مقدمه
زمان‌بندی متغیر سوپاپ (Variable Valve Timing) یا به‌اختصار، VVT، یک فناوری خودرویی است که امکان تنظیم زمان‌بندی متغیر سوپاپ‌های ورودی/ خروجی را فراهم می‌آورد. هدف VVT، بهینه‌سازی عملکرد و کارایی موتور و همین‌طور کاهش انتشار گازهای آلاینده در شرایط مختلف است. معرفی روش زمان‌بندی متغیر سوپاپ به عصر بخار بازمی‌گردد. این تکنولوژی نخستین‌بار توسط فیات و اواخر سال ۱۹۶۰ مورداستفاده قرار گرفت. بااین‌حال، این آلفا رومئو بود که در سال ۱۹۸۰، موتور مجهز به VVT را به طور رسمی در اسپایدر ۲۰۰۰ به صنعتگران خودرو معرفی کرد. از آن زمان به بعد، تولیدکنندگان از نسخه‌های مختلف VVT در طراحی‌های خود استفاده می‌کنند. این فناوری همچنین با نامهای VTEC، VVT-i و camshaft Dephaser شناخته می‌شود. در ادامه به تشریح مفصل این فناوری می‌پردازیم، ولی پیش از آن بد نیست بدانید سوپاپ چیست و چه اهمیتی در موتور دارد.
سوپاپ چیست و چه کاری انجام می‌دهد؟
در ساختار موتور، سوپاپ‌ها در بالای سیلندر قرار گرفته و وظیفه ورود ترکیب سوخت و هوا به سیلندر و خروج دود حاصل از احتراق را بر عهده دارند. بسته به نوع پیشرانه، هر سیلندر می‌تواند شامل دو یا چند سوپاپ باشد. عملیات باز و بسته‌شدن سوپاپ‌ها به‌منظور ورود ترکیب سوخت و هوا و خروج دود، بر عهده میل بادامک است. میل بادامک ازیک‌طرف به سوپاپ‌ها و از طرف دیگر به‌وسیله تسمه یا زنجیر تایم به میل‌لنگ متصل شده است. همان‌طور که میل‌لنگ می‌چرخد، میل بادامک یا همان میل‌سوپاپ نیز حرکت دورانی پیدا کرده و سوپاپ‌ها را باز و بسته می‌کند.
زمان‌بندی متغیر سوپاپ‌ها چیست؟
زمان‌بندی متغیر سوپاپ‌ها به یک فناوری رایج میان موتورهای مدرن تبدیل شده و در بسیاری از خودروهای بنزینی و دیزلی مورداستفاده قرار می‌گیرد. این فناوری، نقش بسیار مهمی در ایجاد تعادل و بالانس میان قدرت، بهره‌وری و کنترل آلودگی داشته و موجب بهبود عملکرد موتور و تجربه رانندگی می‌شود.
زمان‌بندی سوپاپ به برنامه‌ریزی دقیق باز و بسته‌شدن سوپاپ‌های ورودی و خروجی موتور درون‌سوز اشاره می‌کند. موتور به‌شرط زمان‌بندی مناسب سوپاپ‌ها می‌تواند به مؤثرترین کارایی و قدرت خود دست پیدا کند.
انواع زمان‌بندی متغیر سوپاپ‌ها
بد نیست بدانید در صنعت خودروسازی امروزی، سه نوع سیستم VVT به نامهای IVT، EVT و DVVT وجود دارد که در ادامه به توصیف مختصر آن‌ها می‌پردازیم.
– سیستم زمان‌بندی سوپاپ ورودی (IVT). همان‌طور که از نامش پیداست، این سیستم، زمان‌بندی سوپاپ‌های ورودی را تنظیم می‌کند. این عملیات روی میزان ورود ترکیب هوا – سوخت به سیلندرها تأثیر می‌گذارد.
– سیستم زمان‌بندی سوپاپ خروجی (EVT). این نوع سیستم، زمان‌بندی سوپاپ‌های خروجی را کنترل کرده و روی خروج گازهای حاصل از احتراق از سیلندرها تأثیر می‌گذارد.
