صمام ديسمودروميك

بشكل عام من الناحية الميكانيكية، تُستخدم كلمة "ديسمودروميك" للإشارة إلى الآليات التي تحتوي على ضوابط مختلفة لتشغيلها في اتجاهات مختلفة.

صمام ديسمودروميك هو صمام محرك ترددي يتم إغلاقه بشكل إيجابي بواسطة نظام كامة ورافعة، بدلاً من زنبرك أكثر تقليدية.

تسمح الصمامات في محرك رباعي الأشواط نموذجي بدخول خليط الهواء والوقود إلى الأسطوانة في بداية الدورة، وخروج الغازات المحترقة في نهايتها. في هذا النوع من المحركات، تُفتح الصمامات بواسطة كامة وتُغلق بواسطة نابض إرجاع. أما الصمام الديسودرومي، فيحتوي على كامتين ومشغلين، مما يضمن فتحه وإغلاقه بشكل صحيح دون الحاجة إلى نابض إرجاع.

تأتي الكلمة من الكلمتين اليونانيتين ديسموس ( δεσμός ، وتعني "رابطة" أو "عقدة") ودروموس ( δρόμος ، وتعني "مسار" أو "طريق"). وهذا يدل على السمة الرئيسية للصمامات المتمثلة في كونها "مرتبطة" باستمرار بعمود الكامات.

يُعد نظام زنبرك الصمامات التقليدي مناسبًا للمحركات التقليدية المنتجة بكميات كبيرة والتي لا تعمل بسرعات عالية، وتتميز بتصميم يتطلب صيانة قليلة. ^{[ 1 ]} في بداية تطوير نظام الديسمودروميك، كانت زنبركات الصمامات تُشكل عائقًا رئيسيًا أمام أداء المحرك نظرًا لتعرضها للكسر نتيجة إجهاد المعدن. في خمسينيات القرن الماضي، ساهمت عمليات الصهر الفراغي الجديدة في إزالة الشوائب من معدن زنبركات الصمامات، مما زاد من عمرها وكفاءتها بشكل كبير. مع ذلك، كانت العديد من الزنبركات لا تزال تتعطل عند التشغيل المستمر بسرعات تتجاوز 8000 دورة في الدقيقة. ^{[ 2 ]} صُمم نظام الديسمودروميك لمعالجة هذه المشكلة من خلال الاستغناء التام عن الزنبرك. علاوة على ذلك، مع ازدياد الحد الأقصى لعدد الدورات في الدقيقة، تزداد الحاجة إلى قوة زنبركية أكبر لمنع طفو الصمامات ، مما يؤدي إلى استخدام زنبركات أكبر (مع زيادة كتلة الزنبرك، وبالتالي زيادة القصور الذاتي)، وزيادة مقاومة الكامات (حيث تتطلب زنبركات الصمامات طاقة للانضغاط، مما يقلل من قدرة المحرك)، وزيادة تآكل الأجزاء عند جميع السرعات، وهي مشاكل يعالجها نظام الديسمودروميك.

تم ابتكار نظام التحكم الكامل في حركة الصمامات خلال المراحل الأولى لتطوير المحركات، إلا أن تصميم نظام يعمل بكفاءة عالية وبطريقة غير معقدة استغرق وقتًا طويلاً. ذُكرت أنظمة الصمامات الديسمودرومية لأول مرة في براءات اختراع عام 1896 من قِبل غوستاف ميس. أنتج محرك أوستن البحري عام 1910 قوة 300 حصان، وتم تركيبه في قارب سريع يُدعى "إيرين 1". كان محركه المصنوع بالكامل من الألومنيوم، ذو الصمامين العلويين، مزودًا بمغناطيسين ومكربن ​​مزدوجين وصمامات ديسمودرومية. ^{[ 3 ]} استخدمت سيارتا سباق الجائزة الكبرى ديلاج وناغان لعام 1914 (انظر بوميروي "سيارة سباق الجائزة الكبرى") نظام صمامات ديسمودرومية (يختلف تمامًا عن نظام دوكاتي الحالي ). ^{[ 4 ]} 

في عام 1925، حصل المهندس الإسباني ويفريدو ريكارت على براءة اختراع رقم FR590149 لآلية تشغيل صمام مماثلة. ^{[ 5 ]}

أنتجت شركة أزاريتي، وهي شركة تصنيع إيطالية قصيرة العمر من عام 1933 إلى عام 1934، محركات ثنائية الأسطوانات بسعة 173  سم مكعب و348  سم مكعب، بعضها مزود بآلية صمامات ديسمودرومية، حيث يتم إغلاق الصمام بواسطة عمود كامات منفصل. ^{[ 6 ]}

كان لدى نسخة لاحقة من محرك دايملر بنز V12 المقلوب، مثل 601 و603X، وهو النوع الذي تم استخدامه في طائرة ميسرشميت Bf 109 (في ثلاثينيات القرن العشرين)، صمامات ديسمودرومية. ^{[ 7 ]}

كانت سيارة مرسيدس بنز W196 للسباقات الفورمولا واحد لعامي 1954-1955، وسيارة مرسيدس بنز 300SLR الرياضية للسباقات لعام 1955 مزودة بنظام تشغيل الصمامات الديسودرومية.

في عام 1956، قام فابيو تاجليوني ، وهو مهندس في شركة دوكاتي، بتطوير نظام صمام ديسمودروميك لدراجة دوكاتي 125 جراند بريكس، مما أدى إلى إنشاء دوكاتي 125 ديسمو.

