مجموعه مقالات مرتبط با خودرو

**kab** · 3rd January 2010 10:39 AM

بررسی و معرفی انواع موتورهای خودرو

مکانیک خودرو - مقالات

موتور دیزل:
موتور دیزل توسط رودلف دیزل طراحی و به اصطلاح اختراع شد. در موتورهای بنزینی بنزین قبل از ورود به سیلندر با هوا مخلوط شده و و سپس تا انداه ای که به خودسوزی نیفتد تحت فشار قرار میگیرید و با جرقه شمع مشتعل میشود اما در موتور های دیزل فقط هوا تحت فشار قرار گرفته و تا زمانی که دمای هوای متراکم شده به حد قابل قبولی برسد مخلوط سوخت به اون اضافه میشود و احتراق به صورت خود به خود انجام میشه.
یکی از مشکلات موتور های دیزل سوخت مایع و نحوه تزریق اون بود . چون در موتور های دیزل از گرمایی که توسط هوای متراکم شده برای اشتعال استفاده میشد پس سوخت باید در زمان مناسب و با غلظت مناسب تزریق میشد. که تا سال های 1922 این مشکل پا برجا بود.{موتور دیزل در سال 1893 اختراع شد} در سال 1923 رابرت بوش با ساخت انژکتورهایی برای موتور دیزل توانست مشکل موتور های دیزل رو حل کرده و بازدهی این موتور ها رو بالا ببره.
موتور های دیزل به خاطر داردا بودن نسبت تراکم بالا و نداشتن مانعی در مقابل جریان هوای ورودی به موتور دارای بازده حرارتی و حجمی بالاتری نسبت موتورهای اشتعال- جرقه ای هستند و در نتیجه مصرف سوخت پایین و الایندگی کمتری دارند.

اندازه این تصویر تغییر داده شده است. برای مشاهده کامل تصویر در این قسمت کلیک کنید. اندازه اصلی این تصویر 700x319 و حجم آن 41KB.

موتور های چهار زمانه:

1-کورس مکش:
با حرکت پیستون از نقطه مرگ بالا به طرف پایین و به دلیل اب بندی بودن پیستون و سر سیلندر حجم بالای پیستون به صورت ناگهانی افزایش یافته که با باز شدن سوپاپ سوخت مخلوط سوخت وارد سیلندر شده و این فضای خالی رو پر میکنه.
2-کورس تراکم:
پس از کورس مکش کورس تراکم اغاز شده و پیستون از نقطه مرگ پایین به طرف بالا حرکت میکند. که در این حالت مخلوط سوخت {که به صورت گاز هست} متراکم میشه. این مخلوط به گونه ای متراکم میشه که حجم اون به یک هشتم تا یک دوازدهم حجم اولیه میرسه. و فشار درون سیلندر در پایان زمان تراکم و هنگام زمان جرقه به 8 تا 16 اتمسفر میرسه. میزان تراکم مخلوط هوا و سوخت رو نسبت تراکم میگویند.
3-کورس قدرت(انجام کار):
در این مرحله مخلوط سوخت مشتعل شده{ توسط شمع تعبیه شده در بالا سر سیلندر} باعث میشه که پیستون رو به پایین حرکت کنه و مرحله کار به وجود بیاد. که تو این مرحله هر دو سوپاپ{در ماشین های جدید و نیاز به قدرت زیاد عدد سوپاپ ها میتونه بیشتر باشه که هم به صورت زوج هست و هم به صورت فرد} بسته میباشند. اما قبل از رسیدن پیستون به نقطه مرگ پایین سوپاپ دود باز شده و با بالا اومدن مجدد پیستون گازهای حاصل از احتراق از محفظه سیلندر خارج میشن.
4-کورس تخلیه:
تو این مرحله با خارج شدن گاز های حاصل از احتراق یک دوره یا سیکل موتور به طور کامل انجام میشه. لازم به ذکر هست که سیکل معادل چرخش 720 درجه ای میل لنگ هست که شامل دو دور رفت و دو دور برگشت پیستون هم میشه.{در مجموع 4 دور}که تو هر دور میل لنگ 180 درجه میچرخه.

اندازه این تصویر تغییر داده شده است. برای مشاهده کامل تصویر در این قسمت کلیک کنید. اندازه اصلی این تصویر 700x373 و حجم آن 32KB.

موتورهای دو زمانه:
موتور های دو زمانه گونه ای از موتورها هستند که هر سیکل اون ها در دو کورس پیستون تکمیل میشه. بنابراین موتور های دو زمانه نسبت به موتور های چهار زمانه در یک دقیقه دو برابر سیکل دارن و اگر هرد این موتور ها در یک شرایط کاری مساوی کار کنن موتور چهار زمانه 2 برابر قدرت بیشتر تولید میکنه. در موتر های 4 زمانه ما فقط یه مرحله کار داریم که این کار تولید شده علاوه بر حرکت دادن خودرو باید قسمتی از نیروی بدست اومده رو صرف یه حرکت دراوردن دیگر قسمت های موتور برای تکرار سه مرحله قبلی صرف کنه که کلا بازدهی این موتورها رو پایین میاره و در 4 مرحله یک مرحله دارای گشتاور مثبت و بقیه مراحل دارای گشتاور منفی هستند. و دیگر عیب اون های نیاز به وجود استفاده از یک فلایویل بزرگ برای ذخیره نیروی کورس کار و باز پس دادن اون در سه مرحله دیگر هست. اما در موتور های دو زمانه با حرکت کردن پیستون به طرف بالا گاز ورودی متراکم میشه و با زدن جرقه به طرف پایین حرکت میکنه. در این زمان کار انجام شده. که با پایین اومدن اون همزمان هم گازهای حاصل از احتراق خارج میشن و هم مخلوط سوخت ما که در زیر پیستون هست {به اصطلاح کارتل } متراکم میشه.

اندازه این تصویر تغییر داده شده است. برای مشاهده کامل تصویر در این قسمت کلیک کنید. اندازه اصلی این تصویر 700x237 و حجم آن 33KB.

معایب و مزایا:
از معایب این گونه موتور ها میشه به موارد زیر اشاره کرد.
1-در کورس اول مقداری از توان موتور صرف عمل پیش تراکم یشه که با استفاده از توربو شارژر میشه این عیب رو برطرف کرد.
2-خارج شدن مخلوط ورودی از دریچه خروجی سیلندر باعث هدر رفتن سوخت میشه.
3-گازهای حاصل از احتراق به طور کامل تخلیه نمیشن.
4-به دلیل پشت سر هم بودن مراحل امکان خنک کردن قطعاتی از موتور که توسط هوا خنک مشوند وجود نداره و باعث بالارفتن اصطکاک میشه.

مزایا:
1- به دلیل وجود فاصله زمانی کوتاه بین کورسهای قدرت گشتاور زیادی تولید شده و موتور کاردکرد ارام تری دارد.
2- در موتور های کوچک دو زمانه معمولا از سیستم سوپاپ استفاده نمیکنن که باعث کاهش هزینه های ساخت و همچنین کاهش اصطکاک بین قطعات متحرک میشه.
3- به علت سبک بودن وزن موتور و بالاتر بودن قدرت تولیدی موتور از نوان وزنی بیشتری نسبت به موتور های 4 زمانه برخوردار هست.
لازم به ذکر هست که موتور دو زمانه در تصویر بالا مجهز به پمپ خارجی هست. که محل اون در تصویر سمت چپ موتور و درست روبروی منیفولد ورودی قرار دارد.

موتور های وانکلWankel engine)
این گونه از موتور ها از نوع موتور های پیستونی دوار هستند که توسط فلیکس وانکل ارائه شد. این موتور ها از دو الی سه روتور که در محفظه های بیضوی میچرخند تشکیل شده اند و چون این محفظه ها داخل موتورند به اشتعال دورانی معروفند. همون طور که میدونید تو موتور های پیستونی ابتدا حرکت به صورت رفت و برگشت هست و این حرکت رو به حرکت دورانی تبدیل میکنیم. اما تو موتور های وانکل از همون ابتدا حرکت دورانی رو ایجاد میکنیم. که این عمل باعث میشه که اولا قطعات متحرک کاهش پیدا بکنه وزن موتور پایین بیاد. قدرت موتور افزایش پیدا بکنه به طوری که شما میتونید از یه موتور وانکل با حجم 1.4 لیتری قدرتی معادل 200 اسب بخار رو بدون استفاده از توربو شارژر یا سوپر شارژر بدست بیارید و دور موتور رو تا 9000 RPM پر کنید.!!!
اجزا این موتور تشکیل شده از روتور{ROTOR} این قطعه همون کار پیستون رو در موتور های رفت و برگشتی انجام میده. یعنی کار تراکم و بعد انجام کار این قطعه از یک شکل هندسی سه ضلعی بهره میبره که از طریق هر راس این سه ضلع با محفظه خود در ارتباط هست اما به دلیل اصطکاک بالایی که ایجاد میشه معمولا در هر راس از موادی برای اببندی استفاده میشه که علاوه بر کاهش اصطکاک باعث جلوگیری از نشت بنزین یا روغن به دیگر نقاط میشه.
اندازه این تصویر تغییر داده شده است. برای مشاهده کامل تصویر در این قسمت کلیک کنید. اندازه اصلی این تصویر 700x145 و حجم آن 81KB.
شفت خروجی:
این قطعه کار میل لنگ رو انجام میده. که دارای برامدگی هایی هست برای سوار شدن روتور به روی شفت که این برامدگی های با تعداد روتور ها مساوی هست. این برامدگی ها به صورت خارج مرکز طراحی شدن که با گردش روتور روی این لبه ها گشتاور تولید میشه و همزمان با اون شفت به چرخش در میاد. که این حرکت ترکیبی هست . که مثله حرکت سیارات علاوه بر حرکت انتقالی حرکت وضعی داره.

محفظه احتراق: این محفظه روتور و شفت رو درون خودش جای داده. که با ایجاد یک محیط بسته محلی برای احتراق رو هم ایجاد میکنه. خوده محفظه هم به چند محفظه تقسیم میشه که هر روتور در محفظه بیرونی هست و در انتهای این مجموعه دو محفظه جانبی هست.