– سیستم زمان‌بندی سوپاپ متغیر دوگانه (DVVT). این سیستم، ترکیبی از IVT و EVT بوده و کنترل بیشتری روی کارایی موتور و انتشار آلایندگی دارد.
زمان‌بندی سوپاپ‌ها چگونه چیست؟
فرایند زمان‌بندی سوپاپ‌ها شامل چهار رخداد کلیدی در چرخه چهارزمانه موتور، یعنی مکش، فشرده‌سازی، انفجار و تخلیه می‌شود.
– مرحله مکش
در مرحله مکش (Intake Stroke) سوپاپ ورودی باز می‌شود و ترکیبی از هوا و سوخت را وارد محفظه احتراق می‌کند. پیستون به سمت پایین سیلندر حرکت کرده و ترکیب هوا – سوخت را از منیفولد ورودی به داخل سیلندر می‌کشد. سوپاپ ورودی برای مدت‌زمان خاصی باز می‌ماند تا بر اساس نیاز موتور، ترکیب مناسب سوخت و هوا وارد سیلندر شود.
– مرحله فشرده‌سازی
با بسته‌شدن سوپاپ، مرحله فشرده‌سازی یا همان Compression Stroke آغاز می‌شود. در این مرحله، پیستون به سمت بالا حرکت کرده و ترکیب سوخت – هوا را فشرده می‌سازد. این ترکیب فشرده از سوخت و هوا آماده انفجار است.
– مرحله انفجار
پس از فشرده‌سازی، نوبت مرحله انفجار (Power Stroke) است. پیش از اینکه پیستون به بالای سیلندر برسد، شمع جرقه می‌زند و ترکیب سوخت – هوا منفجر می‌شود. با وقوع انفجار، پیستون با نیروی قابل‌ملاحظه‌ای به سمت پایین به حرکت درمی‌آید. با حرکت پیستون به سمت پایین، انرژی حاصل از احتراق به میل‌لنگ وارد شده و آن را می‌چرخاند. این حرکت دورانی باعث چرخش چرخ‌ها و حرکت ماشین می‌شود.
– مرحله تخلیه
مرحله تخلیه (Exhaust Stroke) آخرین فاز عملکرد یک موتور چهارزمانه است. با رسیدن پیستون به انتهای کورس سیلندر، سوپاپ خروجی باز می‌شود. گازهای در حال انبساط، پیستون را به سمت بالای سیلندر بازگردانده و دود حاصل از احتراق پس از خروج از محفظه وارد منیفولد خروجی می‌شود. سوپاپ خروجی برای مدت‌زمان خاصی باز می‌ماند تا دودها به طور کامل از سیلندر خارج شوند.
بنابراین، می‌توان عملکرد سیستم زمان‌بندی متغیر سوپاپ را بدین صورت خلاصه کرد. سیستم VVT باز و بسته‌شدن سوپاپ‌ها را از طریق یک یا دو میل بادامک کنترل می‌کند. با تعریف زمان لازم برای باز یا بسته ماندن سوپاپ‌های ورودی و خروجی در دور موتورهای پایین و بالا و بدون توجه نسبت به محل قرارگیری پیستون در سیلندر، احتراق کامل‌تری صورت داده و بازده موتور افزایش می‌یابد.
