با پیشرانه‌های بدون میل‌سوپاپ و سیستم FreeValve آشنا شوید

به گزارش پایگاه خبری «عصر خودرو»، وجود ECU باعث شد تا تعداد زیادی از سیستم‌های مکانیکی که هم‌وزن خودرو را سنگین می‌کردند و هم استهلاک زیادی داشتند، از ترکیب کار پیشرانه حذف شوند. به‌تدریج و با پیشرفت‌کردن علم الکترونیک، قطعات مکانیکی جای خود را به سیستم‌های الکترونیکی دادند. قطعاتی که در عین داشتن وزن کمتر، دقت بالاتری دارند و به‌جای صرف زمان زیاد برای تعمیر، به‌سادگی تعویض می‌شوند.
این مسئله نباید اینطور برداشت شود که مکانیک محض نتوانسته با دقت کار خود را انجام دهد و بنابراین به‌اجبار از الکترونیک کمک گرفته است. در زمان جنگ جهانی اول، آلمانی‌ها با استفاده از سیستم مکانیکی محض، هواپیمای فوکر را طراحی کرده بودند که با بهره‌گیری از تعداد زیادی چرخ‌دنده، زمان شلیک گلوله تیربار را که پشت ملخ هواپیما نصب‌شده بود ‌با دور ملخ هماهنگ می‌کرد و بنابراین گلوله‌ها دقیقا از بین دو پره ملخ هواپیما شلیک می‌شد. با تمام این اوصاف، در تکنولوژی‌های جدید استفاده از ترکیب مکانیک و الکترونیک بسیار دقیق‌تر و کم‌هزینه‌تر از سیستم مکانیکی محض است و درعین‌حال بعد از گذشت عمر هر قطعه می‌تواند به‌راحتی با یک قطعه جدید جایگزین شود.
یکی از جدیدترین تکنولوژی‌هایی که به‌منظور افزایش بازده و کاهش مصرف سوخت مورداستفاده قرار می‌گیرد، سیستم سوپاپ‌های هیدرولیکی یا FreeValve است. طراحی، توسعه و ساخت این سیستم توسط شرکت سوئدی کونیگ‌زگ (Koenigsegg) انجام‌شده است. اولین زمزمه‌های تولید این محصول به سال 2000 میلادی یعنی حدود 18 سال پیش برمی‌گردد، بر این اساس طراحی‌شده است که سوپاپ‌ به‌صورت یک عضو مستقل مکانیکی و بافرمان الکترونیکی  باز و بسته شود. در این سیستم نوین دیگر میل‌سوپاپ و سیستم تایمینگ و تسمه جایی ندارند. 

FreeValve چیست؟
زمانی که پیشرانه دور می‌گیرد، چون سرعت حرکت پیستون‌ها زیاد می‌شود، زمان احتراق کاهش می‌یابد و در نتیجه سوخت نمی‌تواند به‌صورت کامل مشتعل شود. این مسئله باعث می‌شود که بازده خودرو پایین آمده و همچنین آلایندگی پیشرانه هم از حد مجاز خارج شود. ازجمله مهم‌ترین تلاش‌هایی که در این راستا صورت گرفت، استفاده از سیستم VVT بود که با کنترل الکترونیکی باز و بسته‌شدن سوپاپ‌ها، به پیشرانه در دور بالا این امکان را می‌داد که بتواند احتراق کامل‌تری را تجربه کرده و درنتیجه بازده و مصرف سوخت و درنتیجه آلایندگی استانداردتری را به ثبت برساند.
در این سیستم نوین، با جایگزین‌کردن سوپاپ‌های مستقل هیدرولیکی که به‌صورت مستقیم از ECU فرمان می‌گیرند، علاوه بر رفع مشکل زمان باز و بسته شدن، به کاهش تعداد قطعات هم کمک شده است. باوجود این سیستم، پیشرانه از وجود میل‌سوپاپ، تسمه تایم، هرزگردهای تسمه تایم، استکانی، اسبک، قاب محافظ تسمه تایم و تعداد زیادی قطعات ریزودرشت بی‌نیاز می‌شود. این مسئله علاوه برافزایش دقت عملکرد پیشرانه، به کاهش وزن و آلایندگی و همچنین به افزایش بازده قدرت و گشتاور پیشرانه کمک می‌کند.