تولید قدرت:
همون طور که قبلا اشاره کردیم روتور از یک حالت سه ضلعی بهره میبره. که به صورت ساده بگم که هنگامی که از یک طرف مخلوط سوخت وارد محفضه میشه در طرف دیگه مخلوط داره متراکم میشه و در قسمت دیگه گازهای حاصل از اشتعال دارن خارج میشن.{البته تو شکل واضح تر هست و منظورم رو میتونم برسونم} که تو این موتور ها ما مخلوط سوخت رو فقط از یک نقطه وارد میکنیم گازها رو از یک نقطه خارج میکنیم. مخلوط رو از یک نقطه خارج میکنیم. یعنی اگه موتور وانکل رو که شبیه یه موتور سه سیلندر هست در نظر بگیریم. به جای 3 سوپاپ سوخت یک سوپاپ سوخت وجود داره به جای 3 سوپاپ دود یه سوپاپ دود وجود داره و به جای 3 شمع یه دونه شمع هست{البته اضافه کنم که تو موتور وانکل ما سوپاپ نداریم و یه سوراخ و محفظه ورودی و خروجی به جای سوپاپ وجود داره}

مزایا:
بیشترین مزیت موتور وانکل ساختما ساده تر و قطعات کمتری هست که تو ساخت این موتور استفاده میشه که به کاهش 40% قطعات و سبک وزنی به میزان 60% نسبت به موتور پیستونی مشابه منجر میشه. که در باره کاهش قطعات و وزن میتونیم به حذف سوپاپ اسبک و تسمه تایمینگ عدم نیاز به فیلر گیری حذف شاتون{که تو موتور های پیستونی حرکت رفت و برگشتی رو به چرخشی تبدیل میکنه} که باعث میشه موتور وانکل به نرمی کار کنه و بشه اون رو تا دور موتور های بالاتری هم برد در حالی که تو موتورهای رایج این مساله وجود داره و با بالا بردن دور موتور شاهد لرزش زیادی هستیم.
اما هر چیزی در کنار مزایا یه سری معایب هم داره. که تو موتر های وانکل میشه به بحث اببندی روتور ها با محفظه داخلی میباشد که همواره مقداری روغن یا سوخت به دیگر قسمت ها نفوذ میکنه. دومین مساله کامل نسوختن مخلوط سوخت هست. و الودگی بیشتر هوا هستش. و اخریش هم بالانس روتور ها با هم دیگه هست که خیلی حساس و مشکل هست.
اما این معایب رو هم به گونه ای رفع کردند که در مورد اببندی همونطور که ابتدای بحث اشاره شده با به کار بردن مواد اببندی در رئوس روتورها این مشکل تا حد بسیار زیادی رفع شده. با به کار بردنه دو شمع در محفظه به احتراق کامل تری دست پیدا کردند. و در مورد بالانس روتورها هم مشکل استفاده بیش از 4 روتور باعث سختر شدن بالانس میشه در حالی که با استفاده از 4 روتور شما به قدرت قابل توجهی دست پیدا میکنید.ونیاز به استفاده بیشتر از 4 روتور هم تو ماشین های مسابقه ای احساس میشه.
نکته قابل ذکر این هست که موتور وانکل روی محصولات زیادی استفاده شده که با توجه به اومدن این موتور بعد از موتور های پیستونی و مشکلاتی که داشت کمتر مورد استقبال قرار گرفت که در حال حاضر با پیشرفت تکنولوژی در صنایع اتومبیل سازی این موانع تا حد زیادی رفع شده. اما شرکت پیشتاز تو این زمینه شرکت مزدا هست که تحقیقاته خوبی رو از همون ابتدا و حتی با شخص خود فلیکس وانکل انجام داده. و سری مزدا هایRX این شرکت همگی از موتور های وانکل بهره میبرن.

**kab** · 3rd January 2010 10:40 AM

فن‌آوری جدید برای تمیزکردن فیلترهای روغن
استفاده از روش مافوق صوت

مترجم : مهندس علیرضا مأموریان
مکانیک خودرو - مقالات

ادوارد مانت ـ عضو شرکت Ultrawave ـ زمینه‌ساز استفاده از طرح اولتراسونیک (Ultrasonic) برای تمیز کردن فیلترهای روغن در شناورها است.
از زمانی‌که موتورهای پیشرفته دیزل در کشتی‌ها و قایق‌ها به‌کار گرفته شده‌اند، تمام موتورها به منظور اطمینان از تمیزماندن روغن و عدم آلودگی روغن به آب دریا و براده فلزات، مجهز به تمیزکننده‌های ---------- روغن شده‌اند.
از آنجا که تکنولوژی ساخت موتورها پیشرفت کرده است، فیلترها نیز به‌طور همزمان دگرگون شده‌اند. به این ترتیب عناصر جداساز کاغذی، امروزه راهی برای جداسازی ذرات ریز فلز به‌شمار می‌روند که به‌راحتی می‌توان آنها را برداشت و تمیز کرد. واضح است که این روش به لحاظ اقتصادی به‌دلیل تعویض اجزاء با قابلیت تمیز شدن و استفاده مجدد به صرفه است. ولی استفاده از این روش این سئوال را در ذهن ایجاد می‌کند که بهترین راه تمیز کردن ---------- کدام است؟ روش عملی استاندارد برای تمیز کردن فیلترها از ذرات ریز، روش دستی (Manual) است. اما این روش وقت‌گیر و اجراء آن با مشکلاتی همراه است و سبب تخلیه مکرر منابع روغن می‌شود. در این میان روش دیگری نیز وجود دارد که چشم‌انداز جدیدی از این عملکرد را پیش روی دست‌اندرکاران قرار می‌دهد که به روش اولتراسونیک (مافوق صوت) معروف است.

● حفره‌زدائی با امواج صوتی
تمیز کردن فیلترهای روغن با روش اولتراسونیک استفاده از امواج با فرکانس بالا است که این امواج با فرکانس بالا است که این امواج از میان یک مایع واسطه تمیزکننده عبور می‌کند تا فرآیندی به نام حباب‌زائی (Cavitation) را شکل دهد.
امواج صوتی با عبور جریان الکتریکی از تعدادی پیزوسرامیک به‌وجود می‌آید. این پیزوسرامیک‌ها به‌صورت سری روی پایه مخزن اولتراسونیک قرار گرفته‌اند. عبور جریان الکتریکی از این اجزاء کریستالی موجب می‌شود تا آنها ۴۰ هزار بار در ثانیه مرتعش شوند. به این ترتیب انرژی الکتریکی به انرژی صوتی تبدیل می‌شود. سپس امواج ساطع شده فوق از میان مخزن محتوی محلول تمیزکننده عبور می‌کند. امواج صوتی باعث تراکم مولکول‌های آب می‌شوند که این امر منجر به تولید حباب‌هائی می‌شود که به سمت بالا حرکت می‌کنند. این حباب‌ها به بالا رفتن خود ادامه می‌دهند تا جائی‌که قادر به حفظ تراکم خود نباشند و از داخل می‌ترکند. با ترکیدن حباب‌ها، سیال احاطه‌کنده به سمت فضای خالی ایجاد شده هجوم برده و عمل تمیز کردن را انجام می‌دهد که به‌طور مؤثری مانند میلیون‌ها برس تمیزکننده میکروسکوپی عمل می‌کنند. عملکرد فوق، فرآیند حباب‌زائی امواج اولتراسونیک نامیده می‌شود. هر جائی‌که سیال وجود داشته باشد به‌دلیل حباب‌زائی، عمل تمیزکردن نیز انجام می‌شود. این عملکرد همانند عملکرد برای سطوح خارجی تماس، برای عمیق‌ترین قسمت‌ها و کوچک‌ترین کانال‌های توری‌دار نیز انجام‌پذیر است. به این ترتیب هیچ اثری از براده فلزات و ذرات معلق روغن روی ---------- نخواهد ماند و ---------- به‌طور کامل از آلودگی پاک می‌شود.

● چاره‌اندیشی اخیر
فن‌آوری اولتراسونیک بدون شک فرآیند جدیدی است که چند دهه از شکل گرفتن آن می‌گذرد، اما به تازگی از این فن‌آوری به‌عنوان یک راه‌حل خوب برای پاک‌کردن ---------- روغن استفاده می‌شود. Cardiff یکی از شرکت‌هائی بود که به استفاده از این کاوش نائل شد.
در سال ۲۰۰۳ میلادی تعدادی از این دستگاه‌ها به منظور انجام فرآیند تمیزکردن از Ultrawave خریداری شدند. این دستگاه‌ها روی ناوگان دریائی بعضی از شرکت‌ها نصب شدند. نتایج حاصله حیرت‌انگیز بود. پیش از نصب دستگاه‌های اولتراسونیک قطعات فیلترها هر ۴ تا ۵ ساعت احتیاج به تمیزشدن داشتند ولی با نصب این دستگاه‌ها این مشکل حل شد.
هنگامی‌که تمیزکننده‌های اولتراسونیک عملاً وارد بازار تجاری شدند، فاصله زمانی برای انجام تصفیه روغن نزدیک به ۵ برابر زمان معمول برای مدت زمان کاری ۲۰ ساعته کاهش یافت. تصفیه‌کننده‌های اولتراسونیک تمام ذرات خارجی موجود در سیال را جدا می‌کنند. این جداسازی در قسمت‌هائی که دسترسی به آنها (در حالت تمیز کردن دستی) سخت است، نیز انجام می‌شود.

● بازاریابی منابع
نوع‌آوری در تصفیه روغن‌ها برای شرکت Graig سود هنگفتی را در بر داشت. اگر تمام آنچه که در تصفیه روغن به آن احساس نیاز می‌شود جداساز ناخالصی‌ها باشد، تعداد فاکتورهای مجاز در تصفیه روغن می‌توانستند به‌طور عمده‌ای کاهش یابند، در نتیجه با قرار دادن اجزاء در تمیزکننده اولتراسونیک و برداشت آن بعد از یک سیکل ۱۰ دقیقه‌ای، جزء مربوطه می‌توانست به منظور استفاده مجدد در مجموعه ---------- قرار گیرد. این مزیت به کارکنان موتورخانه اجازه می‌دهد تا به سایر وظایف‌شان در موتورخانه بپردازند.
Phillip Atkinson مشاور فنی شرکت Graig می‌گوید ”شکی وجود ندارد که استفاده از مخازن تمیزکننده اولتراسونیک در محصولات فیلترهای روغن‌ها باعث کاهش تکرار در تمیزکاری به روال معمول شده است. بنا به نتایج عالی که از این روش به‌دست آورده‌ایم، این روش جداسازی را اکیداً به صاحبان صنایع توصیه می‌کنیم.“ امواج صوتی حمام‌های اولتراسونیک را برای تمام صنایع با چشم‌انداز ۱۵ ساله به‌وجود می‌آورده‌اند. این حمام‌ها محدوده حجمی ۵/۴ تا ۸۰ لیتر را جهت تصفیه ارائه می‌دهند. می‌توان با استفاده از روش تبادل حرارت از این دستگاه‌ها برای تمیزکردن نیز سود جست. این دستگاه‌ها در طرح‌های مختلفی ساخته شده‌اند که از آن جمله ”طرح کنترل دیجیتال“ است. در طرح کنترل دیجیتال از یک دکمه فشاری برای اجراء عملیات استفاده شده است. شرکت سازنده برای اجراء روند جداسازی، پاک‌کننده‌هائی با فرمول مخصوص را نیز تهیه کرده است.

