ضریب تراکم متغیر در موتور خودرو چیست؟

به گزارش سایت خبری ساعد نیوز، توانایی تغییر ضریب تراکم یک پیشرانه، مدت ها است که از آرزو های دست نیافتنی خودروسازان بوده است. چرا که استفاده از یک ضریب تراکم برای تمام شرایط کارکرد پیشرانه به صرفه نیست. برای دست یابی به بازده بالا، این ضریب باید بسته به شرایط مختلف که فشار بر روی پیشرانه متفاوت است، تغییر کند. اخیرا شرکت خودروسازی اینفینیتی از تولید پیشرانه ای با ضریب تراکم متغیر خبر داده است و قرار است نسل بعدی شاسی بلند پریمیوم کیوایکس ۵۰ سال آینده به عنوان مدل ۲۰۱۹ وارد بازار شود و البته در این نسل جدید پیشرانه های دو لیتری توربوشارژ این خودرو به فناوری مجهز خواهند شد که پیش ازاین در هیچ خودروی دیگری دیده نشده است.

پس ازاینکه نیسان ۲۰ سال روی توسعه فناوری پیشرانه های ضریب متغیر تراکم توربو یا VC-T کار کرد، حالا نوبت به محصولات این کمپانی رسیده که مجهز به این فناوری شده و به مشتریان تحویل داده شوند.در این فناوری نیسان کوشیده است که در شرایط مختلفی که برای پیشرانه مهیا می شود، فاصله آمدوشد پیستون داخل سیلندر را در بازه شش میلی متری تغییر دهد تا راندمان پیشرانه در شرایط مختلف افزایش یابد و درنهایت مصرف سوخت کمتری از خودرو را شاهد باشیم.

البته ایده اصلی چنین فناوری از سوی دیگر کمپانی ها مثل ساب سوئد مطرح شده بود. این ایده به این خاطر به وجود آمد تا بتواند بهترین موازنه برای کارایی و قدرت در شرایط مختلف ایجاد شود.

ضریب تراکم متغیر چیست؟

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

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 متراکم ترین 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 می کنند و در واقع نسبت متراکم ترین حالت به بازترین حالت به ۱ به ۱۱ تغییر پیدا می کند.

در این حالت در نقطه آغاز تراکم می توان 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 متراکم ترین 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 می شود. 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 می شود که سوخت و هوا به میزان درستی با یکدیگر مخلوط نشد و احتراق ناقص رخ دهد.

احتراق ناقص علاوه بر آنکه سبب افزایش آلودگی هوا و وارد شدن آسیب به محیط زیست می شود به موتور خودرو نیز فشار وارد می کند. 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 می کنند مرتبط با میزان اکتان سوخت است. هنگامی که میزان اکتان سوخت مصرفی موتور افزایش پیدا کند فرآیند سوخت با سرعت کمتری رخ می دهد و در نتیجه فشار وارده به سیلندر خودرو کاهش می یابد.

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

اضافه شدن سیستم های پرخوران همچون توربوشارژرها هم پیچیده تر شدن موتورهای مذکور را به دنبال دارد چراکه این سیستم ها ورودی هوا را افزایش داده و به دنبال این کار فشار وارده به محفظه احتراق نیز افزایش پیدا می کند.

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 می کردند اما در نمونه های جدید از سنسور استفاده می شود.

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 می دهد.

با کمک سنسورهای جدیدی که خودروسازان بر روی موتورهای توربوشارژر نصب می کنند امکان افزایش ضریب تراکم مکانیکی فراهم می شود.

نمونه های ناموفق از موتورهای ضریب متغیر تراکم توربو

همانطور که پیش از این نیز گفتیم ایده اصلی مربوط به پیشرانه های 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 پیشرانه های ضریب متغیر تراکم توربو در حجم انبوه شود.

در نمونه ای دیگر نیز کمپانی لوتوس موفق شد یک موتور دو زمانه با نام Omnivore تولید کند. در این موتور که محفظه احتراق آن می توانست تغییر سایز داده و کوچک یا بزرگ شود نسبت تراکم متغیر بوده و به همین جهت نیز امکان بهره مندی 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.

نمونه های موفق از موتورهای ضریب متغیر تراکم توربو

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

کمپانی های مذکور برای تولید موتورهای ضریب متغیر تراکم توربو از مکانیزم های پیچیده ای استفاده کرده اند اما از آنجا که این موتورها نسبت به موتورهای توربوشارژر امروزی در مصرف سوخت بهینه تر بوده و کارایی بالاتری دارند تولید و عرضه آن ها به صرفه است.