.

این سیستم برای اولین بار در موتورهای هوشمند هوندا استفاده شد. در این سیستم برای ایجاد احتراق کاملتر و سریعتر در هر یک از سیلندرها دو شمع وجود دارد که باعث افزایش قدرت جرقه و سرعت انتشار آن می شود. این روش فرآیند احتراق را بهبود می بخشد و در افزایش راندمان موتور، کاهش مصرف سوخت و کاهش آلودگی موتور موثر است.

سیستم تهویه مثبت محفظه سنگ زنی PCV

این سیستم وظیفه جذب هیدروکربن های نسوخته ای را بر عهده دارد که از طریق نشتی پیستون از خلاء ایجاد شده در منیفولد وارد میل لنگ شده و دوباره وارد سیلندرها می شود.

این کار هیدروکربن ها را کاملا می سوزاند و از آلودگی محیط زیست جلوگیری می کند و همچنین از ترکیب این هیدروکربن ها و نفت در داخل اتاق کارتل جلوگیری می کند.

این سیستم اولین بار در دهه 1960 بر روی موتورهای بنزینی مورد استفاده قرار گرفت و امروزه توسط مهندسان توسعه یافته و دارای حسگرها و محرک هایی است که به بهبود راندمان موتور و کاهش آلاینده ها کمک زیادی می کند.

سیستم کنترل آلاینده تبخیری EECS

یکی از عواملی که امروزه باعث افزایش آلودگی هوا و تاثیر منفی آن بر محیط زیست می شود، تولید آلاینده های سوختی است که از سوختن سوخت ها ناشی می شود. همانطور که گفته شد مهندسان خودرو به این موضوع توجه و تمرکز بیشتری دارند.

سیستم های متعددی در این زمینه پیشنهاد و طراحی شده است که یکی از آنها کنترل آلاینده تبخیری EECS است و از این سیستم برای کنترل آلودگی ناشی از بخارات سوخت استفاده می شود.

در این سیستم یک دریچه بخار وجود دارد که بخارهای انباشته شده در مخزن سوخت را به داخل محفظه قوطی هدایت می کند و در داخل محفظه قوطی نوعی زغال فعال وجود دارد که می تواند بخارات سوخت را جذب کند. لوله دیگری در این سیستم تعبیه شده است که سوخت ذخیره شده در داخل کیس را به ورودی هوای سیلندرها می فرستد.

تمام این فناوری های جدید و پیشرفته در خودروهای وارداتی با تکنولوژی بالا وجود دارد و به همین دلیل این نوع خودروها آلاینده کمتری تولید می کنند و کارایی و عملکرد بهتری دارند. امید است روزی برسد که خودروسازان داخلی از این سیستم ها استفاده کنند.