يُعدّ توقيت الصمامات المتغير من أكثر الطرق فاعليةً على نطاق واسع في تحسين كفاءة محركات الاحتراق الداخلي (ICE). تقوم المحركات الحديثة عادةً بضبط أطوار توزيع الغاز عند مدخل الهواء و/أو العادم، وتتجاوز بعضها ذلك بتغيير ارتفاع رفع الصمام. غير أن هذه الأنظمة لا تزال تعمل ضمن قيود ميكانيكية — إذ تحرّك أعمدة الكامة بضع درجات أو تتبادل بين ملامح الكامة. يأتي نظام تشغيل الصمامات الذكي (IVA)، الذي طوّرته شركة Camcon Automotive البريطانية، ليلغي تلك القيود كلياً، ويتيح حرية كاملة وقابلة للبرمجة في التحكم بالصمامات.
كيف يعمل نظام تشغيل الصمامات الذكي؟
خلافاً للأنظمة التقليدية، يخصص IVA عمود كامة مستقلاً لكل صمام على حدة. وبدلاً من الدوران المستمر، لا يدور كل عمود كامة إلا حين يحتاج الصمام إلى الفتح أو الإغلاق — مع عكس الاتجاه في كل عملية تشغيل. ويعتمد الربط بين عمود الكامة والصمام على آلية التحكم الديسموندرومي بالصمام، مما يعني أن كلاً من شوط الفتح وشوط الإغلاق يُشغَّلان ميكانيكياً دون الاعتماد على نابض الإعادة.
يتيح هذا التصميم درجةً من الدقة والمرونة لا يضاهيها أي نظام تقليدي. ومع IVA، يستطيع المهندسون والمبرمجون:
- فتح الصمامات بسرعة أكبر بكثير مقارنةً بمحركات الاحتراق الداخلي التقليدية
- إبقاء الصمامات شبه ثابتة في أي موضع خلال منتصف الشوط
- فتح الصمام مرتين خلال شوط مكبس واحد
- تغيير ترتيب إشعال الأسطوانات كلياً عبر البرمجيات
- تحديد منحنى رفع وإغلاق فريد لكل أسطوانة على حدة
- تعديل أي من هذه المعاملات في الوقت الفعلي أثناء تشغيل المحرك
المرونة الديناميكية الحرارية: أي دورة عند الطلب
تتمثل إحدى القدرات الأكثر لفتاً للنظر في IVA بقدرته على التبديل بين دورات الديناميكا الحرارية أثناء العمل. يستطيع محرك الاحتراق الداخلي التقليدي المزوّد بـ IVA تطبيق أي من الدورات التالية بمجرد تحديث البرنامج:
- دورة أوتو — دورة محرك البنزين القياسية
- دورة ميلر/أتكينسون — لتحسين الكفاءة الحرارية عند الأحمال الجزئية
- إشعال ضغط الشحنة المتجانسة (HCCI) — لاحتراق أنظف وأكثر كفاءة
- إشعال الضغط المتحكَّم بالشرارة (SPCCI) — نسخة مازدا الإنتاجية من HCCI
- دورة الشوطين — لكثافة قدرة أعلى
- دورة الاثني عشر شوطاً — وضع فائق الكفاءة لقيادة الأحمال الخفيفة
تستحق دورة الاثني عشر شوطاً اهتماماً خاصاً. إذ تستند إلى مفهوم تعطيل الأسطوانات الراسخ منذ أمد بعيد، لكن مع فارق جوهري: في محركات الاحتراق الداخلي التقليدية، تُوقف الإلكترونيات مجموعةً محددة من الأسطوانات لفترات مطوّلة، مما يُسبّب توزيعاً حرارياً غير متساوٍ. أما مع IVA، فـتبقى جميع الأسطوانات نشطة، غير أن كل منها يشتعل مرةً واحدةً كل ثلاثة أشواط عمل — أو مرةً واحدةً كل 12 دورة. يُبقي ذلك جميع الأسطوانات عند درجة حرارة تشغيلها الطبيعية مع تقليل استهلاك الوقود بشكل كبير عند الأحمال الخفيفة.
IVA مقابل تقنيات الصمامات الأخرى بدون عمود كامة
ليست Camcon Automotive أول من سعى إلى التحكم الكامل المتغير بالصمامات. فقد استكشف عدة لاعبين رئيسيين مفاهيم مشابهة على مرّ السنين:
- جنرال موتورز وفورد — برامج بحثية مبكرة في مجال تشغيل الصمامات المتغير كلياً
- ريكاردو ولوتس إنجينيرينج — دراسات هندسية وأنظمة نماذج أولية
- FreeValve / Qamfree — نظام خالٍ تماماً من عمود الكامة، طُوِّر في الأصل في كوينيغسيغ السويدية (Koenigsegg) وتواصل عبر الشراكة بين FreeValve وQoros
بينما تزيل أنظمة كـQamfree عمود الكامة كلياً، سلكت Camcon المسار المعاكس: منح كل صمام عموده الكامي الخاص. يحافظ ذلك على الموثوقية الميكانيكية ودقة التشغيل المعتمد على الكامة، مع توفير قابلية البرمجة الخاصة بالأنظمة الإلكترونية الكاملة.
مكاسب الكفاءة والطريق نحو الإنتاج
جاءت نتائج الأداء والكفاءة من نماذج IVA الأولية واعدة. وفقاً لمطوري Camcon Automotive:
- يمكن تخفيض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون CO₂ بنسبة 15–20% مقارنةً بالمحرك التقليدي
- أثبت اختبار النموذج الأولي على محرك رباعي الأسطوانات سعة 2.0 لتر بشاحن توربيني تحسناً في كفاءة استهلاك الوقود بنسبة 7.5%
- سيكون استهلاك الوقود لمحرك IVA البنزيني قابلاً للمقارنة على نطاق واسع مع محرك الديزل
- ستكون أنظمة IVA في الإنتاج المتسلسل أقل تكلفةً من منظومة المحرك الهجين
تُقدّم Camcon Automotive مساريْن للوصول إلى السوق: تزويد الشركات المصنّعة مباشرةً بمجموعات محرك IVA وأجهزة تكييف المحرك، أو الشراكة مع موردي قطع السيارات القائمين. وتتوقع الشركة أن تصل المركبات الإنتاجية المزوّدة بـ IVA إلى الأسواق في غضون خمس سنوات من التسويق التجاري.
هذه ترجمة. يمكنك قراءة النص الأصلي هنا: https://www.drive.ru/technic/5be19fd7ec05c4bb5c00003d.html
نُشرت أيلول / سبتمبر 16, 2021 • 3m للقراءة
