فرمول یک ایران – کلمه VVT مخفف عبارت Variable Valve Timing است، که به معنای زمان بندی متغیر سوپاپ ها می باشد، در این سیستم زمان بندی باز و بسته شدن سوپاپ های ورودی و دود موتور، بسته به شرایط کاری موتور تغیر می کند. در ابتدا که این سیستم به وجود آمد، فقط برای سوپاپ های ورودی عمل می کرد، و بعد از مدتی بر روی سوپاپ های دود هم این سیستم استفاده شد.

در این مقاله قصد داریم ابتدا با نحوه عملکرد این سیستم در قسمت سوپاپ های ورودی و سوپاپ های دود آشنا شویم، سپس در پایان به بررسی این سیستم در موتور های کمپانی BMW بپردازیم.

زمان بندی سوپاپ ورودی (Intake Valve Timing) 

همان طور که در سری مقالات قبل در رابطه با موتور های احتراق داخلی صحبت کردیم، عمده موتور های احتراق داخلی، با چرخه ۴ زمانه کار می کنند. این چرخه شامل ۴ مرحله اصلی است :

۱-مکش

۲-تراکم

۳-انبساط (کار)

۴-تخلیه

در مرحله مکش، سوپاپ ورودی باز می شود، و به علت افت فشاری که درون سیلندر رخ می دهد، جریان مخلوط هوا و سوخت به داخل محفظه سیلندر راه پیدا می کند.

پس از پایان این مرحله، سوپاپ ورودی بسته می شود و پیستون رو به بالا حرکت می کند و مرحله تراکم صورت می گیرد. تا به حال بار ها تعریف این ۲ مرحله از چرخه کاری موتور را شنیده ایم، اما در این تعریف نکته بسیار مهمی وجود دارد، این نکته یکی از عوامل افزایش راندمان موتور های احتراق داخلی است. زمان بندی سوپاپ!

 

باز و بسته شدن سوپاپ ها به وسیله جرکت بادامک ها رخ می دهد، در نتیجه باز و بسته شدن سوپاپ ها یک امر کاملا مکانیکی است، و بدیهی است که هیچ امر مکانیکی به صورت آنی رخ نمی دهد و نیازمند زمان است. مکش در موتور به وسیله حرکت پیستون از نقطه مرگ بالا (Top Death Center-TDC) به سمت نقطه مرگ پایین (Bottom Death Center-BDC) ایجاد می شود، هنگامی که پیستون از بالا به پایین می رود، حجم موجود در محفظه سیلندر موتور زیاد می شود، و این افزایش حجم موجب افت فشار در سیلندر می شود، و مخلوط هوا و سوخت تازه از راهگاه ورودی موتور به سمت محفظه سیلندر راه پیدا می کند.

پس تا به اینجا نتیجه می گیریم که سوپاپ ورودی، هنگامی که پیستون در نقطه مرگ بالا (TDC) قرار دارد، باید باز باشد، برای رسیدن به این شرایط، سوپاپ ورودی باید قبل از رسیدن پیستون به نقطه مرگ بالا باز شود. به عنوان مثال به نمودار زیر توجه کنید، این نمودار میزان باز شدگی سوپاپ ورودی را برای یک موتور اشتعال جرقه ای (Spark Ignition-SI) بر حس زاویه دوران میل لنگ نشان می دهد.

 

هنگامی که پیستون در موقعیت TDC قرار دارد، زاویه دوران میل لنگ را صفر قرار می دهیم، همان طور که مشاهده می کنید، سوپاپ ورودی قبل از رسیدن پیستون به نقطه TDC شروع به باز شدن کرده است.

در ادامه به بررسی زمان بسته شدن سوپاپ ورودی می پردازیم.

در پایان مرحله مکش، سوپاپ ورودی بسته میشود و پیستون با حرکت رو به بالا مخلوط هوا و سوخت را متراکم می کند، مرحله مکش زمانی تمام می شود که سوپاپ ورودی بسته شود، به طور تقریبی گفته می شود که سوپاپ ورودی هنگامی بسته می شود که پیستون در نقطه مرگ پایین قرار دارد، اما در موتور اسپرت مهندسان موتور، به صورت تقریبی عمل نمی کنند و بسیار با دقت عمل می کنند، در واقع سوپاپ ورودی در چند درجه بعد از نقطه مرگ پایین بسته می شود، یعنی هنگامی که پیستون شروع به حرکت از نقطه مرگ پایین به نقطه مرگ بالا می کند، اندکی بعد از شروع این حرکت سوپاپ ورودی بسته می شود، اما چرا؟

