چگونه فناوری ضریب تراکم متغیر آینده موتورهای احتراق داخلی را تغییر خواهد داد

فناوری ضریب تراکم متغیر به دنبال بهره مندی از مزیت موتورهای تنفس طبیعی در دور موتور پایین و موتورهای توربوشارژر شده در دور موتور بالاتر است.

از زمان پیدایش موتور احتراق داخلی توسط گوتیب دایملر، مهندسین سعی کرده‌اند موتورهایی با ضریب تراکم متغیر تولید کنند. البته تاکنون تنها مهندسین شرکت نیسان توانسته‌اند نمونه تولیدی واقعی از این دست از موتورهای احتراق داخلی عرضه کنند که با نام (VC-T) نیز شناخته می‌شوند.

ضریب تراکم متغییر این موتورها به حجمی که پیستون در سیلندر جا به جا می‌شود اشاره دارد. این حجم شامل حجم محفظه احتراق و مقدار جا به جایی طولی پیستون در بدنه سیلندر است.

به بیان ساده‌تر مقدار حجم سیلندر در نقطه آغاز تراکم تا نقطه پایان تراکم را ضریب تراکم می‌گویند. به طور مثال برای موتوری که ضریب تراکم برابر با 11:1 است حجم سیلندر در متراکم‌ترین حالت خود یک یازدهم حالتی است که سیلندر در بازترین حالت خود قرار دارد.

در موتورهایی با ضریب تراکم متغیر هرچه فشار در محفظه احتراق بیشتر باشد، احتراق بهتر صورت می‌گیرد و قدرت بیشتری ایجاد می‌شود. البته نکته حائز اهمیت این است که فشار بیش از حد باعث می‌شود تا سوخت و هوا به طور مطلوب ترکیب نشوند و یک احتراق خطرناک را به وجود آورند که امکان ایجاد شکست در بدنه موتور و ... را مطرح می‌کند.

با افزایش میزان اکتان سوخت می‌توان از سوختن پیش از موعد سوخت جلوگیری کرد و زمان جرقه زدن شمع را به تاخیر انداخت تا سوخت در حالی که پیستون در حال حرکت به سمت پایین است (مرحله توان (انبساط)) بسوزد و در نتیجه فشار بیش از حد به سیلندر کاهش پیدا کند.

با استفاده از سنسورها نیز می‌توان بهترین محل برای احتراق را تشخیص داد تا باعث افزایش کارایی و قدرت موتور شود.

این معادله با افزایش سیستم‌های پرخوران همچون توربوشارژرها پیچیده‌تر می‌شود.

توربوشارژرها با افزایش میزان هوای ورودی، فشار را در محفظه احتراق بیش از پیش افزایش می‌دهند.

موتورهای توربوشارژر شده قدیمی با ضریب تراکم پایین در حین بوست شدن توربوشارژر، میزان فشار ورودی را به محفظه احتراق کنترل می‌کردند.

اما این مسئله باعث می‌شد تا عملکرد موتور به شکل محسوسی در صورت بوست نبودن توربوشارژر کاهش پیدا کند و در نتیجه مصرف سوخت افزایش می‌یابد و شاهد یک لگ (تاخیر در عملکرد تولید قدرت توسط توربوشارژر) خواهیم بود.

سنسورهای جدید امکان افزایش ضریب تراکم مکانیکی را فراهم می‌کنند اما محل ایده آل ما برای افزایش ضریب تراکم مکانیکی بر روی دنده فلایول میل‌لنگ است.

«پر گیلبراند» مهندس نابغه شرکت ساب، در این راستا بلوک موتور را به صورت افقی اره کرده و دو قطعه حاصله را همانند یک آکاردئون به یکدیگر وصل نمود.

با استفاده از میل بادامک و قطعات الکترونیکی، محفظه احتراق را در بالای بلوک هر سیلندر به نسبت میل لنگ و پیستون ها بالا و پایین کرد. این کار باعث ایجاد ضریب تراکم متغیر شد اما وی نتوانست این ایده را به صورت تولید انبوه به مرحله پیاده‌سازی برساند.

مثال دیگر یک موتور دو زمانه با نام Omnivore است که توسط مهندسین لوتوس طراحی شده است. این موتور با تغییر در نسبت فشرده سازی (تراکم) امکان بهره مندی از انواع سوخت با درجه اکتان متفاوت را به وجود می‌آورد.

براساس این ایده یک توپ هاکی، پیستون مانند در سر سیلندر قرار میگیرد که امکان بالا و پایین شدن را دارد. در نتیجه این اقدام محفظه احتراق بزرگ و کوچک می‌شود و میزان ضریب تراکم موتور تغییر پیدا می‌کند.

البته هیچ یک از این ایده‌ها نتوانست به مرحله تولید انبوه برسد و تنها فن آوری (VC-T) نیسان در نسل 6 آلتیما و اینفینیتی QX50 مورد استفاده قرار گرفت.

هر یک از پیستون‌ها توسط یک مفصل جداگانه به میل لنگ متصل می‌شوند تا میزان حجم سیلندر را افزایش یا کاهش دهند. در نتیجه این اقدام موتور می‌تواند ضریب تراکم متغیر داشته باشد.

ضریب تراکم بین 14:1 تا 8:1 قابل تغییر است. ضریب تراکم بالا در زمانی استفاده می‌شود که بوست تولیدی توربوشارژرها بسیار پایین است و ضریب تراکم پایین در زمانی استفاده می‌شود که بوست توربوها در حداکثر میزان خود قرار دارد.

این مکانیزم در عمل کمی پیچیده به نظر می‌رسد اما راه حل بسیار هوشمندانه‌ای برای موتورهای توربوشارژر امروزی است.

پیش از این در مطلب دیگری به این فن آوری پرداخته بودیم که می توانید برای اطلاعات بیشتر آن را مطالعه کنید.