إزاحة متغيرة

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

تقنية الإزاحة المتغيرة هي تقنية لمحركات السيارات تسمح بتغيير سعة المحرك ، عادةً عن طريق تعطيل بعض الأسطوانات ، لتحسين كفاءة استهلاك الوقود . تُستخدم هذه التقنية بشكل أساسي في المحركات الكبيرة متعددة الأسطوانات. وقد اعتمد العديد من مصنعي السيارات هذه التقنية منذ عام 2005، على الرغم من أن المفهوم كان موجودًا قبل ذلك بفترة.

نظرية التشغيل

يُستخدم تعطيل الأسطوانات لتقليل استهلاك الوقود وانبعاثات محرك الاحتراق الداخلي أثناء التشغيل تحت أحمال خفيفة. في القيادة العادية تحت أحمال خفيفة، لا يستخدم السائق سوى حوالي 30% من الطاقة القصوى للمحرك. في هذه الظروف، يكون صمام الخانق شبه مغلق، ويحتاج المحرك إلى بذل جهد لسحب الهواء. هذا يُسبب هدرًا في الطاقة يُعرف بفقدان الضخ. بعض المحركات ذات السعة الكبيرة تحتاج إلى خفض الخانق بشكل كبير عند الأحمال الخفيفة بحيث يكون ضغط الأسطوانة عند النقطة الميتة العليا نصف ضغطها تقريبًا في محرك صغير رباعي الأسطوانات . انخفاض ضغط الأسطوانة يؤدي إلى انخفاض كفاءة استهلاك الوقود . استخدام تعطيل الأسطوانات عند الأحمال الخفيفة يعني وجود عدد أقل من الأسطوانات التي تسحب الهواء من مشعب السحب ، مما يزيد من ضغط الهواء. التشغيل بدون إزاحة متغيرة يُعدّ مُهدرًا للوقود لأن الوقود يُضخ باستمرار إلى كل أسطوانة ويُحرق حتى في حال عدم الحاجة إلى أقصى أداء. بإيقاف نصف أسطوانات المحرك، تقل كمية الوقود المستهلكة بشكل كبير. من خلال تقليل فاقد الضخ، مما يزيد الضغط في كل أسطوانة عاملة، وتقليل كمية الوقود التي يتم ضخها في الأسطوانات، يمكن خفض استهلاك الوقود بنسبة تتراوح بين 8 و25 بالمائة في ظروف الطرق السريعة. [ 1 ] [ 2 ]

يتم تعطيل الأسطوانات عن طريق إبقاء صمامات السحب والعادم مغلقةً لأسطوانة معينة. يؤدي إغلاق هذه الصمامات إلى تكوين ما يشبه "النابض الهوائي" في غرفة الاحتراق ، حيث تُضغط غازات العادم المحتبسة (المتبقية من عملية الاحتراق السابقة) أثناء شوط المكبس الصاعد، وتدفعه للأسفل أثناء شوطه الهابط. يُحدث ضغط وتفريغ غازات العادم المحتبسة تأثيرًا مُعادلًا، بحيث لا يُشكل أي حمل إضافي يُذكر على المحرك. في أحدث أنظمة تعطيل الأسطوانات، يُستخدم نظام إدارة المحرك أيضًا لقطع إمداد الوقود عن الأسطوانات المُعطلة. كما يتم تسهيل الانتقال بين التشغيل العادي للمحرك وتعطيل الأسطوانات، وذلك من خلال تغييرات في توقيت الإشعال ، وتوقيت عمود الكامات ، وموضع الخانق (بفضل التحكم الإلكتروني في الخانق ). في معظم الحالات، يُطبق تعطيل الأسطوانات على محركات ذات سعة كبيرة نسبيًا، والتي تكون كفاءتها منخفضة بشكل خاص عند الأحمال الخفيفة. في حالة محرك V12 ، يمكن تعطيل ما يصل إلى ست أسطوانات. [ 1 ]

هناك مشكلتان يجب التغلب عليهما في جميع محركات الإزاحة المتغيرة وهما التبريد غير المتوازن والاهتزاز.

