همه چیز درباره موتورهای ضریب متغیر تراکم توربو

۳۰ مهر ۱۳۹۹ همه چیز درباره موتورهای ضریب متغیر تراکم توربو

موتوری که از یک ضریب تراکم متغیر برخوردار است نمی‌تواند نسبت به شرایط مختلف و وارد شدن میزان متفاوتی از فشار بازده خود را حفظ کند و گاها دچار افت کارایی می‌شود. به همین دلیل سال‌ها است خودروسازان به دنبال آن هستند تا به فناوری ضریب تراکم متغیر در موتور خودروها دست پیدا کنند.

در واقع فناوری ضریب تراکم متغیر کمک می‌کند که خودروسازان بتوانند مزیت موتورهای تنفس طبیعی در دور موتور پایین و موتورهای توربوشارژر در دور موتور بالا را به طور هم‌زمان در اختیار داشته باشند.

البته ناگفته نماند که تعدادی از خودروسازان نیز موفق شده‌اند به این فناوری دست پیدا کنند. به عنوان نمونه نیسان بعد از بیست سال تلاش و تحقیق توانست به نمونه واقعی و تولید انبوه موتورهای احتراق داخلی مجهز به فناوری ضریب تراکم متغیر دست پیدا کند.

پیشرانه‌های ضریب متغیر تراکم توربو نیسان VC-T نام دارد و ایده اصلی آن از کمپانی سوئدی ساب گرفته شده است. در واقع این موتور می‌تواند در شرایط مختلف و با وارد شدن میزان متغیری از فشار بهترین موازنه را بین کارایی و قدرت ایجاد کند.

مهندسین شرکت نیسان در زمان معرفی این موتور احتراق داخلی خاص ادعا کردند که این موتور نسبت به موتور مشابهی که از فناوری ضریب متغیر تراکم برخوردار نیست در مصرف سوخت ۲۷ درصد بهینه‌تر رفتار می‌کند.

البته تنها کمپانی نیسان نبود که موفق شده بود به این فناوری دست پیدا کند. کمپانی خودروسازی اینفینیتی نیز خودروی QX50 را به همراه موتور مجهز فناوری ضریب متغیر تراکم به بازار عرضه کرد. این موتور که از برچسب قیمتی به نسبت بالایی هم برخوردار بود بین ۲۵ تا ۳۰ درصد در مصرف سوخت بهینه‌تر رفتار می‌کرد.

ضریب تراکم متغیر چیست؟

ضریب تراکم متغیر در یک موتور به حجمی از پیستون اشاره دارد که در سیلندر جابجا می‌شود. این حجم شامل حجم محفظه احتراق و مقدار جا به جایی طولی پیستون در بدنه سیلندر نیز می‌شود.

برای درک بهتر این مفهوم اجازه دهید برای شما مثالی بزنیم. در یک خودرو معمولی ممکن است ضریب تراکم ۸:۱ باشد. در این حالت حجم سیلندر در متراکم‌ترین حالت خود یک هشتم زمانی است که سیلندر در بازترین حالت خود قرار دارد.

در یک موتور مجهز به فناوری ضریب تراکم متغیر این اعداد به ۱۱:۱ تغییر پیدا می‌کنند و در واقع نسبت متراکم‌ترین حالت به بازترین حالت به ۱ به ۱۱ تغییر پیدا می‌کند.

در این حالت در نقطه آغاز تراکم می‌توان از حداکثر توان پیشرانه استفاده کرد و با کمک توربوشارژر از ضربات موتور یا همان ناک جلوگیری کرد. در واقع در زمانی که حجم سیلندر در متراکم‌ترین حالت خود قرار دارد احتراق بهتر صورت پذیرفته و در عمل قدرت بیشتری خروجی موتور است. از نقطه پایان تراکم نیز در مواقعی که بار وارده بر پیشرانه کم است استفاده می‌شود. نتیجه چنین سیستمی افزایش بازدهی و صد البته کاهش مصرف سوخت است.

نکته حائز اهمیتی که در این میان وجود دارد آن است که وارد شدن فشار و بار وارده بیش از حد به موتور سبب می‌شود که سوخت و هوا به میزان درستی با یکدیگر مخلوط نشد و احتراق ناقص رخ دهد.