**kab** · 3rd January 2010 10:41 AM

دوده و لجن سیاه بلای جان موتور

مکانیک خودرو - مقالات

دوده و لجن، به عنوان بلای جان موتور شناخته شده اند. این ذرات هیدروكربنی كه از بیش از۹۸ درصد كربن و كمتر از۲ درصد هیدروژن تشكیل شده اند، در شرایطی تولید می شوند كه انژكتور موتور به درستی عمل نكند و نسبت سوخت به هوا تغییر كرده و هوا كافی برای سوختن كامل هیدروكربن ها وجود نداشته باشد. در چنین شرایطی ناكافی بودن هوا برای سوختن سوخت، موجب تولیدCO و دوده می شود.
عامل مهم دیگر در ایجاد دوده، ---------- هوا است. اگر ---------- هوا، كثیف یا نامناسب باشد، تناسب هوا و سوخت بهم می خورد و موجب ورود هوای ناكافی می شود. به همین دلیل عمل تعویض ---------- هوا در هنگام هر تعویض روغن در جلوگیری از ایجاد دوده، از اهمیت بالایی برخوردار است. در جا كاركردن موتور یكی دیگر از عوامل مؤثر در بهم خوردن نسبت سوخت و هوا و در پی آن ایجاد دوده است. دوده، یكی از عوامل مؤثر در تولید لجن است كه پس از عبور از جداره رینگ و پیستون وارد روغن شده و همراه با آب و روغن و ذرات خارجی دیگر موجب تولید لجن می شود.

● شرایط ایجاد لجن
در صورتی كه آب با روغن و تركیبات اكسید شده از روغن مخلوط شود، شرایط ایجاد لجن فراهم می شود. همچنین اختلاط آب، روغن، دوده و ذرات خارجی دیگر، یكی دیگر از موارد ایجاد لجن است. همانطور كه پیش از این هم گفته شد، دوده تولید شده می تواند از جداره پیستون و رینگ عبور كرده و وارد روغن شود. ذرات دوده كروی شكل هستند و تمایل بسیار زیادی برای چسبیدن به یكدیگر و تولید خوشه دارند.
وجود دوده سبب ایجاد رسوب در شیارهای پیستون، چسبندگی رینگ، سایش سطح رینگ و بدنه سیلندر، از بین بردن آب بندی داخل سیلندر، افزایش گازهای برگشتی به داخل موتور و كاهش قدرت موتور می شود.
رینگ می بایست در پیستون به طور آزادانه حركت كند و با حركت در سیلندر تطابق یابد. زمانی كه پیستون نتواند در سیلندر حركت كند، باعث می شود بخشی از سطح رینگ و بدنه سیلندر سایش یابد كه این مسئله موجب بالا آمدن روغن، روغنی سوزی موتور و ایجاد ورود گازهای حاصل از احتراق به درون موتور می شود.
از طرفی دیگر، ذرات دوده مانند سمباده عمل می كنند و از آنجایی كه بسیار ساینده هستند، باعث از بین رفتن دیواره حصیری سیلندر می شوند.
زمانی كه بافت حصیری از بین رفت بدنه سیلندر آیینه ای می شود. این مسئله باعث می شود كه روغن به راحتی به بالای سر پیستون رفته و بسوزد. در چنین شرایطی با افزایش گازهای برگشتی به داخل موتور مواجه خواهید شد. دوده، CO و Co۲ و اكسیدهای گوگردی كه تولید می شود همگی وارد موتور شده و باعث می شود روغن كارایی لازم را نداشته باشد. در اینجا مسئله ملموس این است كه قدرت موتور كاهش می یابد. تمام گازهایی كه در پیستون تولید می شود، صرف پایین راندن پیستون نمی شود بلكه مقداری از آنها از جداره بین رینگ و پیستون، داخل روغن می شوند و در نتیجهٔ این اتلاف انرژی، قدرت موتور به طور محسوسی افت می كند.
در شرایط عادی، حرارت ایجاد شده در موتور از راههای مختلفی به بیرون انتقال داده می شود.

● تركیدگی پیستون
گاهی اوقات پیستون هایی را مشاهده می كنید كه دچار ترك خوردگی شده اند. عامل اصلی این ترك خوردگی رسوب دوده و لجن روی جداره و شیارهای رینگ است. زمانی كه رسوب دوده و لجن روی پیستون می نشیند، روغنی كه از پایین پاشیده می شود موجب خنك شدن جداره داخلی پیستون می شود. در حالی كه جداره خارجی به دلیل لایه های رسوبی خنك نمی شود و اختلاف حرارت جداره داخلی و خارجی باعث تركیدگی پیستون می شود. ساییدگی ها نیز به نو به خود موجب كاهش طول عمر موتورمی شود. اصطكاك حاصل از وجود این ساییدگی ها باعث می شود مصرف سوخت بالا رود. همانطور كه می دانید در ساخت روغن موتور از مواد افزودنی استفاده می شود كه از خوردگی و سایش جلوگیری كند. حال آنكه دوده ها با این مواد افزودنی وارد واكنش می شوند و این ماده به جای اینكه با سطوح فلزی واكنش دهد و آنها را از سایش محافظت كند، با دوده موجود وارد واكنش می شود و خاصیت مفید خود را از دست می دهد. به این ترتیب روغن موتور، دیگر خاصیت ضد ساییدگی نخواهد داشت. این پدیده به سفت شدن روغن موتور نیز منجر می شود.
هر روغن موتوری در زمان استارت دستگاه باید بتواند در كمترین زمان ممكن به تمامی قطعات دستگاه برسد. به طور تقریبی می توان گفت حدود۷۰ درصد از ساییدگی قطعات دستگاه در هنگام استارت زدن ایجاد
می شود بنابراین زمانی كه روغن دیرتر از زمان معمول به قطعات برسد، قطعات دچار ساییدگی بیشتری می شوند.
زمانی كه روغن خاصیت ضد ساییدگی را از دست می دهد، اولین
قطعه ای كه دچار آسیب می شود، یاتاقانها هستند. یاتاقانها از ظریف ترین و حساس ترین قطعات موتور هستند كه به راحتی آسیب می بینند.

● اثر لجن بركاركرد موتور
سفت شدن روغن، كاهش جریان روغن در موتور و نرسیدن روغن به تمام سطوح، گرفتگی مسیرهای باریك روغن كاری و در نتیجه نرسیدن روغن به نقاط حساسی مانند یاتاقانها از آثار منفی لجن برموتور است.
لجن باعث می شود مسیر روغن كاری یاتاقان از داخل میل لنگ (به دلیل با باریك بودن مسیر) بسته شود و روغن كافی به یاتاقان نرسد. ---------- روغن هم به دلیل ظرفیت محدودی كه در جذب آلودگی دارد، در آلودگی های بالایی كه با ایجاد لجن به وجود می آید دیگر قادر به جذب آلودگی نبوده و دچار گرفتگی می شود. در چنین شرایطی زمان رسیدن روغن به قطعات افزایش می یابد.

هم اكنون در ماشین های جدید به ویژه در ماشین های سنگین یك مسیر فرعی، تعبیه شده است كه در صورت گرفتگی ---------- روغن این مسیر فرعی بتواند روغن را به قطعات برساند. اما این راه حل هم مشكلات خود را دارد و باعث می شود روغن آلوده و ---------- نشده، وارد موتور شود كه مشكلات متعددی را به وجود می آورد. مسئله دیگر بهم زدن زمان باز و بسته شدن سوپاپ ها توسط ایجاد لجن است. باز و بسته شدن سوپاپ توسط میل سوپاپ انجام می شود و در صورتی كه بادامك های سوپاپ خورده شود، فاصله ها كم و زیاد شود و یا روی آنها لجن رسوب كند، سوپاپ به موقع باز و بسته نخواهد شد و به این ترتیب دوباره، دوده تولید شده و موتور دچار افت مجدد خواهد شد. حال این سؤال پیش می آید كه چگونه می توان با این موارد مقابله كرد.
اولین مسئله ای كه در اینجا می بایست مورد توجه قرار گیرد این است كه برای روغن كاری از روغنی با كیفیت خوب استفاده كنیم. روغن با كیفیت خوب، روغنی است كه بتواند مانع بهم چسبیدن ذرات دوده و لجن شده و بتواند آنها را متفرق كند. روغن برای داشتن این توانایی می بایست دو خاصیت داشته باشد. اول آنكه ذراتی را كه به تدریج روی موتور رسوب می كند را در همان زمان پاك كند و دوم بتواند اطراف یك یك ذرات پاك شده را احاطه كرده و از چسبیدن آنها به یكدیگر جلوگیری كند و آنها را متفرق سازد. چنین روغنی برای جلوگیری از تشكیل لجن و دوده برای قطعات دستگاه بسیار مناسب است.
زمانی كه روغن دارای كیفیت مناسب بوده و میزان ماده افزودنی آن به اندازه كافی باشد، تمامی ذرات آلودگی به وسیله این مواد احاطه شده و دیگر قادر به چسبیدن به یكدیگر نیستند. در نتیجه رنگ روغن سیاه می شود اما موتور از هر آلودگی، پاكیزه می ماند.
در حال حاضر یكی از مشكلاتی كه روغن های تصفیه دوم دارند در این زمینه است. روغن های با كیفیتی كه توسط شركت های تولیدكننده معتبر مانند شركت نفت پارس تولید می شود در حدود۱۳ یا۱۴ درصد ماده افزودنی دارند. اما در روغن های تصفیه دوم این مقدار مواد وجود ندارد و نهایتاًماده افزودنی آن در حدود۱ تا۱/۵ درصد است. به همین خاطر روغن تصفیه دوم ممكن است بعد از یك یا دو ماه هم كاملاً شفاف باقی مانده باشد. روش دیگر برای جلوگیری از تشكیل دوده و لجن، استفاده از ---------- مناسب است. اگر ---------- هوا نامناسب باشد با وجود استفاده از بهترین روغن موتور هم، ذرات گرد و خاك وارد موتور شده وآلودگی های مختلفی ایجاد خواهند كرد. همچنین ---------- روغن نامناسب، نمی تواند ذرات بهم چسبیده را جذب كند و كارایی خود را از دست داده و به این ترتیب توده های آلودگی از ---------- عبور خواهند كرد.
تنظیم به موقع موتور یكی دیگر از راههای مؤثر و اساسی در جلوگیری از تشكیل لجن است. زمانی كه موتور تنظیم باشد، لجن در دوره كمتری تشكیل می شود و ایجاد لجن بیشتر به تعویق خواهد افتاد.