تاريخ

يُعدّ محرك الاحتراق المتقطع ، الذي طُوّر في أواخر القرن التاسع عشر، أقدم سلف تقني لمحرك الإزاحة المتغيرة . كانت هذه المحركات الثابتة أحادية الأسطوانة مزودة بمنظم طرد مركزي يفصل الأسطوانة عن العمل طالما كان المحرك يعمل بسرعة أعلى من سرعة محددة، وذلك عادةً عن طريق إبقاء صمام العادم مفتوحًا.

كاديلاك L62 V8-6-4

شعار كاديلاك V8-6-4

أُجريت أولى التجارب على محركات متعددة الأسطوانات خلال الحرب العالمية الثانية ، [ 3 ] ثم أُعيدت المحاولة عام 1981 على محرك كاديلاك L62 "V8-6-4" الذي لم يُكتب له النجاح . أصبحت هذه التقنية ميزة قياسية في جميع طرازات كاديلاك باستثناء سيفيل ، التي اعتمدت على محرك ديزل V-8 سعة 350. طورت كاديلاك، بالتعاون مع شركة إيتون ، نظام V-8-6-4 المبتكر الذي استخدم أول وحدة تحكم في المحرك في الصناعة لتحويل تشغيل المحرك من ثماني إلى ست إلى أربع أسطوانات حسب مقدار الطاقة المطلوبة. [ 3 ] كان نظام الإزاحة المتعددة الأصلي يُطفئ أزواجًا متقابلة من الأسطوانات، مما يسمح للمحرك بثلاثة تكوينات وإزاحات مختلفة. احتوت السيارات على نظام تشخيص متطور، بما في ذلك عرض رموز أعطال المحرك على شاشة مكيف الهواء. مع ذلك، كان النظام مُعقدًا، وغير مفهوم من قِبل العملاء، وأدى سلسلة من الأعطال غير المتوقعة إلى التخلي عن هذه التقنية سريعًا. [ 3 ]

ألفا روميو ألفيتا CEM

في عام 1981، طورت ألفا روميو، بالتعاون مع جامعة جنوة، نسخة تجريبية شبه تجريبية من محرك ألفا روميو ألفيتا ذي الإزاحة المتغيرة ، أُطلق عليها اسم ألفيتا CEM ( التحكم الإلكتروني في المحرك )، وعرضتها في معرض فرانكفورت للسيارات . [ 4 ] تميز المحرك المعياري سعة 2.0 لتر بقوة 130 حصانًا (96 كيلوواط؛ 128 حصانًا بخاريًا) بنظام حقن وقود وإشعال يتم التحكم بهما بواسطة وحدة تحكم إلكترونية، قادرة على إيقاف تشغيل أسطوانتين من أصل أربع حسب الحاجة لتقليل استهلاك الوقود. تم تخصيص دفعة أولية مكونة من 10 نماذج لسائقي سيارات الأجرة في ميلانو، للتحقق من التشغيل والأداء في ظروف القيادة الواقعية. [ 4 ] [ 5 ] ووفقًا لألفا روميو، أظهرت هذه الاختبارات أن تعطيل الأسطوانات يقلل استهلاك الوقود بنسبة 12% مقارنةً بمحرك CEM ذي الحقن الإلكتروني للوقود بدون إزاحة متغيرة، وبنسبة تقارب 25% مقارنةً بمحرك الإنتاج العادي سعة 2.0 لتر ذي المكربن . [ 5 ] بعد التجربة الأولى، في عام 1983، طُرحت للبيع سلسلة صغيرة من 1000 نموذج، وقُدّمت لعملاء مختارين؛ [ 4 ] تم إنتاج 991 نموذجًا. على الرغم من هذه المرحلة التجريبية الثانية، لم يشهد المشروع أي تطورات أخرى.   