احتراق ناقص علاوه‌بر آنکه سبب افزایش آلودگی هوا و وارد شدن آسیب به محیط زیست می‌شود به موتور خودرو نیز فشار وارد می‌کند. همین موضوع سبب شده که میزان فشار وارده به محفظه احتراق خودروهای مجهز به فناوری ضریب تراکم متغیر کنترل شود.

روشی که به واسطه آن میزان فشار وارد شده به سیلندر موتور را کنترل می‌کنند مرتبط با میزان اکتان سوخت است. هنگامی که میزان اکتان سوخت مصرفی موتور افزایش پیدا کند فرآیند سوخت با سرعت کمتری رخ می‌دهد و در نتیجه فشار وارده به سیلندر خودرو کاهش می‌یابد.

از طرف دیگر نیز می‌توان با کمک سنسورهای خاصی محل بهینه برای آغاز احتراق را شناسایی کرده و در این حالت فشار وارده به سیلندر خودرو افزایش می‌یابد. افزایش فشار وارده به سیلندر سبب افزایش کارایی و قدرت موتور می‌شود.

اضافه شدن سیستم‌های پرخوران همچون توربوشارژرها هم پیچیده‌تر شدن موتورهای مذکور را به دنبال دارد چراکه این سیستم‌ها ورودی هوا را افزایش داده و به دنبال این کار فشار وارده به محفظه احتراق نیز افزایش پیدا می‌کند.

تا پیش از روی آوردن صنعت خودروسازی به استفاده از سنسور در موتورهای توربوشارژر قدیمی فشار وارد شده به محفظه احتراق را از طریق ضریب تراکم پایین در حین بوست شدن توربوشارژر کنترل می‌کردند اما در نمونه‌های جدید از سنسور استفاده می‌شود.

علت اصلی روی برگرداندن از ضریب تراکم پایین در حین بوست افزایش مصرف سوخت موتورهای توربوشارژر است. در واقع در این موتورها در حالتی که توربوشارژر بوست نیست عملکرد موتور دچار اختلال شده و لگ رخ می‌دهد.

با کمک سنسورهای جدیدی که خودروسازان بر روی موتورهای توربوشارژر نصب می‌کنند امکان افزایش ضریب تراکم مکانیکی فراهم می‌شود.

 

ضریب تراکم متغیر چیست؟

نمونه‌های ناموفق از موتورهای ضریب متغیر تراکم توربو

همانطور که پیش از این نیز گفتیم ایده اصلی مربوط به پیشرانه‌های ضریب متغیر تراکم توربو توسط کمپانی ساب مطرح شد. پر گیلبراند که یکی از مهندسین نابغه این کمپانی است برای عملیاتی کردن این ایده تصمیم گرفت بلوک موتور را به صورت افقی اره کرده و دو قطعه حاصله را همانند یک آکاردئون به یکدیگر وصل نماید. هدف این مهندس آن بود که با این کار ضریب تراکم متغییر شود. هرچند این ایده در نمونه آزمایشگاهی موفق عمل کرد اما هیچگاه نتوانست سبب تولید پیشرانه‌های ضریب متغیر تراکم توربو در حجم انبوه شود.

در نمونه‌ای دیگر نیز کمپانی لوتوس موفق شد یک موتور دو زمانه با نام Omnivore تولید کند. در این موتور که محفظه احتراق آن می‌توانست تغییر سایز داده و کوچک یا بزرگ شود نسبت تراکم متغیر بوده و به همین جهت نیز امکان بهره‌مندی از انواع سوخت با درجه اکتان متفاوت وجود داشت. البته موتور Omnivore نیز نتوانست به مرحله تولید انبوه برسد و دست مهندسین لوتوس نیز از تولید یک موتور ضریب متغیر تراکم توربو کوتاه ماند.

نمونه‌های موفق از موتورهای ضریب متغیر تراکم توربو

تاکنون تنها دو کمپانی نیسان و اینفینیتی توانسته‌اند این دست از موتورها را به مرحله تولید برسانند و در نسل ششم آلتیما و اینفینیتی QX50 مورد استفاده قرار دهند.

کمپانی‌های مذکور برای تولید موتورهای ضریب متغیر تراکم توربو از مکانیزم‌های پیچیده‌ای استفاده کرده‌اند اما از آنجا که این موتورها نسبت به موتورهای توربوشارژر امروزی در مصرف سوخت بهینه‌تر بوده و کارایی بالاتری دارند تولید و عرضه آن‌ها به‌صرفه است.

 

نویسنده: زهرا ملکی