بخشی از مقاله
چکیده
در موتورهای احتراق داخلی زمانبندی سوپاپها برای بهبود شرایط عملکردی موتور، از اهمیت بالایی برخوردار است. برای آنکه بهترین وضعیت تنفس را داشته باشیم، زمانبندی مختلف سوپاپ در سرعتهای مختلف مورد نیاز می باشد. از طرفی با افزایش سرعت موتور، زمان لازم برای تنفس و تخلیه کم شده و بنابراین فرصت کافی برای ورود مخلوط تازه هوا و سوخت به درون موتور و محفظه احتراق و خروج سریع دود از موتور وجود ندارد. از این رو بهترین راه حل این است که سوپاپ دود دیرتر بسته شده و سوپاپ هوا زودتر باز شود.
به عبارت دیگر همپوشانی سوپاپهای دود و هوا باید متناسب با افزایش سرعت بیشتر شود. از جمله مشخصههای موتوری که با استفاده از سیستم زمان بندی متغیر سوپاپ ها بهطور مستقیم بهبود می یابند، می توان به توان موتور،گشتاور موتور در حالت تمام بار، کاهش آلاینده های خروجی و کاهش مصرف سوخت و غیره اشاره کرد.
از این رو با توجه به کاربرد وسیع موتور TU5 در خودرو های داخلی، برای بهبود عملکرد موتور مذکور، تحقیقات پیرامون استفاده از این مکانیزم در موتور TU5 انجام شده است. در این پژوهش مکانیزم زمان بندی متغیر سوپاپ برای موتور TU5 طراحی شده است. این عمل با توجه به ابعاد واقعی موجود برای میل سوپاپ موتور مذکور انجام گرفته است. از اینرو با بهرهوری از این سیستم، کاهش مصرف سوخت و به تبع آن کاهش آلودگی های زیست محیطی نتیجه خواهد داشت.
-1 مقدمه
با توجه به کاهش منابع سوختهای فسیلی و افزایش آلودگیهای زیستمحیطی، امروزه استفاده از تکنولوژیهای جدید در راستای کاهش مصرف سوخت و مقدار آلایندگی در خودروها همواره مورد توجه طراحان بوده است .[5-1] شر و بارکوهانی[2] بهینهسازی زمانبندی متغیر سوپاپ را برای به حداکثر رساندن عملکرد یک موتور SI مورد بررسی قرار دادهاند. آنها عملکرد یک موتور تجاری اشتعال جرقه ای، که دارای سیستم زمانبندی متغیر سوپاپ است، را بررسی کردند.
این محققان بهینهسازی سوپاپها را در زمان باز بودن هر دو سوپاپ و همچنین زمانبندی باز و بسته شدن آن را مورد بررسی قرار داده و در نهایت اعلام کردهاند که با استفاده از سیستم زمانبندی متغیر سوپاپ، حداکثر گشتاور در سرعتهای پایین تر موتور رخ میدهد. همچنین با استفاده از این سیستم، انتشار گاز CO و NOx بهبود یافته و به طرز قابل قبولی از افزایش آن جلوگیری شده است. علاوه بر آن گشتاور موتور و مصرف ویژه ترمزی نیز بهبود یافته است.
ناگایا و همکاران[3] زمانبندی و کنترل نوین حرکت سوپاپ برای موتورهای احتراق داخلی را مورد بررسی قرار دادند. آنها با بیان اینکه کنترل هوشمند سوپاپها باعث زمانبندی و دقت عملکرد آن میشود، اجزای اصلی آن را یک بادامک شیبدار، که یک موتور کنترل آنرا بهصورت محوری میچرخاند، بیان کردهاند. آنها در نهایت اعلام کردند که کنترل زمانبندی سوپاپها روی کنترل انرژی، قیمت و وزن سیستم تاثیر مثبت خواهد داشت ورهست و همکاران[4] نیز روی سیستم زمانبندی متغیر سوپاپ ها پژوهش کردهاند.
این محققان پیرامون تاثیر این سیستم روی قدرت و کیفیت احتراق در یک موتور دوگانه سوز هیدروژنی/ بنزینی تحقیق کردهاند. آنها مطالعه تجربی از سیستم زمانبندی متغیر سوپاپ بر روی سوپاپ ورودی هوا و سوخت انجام دادند. اندازه گیریهای آنها بر روی یک موتور چهارسیلندر انجام شده که قابلیت کارکرد با دو سوخت بنزین و هیدروژن را داشته است و در نهایت اظهار داشتهاند که استفاده از این سیستم بهبود احتراق و بهینهسازی کمی و کیفی این سیستم را بههمراه خواهد داشت.