ميتسوبيشي إم دي

في عام ١٩٨٢، طورت ميتسوبيشي نظام الإزاحة المتغيرة الخاص بها، والذي يُعرف باسم MD (الإزاحة المعدلة)، مُثبتةً بذلك نجاح هذه التقنية التي استُخدمت لأول مرة في محرك ميتسوبيشي 4G12 رباعي الأسطوانات سعة ١.٤ لتر. [ ٦ ] ونظرًا لفشل نظام كاديلاك واستخدامها محركًا رباعي الأسطوانات، اعتبرت ميتسوبيشي نظامها الأول من نوعه عالميًا. [ ٧ ] لاحقًا، استُخدمت هذه التقنية في محركات ميتسوبيشي V6. [ ٨ ]

كان النظام يعمل عن طريق تعطيل الصمامات في الأسطوانتين رقم 1 و4 عند السرعات التي تقل عن 70 كم/ساعة (43.5 ميل/ساعة) ، وعند التباطؤ، وأثناء تخفيف السرعة. وقد تحسنت معدلات استهلاك الوقود عمومًا بنحو 20% مقارنةً بمحرك 4G12 العادي. [ 9 ] ومع ذلك، اشتكت مصادر تلك الفترة من تشغيل المحرك بشكل غير منتظم للغاية عند تشغيله بأسطوانتين فقط، على الرغم من استخدام قواعد تثبيت خاصة للمحرك مزودة بنظام تخميد هيدروليكي. [ 10 ] وشملت الجهود الأخرى المبذولة لتقليل الاهتزازات والخشونة استخدام جزء من أنبوب عادم مرن، وعدم تشغيل النظام إلا بعد وصول درجة حرارة سائل التبريد إلى 70 درجة مئوية، واستخدام دولاب موازنة أثقل بنسبة 70%. [ 11 ] إلا أن جهود ميتسوبيشي لم تدم طويلًا، ويعود ذلك أساسًا إلى قلة إقبال مشتري السيارات. [ 12 ]  

في عام 1993، وبعد عام من تطوير ميتسوبيشي لتقنية توقيت الصمامات المتغيرة الخاصة بها، تم طرح نسخة MIVEC -MD. كانت تقنية MD المُحسّنة آنذاك في جيلها الثاني، مع أنظمة تحكم إلكترونية مُطوّرة للمحرك تُتيح الانتقال من 4 إلى 2 أسطوانات بسلاسة شبه تامة. في وضع MD، يستخدم محرك MIVEC أسطوانتين فقط من أسطواناته الأربع، مما يُقلل بشكل كبير من الطاقة المُهدرة نتيجة فقدان الطاقة أثناء الضخ. بالإضافة إلى ذلك، يتم تقليل فقد الطاقة الناتج عن احتكاك المحرك. [ 7 ] وبحسب الظروف، يُمكن لنظام MIVEC-MD أن يُقلل استهلاك الوقود بنسبة 10-20%؛ مع العلم أن جزءًا من هذا التوفير يعود إلى نظام توقيت الصمامات المتغير، وليس إلى ميزة الإزاحة المتغيرة. [ 8 ] تم التخلي عن تقنية الإزاحة المُعدّلة (MD) في عام 1996 تقريبًا. [ 8 ]

أنظمة ما بعد البيع

طوّرت العديد من الشركات أنظمة تعطيل الأسطوانات في السيارات، وحققت نجاحًا متفاوتًا. أظهر تقييم وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) لنظام تعطيل أسطوانات السيارات (ACDS) عام 1979، والذي سمح بتشغيل محركات الثماني أسطوانات بأربع أسطوانات فقط، أن انبعاثات أول أكسيد الكربون وأكاسيد النيتروجين تجاوزت الحدود القانونية لمعايير الانبعاثات السارية آنذاك. [ 13 ] ورغم تحسّن كفاءة استهلاك الوقود، إلا أن التسارع تراجع بشكل ملحوظ، كما أدى فقدان ضغط الهواء في المحرك إلى فقدان خطير لقوة مساعدة الفرامل عند تشغيل النظام بأربع أسطوانات. [ 13 ] إضافةً إلى هذه المشكلات، ورغم أن الشركة اقترحت نظامًا هيدروليكيًا يمكن التحكم به من داخل السيارة، إلا أن النسخة التي طبقتها كانت تتطلب تغييرًا يدويًا في حجرة المحرك باستخدام أدوات يدوية. [ 13 ]

