سیستم غیرفعال سازی سیلندر در موتورهای OHV: تکنولوژی، عملکرد و مزایا
در دنیای خودروهای امروز، کاهش مصرف سوخت و بهبود کارایی موتور از اهداف اساسی سازندگان خودرو به شمار میآید. یکی از تکنولوژیهایی که در همین راستا توسعه یافته، سیستم غیرفعال سازی سیلندر (Cylinder Deactivation) است. این سیستم به ویژه در موتورهای دارای طراحی OHV (Overhead Valve) یا موتوری با سوپاپهای بالاسری کم استفاده شده است. در این مقاله به بررسی کامل این سیستم در موتورهای OHV خواهیم پرداخت.
مقدمهای بر موتورهای OHV
موتورهای OHV یا موتورهای Pushrod، برای دههها در صنعت خودرو کاربرد داشتهاند. در این نوع موتور، میل بادامک در بلوک موتور قرار دارد و با استفاده از میلسوپاپ و راکر آرمها، حرکت سوپاپها کنترل میشود.
- ویژگیها: ساختار ساده، حجم کمتر قسمت بالایی موتور، قابلیت تولید گشتاور بالا در دورهای پایین.
- معایب: محدودیت در دور موتور بالا به دلیل جرم اجزای متحرک بیشتر و پیچیدگی کمتر در زمانبندی سوپاپها نسبت به موتورها با سیستم DOHC.
مفهوم غیرفعال سازی سیلندر چیست؟
در حالت عادی، موتور تمام سیلندرهای خود را در حالت احتراق فعال نگه میدارد، حتی زمانی که نیاز به توان کامل نیست. سیستم غیرفعال سازی سیلندر به موتور اجازه میدهد تا برخی از سیلندرها را هنگام کار با بار سبک یا سرعت ثابت غیرفعال کند تا مصرف سوخت کاهش یابد.
روش کار سیستم غیرفعال سازی سیلندر
زمانی که سیستم فعال میشود، شیرهای هوا و سوخت برای سیلندرهای مشخصی قطع شده و سوپاپهای ورودی و خروجی آنها بسته میماند تا جلوگیری از ورود هوا و خروج دود شود، همچنین پالس احتراق حذف میشود.
این کار باعث میشود که این سیلندرهای غیرفعال به عنوان یک دمپر هوا عمل کنند و با کاهش مصرف سوخت، گشتاور کاهشیافته موتور با سیلندرهای باقیمانده جبران شود.
چالشهای اجرای غیرفعال سازی سیلندر در موتورها OHV
در موتورهای OHV، اجرای این سیستم پیچیدگیهای خاص خود را دارد، زیرا مکانیزم زمانبندی سوپاپها غیرمستقیم و استفاده از اجزای مکانیکی پیچیدهتر است:
- مکانیزم غیرفعال سازی سوپاپها: در موتورهای OHV، برای قطع حرکت سوپاپها باید مکانیزم مخصوصی تعبیه شود که بتواند حرکت میلسوپاپ را در زمانی که سیلندر غیرفعال است متوقف یا به نحوی خنثی نماید.
- افزایش جرم اجزای متحرک: اجزای اضافی مورد نیاز برای کنترل غیرفعالسازی، باعث افزایش جرم اجزای متحرک و پیچیدگی سیستم میشود.
- ارتعاشات و صدای موتور: به دلیل تغییر در تعداد سیلندرهای فعال، احتمال ایجاد ارتعاشات و سروصدا افزایش مییابد.
سیستم غیرفعال سازی سوپاپ با استفاده از لاجیک راکر
یکی از روشهای متداول در موتورهای OHV برای غیرفعال سازی سوپاپها، استفاده از لاجیک راکر است. در این روش، راکر آرمها به گونهای طراحی شدهاند که در حالت غیرفعال، غیر فعال میگردند.
این راکرها مجهز به مکانیزم قفلشونده هستند که به وسیلهی نیوماتیک، هیدرولیک یا مکانیکی اعمال میشود. وقتی سیلندر غیرفعال میشود، این مکانیزم باعث جدا شدن راکر از میل سوپاپ شده و حرکت انتقالی به سوپاپها لغو میشود.
نمونههای عملی و کاربرد داخلی سیستم غیرفعال سازی در موتورهای OHV
یکی از معروفترین نمونههای استفاده از سیستم غیرفعال سازی سیلندر در موتورهای OHV، موتورهای خانواده V8 شرکتهای آمریکایی مانند جنرال موتورز است. موتور 5.3 لیتری V8 با تکنولوژی Active Fuel Management (AFM) نمونهای بارز است.
