تقنية المحركات بدورتين احتراق VVT-iW
اليوم نستعرض تقنية جديدة كشفت عنها لكزس منذ فترة - لنكون أول موقع يشرح التقنية باللغة العربية - تحديدا عند اطلاق أول محرك بالعالم يعمل بدورتين احتراق على RC F ، ثم دشنت NX بمحرك جديد بدورتين احتراق أيضا .. لكن المهم الاشارة هنا أن كلا المحركين يقدمان دورتي احتراق بأسلوب مختلف تماما ، لذلك يعمل محرك RC F بتقنية VVT-iE بينما حمل محرك NX تقنية جديدة باسم VVT-iW - سأشير بنهاية الشرح للفرق بين أسلوب المحركين بالتنقل بين الدورتين .
___ مقدمة سريعة حول دورتي Otto , Atkinson ____
قد لا يعلم الكثير ماهي دورة Otto أو ماهي دورة Atkinson ، لذلك سأقدم مقدمة سريعة حول الدورتين :
الفرق بين الدورتين هو بتوقيت فتح و إغلاق صمامات المحرك :
-- دورة Otto :
- صمامات الدخول :
الفتح : قبل TDC بقليل .
الإغلاق : بعد BDC بقليل .
- صمامات العادم :
الفتح : قبل BDC بقليل .
الإغلاق : بعد TDC بقليل .
-- أما دورة أتكنسون :
Atkinson cycle :
- صمامات الدخول :
الفتح : بعد TDC بقليل .
الإغلاق : قبل منتصف الرحلة للـ TDC بقليل .
- صمامات العادم :
الفتح : قبل BDC بقليل .
الإغلاق : بعد TDC بقليل .
- طبعا هذه القيم هي الـTypical بدون VVT-i أو i-VTEC ، أما مع الـVVT-i أو الـ i-VTEC يتلاعب بالزوايا بدرجات خفيفة حول هذا الـRange للدورتين .
- لاحظ نصف شوط الضغط تقريبا يبقى صمام الدخول مفتوح بدورة أتكنسون .
-الفرق بينهم من نواحي الأداء :
Otto Cycle : طاقة أعلى ، صرف بننزين اعتيادي .
Atkinson Cycle : نقص بالقدرة ، لكن اقتصادي باستهلاك الوقود .
..................................
-مقارنة سريعة بين أرقام محركين نفس السعة لنفس الشركة :
تويوتا كرولا 1.8 لتر Otto Cycle ،، تولد قدرة 132 حصان
تويوتا بريوس 1.8 لتر Atkinson Cycle ،، يولد 97 حصان
- لاحظ لم يستخدم محرك أتكنسون بالكرولا لعدم وجود مصدر طاقة آخر يعوض ضعف طاقة محرك أتكنسون ، لكن بالبريوس فالأمر مغاير فهناك محرك كهربائي يعوض نقص الطاقة .
- لاحظ أيضا أن محرك البنزين بالبريوس حتى لو كان يعمل فهو اقتصادي جدا بالنسبة للكرولا .
________________
نعود لموضوعنا :wavey: :
محرك لكزس الجديد المكون من 4 اسطوانات ، I-Type ، سعة 2.0 لتر ، تيربو ، بخاصية التحكم المستقل المتقدم بتوقيت فتح و إغلاق الصمامات ، و الذي يتيح للمحرك التبديل بسلاسة بين دورتي ( Otto , Atkinson ) ، أيضا هناك أنظمة تحكم متطورة لإدارة المحرك و التيربو ، هذه الآنظمة موجودة لتحافظ على منحنى عزم مسطّح فعليا .
اسم المحرك الجديد ( Code-Name ) هو 8AR-FTS ، هذا الاسم يشير إلى التكرار الثامن لعائلة سلندرات AR4 ، قطر الاسطوانة و طول الشوط لهذا الاصدار يمثل شكل مربع 3.14x 3.14 انش - شكل مربع أي طول نصف قطر الاسطوانة و طول الشوط متساوي مما يعطيها شكل مربع عند رسمها بيانيا -
في حين أن أبعاد بلوك المحرك و بصماته مطابقة للمحركات ذات منصة بناء عائلة AR ، فإن رأس السلندرات ( Cylinder head ) مختلف تماما عن تلك العائلة ليتمكن من دعم الحقن المباشر من فتحة بالسلندر و التيربو مزدوج التمرير . " تم دمج مجرى العادم بالرأس " كما أوضح المدير العالمي للتعليم و التدريب في لكزس الدولية السيد وليام ولسون . " براغي التيربو موضوعة مباشرة إلى جانب الرأس لتقصير المسافة بين صمامات العادم و مراوح التوربين " .