**kab** · 3rd January 2010 10:42 AM

سیستم های جدید ذخیره سازی انرژی در چرخ طیار

مکانیک خودرو - مقالات

در دهه اخیر، تکنولوژی های جدیدی در زمینه ی ذخیره سازی انرژی به بازار آمده اند .این تکنولوژی ها انتقال سریع انرژی را فراهم می نمایند. این پیشرفت نسبت به باطری های الکتروشیمیایی قدیمی به قدری عجیب و جالب توجه بود که می توان آن را با پیدایش الکترومغناطیس های فوق سرد و یا موتورهای استارت سریع (که با کمک انرژی پنوماتیک یا هیدرولیک ساخته شدند) مقایسه کرد .
اخیرا صنعت شاهد پیدایش مجدد یکی از قدیمی ترین تکنولوژی های ذخیره سازی انرژی یعنی فلایویل بوده است . چرخ طیار های جدید دارای اشکال متنوعی هستند. از چرخ طیار های کامپوزیتی که برای سرعت های دورانی بسیار بالا مناسب هستند گرفته تا چرخ های فولادی قدیمی که به موتور های دورانی کوپل می گردند .
در این مقاله، ما انواع مختلفی از چرخ طیارها که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند را بررسی می کنیم. علاوه بر آن به برسی باطری های فعال مکانیکی نیز می پردازیم. واحدی که یکی از جالب ترین گونه های چرخ طیارهای نوین و قدیمی می باشد. این سیستم در حالیکه فضایی در حدود ۱۱ فوت مربع را اشغال می کند قادر است توانی برابر ۵۰۰ کیلو وات را منتقل نماید.

معرفی
چرخ طیارها نسبت به تکنولوژی های قدیمی ذخیره انرژی دارای برتری های خاصی می باشند .یکی از این برتری ها به ساختار ساده ذخیره انرژی در آنها بر می گردد. یعنی ذخیره انرژی به صورت انرژی جنبشی در یک جرم در حال دوران .
سالها از این ایده برای نرم و یکنواخت کردن حرکت موتورها استفاده می شد. در بیست سال اخیر به تدریج یک منبع جدید انرژی در اختیار طراحان و مخترعان قرار گرفت و طراحان از این منبع جدید در وسایل نقلیه الکتریکی و تجهیزات کنترل ماهواره استفاده کردند. این منبع دارای ویژگی های زیر بود:
ایمنی بالا ، حجم کم، سازگاری با محیط زیست ، پایین بودن هزینه تعمیر و نگه داری و داشتن عمر مفید بالا و قابل پیشبینی.
اخیرا برای کنترل و ثابت نگه داشتن سرعت وقتی که منبع اصلی انرژی به طور متناوب قطع و وصل می شود از چرخ طیار استفاده می گردد. .به دلیل نارضایتی مصرف کننده گان از باطری های الکتروشیمیایی و از طرف دیگر به علت پایین بودن هزینه تولید و عمر مفید بالای چرخ طیار اکنون در بسیاری از سیستم ها از این وسیله استفاده می شود .
پس از پیشرفت های پی در پی در زمینه ی الکترونیک قدرت اولین بار از چرخ طیار به عنوان محافظ رادار استفاده شد و امروزه یک ابزار قدرت مند و کم هزینه ،در حجم بالا به بازار تجهیزات انتقال قدرت ارائه می شود.

چرخ طیار های قدیمی
پیش از این، تنها کاربرد چرخ طیار ، در مجموعه موتور-ژنراتور بود. که در آن چرخ های فولادی به سیستم کوپل می شدند تا در زمان قطع و وصل شدن متناوب نیرو، دوران پایدارو طولانی تری را فراهم کنند. این امر توسط افزایش اینرسی دورانی و افزایش انرژی جنبشی ذخیره شده انجام می گرفت.
افزایش موثر زمان دوران برای چنین سیستم هایی به ندرت از حد یک ثانیه در بار نامی فراتر می رفت. این مشکل به این علت ایجاد می شد که تنها ۵ درصد انرژی ذخیره شده از چرخ طیار به موتور انتقال می یافت. انتقال بیشتر انرژی موجب کاهش سرعت دورانی و نتیجتا کاهش فرکانس الکتریکی می شد که امری نامطلوب بود.
با وجود اینکه این سیستم ها مانع ضعیف شدن و یا قطع طولانی مدت جریان برق می شدند، ولی تواناییِ تامین برق کافی برای یک فرایندre-closure کامل یا تامین انرژی لازم برای استارت یک ژنراتور را نداشتند.
با اعمال چند تغییر در طرح می توان زمان انتقال قدرت را در سیستم نشان داده شده در شکل یک افزایش داد. تحت تمامی بارها ، کاهش فرکانس و ولتاژ و همچنین کاهش سرعت دورانی ژنراتور نامطلوب می باشد.
با اضافه کردن یک یکسو کننده بعد از ژنراتور ، سیستم این قابلیت را پیدا می کند تا ۷۵ درصد انرژی چرخ طیار را منتقل کند. پس از آن جریان DC باید ---------- شده و مجددا به جریان AC با فرکانسی برابر با ۶۰ هرتز تبدیل شود. افزودن یک محرک چند سرعته به سیستم این امکان را به ما میدهد تا بتوانیم از سرعت های دورانی پایین ، اینرسی زیادی را به دست بیاوریم و در نتیجه به موتور کوچک تری برای تامین این منبع انرژی نیاز باشد.
افزایش موثر در مدت زمان حرکت که توسط سیستم بهبود یافته چرخ طیار ایجاد می شود، حفاظت بهتری را نسبت به نوع قدیمی فراهم می آورد. اما این افزایش در مدت زمان حرکت لزوما هزینه بر هم خواهد بود. در ضمن به تجهیزات و فضای بیشتری نیز نیاز دارد.
نمونه های قدیمی چرخ طیار نیز نسبت به تنواع مدرن خود دارای مزایایی می باشند. در این چرخ طیار ها از فولاد استفاده می شد. ماده ای که به سهولت قابل دسترسی است و به راحتی می توان شرایط مکانیکی آن را پیشبینی کرد. فولاد این امکان را برای طراحان فراهم می آورد تا علاوه بر ملاحظات مالی، شرایط ایمنی را نیز به خوبی تحت کنترل داشته باشند.
به دلیل اینکه چرخ طیار های فولادی نسبت به انواع کامپوزیتی دارای وزن بیشتر و همچنین مقاومت بالاتری هستند، باید در سرعت های دورانی نسبتا پایینی کار کنند. این ویژگی باعث می شود که برای چرخ طیار های فولادی بتوان از یاتاقان های مدل قدیمی استفاده کرد.
اما یکی از معایب چرخ طیار های فولادی این است که آنها نسبت به چرخ های کامپوزیتی جدید ، انرژی و قدرت پایین تری دارند. چرخ طیار های قدیمی معمولای در هوا کار می کنند. که این مسئله باعث می شود تا استهلاک بالایی داشته باشند و همچنین هنگام فعالیت صدای بیشتری تولید کنند. علاوه براین ، یک سیستم چرخ طیار خارجی نیاز به چندین مجموعه یاتاقان دارد. که این مسئله خود باعث می شود که قابلیت اعتماد کل مجموعه پایین آمده و هزینه تولید آن بالا برود.

مزایا چرخ طیار های قدیمی:
▪ جنس فولادی- ایمن – قابل پیشبینی
▪ سرعت های دورانی پایین که باعث ساده شدن طراحی می شود.
▪ مواد اولیه ارزان قیمت باعث کاهش هزینه تمام شده می گردد.

معایب
▪ انرژی و قدرت پایین
▪ نیاز به چندین مجموعه یاتاقان
▪ استهلاک آیرودینامیکی و صدای بیشتر

چرخ طیار های سرعت بالا
در راستای تلاش برای رسیدن به انرژی و قدرت بالاتر و بهره گیری از مواد کامپوزیتی جدید و تکنولوژی های الکترونیک قدرت، طراحان موفق به تولید چرخ طیار های فشرده شدند. که دارای قابلیت کار در سرعت های خطی بسیار بالا می باشند. از این چرخ طیار های نوین در وسایل الکتریکی و هیبرید الکتریکی و همچنین در تجهیزات کنترل سرعت ماهواره ها استفاده می شود. مطلبی که در کاربرد های فوق حائز اهمیت است این است که بیشترین مقدار ممکن انرژی ذخیره و منتقل گردد همچنین کمترین وزن و فضای ممکنه اشغال شود.
از آنجا که انرژی ذخیره شده در داخل چرخ طیار با مربع سرعت دورانی آن رابطه مستقیم دارد، برای افزایش انرژی ذخیره شده در چرخ طیار باید سرعت دورانی آن را افزایش داد. البته واضح است که تمامی طرح ها دارای محدودیت هایی در سرعت می باشند. منشاء این مشکل، به وجود آمدن تنش در چرخ بر اثر نیرو ها و اینرسی های دورانی می باشد.
چرخ های کامپوزیتی دارای وزن کمتری می باشند. بنابراین در یک سرعت دورانی خاص تنش های کمتری در آنها ایجاد می شود. علاوه براین مواد کامپوزیتی جدید اغلب مقاوم تر از مواد مهندسی قدیمی می باشند. در مقایسه با چرخ طیار های قدیمی این وزن کمتر و مقاومت بالاتر ِچرخ طیار های کامپوزیتی، قابلیت دوران در سرعت های بسیار بالا را نیز فراهم میکند.
برای یک هندسه خاص ،چگالی انرژی یک چرخ طیار(انرژی ِواحد جرم)، با نسبت مقاومت ماده به چگالی وزنی آن رابطه مستقیم دارد . این نسبت مقاومت مخصوص نامیده می شود.
پیشرفت های اخیر در تکنولوژی مواد کامپوزیتی ، باعث دستیابی به موادی با مقاومت مخصوص بسیار بالا شده است . که حتی با بهترین فلزات مهندسی قابل مقایسه نمی باشند. نتیجه تحقیقات مداوم در این زمینه منجر به تولید چرخ طیار هایی با سرعت دورانی بیش از صد هزار دور در دقیقه و سرعت خطی بیش از ۱۰۰۰ متر در ثانیه شد.
پیشرفت های باورنکردنی حاصل شده توسط مواد کامپوزیتی جدید لزوما هزینه بر هم بوده است. برای سرعت های دورانی بسیار بالا که در ذخیره سازی انرژی های جنبشی خاص به کار برده می شوند ، دیگر نمی توان از یاتاقان های مکانیکی سابق استفاده کرد. به جای آن اغلب سیستم های جدید از یاتاقان های مغناطیسی استفاده می کنند.
در این نو آوری جدید برای تعلیق موتور از نیروی مغناطیسی استفاده می شود که مشکل اصطکاک را به طور کامل حل کرده است. اما متاسفانه به دلیل وجود استهلاک بالای آیرودینامیکی در سرعت های فوق ، این چرخ طیار ها باید در خلاء کار کنند. این مسئله مشکل جدیدی را ایجاد می کند . گرمای تولید شده توسط الکترو مغناطیس های موتور و یاتاقان را در خلاء نمی توان به راحتی دفع کرد. علاوه براین ، یاتاقان های مغناطیسی فعال ذاتا ناپایدار می باشند و برای کنترل تعلیق نیاز به کامپیوتر های پیچیده دارند.
ژنراتور این سیستم ها معمولا یک طرح فیلد دورانی می باشد که دارای یک فیلد مغناطیسی نیز می باشد . مغناطیس های دائمی این فیلد مغناطیسی ، بطور نسبی به زمین اتصال داده شده اند ( ارث شده اند).
از آنجاییکه قدرت این مغناطیس ها بسیار کمتر از انواع مربوط به چرخ طیار های کامپوزیتی می باشد آنها باید با سرعت بسیار کمتری بچرخند. به عبارت دیگر آنها باید به توپی چرخ بسیار نزدیک باشند. که این مسئله باعث کم شدن چگالی انرژی ژنراتور می شود. یک گزینه این است که آنها را در شعاع های بیرونی چرخ سوار کنیم.
این عوامل نهایتا طراح را وادار به انتخاب یکی از این دو راه حل می کند :
یا سرعت دیگری برای ماشین درنظر بگیرد .یا محدوده طراحی را به مرزهای تنش مجاز نزدیک تر کند که بدین ترتیب از ایمنی سیستم کاسته می شود.
مانند چرخ طیار های قدیمی که به مجموعه موتور – ژنراتور کوپل می شدند، این سیستم ها هم دارای تجهیزات الکترونیکی مثل یکسو کننده ، ---------- و مبدل می باشند تا بتوانند درصد بالایی از انرژی ذخیره شده را منتقل کنند.
سیستم حاصل یک باطری مکانیکی فشرده و سبک می باشد که به تعمیر و نگه داری کمی نیاز دارد، حساسیت آن به دمای محیط کم است و تخلیه الکتریکی چندگانه خللی در کار آن وارد نمی کند.
برای جلوگیری از صدمات جانبی ناشی از شکست در فلایویل به یک سری محدود کننده و محافظ نیاز داریم. شکست ممکن است بر اثر عوامل مختلفی روی دهد، مانند رشد ترکی که توسط تولید کننده کشف نشده، در داخل قطعه ، ضرابات و نیرو های ناگهانی در محیط عملکردو یا از کار افتادن یاتاقان های مغناطیسی. هزینه ها و پیچیدگی فراهم کردن حفاظ مناسب از قدرت رقابت این تکنولوژی می کاهد.