حاضر

يوجد حاليًا نوعان رئيسيان من آليات تعطيل الأسطوانات المستخدمة اليوم، وذلك بحسب نوع نظام صمامات المحرك. النوع الأول مخصص لتصميمات قضبان الدفع ، حيث يستخدم صمامات لولبية لتغيير ضغط الزيت المُوَصَّل إلى دبابيس القفل في رافعات الصمامات. عند إزالة دبوس القفل، تنضغط رافعات الصمامات وتصبح غير قادرة على رفع قضبان الدفع المقابلة لها أسفل أذرع الصمامات، مما يؤدي إلى بقاء الصمامات مغلقة عندما يضغط عمود الكامات على الجزء المتوقف عن الحركة.

النوع الثاني مخصص لمحركات الكامات العلوية، ويستخدم زوجًا من أذرع التأرجح المتصلة ببعضها، تُستخدم لكل صمام. يتبع أحد الذراعين شكل الكامة، بينما يُشغّل الآخر الصمام. عند تعطيل أسطوانة، يُحرر ضغط الزيت المُتحكم به بواسطة ملف لولبي دبوس قفل بين ذراعي التأرجح. بينما يظل أحد الذراعين يتبع عمود الكامات، يبقى الذراع الآخر غير المُقفل ثابتًا ولا يُحرك الصمام. [ 14 ] مع التحكم الحاسوبي، يتم تعطيل الأسطوانة وإعادة تشغيلها بسرعة فائقة تكاد تكون فورية. [ 15 ]

تستخدم العديد من شركات تصنيع السيارات محركات مزودة بخاصية تعطيل الأسطوانات في الإنتاج الحالي.

ظهرت تقنية التحكم النشط في الأسطوانات (ACC) ذات الإزاحة المتغيرة من شركة دايملر إيه جي لأول مرة في عام 2001 في محرك V12 سعة 5.8 لتر في سيارتي CL600 و S600.

طورت مرسيدس-بنز نظام الإزاحة المتعددة V12 في أواخر التسعينيات، والذي يقوم بإيقاف تشغيل أسطوانة واحدة من كل اثنتين في ترتيب الإشعال. وقد تم استخدامه على نطاق واسع في محركات V8 ذات قضبان الدفع بدءًا من سيارة دايملر كرايسلر هيمي موديل 2004 .

بدأت هوندا في عام 2003 بتقديم نظام إدارة الأسطوانات المتغيرة في محركات عائلة J. ويعمل نظام هوندا عن طريق تعطيل مجموعات من الأسطوانات، والتحول من ست أسطوانات إلى أربع ثم إلى ثلاث أسطوانات.

في عام 2005، قدمت جنرال موتورز نظام إدارة الوقود النشط لتعطيل الأسطوانات (في محرك الجيل الرابع صغير الكتلة )، والذي، على غرار نظام MDS من كرايسلر، كان يُعطّل نصف الأسطوانات. وفي عام 2018، قدمت جنرال موتورز نظامًا مُحسّنًا يُسمى إدارة الوقود الديناميكية [ 16 ] ، والذي يُعطّل أي عدد من الأسطوانات، بتوليفات متنوعة، حسب الحاجة الفورية. يعتمد هذا النظام على تقنية الاحتراق المتقطع الديناميكي [ 17 ]، وهي تقنية طورتها شركة تولا تكنولوجي في كاليفورنيا [ 18 ] ، وقد صُنّف محرك سعة 6.2 لتر الذي يتضمن هذه التقنية ضمن أفضل 10 محركات لعام 2019 من قِبل مجلة واردز .

في عام 2012، قدمت فولكس فاجن تقنية الأسطوانات النشطة (ACT)، لتكون أول شركة مصنعة تفعل ذلك في محركات رباعية الأسطوانات. [ 19 ]

في عام 2015، قامت شركة ألفا روميو بتطبيق نظام تعطيل مجموعة الأسطوانات في محرك جوليا وستيلفيو كوادريفوليو V6 ، مما يسمح له بالعمل كمحرك ثلاثي الأسطوانات في خط مستقيم تحت الأحمال الخفيفة. [ 20 ]