لكزس لم تقم فقط بضخ نبضات العادم* ( Exhaust Pulses ) إلى مجرى واحد ، بدلا من ذلك ؛ السلندرات 1 و 4 موصولان معا و متجهان لفتحة خاصة بالتيربو ،، و السلندرات 2 و 3 موصولان معا و متجهان للفتحة الأخرى بالتيربو ،، فهو بالنهاية تيربو بفتحتي تمرير Twin-Scroll TURBO .
" قمنا بإدارة الشفرة من نقطتين ، و هذا سيتيح لنا التحكم بالتدفق بشكل مختلف على هاتين الفتحتين "
تتم معالجة التحكم بالتدفق باستخدام بوابة إخراج " waste gate " على فتحة واحدة للحد من ارتفاع الضغط عند احتواء المأخذ الآخر للتيربو على دارة جانبية . عندما ترفع قدمك عن دواسة الوقود ، سيحدث هبوط سريع على سرعة الغازات العادمة، و إذا بقيت هذه الغازات البطيئة تتدفق للتيربو ؛ فإن سرعة شفرة التوربين ستنخفض أيضا .
" قمنا باستخدام هذا الممر الجانبي سابقا في تويوتا سيليكا ، و هذا يمكننا من إبقاء التيربو يدور ، بدلا من أن يتباطئ عندما تقل سرعة الغازات العادمة " .
المحرك يملك عمودي كامات بالأعلى ( DUAL-OVERHEAD CAM Shafts ) بإمكانهم تغيير طور حركتهم بشكل مستقل عبر مدى واسع مع زوايا عمود الكرنك ( Crank shaft ) ( تدعى هذه التقنية VVT-iW ) و الذي يتيح للمحرك خاصية التبديل بين دورتي ( Otto , Atkinson ) .
" في دورة Otto توقيت فتح و إغلاق صمامات الدخول متماثل فوق TDC** ، في حين أن أبرز ما يميمز دورة أتكنسون هي أنها دورة غير متماثلة بشكل كبير ـ أي أن نسبة الانضغاط و نسبة التمدد غير متساويتين "
عندما يعمل المحرك على دورة أتكنسون ، يتم تأخير توقيت إغلاق صمامات الدخول ، حيث تغلق الصمامات متأخرة في شوط الضغط - و هذا سيخفض نسبة الانضغاط الديناميكية بشكل فعال - هذا لأن المكبس سيعيد جزءا من المزيج إلى مجاري السحب حيث أن صمامات الدخول لا تزال لم تغلق بعد ،، هذا بدلا من ضغط الهواء بمقاومة صمام مغلق ، و بالتالي تقليل الطاقة التي يحتاجها المحرك لضغط الهواء .
" لذلك أنت تملك الآن نسبة تمدد أعلى مما يعطيك كفاءة أفضل ، هذا يعطيك أيضا نسبة انضغاط أقل مما يقلل الاحتكاك و الضياعات الأخرى ،، أما فيما يتعلق بالجانب السلبي لدورة أتكنسون فهو أنها تملك مدى دورات - RPM - محدود ، لذلك تقليديا هي لم تكن ملائمة للمركبات ، الطريقة الوحيدة التي كانت لدينا بالماضي لجعل دورة أتكنسون تعمل هي باضافة سوبر تشارجر مع كلتشات ، كما فعلت مازدا مع مركبتها مليلنا ، إذا حصل هذا المحرك على سوبر تشارجر ستصبح دورة Miller "
طريقة أخرى لدعم محركات دورة أتكنسون هي الطاقة الكهربائية ، كما هو موجود بالسيارات الهجينة ، بالنسبة لـ NX مهندسو لكزس استفادوا من خبرة تويوتا بالـ VVT و التيربو لتصميم تيربو و نظام تبريد جديدين بالكامل ، يتيحان للمحرك التبديل بسلاسة بين دورتي ( Otto , Atkinson ) - للاستفادة من مزايا دورة أتكنسون بتعزيز الكفاءة عندما لا نحتاج لطاقة عالية .