مزایا:
۱) فشردگی و حجم کم
۲) کارایی بالا
۳) تعمیر و نگه داری کم و ناچیز
۴) عدم وجود صدا و نویز

معایب:
۱) ملاحظات ایمنی
۲) هزینه بالای مواد اولیه
۳) قیمت بالای یاتاقان های مغناطیسی

یکی از بهترین هاCleanSource
احتیاجات بازار تجهیزات قدرت با بازار وسایل الکتریکی و تجهیزات کنترل ماهواره ها متفاوت است. این مطلب شرکت active power را بر آن داشت که به دنبال طرح هایی باشد که بتواند علاوه بر کیفیت کارکرد بالا قیمت رقابتی نیز داشته باشد.چرخ طیار ها و باطری های مکانیکی ِگروه CleanSource نتیجه این تلاش است.
با تمرکز کردن بر روی احتیاجات بازار کیفیت قدرت (چیزی که نهایتا به چگالی بالای انرژی منتهی می شود)، شرکت active power هم اکنون در حال عرضه محصولی است که قابلیت رقابت با بهترین انواع باطری های الکتروشیمیایی را داراست. این شرکت از مواد اولیه با تکنولوژی پایین در طرح هایی با تکنولوژی بالا استفاده نموده است تا بتواند از مزایای سیستم های چرخ طیار قدیمی و جدید استفاده کند .(بدون اینکه معایب آنها را در طرح وارد کرده باشد).
سیستم چرخ طیار گروه CleanSource یک مجموعه موتور- ژنراتور-چرخ طیار است که علاوه تراک انرژی دارای قیمت مناسب و ایمنی بالا نیز می باشد.
ـ احتیاجات صنعت کیفیت قدرت به دو دسته عمده تقسیم می شود:
۱) زمان کافی برای راه انداختن بار تا زمانیکه ژنراتور از حالت استند بای به حرکت در آید. ( تقریبا ۱۰ تا ۴۵ ثانیه)
۲) زمان کافی برای کنترل نیرو در زمان وقوع رخ داد ها ی خارج از برنامه. (تقریبا ۵ ثانیه)
طرح های CleanSource حداکثر بازده ظرفیت طبیعی چرخ طیار را گرفته و در زمان کوتاه و با استفاده از فضای کم بیشترین قدرت را تولید می کند. با طرح چنین سیستمی میتوان قدرت مورد استفاده را با رنج وسیعی از سرعت ها منتقل کرد.
با طراحی محصولی برای کاربردهایی که نیاز به انتقال نیرو در زمان کوتاه دارند، سیستم آنچه را که مورد نیاز است با کمترین هزینه منتقل می کند. همانطور که در مثال زیر نشان داده شده است، منحنی قدرت برای یک محصول تک چرخه CS۳۰۰ رسم شده است. هرچه مدت زمان دوران کمتری مدنظر باشد ، قابلیت های قدرت ثابت بالاتر می روند.
قدرت بالا و تلفات پایین در سیستم های CleanSource ، نتیجه بکارگیری یک تکنولوژی خاص در ژنراتور ،محفظه خلاء و ترکیبی از یاتاقان های سنتی و مغناطیسی می باشد. طراحی منحصر به فرد ژنراتور از تلفات جریان گردابی می کاهد و امکان کنترل کامل ولتاژ را در رنج سرعت ماشین فراهم می کند.
خلاء نسبی باعث کاهش تلفات و صداهای آیرودینامیکی می گردد و سیستم تعلیق مغناطیسی موجب کاهش تلفات تکیه گاهی و افزایش عمر مفید سیستم می شود.
به عنوان مثال تلفات استندبای یک واحد ۲۴۰ کیلو واتی active power، زیر ۲ کیلو وات می باشد و بازدهی حالت استند بای آن بسیار بیشتر از باطری های الکترو شیمیایی قدیمی است.
پاراگراف های اول دوم و سوم صفحه سه متن اصلی به علت عدم ارتباط با مبحث چرخ طیار ترجمه نشدند در این پاراگراف ها به تشریح یکی از طرح های شرکت CleanSource برای حفاظت و بالا بردن ایمنی سیستم در مقابل شکست در سرعت های دورانی بالا پرداخته شده است.
سیستم ذخیره سازی انرژی در چرخ طیار CleanSource بسیار ایمن ، آرام و قابل پیش بینی می باشد. این سیستم ها برای دوره های طولانی و کار در شرایط بحرانی طراحی شده اند . و در این شرایط نسبت به انواع باطری های الکتروشیمیایی بیسار بهتر کار می کنند. از نظر هزینه ، اندازه و کارایی بهترین رقیب برای باطری های الکتروشیمیایی هستند.
اخیرا این محصول در رنج های متنوع انتقال قدرت در دسترس است ( تا ۲۴۰ کیلو وات برای هر چرخ). تکنولوژی active power را می توان برای سیستم های عظیم تر نیز مورد استفاده قرار داد. سیستم های کنونی را می توان به صورت ردیف های دلخواهی از واحد های موازی کنار هم قرار داد تا انواع مختلف شیوه های ذخیره سازی انرژی را امکان پذیر ساخت.

مزایا:
۱) ایمنی
۲) قابل پیشبینی بودن
۳) تعمیر و نگه داری جزئی
۴) سرعت دورانی پایین
۵) هزینه کم
۶) فشردگی
۷) کارایی بالا
۸) بدون صدا

کاربردها :
شرکت active power برای سیستم های چرخ طیار خود سه بازار هدف در نظر گرفته است:
۱) انتقال قدرت مداوم و پیوسته
۲) بهبود کیفیت قدرت
۳) جداسازی باطری و جایگزینی

انتقال قدرت پیوسته:
به علت محدودیت های محیطی ، مسائل تعمیر و نگه داری و فضای محدود ،در بسیاری از مواقع کاربران تمایل دارند که نیازی به استفاده از باطری های الکتروشیمیایی در سیستم نباشد. اگر سیستم شامل یک موتور-ژنراتور استند بای جهت حفاظت باشد، بهترین گزینه برای راه اندازی و همزمان کردن مجموعه ژنراتور، استفاده از سیستم ذخیره سازی انرژی چرخ طیار است.

بهبود کیفیت قدرت:
به خاطر این عارضه که اغلب رویدادهای مضر برای کیفیت قدرت دارای مدت زمانی در حدود چند ثانیه می باشند، برخی کاربران این فرصت را پیدا می کنند تا با استفاده از چرخ طیار و با صرف حداقل فضا و هزینه با این مشکلات مقابله کنند وکیفیت خروجی خود را بالا ببرند. از جمله کاربرد های ایده آل سیستم های چرخ طیار قدرت بالا می توان به سایت های پردازش تولید یا سایت های تولید انبوه اشاره کرد. نیاز به فضای زیاد و هزینه های بالای چرخ طیار های قدیمی، از بسیاری قبل ، این گروه های تولیدی دچار مشکل می ساخته است.

جداسازی باطری و جایگزینی:
یکی از عوامل تعیین کننده عمر باطری های الکتروشیمیایی تعداد دفعات دشارژ شدن سلول ها می باشد. عمر باطری با تعداد دفعات دشارژ شدن آن نسبت عکس دارد. یک باطری مکانیکی یا یک چرخ طیار ، وسیله بسیار موثری برای حفاظت از باطری های شیمیایی می باشد که دارای حجم کوچک و دوام بالایی نیز هست. چرخ طیار نه تنها می توانند رویداد ها وحوادث مضر برای کیفیت قدرت را کنترل کند بلکه در زمان اورهال یا شارژ مجدد باطری های شیمیایی می تواند به عنوان یک منبع جریان dc جایگزین عمل کند.

نتیجه گیری:
به خاطر ضعف ها و کاستی های باطری های الکتروشیمیایی ما به یک جایگزین با قیمت مناسب نیاز داریم. این جایگزین هم از لحاظ هزینه مناسب باشد و هم کم حجم بوده و عمر مفید بالایی داشته باشد. و علاوه بر آن نیاز به تعمیر و نگه داری در آن اندک باشد. شرکت Active Power با تمرکز بر روی صنعت کیفیت قدرت ، توانسته است با استفاده از مواد اولیه قدیمی اقدام به تولید باطری های مکانیکی کم هزینه و ایمن بنماید.
در مواردی که نیاز به انتقال توان های بالا در مدت زمان کوتاه می باشد سیستم طراحی شده توسط شرکت CleanSource جایگزینی مناسب و با دوام برای تکنولوژی های قدیمی ذخیره انرژی خواهد بود.

**kab** · 3rd January 2010 10:44 AM

Electronic Control Unit
ECU را بشناسیم

مکانیک خودرو - مقالات

اندازه این تصویر تغییر داده شده است. برای مشاهده کامل تصویر در این قسمت کلیک کنید. اندازه اصلی این تصویر 700x560 و حجم آن 97KB.