در بالا گفته شد که در مرحله مکش پیستون از نقطه مرگ بالا به سمت نقطه مرگ پایین حرکت می کند، هنگامی که پیستون به سمت پایین حرکت می کند، فشار هوا داخل سیلندر از فشار هوا داخل راهگاه ورودی کمتر می شود، این اختلاف فشار باعث می شود تا یک جریان از راهگاه ورودی به داخل سیلندر (از ناحیه پر فشار به ناحیه کم فشار) به وجود بیاید، با پایین رفتن پیستون به سمت نقطه مرگ پایین این روند ادامه می یابد، هنگامی که پیستون به نقطه مرگ پایین می رسد، تصور می شود که جریان عبوری از راهگاه ورودی به داخل سیلندر قطع شده است و مکش موتور تماما انجام شده است، اما در واقعیت این طور نیست، جریان مخلوط هوا و سوخت به داخل سیلندر زمانی قطع می شود که فشار هوا در سیلندر با فشار هوا در راهگاه ورودی برابر باشد، به علت افت فشار در مسر هوای ورودی به موتور، از قبیل افت فشار بر اثر فیلتر هوای ورودی، اصطکاک جریان هوای ورودی با دیواره های منیفولد و … هنگامی که پیستون به نقطه مرگ پایین می رسد، فشار هوا در داخل سیلندر از فشار هوا راهگاه اندکی کمتر است، پس در این لحظه هم همچنان جریان از راهگاه ورودی به داخل سیلندر وجود دارد.

بعد از نقطه مرگ پایین، پیستون شروع به حرکت به سمت بالا می کند، تا چند درجه بعد از نقطه مرگ پایین، همچنان این قضیه وجود دارد و جریان از خارج سیلندر به داخل سیلندر وجود دارد. به عبارت دیگر سوپاپ ورودی باید در زمانی بسته شود که فشار هوا داخل سیلندر با فشار هوا داخل راهگاه برابر باشد و جریانی بین این ۲ برقرار نباشد.

اگر سوپاپ ورودی زودتر از این زمان بسته شود، یعنی هنوز مخلوط هوا و سوخت به داخل موتور جریان داشته و ما جلوی ورود آن را گرفته ایم، و به عبارت دیگر راندمان موتور کاهش می یابد. و اگر سوپاپ ورودی دیرتر از این زمان بسته شود، یعنی بخشی از مخلوط هوا و سوخت ورودی را با جرکت رو به بالای پیستون، از سیلندر خارج کرده ایم و به راهگاه ورودی برگردانده ایم.

پس میتوان نتیجه گرفت که برای بسته شدن سوپاپ ورودی یک حالت بهینه وجود دارد، که اگر زودتر یا دیرتر از آن سوپاپ بسته شود، با مشکل افت راندمان مواجه خواهیم شد. نکته بعدی که باید در نظر بگیریم، وابستگی بهترین زمان باز و بسته شدن سوپاپ ورودی به دور موتور است، به عبارت دیگر با تغیر دور موتور، زمان بندی سوپاپ برای بهترین راندمان باید تغیر کند.

در دور موتور های بالا، به علت زمان بسیار کم برای ورود مخلوط هوا و سوخت تازه به موتور، سوپاپ ورودی باید دیرتر بسته شود تا حداکثر راندمان موتور حاصل گردد، و همچنین در دور موتور های پایین، سوپاپ ورودی باید زودتر بسته شود. در موتور های معمولی سوپاپ ورودی یک زمان بندی ثابت دارد، یعنی باز و بسته شدن سوپاپ وابسته به دور موتور نیست، و همیشه در همان زمانی که تعیین شده عمل می کند. اما موتور های جدید مجهز به سیستم زمان بندی متغیر سوپاپ (Variable Valve Timing-VVT) هستند. یعنی با توجه به دور موتور، ECU موتور تصمیم میگیرد که سوپاپ ها در چه زمانی باز و بسته شوند تا در هر دور موتور حداکثر راندمان را داشته باشیم.

 

زمان بندی سوپاپ دود (Exhaust Valve Timing)

سوپاپ دود در پایان مرحله احتراق، چند درجه قبل از رسیدن پیستون به نقطه مرگ پایین، باز می شود، و باعث می شود بخش عمده ای از گاز های اگزوز از سیلندر خارج شود. در مرحله احتراق بر اثر انفجار مخلوط هوا و سوخت داخل سیلندر، دما و فشار گازهای داخل سیلندر بسیار بالا رفته، و این افزایش فشار گاز ها باعث می شود تا پیستون به سمت پایین پرت شود، حال اگر در طی مرحله احتراق، هر چه دیرتر سوپاپ دود را باز کنیم، فشار وارده بر پیستون تا مدت زمان بیشتری بالا باقی می ماند، زیرا به محض باز شدن سوپاپ دود، بخش زیادی از گاز های پر فشار ناشی از احتراق، به سمت اگزوز می رود و از فشار روی پیستون کاسته می شود.