" الحالات حيث تكون دورة أتكنسون مثالية عند التأثير بشكل جزئي أو خفيف على دواسة الوقود ، و عند السير بسرعة ثابتة "
المبرد يتم تغذيته من مصدر تبريد مخصص - لا يتشارك النظام مع تبريد المحرك - و تم تثبيته خلف المحرك لتقصير و تقليل استخدام الأنابيب . أقصى قدرة رفع للمحرك هي حوالي 17 باوند .
" لقد كنا قادرين تماما على هندسة التيربو و المحرك من نقطة الصفر كوحدة واحدة ، و ليس بإيجاد شيء قديم ثم تعديله لجعله يعمل "
نظام حقن الوقود يملك دمج مميز بين الحقن المباشر و مأخذ الحقن حيث تملك كود D4-S من تويوتا . هذا الدمج ليس بسبب أن الحاقنات ليست قادرة على توفير وقود كافي ، بل لضمان ضخ رذاذ ملائم .
" في المحركات الكبيرة و جدنا أنه بامكاننا الحصول على خليط جيد للوقود باستخدام حقن الوقود المباشر فقط ،، أما عندما تكون أحجام السلندرات منخفضة حول 0.5 لتر / سلندر ، وجدنا أنه بامكاننا الحصول على عوادم أقل و تقسيم طبقي أفضل للوقود عن طريق دمج مأخذ مع الحقن المباشر "
المحرك يولد 235 حصان عند 5600 RPM ، مع عزم دوران أقصى 258 باوند.قدم عند 4000 RPM ، " منطق السيطرة على عزم المحرك " في كمبيوتر إدارة المحرك يتلاعب بمقدار رفع التيربو بدقة كبيرة وفقا لكمية الوقود المقدمة و توقيت فتح و إغلاق الصمامات بما يتوافق مع منحنى العزم .
" تقليديا ، منحنى العزم يصبح مسطح تماما بين 1650 RPM إلى 4000 RPM ، و هذا يعني أن منحنى القدرة سيرتفع بشكل مستقيم بدون تذبذبات ، أو نتوءات أو انخفاضات "
http://www.youtube.com/watch?v=hWc46vOn1Y8
..............................
- لماذا هذا المحرك بتقنية VVT-iW في حين أن محرك RC F بتقنية VVT-iE رغم أن كلاهما يعملان بدورتي احتراق ؟
الحرف W يرمز إلى مدى واسع جدا ضمن تصميم عمود الكامات ، يتيح له التبديل بين الدورتين ، و هذا التبديل يحتاج لدعم من تيربو أو سوبر تشارجر أو محرك كهربائي ، و هؤلاء الثلاثة غير متوفرين بمحرك RC F و بالتالي لا يمكن تطبيق هذه التقنية عليه .
- إذا كيف تم تحقيق دورتي الإحتراق بمحرك RC F ؟
تم تحقيق الدورتين عن طريق إضافة روافع كهربائية مستقلة على السلندرات ، مما يتيح لكمبيوتر السيارة التبديل بين الدورتين بحرية ، أي دون استخدام تقنيات خاصة بتصنيع الكامة كما هو الحال مع NX . بالنهاية حققنا دورتي احتراق بنمطين مختلفين .
................................
ملاحظات :
- جميع ما ذكر بالاقتباسات " " هي نصوص حرفية مأخوذة من مقابلة تقنية مع المدير العالمي للتعليم و التدريب في لكزس الدولية السيد وليام ولسون .
* نبضات العادم : تعني أن غاز العادم بالأصل يخرج على شكل نبضات و ليس مستمر ، و هذا تستطيع تخيله بسهولة حيث أن الاسطوانة الواحدة تنتج نبضة واحدة من العادم كل 4 أشواط ، بدمج كل النبضات معا نحصل على تيار غاز العادم .
** TDC اختصار لـ Top Dead Center و تعني النقطة الميتة العليا ، و هي أقصى ارتفاع يصله المكبس قبل أن يبدأ بالنزول مجددا .
** BDC اختصار لـ Bottom Dead Center و تعني النقطة الميتة السفلى ، و هي أدنى ارتفاع يصله المكبس قبل أن يبدأ بالصعود مجددا .
- المزيج : يقصد بها خليط الهواء مع الوقود .
...................................
كاتب الموضوع : MADI
المصدر : Enginelabs