ساختار و عملکرد‌
در پیشرانه‌های بدون میل‌سوپاپ که به ‌اصطلاح سازنده آن یعنی شرکت کونیگ‌زگ، پیشرانه QamFree نامگذاری شده است، به‌جای استفاده از میل‌سوپاپ برای تنظیم زمان و مدت باز و بسته شدن سوپاپ‌ها از یک سیستم حرفه‌ای و درعین‌حال ساده استفاده کرده است. این سیستم که از یک بورد کوچک، یک فنر، یک جک هیدرولیکی کوچک، روغن و هوا تشکیل‌شده است به‌وسیله کنتاکتورهایی که مستقیما از ECU فرمان می‌گیرند کنترل می‌شود. به زبان ساده‌تر، کاری که سوپاپ باید به‌صورت مکانیکی و به‌وسیله تسمه تایم و میل‌سوپاپ انجام می‌داد را این سیستم صرفا با استفاده از یک جک هیدرولیکی که بافرمان برقی بازشده و با فشار فنر داخلی آن مجددا بسته می‌شود، انجام می‌دهد. تفاوت ظاهری این سیستم با مدل سنتی در این است که به‌جای استفاده از میل‌سوپاپ، در بالای سوپاپ‌ها و در کنار ریل سوخت، یک قاب نصب‌ می‌شود که درون آن‌یک بورد کنترلی و لوله روغن و آب قرار دارد و کنتاکتورهای سر سوپاپ به آن متصل می‌شوند. با فرمان ECU کنتاکتورها به ترتیب فرمان حرکت صادر کرده و جک هیدرولیکی درون سوپاپ را با استفاده از جریان  هوا و روغن(پنوماتیکی) به سمت جلو هدایت می‌کنند، به نسبت بالا یا پایین بودن دور موتور، زمان انجام این عملیات به دستور ECU کم یا زیاد می‌شود و بلافاصله پس از قطع فرمان، فنر داخل، سوپاپ را به حالت اول بازمی‌گرداند.
این سیستم بسیار ساده که با بهره‌گیری از یک جک هیدرولیکی کار می‌کند، می‌تواند علاوه بر کاهش وزن پیشرانه، به‌دقت، کیفیت و سرعت حرکت سوپاپ‌ها کمک کند و این مسئله باعث افزایش بازده‌، کاهش مصرف سوخت و کاهش آلایندگی می‌شود.

نمونه واقعی‌
نسل آخر سیستم FreeValve در آوریل سال 2016 بعد از حدود 15 سال سعی و خطا و آزمایش، با همکاری مشترک شرکت سوئدی کونیگ‌زگ(Koenigsegg) و شرکت چینی کوروس(Qoros) به صورت عملی تولید شد. در ماه نوامبر در نمایشگاه خودرو گوانگژو به‌صورت یک نمونه قابل‌آزمایش ‌روی خودرو کوروس مدل Debuts با یک پیشرانه 1.6 لیتری توربوشارژر مورداستفاده قرار گرفت. بر اساس اعلام کارخانه، این خودرو می‌تواند 230 اسب بخار قدرت و 320 نیوتن‌متر گشتاور تولید کند. این در حالی است که نمونه معمولی آن‌که از سیستم FreeValve استفاده نمی‌کند، 47درصد در قدرت و 45درصد در گشتاور از نمونه مجهز به این سیستم ضعیف‌تر است. علاوه بر اینها، وزن پیشرانه مجهز به FreeValve حدود 20 کیلوگرم از نمونه معمولی سبک‌تر است و ابعاد آن حدود 5 سانتی‌متر در ارتفاع و 7 سانتی‌متر در عمق کاهش‌یافته است. مصرف سوخت آن‌هم حدود 15درصد از نمونه معمولی پایین‌تر است.
این اعداد نشانگر موفقیت بزرگی است که می‌تواند در صنعت خودرو انقلاب ایجاد کند و به بهره‌وری هرچه بیشتر از پیشرانه‌های کم‌حجم برای بالا بردن قدرت و گشتاور و درعین‌حال پایین‌ آوردن مصرف سوخت و میزان آلایندگی کمک بسزایی کند.

شرکت Qoros، خودروساز چینی بنامی است که از تکنولوژی QamFree دریکی از خودروهای خود استفاده کرده است. این شرکت در واقع یکی از سرمایه‌گذارهای تولید و توسعه سیستم FreeValve بود.

نمایی از یک پیشرانه QamFree

حوه عملکرد این سیستم به این صورت است که فرمان باز و بسته شدن جک‌های هیدرولیکی به‌کاربرده شده در این سوپاپ‌ها با فرمان مستقیم ECU و در زمان لازم انجام می‌شود. در این صورت دیگر نیازی به بهره‌مند سازی پیشرانه به سیستم‌های تغییر زمان باز و بسته شدن سوپاپ‌ها(VVT) نیست.

تجهیزات و مشتقات پیشرانه احتراق داخلی(مانند سوپاپ، استکانی، میل‌سوپاپ و سیستم تایمینگ) که بعد از نصب سیستم FreeVavle حذف می‌شوند.

نمای نزدیک از سوپاپ هیدرولیکی موسوم به FreeValve

نویسنده: روزبه نوروزیان