في نوفمبر 2016، أعلنت شركة فورد عن محركها المدمج ثلاثي الأسطوانات Ecoboost المزود بتقنية تعطيل إحدى الأسطوانات. يُعد هذا المحرك الأصغر حجماً حتى الآن الذي يستخدم هذه التقنية، مما سيسمح بتطبيق مزاياها في السيارات الصغيرة. [ 21 ]

في نوفمبر 2017، أعلنت مازدا عن ميزة تعطيل الأسطوانات القياسية في جميع طرازات CX-5 لعام 2018 ، وتوفرها في طرازات مازدا 6. [ 22 ] [ 23 ]

اعتبارًا من طراز عام 2020، استخدمت حوالي 15% من المركبات الخفيفة المباعة في الولايات المتحدة تقنية تعطيل الأسطوانات، والتي استخدمتها بشكل رئيسي مازدا (64%)، وجنرال موتورز (44%)، وهوندا (24%)، وفيات كرايسلر (23%). [ 24 ]

نسبة الانضغاط المتغيرة . كان أشهر هذه الأنظمة محرك ساب التجريبي ذو نسبة الانضغاط المتغيرة ، والذي استخدم كتلة مفصلية لتحريك المكابس بالقرب من رأس الأسطوانة أو إبعادها عنه، مما أدى إلى تغيير حجم غرف الاحتراق. تشمل الأنظمة التجريبية الأخرى محرك هيفلي، الذي يستخدم حلقة كرنك منزلقة على عمود لا مركزي، [ 25 ] ومحرك سكالزو لتعطيل المكابس، الذي يستخدم وصلة رباعية القضبان، ويتميز بقدرته على إيقاف كل مكبس على حدة تمامًا. [ 26 ] لا توجد حاليًا أي سيارات إنتاجية تستخدم أيًا من هذه التصاميم.

بالإضافة إلى ذلك، تتميز بعض المحركات، مثل سلسلة محركات نورث ستار من كاديلاك ومحركات فورد موديلر ودوراتيك ، بنظام أمان في حالة ارتفاع درجة حرارة المحرك أو نقص سائل التبريد، حيث يقوم جهاز التحكم في المحرك بقطع الوقود والشرارة عن نصف الأسطوانات. ومع بقاء عمل الصمامات دون تغيير، تقوم الأسطوانات غير المحترقة بتبريد المحرك بالهواء. [ 27 ]