پس از باز شدن سوپاپ دود و خارج شدن اکثر گاز های پرفشار، پیستون به سمت نقطه مرگ بالا بر می گردد، و در پایان سوپاپ دود پس از رسیدن پیستون به نقطه مرگ بالا، بسته می شود. در دور موتور های بالا، به دلیل اینکه زمان کافی برای تخلیه گاز های اگزوز وجود ندارد، هر چه سوپاپ های دود دیرتر بسته شوند راندمان بهتری بدست می آوریم.

در دور موتور های بالا، به علت زمان کم، برای ورود مخلوط هوا و سوخت تازه هر چه سوپاپ ورودی زودتر باز شود راندمان بهتری خواهیم داشت، از طرفی هم در بالا گفتیم که در دور موتور های بالا، هرچه سوپاپ دود دیرتر بسته شود راندمان بهتری خواهیم داشت، این حالت به این معنی است که در دور موتور های بالا هر چه همپوشانی سوپاپ ها (Valve Overlap) یا همان قیچی کردن سوپاپ ها بیشتر باشد، راندمان بالاتری داریم. این حالت یکی از هدف های سیستم VVT می باشد.

 در پایان به بررسی این سیستم در موتور های کمپانی BMW میپردازیم.

VVT in BMW : VANOS 

             

 

 

در موتور های BMW، سیستم VVT با نام VANOS شناخته می شود. این سیستم به صورت هدرولیکی عمل می کند. در شکل زیر نمایی از این سیستم و اجزای آن را مشاهده می کنیم.

 

 

در این سیستم در کنار میل بادامک یک سنسور قرار گرفته است، این سنسور وضعیت فعلی میل بادامک را به ECU موتور گزارش می دهد، ECU موتور با توجه به اطلاعات ورودی از قبیل دور موتور، وضعیت سنسور میل بادامک، میزان فشار دادن پدال گاز توسط راننده و … موقعیت جدیدی برای میل بادامک در نظر می گیرد.

در این سیستم در انتهای میل بادامک، یک چرخ دنده هلیکال قرار دارد که درون یک محفظه پر از روغن قرار دارد، در قسمت بعدی یک شیر الکترونیکی برای کنترل جریان روغن قرار دارد، که توسط فرمانی که از ECU می آید عمل می کند، ECU موقعیت جدید میل بادامک را توسط یک سیگنال به شیر اطلاع می دهد، شیر الکتریکی با کم و زیاد کردن فشار روغن در ۲ طرف چرخ دنده هلیکال، باعث میشود چرخ دنده در راستای محور میل بادامک حرکت خطی به جلو یا عقب داشته باشد و همزمان در جهت ساعتگرد یا پادساعتگرد بچرخد، چرخیدن چرخ دنده به معنای چرخیدن کل میل بادامک است، و این به معنی تغیر زمان بندی سوپاپ ها می باشد.

 


۵ دیدگاه

قابل توجه تمام کاربران سایت فرمول یک ایران : از این پس جهت برخورد با کاربران متخلف جرایمی در نظر گرفته شده است که لازم است کاربران در هنگام ارسال دیدگاه خود نهایت دقت را فرمایند ، در بیان دیدگاه ها از توهین به دیگران و رانندگان و ... خودداری کنید ، در صورت مشاهده بدون در نظر گرفتن هر ملاکی IP فرد متخلف مسدود خواهد شد و دیگر نمیتواند وارد سایت شود .
  1. سلمان
    1
    2

    بسیار عالی
    موتور EF7 از تکنولوژی CVVT بهره می بره، همین تکنولوژی هستش ؟

    پاسخ دادن
    • پرهام ملك محمد
      3
      0

      در برخی از مدل های سیستم VVT ، میل بادامک در یک سری زوایای خاص فقط قرار میگیرد، یعنی یا نسبت به حالت عادی ٣٠ درجه آوانس میشود یا ٣٠ در جه ریتارد میشود، بین ٠ و ٣٠ درجه قرار نمیگیرد، اما در برخی مدل های جدید سیستم VVT که با نام CVVT شناخته میشوند، زاویه میل بادامک به صورت پیوسته تغیر میکند و بسته به شرایط کاری موتور در حالت مطلوب قرار میگیرد.
      CVVT = continuously Variable Valve Timing

      پاسخ دادن
  2. مهران
    2
    0

    بسیار عالی ، خیلی خوب بود، مثل تاریخچه موتورهای فرمول یک
    از اینجور مقالات بیشتر بزارید

    پاسخ دادن
  3. AlirezaF1
    0
    0

    عالی بود ….
    اگه بتونید رو تغییرات آیرودینامیکی و باله ایده های جلو و باله ی DRS که حالا دیگه زاویه دار شده بیشتر تمرکز کنید تا شروع فصل دیگه خیلی خوب میشه

    پاسخ دادن

Leave a Reply

Your email address will not be published.