ECU مخفف Electronic Control Unit یا واحد کنترل الکترونیک می باشد و نقش هدایت و کنترل یک خودروی انژکتوری را بر عهده دارد. همانطور که می دانید خودروهای انژکتوری بدلیل عملکرد بهتر و توانایی پاس کردن استانداردهای آلودگی، بطور کامل در تمام دنیا جایگزین خودروهای کاربراتوری شده اند و مغز این سیستم ECU می باشد. ECU با توجه به سنسورهایی که به موتور متصل است وضعیت و شرایط خودرو را تحلیل کرده و پاسخهای لازم را به خروجیها که عبارتند از: انژکتورها، جرقه زنها و ... اعمال می کند. سنسورهای کیت های انژکتوری مختلف هستند که هر چه تعداد آنها بیشتر باشد ECU بهتر می تواند شرایط موتور را درک کند. سنسورهای مهم خودروهای انژکتوری عبارتند از: سنسور دور یا RPM، سنسور فشار داخل مانیفولد یا MAP، سنسور دریچه گاز یا TPS، سنسور دمای آب یا CTS، سنسور دمای هوا ATS، سنسور اکسیژن یا لاندا، سنسور ضربه و ...
● سازندگان معروف ECU چه شرکتهایی هستند؟
۱) شرکت Bosch آلمان: این شرکت بهترین و معروفترین سازنده ECU و کیت انژکتوری در دنیا می باشد و در اغلب خودروهای پیشرفته جهان نشانی از آن را می توان یافت. چند مدل از زانتیا موجود در ایران دارای کیت انژکتوری Bosch می باشد.
۲) شرکت Delco آمریکا: این شرکت یکی از قدیمی ترین شرکتهای سازنده ECU می باشد و ECU آن در اغلب خودروهای آمریکایی بخصوص خودروهای شرکت GM یا جنرال موتورز بکار رفته است مانند کادیلاک، پونتیاک و... همچنین در خودروهای دوو کره مانند دوو ESPERO.
۳) شرکت Ford آمریکا: این شرکت سازنده خودرو، سازنده ECU البته برای خودروهای فورد می باشد و اولین بار ایده کنترل تطبیقی یا خود-یادگیر در خودروهای این شرکت عملا پیاده سازی شد.
۴) شرکت Siemens آلمان: فعالیت این شرکت گرچه به اندازه رقیب آلمانی آن یعنی Bosch نیست اما ECU های خوبی می سازد. ECU پراید انژکتوری موجود در ایران طراحی این شرکت است.
۵) شرکت Magneti Marelli ایتالیا: این شرکت در اروپا محبوبیت زیادی داشته و بر روی اغلب خودروهای اروپایی کیت آن نصب است. به عنوان مثال خودروهای فیات مدل PUNTO و فولکس واگن مدل GOLF IV، مزدا ۳۲۳.
۶) شرکت Sagem فرانسه: بر روی اغلب ماشینهای فرانسوی ECU این شرکت نصب است. بنابراین پژو ۲۰۶، مدلهایی از زانتیا؛ همچنین خودروهای ایرانی مانند سمند و پیکان انژکتوری.
۷) شرکت Nippon Denso ژاپن: این شرکت توسط شرکت تویوتا تاسیس شده و بخش عمده سهام آن را دارا می باشد البته ۶ درصد سهام آن متعلق به شرکت Bosch است. ECU اغلب خودروهای تویوتا (مانند تویوتا لندکروز ) و برخی خودروهای ژاپنی مانند نیسان، هوندا، سوزوکی و ... متعلق به این شرکت می باشد.
شرکتهای دیگری هم هستند مانند HITACHI، MATSUHITA، LOTUS و ...
● UNICHIP یا فن آوری تنظیم ECU
امروزه موتورهای انژکتوری نقشی بسیار اساسی در موفقیت صنایع خودروسازی ایفاء می‌نمایند و کیفیت و قابلیتهای آن، درصد کارایی خودرو را نشان می‌دهد. همانطور که می‌دانیم کنترل کننده موتورهای انژکتوری، بردی الکترونیکی به نام ECU می‌باشد و در واقع کارایی این بخش تعیین کننده کیفیت یک موتور و در ابعادی دیگر کیفیت خودرو خواهد بود؛ بدین معنی که هرچقدر ECU یک موتور بهتر طراحی شده باشد، آن موتور کیفیت بهتری خواهد داشت.
ECU بر اساس سنسورهایی که بدان متصل است شرایط کار موتور را درک کرده و فرامین مناسب را به انژکتورها و شمعها صادر می‌کند. از آنجا که دینامیک خودرو بسیار پیچیده و غیر خطی می‌باشد، طراحان ECU برای سهولت کار، جداولی را به نام map داخل حافظه ECU می‌ریزند که در آن مقدار پاشش سوخت و زاویه آوانس در هر دور و بار موتور مشخص شده است. هر چه دقت این جداول بیشتر باشد، دقت عملکرد ECU بیشتر خواهد بود.
نکته‌ای که باید توجه کرد اینست که مقادیر این جدولها وابستگی مستقیمی به پارامترهای جغرافیایی موتور، نظیر فشار و دمای هوا دارد. شرکتهای خودروسازی، ECU را برای یک آب و هوای خاص طراحی نمی‌کنند بلکه مقادیر map را بگونه‌ای تنظیم می‌کنند که برای انواع شرایط جغرافیایی جوابی بهینه و معقول بدهد. بنابراین map، در این حالت برای تمام خودروهای از یک مدل بهینه است نه هر خودروی خاص؛ زیرا هیچ دو خودرویی، حتی از یک مدل کاملاً مانند یکدیگر نیستند.
اگر سیستمی بتواند این نقیصه را از ECUها برطرف کند، آنگاه می‌توان به طور اختصاصی map هر خودرو را کالیبره کرده و توان آن را افزایش داد.
امروزه تیونینگ ECU خودروها، بحث جا افتاده ای است و شرکتهای بسیاری در این زمینه فعالیت می کنند بطور کلی دو روش برای تیونینگ خودروهای انژکتوری وجود دارد. روش اول خواندن دیتاهای (map) ECU و دادن دیتاهای جدید که شرکتهای بسیاری در این زمینه فعالند از جمله: Eurochip، Chip Tuning، Tech TV، Autospeed و ...یکی از اشکالات این روش اینست که بشدت وابسته به ساختار ECU است و با پیچیده شدن سخت افزار ECU امکان خواندن و تغییر دیتاهای آن مشکل و گاهی غیرممکن می شود مگر آنکه شرکت سازنده ECU خود نحوه دسترسی به اطلاعات را در اختیار شرکتهای تیونینگ بگذارد. روش دوم اضافه کردن یک سخت افزار جانبی به ECU جهت تغییر پارامترهای ECU است. این روش گرچه گرانتر تمام می شود اما وابسته به نوع ECU نیست. یکی از شرکتهایی که در این زمینه فعال است
، شرکت Dastek است. شرکتی که در آفریقای جنوبی قرار دارد و با پرسنلی در حدود ۳۰ نفر توانسته موفقِِِِت چشمگیری داشته باشد.جالب است بدانید که این شرکت بظاهر کوچک توانسته است محصول خود را به کشورهای مختلف دنیا صادر کند و بیش از ۳۰۰ نمایندگی فروش در سرتاسر دنیا دارد که فقط ۱۰۰ تا از آنها در ایالات متحده آمریکا هستند. نام این محصول UNICHIP است.
اصول عملکرد UNICHIP بدین صورت که سنسورهای اصلی در یک موتور انژکتوری (MAP, RPM) را خوانده و سپس با توجه به نقطه کار موتور، مقادیری مجازی از این دو سنسور را به ECU اعمال می‌کند؛ بگونه‌ای که رفتار ECU نسبت به حالت قبل بهبود پیدا می‌کند.
آمارها نشان می‌دهد که موفقیت UNICHIP در این زمینه بسیار بالا بوده است:از هر ۴۰۰ خودرو، فقط یک خودرو ممکن است با UNICHIP بهینه نگردد، ۸۰% خودروهایی که در آفریقای جنوبی استفاده می‌شوند، UNICHIP را در خودروهای خود نصب کرده‌اند، UNICHIP بر روی بیش از ۳۲۰ مدل موتور از خودروسازان بزرگ دنیا پیاده شده است.