- این سیستم به طور خودکار چهار سیلندر از هشت سیلندر را در هنگام رانندگی شهری و بار سبک غیرفعال میکند.
- سیستم هیدرولیکی در مجاری روغن باعث فعال یا غیرفعال شدن راکرها میشود.
- بنابراین توانایی حفظ گشتاور و کاهش مصرف سوخت به میزان تقریبی 10 تا 15 درصد فراهم میگردد.
جزئیات فنی سیستم Active Fuel Management
در این سیستم، هر سیلندر دارای دو راکر آرم است: یکی برای باز کردن سوپاپ ورودی و دیگری برای خروجی.
- سیلندرهایی که باید غیرفعال شوند، راکرهای آنها توسط فشار روغن هیدرولیکی در یک حالت جدا شده قرار میگیرند، بنابراین سوپاپها بسته باقی میمانند.
- در این حالت، احتراق در آن سیلندر اتفاق نمیافتد، سوخت تزریق قطع میشود و فشار روغن موجب عدم حرکت سوپاپها میشود.
مزایای سیستم غیرفعال سازی سیلندر در موتور OHV
استفاده از این سیستم در موتورهای OHV، علیرغم چالشهای فنی، مزایای قابل توجهی دارد:
- کاهش مصرف سوخت: با غیرفعال کردن تعداد مشخصی از سیلندرها در شرایط کم بار، مصرف سوخت به شکل چشمگیری کاهش مییابد.
- کاهش انتشار آلایندهها: مصرف کمتر سوخت به معنی انتشار گازهای گلخانهای کمتر است که به بهبود وضعیت زیستمحیطی کمک میکند.
- حفظ کارایی موتور: هنگام نیاز به قدرت بالا، تمام سیلندرها فعال میشوند بنابراین راندمان و شتاب موتور حفظ میشود.
- افزایش عمر موتور: با کاهش تعداد احتراقها در شرایط عادی، استهلاک بخشهای داخلی موتور کاهش مییابد.
معایب و محدودیتهای سیستم غیرفعال سازی سیلندر در موتور OHV
همچنین این تکنولوژی با محدودیتهایی همراه است که باید مورد توجه قرار گیرد:
- پیچیدگی ساختاری و هزینه بالاتر: افزودن مکانیزم غیرفعالسازی به سیستم OHV، پیچیدگی و هزینه تولید موتور را افزایش میدهد.
- ممکن بودن ناپایداری در کارکرد موتور: تغییر حالت مکرر بین سیلندر فعال و غیرفعال ممکن است باعث ایجاد ارتعاشات نامطلوب شود.
- نیاز به سیستمهای هوشمند کنترل موتور: برای مدیریت بهینه سوخت رسانی، جرقه، فشار روغن و مکانیزمهای راکر، نیازمند ECUهای پیشرفته است.
آینده سیستم غیرفعال سازی سیلندر در موتورهای OHV
با پیشرفتهای صورتگرفته در کنترل الکترونیکی و مکانیزمهای هیدرولیکی، انتظار میرود سیستمهای غیرفعال سازی سیلندر در موتورهای OHV به شکل بهینهتر و با قابلیت اطمینان بیشتر توسعه یابند. طراحی بهینهتر راکرها، کم شدن جرم اجزا و بهبود متریالها میتواند به کاهش معایب این سیستم کمک کند.
همچنین ترکیب این تکنولوژی با سیستمهای هیبریدی و استارت/استاپ میتواند به طور چشمگیری کارایی و مصرف سوخت خودروها را بهبود دهد.
نتیجهگیری
سیستم غیرفعال سازی سیلندر در موتورهای OHV یک تکنولوژی پیشرفته و موثر برای کاهش مصرف سوخت و بهبود کارایی موتور است. علیرغم محدودیتهای فنی، پیادهسازی صحیح این سیستم میتواند ضمن حفظ مشخصات قدرتی، به کاهش مصرف سوخت و آلایندگی کمک شایانی کند.
با بهکارگیری مکانیزمهای دقیق هیدرولیکی و کنترل الکترونیکی پیشرفته، این سیستم در موتورهای OHV همچنان یکی از گزینههای مهم تکنولوژیک در بهینهسازی عملکرد موتور به شمار میرود.