فعال‌سازی هوشمند سوپاپ (IVA): آینده کنترل موتورهای احتراق داخلی

تنظیم زمان‌بندی سوپاپ به‌طور گسترده‌ای به‌عنوان یکی از مؤثرترین روش‌ها برای بهبود بازده موتورهای احتراق داخلی (ICE) شناخته می‌شود. موتورهای مدرن معمولاً فازهای توزیع گاز را در ورودی و/یا خروجی تنظیم می‌کنند و برخی فراتر رفته، ارتفاع بالابری سوپاپ را نیز تغییر می‌دهند. با این حال، این سیستم‌ها هنوز در محدودیت‌های مکانیکی عمل می‌کنند — جابجایی میل‌بادامک‌ها به اندازه چند درجه یا تغییر بین پروفیل‌های بادامک. فعال‌سازی هوشمند سوپاپ (IVA)، توسعه‌یافته توسط شرکت بریتانیایی Camcon Automotive، این محدودیت‌ها را به‌طور کامل از میان برمی‌دارد و آزادی کامل و قابل‌برنامه‌ریزی در کنترل سوپاپ ارائه می‌دهد.

فعال‌سازی هوشمند سوپاپ چگونه کار می‌کند؟

برخلاف سیستم‌های معمولی، IVA یک میل‌بادامک اختصاصی به هر سوپاپ جداگانه تخصیص می‌دهد. به‌جای چرخش پیوسته، هر میل‌بادامک فقط زمانی می‌چرخد که سوپاپ نیاز به باز یا بسته شدن دارد — و با هر فعال‌سازی جهت خود را معکوس می‌کند. اتصال بین میل‌بادامک و سوپاپ از مکانیزم کنترل سوپاپ دسمودرومیک استفاده می‌کند، به این معنا که هم کورس باز شدن و هم کورس بسته شدن به‌صورت مکانیکی هدایت می‌شوند و نه با اتکا به فنر برگشت.

این معماری سطحی از دقت و انعطاف‌پذیری را ممکن می‌سازد که هیچ سیستم متعارفی توان رقابت با آن را ندارد. با IVA، مهندسان و برنامه‌نویسان می‌توانند:

• سوپاپ‌ها را به‌طور قابل‌توجهی سریع‌تر از یک موتور احتراق داخلی سنتی باز کنند
• سوپاپ‌ها را در هر موقعیتی در میانه کورس تقریباً بی‌حرکت نگه دارند
• یک سوپاپ را دو بار در طول یک کورس پیستون باز کنند
• ترتیب احتراق سیلندرها را کاملاً از طریق نرم‌افزار تغییر دهند
• یک پروفیل منحصربه‌فرد بالابری و بسته شدن سوپاپ برای هر سیلندر جداگانه تعریف کنند
• هر یک از این پارامترها را در زمان واقعی و در حین کار موتور تغییر دهند

انعطاف‌پذیری ترمودینامیکی: هر چرخه‌ای بنا به تقاضا

یکی از قابل‌توجه‌ترین قابلیت‌های IVA، توانایی آن در تغییر بین چرخه‌های ترمودینامیکی در حین کار است. یک موتور احتراق داخلی معمولی مجهز به IVA می‌تواند هر یک از چرخه‌های زیر را صرفاً با به‌روزرسانی نرم‌افزار اجرا کند:

• چرخه اتو — چرخه استاندارد موتور بنزینی
• چرخه میلر/اتکینسون — برای بهبود بازده حرارتی در بار جزئی
• احتراق تراکمی بار یکنواخت (HCCI) — برای احتراق پاک‌تر و کارآمدتر
• احتراق تراکمی کنترل‌شده با جرقه (SPCCI) — نوع تولیدی شرکت ژاپنی مزدا از HCCI
• چرخه دوزمانه — برای چگالی توان بیشتر
• چرخه ۱۲ زمانه — یک حالت بسیار کارآمد برای رانندگی با بار سبک

چرخه ۱۲ زمانه شایسته توجه ویژه است. این چرخه بر مفهوم دیرینه غیرفعال‌سازی سیلندر بنا شده، اما با یک تفاوت اساسی: در یک موتور احتراق داخلی معمولی، الکترونیک یک مجموعه ثابت از سیلندرها را برای دوره‌های طولانی خاموش می‌کند که موجب توزیع ناهموار حرارت می‌شود. با IVA، تمام سیلندرها فعال باقی می‌مانند، اما هر کدام یک بار در هر سه کورس کاری — یا یک بار در هر ۱۲ چرخه — احتراق انجام می‌دهند. این کار تمام سیلندرها را در دمای عملیاتی عادی نگه می‌دارد و در عین حال مصرف سوخت را در بارهای سبک به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد.

IVA در برابر سایر فناوری‌های سوپاپ بدون میل‌بادامک

Camcon Automotive اولین شرکتی نیست که در پی کنترل سوپاپ کاملاً متغیر است. چندین بازیگر بزرگ در طول سال‌ها مفاهیم مشابهی را بررسی کرده‌اند:

• جنرال موتورز و فورد — برنامه‌های تحقیقاتی اولیه در زمینه فعال‌سازی سوپاپ کاملاً متغیر
• ریکاردو و لوتوس اینجینیرینگ — مطالعات مهندسی و سیستم‌های نمونه اولیه
• FreeValve / Qamfree — یک سیستم کاملاً بدون میل‌بادامک که در ابتدا در شرکت سوئدی Koenigsegg توسعه یافت و از طریق مشارکت FreeValve و Qoros ادامه پیدا کرد

در حالی که سیستم‌هایی مانند Qamfree میل‌بادامک را به‌طور کامل حذف می‌کنند، Camcon رویکرد مخالف را در پیش گرفت: اختصاص دادن یک میل‌بادامک منحصربه‌فرد به هر سوپاپ. این رویکرد قابلیت اطمینان مکانیکی و دقت فعال‌سازی مبتنی بر بادامک را حفظ می‌کند و در عین حال قابلیت برنامه‌ریزی یک سیستم کاملاً الکترونیکی را ارائه می‌دهد.

دستاوردهای بازده و مسیر به‌سوی تولید انبوه

نتایج عملکرد و بازده حاصل از نمونه‌های اولیه IVA امیدوارکننده است. بر اساس اظهارات توسعه‌دهندگان Camcon Automotive:

• انتشار CO₂ می‌تواند ۱۵ تا ۲۰٪ در مقایسه با یک موتور معمولی کاهش یابد
• آزمایش نمونه اولیه بر روی یک موتور چهارسیلندر ۲.۰ لیتری توربوشارژ، بهبود ۷.۵٪ در صرفه‌جویی سوخت را نشان داد
• مصرف سوخت یک موتور بنزینی IVA به‌طور کلی با یک موتور دیزل قابل مقایسه خواهد بود
• سیستم‌های IVA در تولید سری کمتر از یک پیشرانه هیبریدی هزینه خواهند داشت

Camcon Automotive دو مسیر برای ورود به بازار ارائه می‌دهد: تأمین مستقیم کیت‌های محرک IVA و سخت‌افزار تطبیق موتور برای سازندگان، یا مشارکت با تأمین‌کنندگان موجود قطعات خودرو. این شرکت پیش‌بینی می‌کند که خودروهای تولیدی مجهز به IVA می‌توانند ظرف پنج سال از آغاز تجاری‌سازی وارد بازار شوند.

این یک ترجمه است. می‌توانید نسخه اصلی را اینجا بخوانید: https://www.drive.ru/technic/5be19fd7ec05c4bb5c00003d.html