**kab** · 3rd January 2010 10:45 AM

تایمینگ متغیر سوپاپ

نويسنده : دکتر رضا لواسانی
مکانیک خودرو - مقالات

اکثر علاقمندان به اتومبیل و صنایع خودروسازی با وازه VVT-i که روی بدنه انواع تویوتا های جدید ، سیستم Vanos موتورهای ب ام و و سیستم V-Tec هوندا تا حدودی آشنا هستند و بعضا جویای مفهوم آن شده اند .این وازه ها هر یک معرف سیستم تایمینگ یا زمانبندی متغیر باز و بسته شدن سوپاپها در موتورهای ساخت کارخانه های مربوطه می باشند . هدف از ارائه چنین سیستمهائی افزایش بازده موتور در تمام شرائط کارکرد آن اعم از دور موتور مختلف و شرائط محیطی متفاوت می باشد. در موتورهای قدیمی تر متخصصین با در نظر گرفتن شرائطی که موتور برای آن در نظر گرفته شده میل سوپاپ با تایمینگ مناسب را برای آن انتخاب نموده اند که البته این امر دارای محدودیتهای زیادی است ، بعنوان مثال میل سوپاپ اصطلاحا درجه بالا برای مسابقات و افزایش بازده در دور بالا بسیار مناسب بوده که این افزایش قدرت در دور بالا به قیمت کاهش چشمگیر گشتاور و قدرت در دورهای میانی و پائین موتور می شود و عملا موتور را در دورهای پائین ( مثلا در شهر) غیر قابل استفاده می نماید .
طول مدت زمان و لحظه ای که در آن سوپاپهای ورودی و تخلیه باز و بسته میشوند ، تنها در دور موتور خاص و مشخصی حداکثر بازده را ایجاد میکند و هر چه دور موتور تغییر بیشتری نماید ، بازده موتور کاهش پیدا میکند ، به همین دلیل مهندسن سیستمی را در موتورهای جدیدتر ابداع کرد ه اند که تایمینگ یا زمانبندی با توجه به دور موتور تغییر پیدا می نماید . قبلا از بررسی این سیستم ابتدا اشاره ای خواهیم داشت به طرز کار موتور چهار زمانه .
هنگامی که پیستون در وضعیت TDC ( نقطه مرگ بالا یعنی بالاترین نقطه در داخل سیلندر ) قرار دارد ، سوپاپهای ورودی در حالی که پیستون به سمت پائین در حرکت است باز میشوند ، در این هنگام با آغاز پائین رفتن مخلوط هوا و سوخت به داخل سیلندر مکیده میشوند که به این مرحله مکش گفته میشود .
هنگامی که پیستون به پائین ترین نقطه ممکنه در داخل سیلندر میرسد ، سوپاپهای ورودی بسته شده و مخلوط هوا و سوخت در داخل سیلندر محبوس می گردد . در مرحله بعد پیستون به سمت بالا حرکت کرده و به تدریج مخلوط سوخت و هوا را فشرده میسازد که به این مرحله تراکم (Compression) گفته میشود . شمع هنگامی که پیستون مجددا به بالاترین نقطه ممکن میرسد ( یا نزدیک به آن میشود ) جرقه می زند . انفجار کنترل شده حاصله ، پیستون را با نیروی زیادی به پائین رانده و نیروی مکانیکی تولید مینماید که به آن مرحله تولید نیرو با قدرت گفته میشود . بعد از رسیدن پیستون به پائین ترین نقطه ممکن ، سوپاپ اگزوز باز شده و بر اثر بالا آمدن مجدد پیستون ، گازهای حاصل از احتراق تخلیه میگردند که به این مرحله تخلیه گفته میشود . در طی این مراحل که در تمام موتورهای چهار زمانه بنزینی مشترک است ، زمان باز و بسته شدن سوپاپها اهمیت زیادی داشته و در استفاده بهینه از سوخت و ایجاد حداکثر بازده موثر است . در این مقاله سعی شده عوامل موثر بر تعیین و تنظیم تایمینگ سوپاپها هر چند بطور اجمالی مورد بررسی قرار گیرد .
● بسته شدن سوپاپ ورودی :
سوپاپ ورودی معمولا چند درجه ( منظور از چند درجه ، مقدار زاویه دوران میل لنگ است ) بعد از پائین ترین وضعیت ممکنه پیستون در داخل سیلندر و در حالی که پیستون برگشت به سمت بالا را در داخل سیلندر آغاز نموده ، بسته میشود ،چرا ؟
به نظر میرسد اگر سوپاپ ورودی در حالی که پیستون به سمت بالا در حال حرکت است باز بماند مقدار زیادی از مخلوط هوا و سوخت از مسیر ورود به بیرون رانده شود ، ولی در عمل چنین اتفاقی رخ نمی دهد ، زیرا با توجه به سرعت بسیار زیاد ورود مخلوط به سیلندر ( حدود ۸۰۰ کیلومتر در ساعت ) ، مخلوط انرژی جنبشی پیدا کرده و بعد از رسیدن پیستون به پائینترین وضعیت در داخل سیلندر جریان آن ادامه پیدا کرده و حتی اندکی پس از شروع مرحله بالا رفتن پیستون جریان ادامه دارد . این مرحله تا ابد ادامه پیدا نمیکند و پیستون بالا رونده در مقطعی خاص و در صورتی که سوپاپ ورودی باز باشد به انرژی جنبشی مخلوط غلبه کرده و آنرا به داخل مسیر ورودی سیلندر پس میزند .
پس ، بهترین وضعیت پر شدن یا اشباع سیلندر هنگامی صورت میگیرد که بسته شدن پیستون تا لحظات اولیه پس زدن مخلوط به تعویق افتد ، یعنی ضمن بهره گیری از حداکثر ( انرژی جنبشی ) مخلوط ، از هدر رفتن آن جلوگیری شود و سیلندر تا حد اکثر ممکن از مخلوط پر شود .
● باز شدن سوپاپ اگزوز :
اگر سوپاپ ورودی بعد از رسیدن پیستون به پائین ترین وضعیت ممکنه (TDC) در داخل سیلندر بسته نشده باشد و یا سوپاپ اگزوز که قبلا راجع به آن گفتیم در هنگام رسیدن پیستون به پائین ترین وضعیت ممکن باز شود چه اتفاقی خواهد افتاد ؟ اگر معتقدید که چنین اتفاقی ممکن نیست ، درست حدس زده اید . در واقع سوپاپ اگزوز قبل از رسیدن پیستون به پائین ترین وضعیت ممکن ، باز میشود . پیستون در مرحله تولید نیرو تحت تاثیر گازهای گرم به پائین رانده شده و نیروی تولید شده خودرو را به جلو می راند . با این تفاسیر چرا بعضا طراحان و مهندسین سعی دارند تا سوپاپ اگزوز کمی زودتر باز شده و مقداری از فشار داخل سیلندر کم شود؟
برای درک بهتر دلیل باز شدن سوپاپ اگزوز کمی قبل از رسیدن پیستون به پائین ترین وضعیت ممکن ، باید اشاره ای به مرحله بعدی که مرحله تخلیه سیلندر است داشته باشیم، تخلیه گازهای خروجی از طریق سوپاپ اگزوز ، در هنگام بالا آمدن پیستون نیازمند نیرو میباشد ، که این نیرو توسط میل لنگ وارد میگردد ، اگر سوپاپ اگزوز هنگامی که هنوز مقداری فشار حاصل از احتراق در سیلندر باقی مانده باز شود ، باعث می گردد که مقداری از گازهای حاصل از احتراق تحت تاثیر این فشار قبل از حرکت پیستون به بالا از سیلندر خارج شوند . با کاهش مقدار گازها ، نیروی مورد نیاز برای تخلیه سیلندر کم شده و نتیجتا بازده موتور افزایش پیدا می کند
● Overlap یا باز بودن همزمان سوپاپها:
پیستون در مسیر خود به سمت بالاترین وضعیت ممکن الباقی گازهای حاصل از احتراق را به بیرون می راند . جریان گازهای خروجی نیز مثل جریان هوای ورودی دارای انرژی جنبشی است یعنی اینکه حتی بعد از رسیدن پیستون به بالاترین وضعیت ممکن و شروع مرحله پائین آمدن پیستون جریان گاز خروجی ادامه دارد ، بدین ترتیب میتوان بسته شدن سوپاپ را تا بعد از رسیدن پیستون به بالاترین وضعیت ممکن به تعویق انداخت .
لازم بیادآوری است که هدف مکش بیشترین حجم مخلوط هوا و سوخت میباشد زیرا نیروی موتورهای درون سوز از احتراق مخلوط سوخت و هوا در داخل سیلندر ایجاد میگردد . بهترین مکش هنگامی صورت میگیرد که سوپاپ ورودی قبل از رسیدن پیستون به بالاترین وضعیت ممکن باز شود . در این لحظه سوپاپهای ورودی و سوپاپهای اگزوز به طور همزمان باز میباشند که این مرحله را Overlap یا مدت زمان باز بودن همزمان سوپاپهای ورودی و خروجی می نامند .
در اینجا این سؤال مطرح میشود که چرا گازهای خروجی که توسط پیستون به بیرون رانده میشوند ، وارد منیفولد ورودی نمیگردند ، جواب این است که طراحی مناسب منیفولد اگزوز و فشار نسبی کمتر داخل آن باعث میشوند که گازهای خروجی تحت تاثیر فشار کم منیفولد خروجی ( اگزوز ) افزایش سرعت پیدا کرده و از سیلندر خارج گردند ، انرژی جنبشی گازهای خروجی نیز بنوبه خود باعث کاهش فشار داخل سیلندر و مکش بیشتر مخلوط هوا و سوخت به داخل آن میگردند .
لحظه بسته شدن سوپاپ ورودی مهمترین نکته در تایمینگ میل سوپاپ است ، هر چند که تمام مراحل آن از اهمیت به سزائی برخوردارند . به عنوان مثال تایمینگ صحیح باز شدن سوپاپ خروجی در واقع نقطه تعادلی از کاهش مقدار کمی از نیروی تولید شده در مرحله تولید نیرو و کاهش مقداری از بار گازهای خروجی در مرحله تخلیه است ، طول مدت Overlap نیز شدیدا در دور موتور تاثیر گذار است . در موتورهائی که مجهز به سیستم تایمینگ سوپاپ معمولی هستند ، رابطه بین تایمینگ سوپاپها ثابت است . در موتورهائی که دارای یک میل سوپاپ هستند این مسئله به شکل بادامکهای روی میل سوپاپ بستگی داشته و در موتورهای مجهز به دو میل سوپاپ به زاویه میل سوپاپها نسبت به یکدیگر بستگی دارد ( در هنگام تنظیم تایمینگ در موتورهای مجهز به دو میل سوپاپ در بالای سر سیلندر (DOHC) ، پرش یک دندانه فولی سر سیلندر باعث تغییر در میزان Overlap میگردد ) . تایمینگ سوپاپها بستگی زیادی به انرژی جنبشی جریان گاز دارد ، لازم به ذکر است که هر چقدر سرعت جریان گاز بیشتر شود ، انرژی جنبشی آن به همان نسبت افزایش پیدا میکند . بدین ترتیب تغییر تایمینگ با توجه به سرعت ( دور ) موتور ، مزیتهای زیادی در بر دارد . با استفاده از این سیستم میتوان جریان گازهای ورودی و خروجی را در تمام دورهای موتور به بهترین نحو تنظیم نمود و نتیجتا گشتاور بیشتری را در تمام دورهای موتور ایجاد کرد و باعث گسترش دامنه و محدوده تولید نیروی موتور گردید .
● تایمینگ متغیر سوپاپ :
انواع سیستمهای تایمینگ متغیر سوپاپ مختلفی وجود دارند که تفاوتهای مکانیسم های عملکردی آنها نسبت به عملکرد کلی شان از اهمیت کمتری برخوردار است . تا چند وقت پیش در اکثر سیستمهای تایمینگ متغیر میل سوپاپ ، تنها یکی از دو میل سوپاپ موتور متغیر بود که البته این تغییر تنها به میزان یک پله انجام می گرفت . در این سیستم در زمان افزایش دور موتور و یا در محدوده مشخصی از آن ، ECU ( واحد کنترل الکترونیکی ) تایمینگ میل سوپاپ را تغییر میدهد و بدین ترتیب یکی از میل سوپاپها در وضعیت آوانس یا ریتارد قرار میگیرد .