تنظیم سوپاپ با VVT به چه صورت انجام می‌شود؟
همان‌طور که گفته شد، سوپاپ‌ها به‌وسیله میل‌سوپاپ یا همان میل بادامک متصل هستند و عملیات باز و بسته کردن آن‌ها بر عهده میل بادامک است. از طرف دیگر، میل بادامک به یک روتور چندپره (روتور داخلی) متصل بوده که درون محفظه هم‌شکلی به نام روتور بیرونی قرار دارد. این محفظه به‌وسیله تسمه یا زنجیر تایم به میل‌لنگ وصل است و با چرخش دروانی میل‌لنگ، می‌چرخد. فضای مابین روتور داخلی و روتور خارجی با روغن پر شده است. هرگاه نیاز به زمان‌بندی سوپاپ‌ها باشد، فشار روغن میان روتورها تغییر پیدا می‌کند تا بدین‌طریق، روتور داخلی موقعیت متفاوتی نسبت به روتور خارجی پیدا کرده و همگام با آن نچرخد. این‌گونه می‌شود که به‌عنوان‌مثال، یک سوپاپ بیشتر یا کمتر از حد معمول باز یا بسته می‌ماند. تنظیم فشار روغن مابین روتور داخلی و خارجی بر عهده یک مدار تحت کنترل ایسیو است.
مزایای سیستم VVT چیست؟
هدف اصلی VVT، به حداکثر رساندن بهره‌وری و عملکرد موتور است که با تنظیم زمان‌بندی متغیر سوپاپ‌های ورودی و خروجی انجام می‌شود. سایر قابلیت‌های VVT را می‌توان در موارد زیر خلاصه کرد.
– افزایش قدرت و گشتاور
سیستم VVT می‌تواند زمان‌بندی سوپاپ‌های ورودی را به جلو یا عقب بیندازد تا بدین‌وسیله، میزان مناسبی از مخلوط هوا و سوخت در زمان مناسب وارد سیلندر شود. چنین عملکردی موجب بهبود گشتاور و قدرت در سرعت‌های مختلف موتور شده و شتاب و به‌طورکلی، کارایی موتور را افزایش می‌دهد.
– بهبود مصرف سوخت
در بازه‌های خاصی از فشار و سرعت موتور، به تعویق‌انداختن زمان‌بندی سوپاپ ورودی موجب کاهش ورود مخلوط هوا و سوخت به داخل سیلندر می‌شود. این استراتژی «بستن با تأخیر سوپاپ ورودی» موجب افزایش نرخ فشرده‌سازی مخلوط هوا و سوخت و کاهش اتلاف ناشی از پمپاژ شده و در نتیجه، مصرف سوخت را بهینه‌تر می‌سازد.
– کاهش آلایندگی
کنترل دقیق زمان‌بندی سوپاپ‌ها، فرایند احتراق را بهبود بخشیده و احتمال احتراق ناقص و انتشار آلایندگی را به طور قابل‌توجهی کاهش می‌دهد. به‌علاوه، سنسورهای VVT باعث می‌شوند گردش مجدد گازهای خروجی (EGR) در زمان‌های خاصی اتفاق بیفتد. این موضوع به طور خاص میزان انتشار اکسید نیتروژن (NOx) را کمتر می‌کند.
– اجرای نرم و بدون لرزش موتور
سیستم VVT با زمان‌بندی مناسب سوپاپ‌ها، لرزش موتور را کاهش داده و درعین‌حال، پایداری آن را در سرعت‌های پایین و حالت درجا بهبود می‌بخشد. بدین ترتیب موتور به شیوه‌ای نرم و بدون سروصدا به فعالیت خود ادامه می‌دهد.
جمع‌بندی
در اکثر خودروهای امروزی، پیشرانه مجهز به فناوری VVT یا همان زمان‌بندی متغیر سوپاپ‌ها است. این فناوری با تنظیم مناسب زمان باز و بسته‌شدن سوپاپ‌ها نه‌تنها بازده موتور و کارایی آن را بهبود می‌بخشد، بلکه موجب احتراق کامل ترکیب سوخت و هوا در سیلندرها و در نتیجه بهینگی مصرف سوخت و کاهش انتشار گازهای آلاینده می‌شود. در بین خودروهای داخلی، محصولات ایران‌خودرو با موتورهای EF7، TU5 و نسخه‌های بهبودیافته آن‌ها و همین‌طور خودروهای سایپا با موتور M15 و نسخه‌های بهبودیافته آن از فناوری VVT بهره‌مند هستند.
دیدگاهتان را بنویسید