تقنيات الإزاحة المتغيرة

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 "إعادة إحياء تعطيل الأسطوانات - الجزء 1، أوتوسبيد، العدد 342، مايكل نولينغ" . 2005-08-03. مؤرشف من الأصل في 2011-07-28."إعادة تفعيل الأسطوانات - الجزء الثاني، أوتوسبيد، العدد 343، مايكل نولينغ" . أوتوسبيد أستراليا . 10 أغسطس 2005. مؤرشف من الأصل في 31 مارس 2012.
  2. ↑ سيورو، بيل. "توفير الوقود: أسطوانات الوقود تصبح ذكية" . www.greencar.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2009-07-03.
  3. 1 2 3 "FindArticles.com - CBSi" . www.findarticles.com .
  4. 1 2 3 سابدين ، فيتوريو (15 أبريل 1983). "الألفا تقلل من استهلاك "المكدس" و"الأسطواني"" . لا ستامبا (باللغة الإيطالية). ص. 25 . تم الاسترجاع 6 مارس 2015 . 
  5. 1 2 فينو ، ميشيل (7 مايو 1982). "Alfa, il motor modulare per contenere i consumi" . لا ستامبا (باللغة الإيطالية). ص. 19 . تم الاسترجاع 6 مارس 2015 . 
  6. ↑ ""متحف ميتسوبيشي موتورز الإلكتروني"، موقع ميتسوبيشي موتورز الإلكتروني . مؤرشف من الأصل بتاريخ 16-07-2011.
  7. 1 2 ""تاريخ شركة ميتسوبيشي موتورز"، موقع شركة ميتسوبيشي موتورز جنوب أفريقيا . مؤرشف من الأصل بتاريخ 25 يناير 2007. تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 مارس 2007 .
  8. 1 2 3 "جبل من محركات MIVEC" مؤرشف في 5 مايو 2007 على موقع Wayback Machine ، بقلم مايكل نولينج، مجلة AutoSpeed ، العدد 346، 3 سبتمبر 2005
  9. ^ فوكوي، تويواكي؛ ناكاغامي، تاتسورو؛ إندو، هيروياسو؛ كاتسوموتو، تاكيهيكو؛ دانو، يوشياكي (1983). “Mitsubishi Orion-MD – محرك جديد للإزاحة المتغيرة”. معاملات SAE . 92، القسم 3: 362- 370. جستور 44647614 . 
  10. ↑ هارتلي، جون (5 يونيو 1982). "ممارسة الضغط". أوتوكار . المجلد 156، العدد 4459. دار نشر آي بي سي للأعمال المحدودة. الصفحات 35-36 .   
  11. ↑ فوكوي وآخرون ، ص 367
  12. ↑ هيغبي، آرثر (20 نوفمبر 1992). "محرك ميتسوبيشي يُبدّل الأسطوانات" . صحيفة نيويورك تايمز . تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 أكتوبر 2013 .
  13. 1 2 3 وكالة حماية البيئة الأمريكية، مكتب مراجعة المعدات، مكتب تقييم المعدات، الولايات المتحدة. "المركبات والمحركات" (ملف PDF) . www.epa.gov . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 28 أغسطس 2011.
  14. ↑ "تعطيل الأسطوانة" رابط قديم مؤرشف بتاريخ 5 نوفمبر 2007 على archive.today ، About.com، كريستين وسكوت غيبل
  15. ↑ سيورو، بيل. "إزاحة متغيرة لتحسين استهلاك الوقود" . www.greencar.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 8 مايو 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 نوفمبر 2009 .
  16. ↑ "سيارة سيلفرادو 2019 تتصدر الصناعة بنظام إدارة الوقود الديناميكي" . media.gm.com . 18 مايو 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 فبراير 2019 .
  17. ↑ تريباثي، أديا؛ شوست، مارك؛ سويتكس، جوشوا؛ ويلكتس، مارك (2013-04-08). "تصميم وفوائد استراتيجيات إشعال الوقود الديناميكية لمحركات الأسطوانات المعطلة" . المجلة الدولية لمحركات SAE . 6 (1): 278-288 . doi : 10.4271/2013-01-0359 . S2CID 110333295 . 
  18. ↑ «جنرال موتورز تعتمد تقنية متطورة لإيقاف تشغيل الأسطوانات في سيارات شيفروليه سيلفرادو V8 موديل 2019» . www.sae.org . تاريخ الاطلاع: 26 فبراير 2019 .
  19. ↑ "تقنية الأسطوانة النشطة (ACT)" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 21-06-2017 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21-01-2018 .
  20. ^ داودو ، فرانكو (23 مارس 2019). "ألفا روميو: تقنية V6 لجوليا وستلفيو كوادريفوليو" . أوتو تكنيكا (باللغة الإيطالية).
  21. ↑ "تحويل ثلاث أسطوانات إلى اثنتين لتحسين كفاءة محرك EcoBoost" . newatlas.com . 30 نوفمبر 2016. تاريخ الاطلاع: 25 أكتوبر 2017 .
  22. ↑ "إضافة خاصية تعطيل الأسطوانات إلى سيارة مازدا CX-5 موديل 2018" . موتور تريند . 22 نوفمبر 2017.
  23. ↑ "تقنية تعطيل الأسطوانات الجديدة من مازدا توفر كفاءة محسّنة في استهلاك الوقود دون التضحية بأداء القيادة" . 20 ديسمبر 2017.
  24. ↑ "أبرز ما جاء في تقرير اتجاهات صناعة السيارات" . نوفمبر 2021.
  25. ↑ ""24小时在线服务*注册送彩金*》入口" . www.hefleyengine.com .
  26. ↑ "محرك تعطيل المكابس" . www.scalzoautomotiveresearch.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2013-08-03 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2013-02-11 .
  27. ↑ أليسون، ويسلي. "اختبار قيادة فورد F-150 موديل 1997" . موتور تريند . مجموعة موتور تريند . تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 مايو 2025 .