در خیلی از موتورهائی که مجهز به دو میل سوپاپ در سر سیلندر میباشند (DOHC) این نوع سیستم باعث میگردد تایمینگ سوپاپهای اگزوز ( بر خلاف تصور عمومی که حاکی از اهمیت بیشتر سوپاپهای ورودی است ) تغییر پیدا کند ، البته در برخی انواع نادرتر ، تایمینگ سوپاپهای ورودی تغییر میکند .
نمونه ای از نوع دوم در برخی اتومبیلهای پورشه مشاهده میگردد . در یکی از مدلهای Porsche ۹۱۱ که مجهز به سیستم Vario Cam است ، این سیستم باعث میگردد تا تایمینگ سوپاپ ورودی بعد از رسیدن دور موتور به ۱۳۰۰ دور در دقیقه ، ۲۵ درجه تغییر کند و نتیجتا محفظه احتراق بهتر پر و خالی شود و گشتاور افزایش پیدا کند . بعداز رسیدن دور موتور به حد ۵۹۲۰ دور در دقیقه ، تایمینگ ۲۵ درجه کاهش پیدا میکند و به حد اولیه ( دور آرام ) باز می گردد و عملکرد موتور در دور موتور بالا را بهبود می بخشد . در مواقعی که درجه حرارت روغن موتور بالا رفته باشد این تغییر در دور موتور ۱۵۰۰ دور در دقیقه انجام می گیرد .
سیستمهای اولیه که در آن تنها تایمینگ یک میل سوپاپ تغییر پیدا میکند هر چند که بهتر از سیستمهای تایمینگ ثابت عمل میکنند ، با این وجود کاملا قانع کننده نیستند . موتورهای مجهز به این سیستم تنها در دو حالت و دور موتور خاص دارای عملکرد بهینه هستند . واضح است که تغییرات کوچک و متعدد تایمینگ حتی اگر در مورد یکی از میل سوپاپها اعمال شود بهتر است و اگر تایمینگ هر دو میل سوپاپ قابل تغییر باشد نور علی نور خواهد بود . دراین حالت تایمینگ هر دو میل سوپاپ دائما با توجه به شرائط عملکرد موتور ، در حال تغییر خواهند بود .
BMW اولین شرکت بود که از سیستم دو میل سوپاپ متغیر استفاده نمود و آنرا Double Vanos نامید ، ( سیستم Single Vanos آنها تنها بر یک میل سوپاپ تاثیر گذار بود ) . در موتورهای مجهز به Double Vanos ، تایمینگ هر یک از میل سوپاپها تا ۶۰ درجه تغییر میکند ، البته در موتورهای V۸ مدل M۵ میل سوپاپ ورودی تا ۵۴ درجه و میل سوپاپ اگزوز " تنها " ۳۹ درجه قابل تنظیم است و بدین ترتیب Overlap ( مدت زمان باز بودن همزمان سوپاپهای ورودی و خروجی ) از ۸۰ درجه تا ۱۲- درجه قابل تنظیم است . منظور از ۱۲- درجه این است که سوپاپهای اگزوز ۱۲ درجه قبل از باز شدن سوپاپهای ورودی بسته میشوند .
● لیفت (lift)متغیر سوپاپ :
سیستم VTEC ساخت HONDA از این جهت مشهور است که در آن لیفت و تایمینگ سوپاپ قابل تغییرند . در سیستم HONDA ، میل سوپاپهای هر سیلندر دارای دو بادامک بلند اضافی و دو انگشتی اضافی میباشند که در دور موتورهای پائین هرز میگردند . در دور موتور خاص ( معمولا دور موتور بالا ) پیمهای هیدرولیکی که بطور الکترونیکی کنترل میشوند هر سه انگشتی را به یکدیگر قفل کرده و نتیجتا بادامکهای بلندتر وارد عمل میشوند . بدین ترتیب تغییر تایمینگ و لیفت سوپاپ در یک مرحله صورت میگیرد و باعث تغییر عمده ای در عکس العمل موتور میگردد .
موتور ۲ZZ – GE تویوتا با حجم cc ۱۸۰۰ که در نسل آخر تویوتا سلیکا مورد استفاده قرار گرفته است نیز از تایمینگ و لیفت متغیر سوپاپ بهره میبرد . سیستم لیفت متغیر تویوتا هم بر سوپاپهای ورودی و هم بر سوپاپهای اگزوز تاثیر گذار است ، در این موتور تنظیم لیفت بلند میل سوپاپ در ۶۰۰۰ دور در دقیقه فعال میشود . بادامکهای بلند ، لیفت سوپاپ ورودی را ۵۴ درصد افزایش داده و به mm ۱۱.۲ میرسانند ، لیفت سوپاپ اگزوز نیز با ۳۸ درصد افزایش به mm ۱۰ میرسد .
میل سوپاپهائی که دارای لیفت زیاد هستند ، باعث افزایش مدت زمان باز ماندن سوپاپ ورودی میگردند ، بدین ترتیب هر Overlap سوپاپها از چهار درجه ( در حالت تنظیم ورودی کاملا ریتارد و لیفت دور پائین ) و ۹۴ درجه ( در حالت فول آوانس و لیفت دور بالا ) متغیر است . Overlap ۹۴ درجه معمولا در موتورهای کاملا مسابقه ای (Full race) به چشم می خورد . لازم به ذکر است نسل قبلی تویوتا سلیکا (Celica) که مجهز به موتور ۵S – FE و تنها دارای Overlap ۶ درجه بود و موتور اسپرتی cc ۲۰۰۰ با نام ۳S – GE در اولین مدل سلیکا دیفرانسیل جلو تنها ۱۴ درجه Overlap داشت .
تایمینگ میل سوپاپ ورودی با توجه به دور موتور ، وضعیت پدال گاز ، زاویه سوپاپ ورودی ، درجه حرارت مایع خنک کننده موتور و حجم هوای ورودی تغییر میکند . تایمینگ میل سوپاپ ورودی در هنگام آغاز به کار موتور ( استارت ) ، سرد بودن موتور ، دور آرام و خاموش کردن موتور ، تا حد ممکن ریتارد میشود . یک پیم کنترل کننده تایمینگ میل سوپاپ را در هنگام استارت و در مرحله پس از آن قفل مینماید تا جائی که فشار روغن مناسب برقرار شود ( این تدبیر برای جلوگیری از سر و صدای اضافی موتور اتخاذ شده است ) .
در سیستم VVTI تویوتا ، تایمینگ میل سوپاپ تا ۴۳ درجه نسبت به زاویه میل لنگ متغیر است . البته سیستم لیفت متغیر نیز در طول مدت زمان باز بودن سوپاپ تاثیر گذار است و بدین ترتیب تایمینگ را به ۶۸ درجه میرساند ( با توجه به اینکه در وضعیت حداکثر ریتارد سوپاپ ورودی در دور موتور متوسط ، تایمینگ ۱۰- ( ۱۰ درجه قبل از TDC ) تا حداکثر آوانس سوپاپ ورودی در دور بالا که ۵۸ درجه قبل از TDC ( بالاترین وضعیت قرار گرفتن پیستون در سیلندر ) است متغیر می باشد ) .
سیستم لیفت متغیر از مکانیسم تعویض بادامک برای افزایش لیفت سوپاپهای ورودی و خروجی بعد از رسیدن دور موتور به ۶۰۰۰ دور در دقیقه استفاده میکند . این سیستم هیدرولیکی توسط ECU موتور که بخشی از سخت افزار کنترل هیدرولیکی آن با سیستم VVTI مشترک است استفاده میکند . اطلاعات ورودی های آن عبارتند از : زاویه و دور میل لنگ، حجم جریان هوا ، وضعیت دریچه گاز ، زاویه میل سوپاپ ورودی و درجه حرارت مایع خنک کننده . سیستم لیفت متغیر قبل از افزایش درجه حرارت مایع خنک کننده تا ۶۰ درجه سانتیگراد فعال نمیشود . این مکانیسم شامل میل سوپاپها با دو دست بادامک میباشد که یک دست آن برای دور پائین تا دور متوسط است و سری دوم برای دورهای بالاتر موتور به کار میرود ( لیفت بالا ) . کل سیستم شامل هشت انگشتی برای هر جفت سوپاپ ، دو انگشتی ( که در طرف داخلی میل سوپاپها قراردارند ) و یک دریچه کنترل روغن که در انتهای میل سوپاپ ورودی قرار دارند ، میباشد .
با وجود اینکه این نوع سیستمهای تایمینگ و لیفت متغیر تک مرحله ای باعث افزایش قدرت میگردند ، با این حال در کاربرد واقعی بسیار خام عمل مینمایند ، به عنوان مثال تغییر تک مرحله ای در گشتاور موتور در یک موتور توربوچارج شده قابل تحمل نمیباشد .
● تایمینگ و لیفت متغیر سوپاپ :
چند خودرو ساز دیگر نیز از تغییر تایمینگ و لیفت تک مرحله ای استفاده مینمایند . جدیدا BMW سیستم Valvetronic را ارائه نموده که تحولی چشمگیر در این رابطه است . این سیستم به طور نامحسوس و غیر منقطع تایمینگ را در یکی از میل سوپاپها و لیفت سوپاپهای ورودی را تغییر میدهد . جالب ترین نکته در این سیستم عدم استفاده از پروانه دریچه گاز است زیرا موتور بازده حجمی خود را با تغییر لیفت سوپاپ ورودی تنظیم مینماید .
سیستم Valvetronic بر گرفته از سیستم Double Vanos ساخت همین شرکت است که تایمینگ میل سوپاپهای ورودی و خروجی ( اگزوز ) را به طور غیر منقطع تغییر میدهد و علاوه بر آن با استفاده از یک اهرمی که بین میل سوپاپ و سوپاپهای ورودی قرار دارد ، لیفت سوپاپهای ورودی را نیز تغییر میدهد . محور مخصوصی فاصله اهرم را از میل سوپاپ تغییر میدهد ، وضعیت محور فوق توسط یک سیستم الکتریکی تعیین میشود . وضعیت اهرم در واقع لیفت را به دستور سیستم مدیریت موتور کوچک یا بزرگ مینماید .
سیستم Valvetronic تنها از لحاظ عدم قابلیت لیفت سوپاپهای خروجی از سیستمهای الکترونیکی پنوماتیک ( بادی ) مورد استفاده در موتورهای مسابقه ای F۱ ، که عملکرد سوپاپها به طور مستقل از هم و به طور انفرادی کنترل می کنند ، کم قابلیت تر است .
پس نتیجه میگیریم هر گونه قابلیت تغییر در تایمینگ با لیفت سوپاپ برای بهبود قابلیت تنفس ( تبادل هوا ) در هر محدوده عملکرد موتور باعث بهبود قابلیتهای آن میگردد . هر چقدر تنظیمات دقیق تر و تعداد سوپاپهای قابل تنظیم بیشتر باشد ، نتیجه نهائی بهتر خواهد شد و علاوه بر افزایش بازده باعث افزایش نرمی کارکرد و تسریع و بهبود عکس العمل موتور در تمام محدوده دور موتور آن میگردد . در موتورهای معمولی تغییر زاویه میل سوپاپ و افزایش آوانس باعث بهتر شدن بازده موتور در دور بالا میشود . هر چند که عملا نرمی کارکرد و بازده موتور را در دور پائین و دور متوسط بازده مختل میکند ( مثل میل سوپاپهائی که اصطلاحا به آنها فول ریس گفته میشود ) . در نقطه مقابل این نوع میل سوپاپها انواع معمولی قرار دارند که با وجود نرمی عملکرد در دور پائین و متوسط قادر به ارائه حداکثر بازده موتور در دور بالا هستند که به آنها انواع شهری یا معمولی گفته میشود .
سیستمهای متغیر امروزی که در این مقاله سعی نمودیم نگاهی هر چند کلی به سیر تکامل و آخرین تحولات آن داشته باشیم در واقع حداکثر بازده موتور را چه در دور پائین و متوسط و چه در دور بالا ایجاد مینماید . ضمن آنکه نرمی عملکرد موتور در دور آرام و راحتی استارت آن در سرما و گرما را تضمین مینماید .