در این تحقیق سیستم زمانبندی متغیر سوپاپ تشریح شده و در مرحله بعد این سیستم برای موتور TU5 طراحی شده است. این کار با توجه به ابعاد واقعی میلهسوپاپهای هوا و دود موتور مذکور انجام شده و در انتها با توجه به ذکر مزایای سیستم، طرحی برای استفاده از این تکنولوژی در خودروهایی که از این موتور بهره بردهاند، آورده شده است.
-2 سیستم زمانبندی متغیر سوپاپ - - VVT
این سیستم میتواند زمانبندی سوپاپها و مدت زمان باز بودن آنها را متناسب با شرایط کاری موتور بهصورت خودکار تنظیم نماید. بهکارگیری این سیستم باعث افزایش راندمان موتور و بهبود عملکرد آن میشود. زیرا هرچقدر دور موتور افزایش یابد، به همان نسبت لازم است که سوپاپها برای مدت بیشتری باز باشند. این سیستم برای اولین بار در دهه 1980 میلادی معرفی گردید و پس از آن شرکتهای BMW ، تویوتا، هوندا، نیسان و غیره در بهکارگیری این سیستم پیشتاز بودهاند.[6]
در موتورهایی که دارای سیستم زمانبندی متغیر سوپاپ هستند، تنظیم زمانبندی سوپاپها بهصورت هوشمند و متناسب با شرایط عملکرد موتور انجام میپذیرد. در سیستم زمانبندی متغیر سوپاپ - VVT - سنسورهایی وجود دارد که موقعیت میل بادامک، موقعیت میل لنگ و دورموتور را تشخیص میدهند. سپس واحد کنترل الکترونیکی موتور - - ECMبر اساس اطلاعات بهدست آمده از این سنسورها، پردازشهای لازم را انجام میدهد.
در نهایت با فرمانهایی که توسط ECM صادر میگردد، موقعیت قرارگیری میل بادامک متناسب با شرایط، تنظیم گردیده و زمان باز بودن سوپاپها بهطور خودکار تنظیم میشود. عملگری که این کار را انجام میدهد، یک عملگر سولونوئیدی میباشد که با دریافت سیگنال الکتریکی از ECM ، فعال گردیده و یک سوپاپ کنترل روغن را باز مینماید.[6]
-3 موتور TU5 و طراحی سیستم VVT برای آن
موتور TU5 با حجم 1587 سی سی با نسبت تراکم 11:1 که دارای 16 سوپاپ میباشد، در دسته موتورهای با کیفیت ساخت کشور فرانسه قرار میگیرد. قدرت این موتور 105 اسب بخار، در 5800 دور در دقیقه و دارای حداکثر گشتاور 142 نیوتون متر و حداکثر سرعت 190 کیلومتر در ساعت بوده که توسط شرکت خودروسازی ایرانخودرو در خانواده تولیدی پژو مورد استفاده قرار گرفته است.[7]
این موتور در ابتدا بر روی خودرو پژو 206 نصب شد و در مراحل بعدی روی دیگر محصولات ایرانخودرو مانند پژو 405، پارس، سمند و رانا نیز به کار برده شده است. از مزایای این موتور میتوان به آلودگی های اندک صوتی، قدرت مطلوب، استاندارد آلایندگی و شتاب قابل قبول اشاره کرد. از اینرو با توجه به کاربرد وسیع این موتور و کیفیت آن ضرورت تحقیق روی این موتور افزایش یافته است.
در این قسمت طراحی سیستم VVT برای موتور TU5 انجام شده است.، تمامی طراحیهای انجام شده، با توجه به اندازههای دقیق میلهسوپاپهای موتور مذکور انجام گرفته است. شکلهای 1 و 2 میلهسوپاپهای موتور TU5 را در حالت بدون VVT و همراه VVT نشان میدهد. همانطور که از شکل 2 مشخص است، برای عملکرد سیستم VVT ، دو عدد سوپاپ کنترل روغن در نظر گرفته شده است که سوپاپهای مذکور، با توجه نیاز سیستم و برنامه ریزی انجام شده در واحد کنترل الکترونیکی خودرو، اقدام به تغییر میزان روغن ارسالی میکنند.
