محرك سيارتك يتحكم في نفسه

"البقاء للأسرع والأقوى والأعلى".. هذا ليس شعار بطولات ألعاب القوى في جميع أنحاء العالم فحسب، بل هو شعار عالم السيارات أيضاً، حيث البقاء للسيارة الأسرع والتي تستطيع أن تعطي قوة دفع أكبر، والأعلى من حيث التكنولوجيا التي تجعلها تقلل من استهلاك الوقود، وفي نفس الوقت تحافظ على البيئة.

نظم محركات السيارة العادية

عندما بدأ العلماء العمل على محركات البنزين العادية بغرض تطويرها كان أمام العلماء شقان أساسيان: هما نظام الوقود (fuel system) ونظام حرق الوقود (ignition system).

كيفية نقل الحركة من عمود الإدارة إلى عمود الكامات

والمحرك العادي يعتمد في نظام التغذية بالوقود ومعايرتها مع كمية الهواء اللازمة لحرقه على الكربيراتير (carburetor) وهو أداه ميكانيكية تعتمد في ضبط كمية الهواء إلى كمية الوقود (fuel/air ratio) على فرق الضغط بين أسطوانة المحرك والهواء الجوي، ولكن الكربيراتير لم يكن يعطي هذه النسبة بشكل مناسب تماماً طبقاً للحالات التي تمر عليها السيارة؛ وهو ما يتسبب في استهلاك كمية أكبر من الوقود وزيادة الانبعاثات الملوثة للبيئة.

أما في نظام الحرق (ignition system) فالمحرك العادي يعتمد على الأسبراتير وهو نظام ميكانيكي لتوزيع الكهرباء على شمعات الاحتراق. ومن عيوب هذا النظام أن حساب الوقت اللازم للإشعال لا يكون دقيقاً؛ وبالتالي يفقد المحرك جزءاً من الطاقة.

واتجه العلماء في تطوير المحرك إلى جعل أنظمة التحكم إلكترونية بدلاً من أن تكون ميكانيكية وهذا لضمان دقة الحسابات وسرعة استجابة الأنظمة للتغير في حالات السيارة المختلفة.

وبدأ التطور في أنظمة الحقن بالوقود من النظام العادي إلى نظام الحقن المستمر

(K-jetronic) ثم نظام الحقن المتقطع (L-letronic) ، وتلا ذلك التحكم في نظام الحرق والتحول إلى نظام الحرق الإلكتروني، وبدأً ذلك باستخدام نظام (motoronic) .

ولكن ظل هناك جزء من أنظمة التحكم يعمل ميكانيكياً ألا وهو نظام فتح وغلق الصمامات (valve system) الذي يعتمد على عمود من الكامات يأخذ حركته من عمود الإدارة الرئيسي (crankshaft) عن طريق سلسلة(chain) .

ويرتبط بهذا النظام عنصر ميكانيكي آخر وهو صمام الخنق (throttle valve) الذي يوجد قبل صمام التغذية (intake valve) ويتحرك بشكل دوراني على حسب الضغط على بدال البنزين الذي يقوم به السائق.

وفي حالة تشغيل المحرك والسيارة متوقفة (idling) يكون صمام الخنق شبه مغلق، وعندما يُفتح صمام التغذية يخلق المحرك ضغطا منخفضا خلف صمام الخنق؛ وبالتالي يسحب الشحنة من الوقود والهواء في المحرك العادي أو يسحب الهواء فقط في حالة الأنظمة الإلكترونية حيث يتم حقن الوقود داخل الأسطوانة مباشرةً.

وبزيادة الضغط على بدال البنزين تزداد زاوية دوران صمام الخنق؛ وبالتالي تتعرض المنطقة أعلى الصمام إلى كمية أكبر من الضغط المنخفض أسفل الصمام، وعلى أثر ذلك يتم سحب كمية أكبر من الشحنة التي تحتاجها السيارة.

ولكن هذا النظام كان له بعض العيوب؛ حيث إنه في الأنظمة الإلكترونية يتم حساب كمية الوقود التي يحتاجها المحرك على حسب كمية الهواء التي تسمح زاوية دوران صمام الخنق بها؛ وبالتالي ففي حالة توقف السيارة (Idling) تكون زاوية صمام الخنق صغيرة جداً، وبالتالي فكمية الهواء المسموح بها للمحرك قليلة، ولكن حركة المكابس داخل الأسطوانات تزيد من إحداث الضغط المنخفض أسفل صمام الخنق وهو ما يسبب فقد جزء من طاقة الضغط داخل الأسطوانات (pumping losses) .

ولهذا لجأ العلماء إلى دمج نظام إلكتروني مع النظام الميكانيكي المعتاد للتحكم في حركة الصمامات ويسمى النظام الجديد (valvetronic) . والفكرة الأساسية في هذا النظام تعتمد على فصل الاتصال المباشر بين عمود الكامات الأساسي – الذي يأخذ حركته من عمود الإدارة في المحرك – وبين التاكهات المسئولة عن فتح وغلق الصبابات، وجعل هذا الاتصال عن طريق مجموعة من التوابع التي يتحكم فيها أيضاً عمود غير مركزي، يأخذ هذا العمود حركته من موتور كهربي يعمل بنظام الحركة المتقطعة ( stepper motor) .

تفصيل لجميع أجزاء نظام valve tronic و كيفية حركتها

ويعتمد نظام (valvetronic) في عمله على وجود وحدة التحكم المركزية (ECU) (electronic control unit) التي تستطيع أن تحدد -عن طريق قياس المتغيرات المختلفة- حالة السيارة فمثلاً في حالة توقف السيارة (idling) يعطي (ECU) إشارة كهربية إلى الموتور الذي يحرك العمود غير المركزي بزاوية محسوبة على أساس شدة الإشارة الكهربية، هذا الذي يسمح بزيادة فتحة صباب التغذية بنسبة أكبر؛ وهو ما يزيد من كمية الهواء المارة وبالتالي يقلل الفواقد في الضغط المنخفض (pumping losses) ويسمح أيضاً هذا النظام بتعديل فتح وغلق الصبابات على حسب الظروف المختلفة التي تمر بها السيارة.

وهو ما يؤدي إلى تقليل الفواقد المختلفة لطاقة المحرك وبالتالي يزيد من كفاءة السيارة. وكما نرى فإن الاتجاه التكنولوجي يزيد من تحكم السيارات في نفسها، مع تقليل الدور البشري قدر الإمكان، ولكن حتى الآن ما زالت السيارات تخدم متطلبات الإنسان، ولكن من يدري.. ربما يأتي اليوم الذي يخدم فيه الإنسان متطلبات السيارات!!.