ونُقل عنه قوله:

يتمثل الغرض الأساسي من نظام الديسمودروميك في إجبار الصمامات على الامتثال لمخطط التوقيت بأكبر قدر ممكن من الاتساق. وبهذه الطريقة، يصبح أي فقد في الطاقة ضئيلاً، وتصبح منحنيات الأداء أكثر انتظامًا، وتتحسن الموثوقية.

واصل المهندسون الذين خلفوه هذا التطوير، وحصلت دوكاتي على عدد من براءات الاختراع المتعلقة بنظام الصمامات الديسمودرومية. وقد طُبّق نظام تشغيل الصمامات الديسمودرومية على دراجات دوكاتي النارية عالية الأداء منذ عام 1968، مع طرح محرك مارك 3 أحادي الأسطوانة ذي الغلاف العريض.

في عام 1959، قدم الأخوان مازيراتي أحد تصميماتهم الأخيرة: محرك ديسمودروميك رباعي الأسطوانات سعة 2000 سم مكعب لسيارتهم الأخيرة OSCA Barchetta .

في المحركات الحديثة، تم التغلب إلى حد كبير على مشكلة فشل نوابض الصمامات عند السرعات العالية. وتتمثل الفائدة الرئيسية لنظام الديسمودروميك في منع ظاهرة ارتداد الصمامات عند السرعات العالية.

في نظام الصمامات الزنبركية التقليدي، مع ازدياد سرعة المحرك، تتغلب قصور الصمام الذاتي في النهاية على قدرة الزنبرك على إغلاقه تمامًا قبل وصول المكبس إلى النقطة الميتة العليا . قد يؤدي ذلك إلى عدة مشاكل. أولًا، لا يعود الصمام إلى مكانه تمامًا قبل بدء الاحتراق، مما يسمح لغازات الاحتراق بالتسرب قبل الأوان، مسببًا انخفاضًا في ضغط الأسطوانة، وبالتالي انخفاضًا كبيرًا في أداء المحرك. قد يؤدي ذلك أيضًا إلى ارتفاع درجة حرارة الصمام، وربما تشوهه، مما قد يتسبب في عطل كارثي. ثانيًا، والأكثر ضررًا، يصطدم المكبس بالصمام، مما يؤدي إلى تلفهما معًا. في محركات الصمامات الزنبركية، يتمثل الحل التقليدي لظاهرة ارتداد الصمام في تقوية الزنبركات، مما يزيد من ضغط مقعد الصمام (الضغط الساكن الذي يُبقي الصمام مغلقًا). يُعد هذا مفيدًا عند سرعات المحرك العالية نظرًا لانخفاض ظاهرة ارتداد الصمام المذكورة. أما عيبه، فهو زيادة القوى المؤثرة على جميع مكونات نظام الصمامات، وزيادة الاحتكاك، وما يصاحب ذلك من ارتفاع في درجة الحرارة وتآكل. لا يؤدي ذلك إلى انخفاض الطاقة لأن كل العمل المبذول تقريبًا في ضغط الزنبرك يتم إطلاقه لاحقًا عندما يُسمح للزنبرك بالانضغاط.

يتجنب نظام الديسمودروميك بعض عيوب الصمامات الزنبركية لأنه لا يتعرض للأحمال العالية المصاحبة لضغط الزنبركات الصلبة. مع ذلك، لا يزال عليه التغلب على قصور الصمام نفسه، وهذا يعتمد على توزيع كتلة الأجزاء المتحركة. تشمل الكتلة الفعالة للصمام التقليدي المزود بزنبرك نصف كتلة زنبرك الصمام في حالة الزنبركات المتناظرة، بالإضافة إلى كتلة مثبت زنبرك الصمام بالكامل. أما نظام الديسمودروميك، فيتعامل مع قصور ذراعي التأرجح لكل صمام، لذا تعتمد هذه الميزة بشكل كبير على مهارة المصمم. من عيوبه الأخرى نقطة التلامس بين الكامات وذراعي التأرجح. من السهل نسبيًا استخدام رافعات البكرات في أنظمة الصمامات التقليدية، على الرغم من أنها تضيف كتلة متحركة كبيرة. في نظام الديسمودروميك، ستكون البكرة ضرورية في أحد طرفي ذراع التأرجح، مما سيزيد عزم قصوره الذاتي بشكل كبير، وبالتالي يلغي ميزة "الكتلة الفعالة". لذا، عادةً ما تواجه أنظمة الديسمو احتكاكًا انزلاقيًا بين الكامة وذراع التأرجح، مما قد يؤدي إلى زيادة التآكل. تُطلى نقاط التلامس في معظم أذرع التأرجح في دراجات دوكاتي بالكروم الصلب للحد من هذا التآكل. ومن عيوبها الأخرى صعوبة دمج مُعدِّلات خلوص الصمامات الهيدروليكية في نظام الديسمو، مما يستلزم إجراء تعديلات متكررة على خلوص الصمامات. إضافةً إلى ذلك، يتطلب كل صمام تعديلين للخلوص: أحدهما لذراع التأرجح عند الفتح والآخر لذراع التأرجح عند الإغلاق. مع ذلك، من النادر أن تحتوي معظم محركات السرعات العالية المزودة بصمامات تقليدية زنبركية على مُعدِّلات خلوص هيدروليكية، لذا فهي أيضًا تتطلب فحوصات وتعديلات دورية لخلوص الصمامات.

قبل مطلع الألفية الجديدة، حين أصبح بالإمكان استخدام برامج ديناميكيات الأجسام المتعددة لتحليل ظاهرة طفو الصمامات، بدا أن نظام الدفع الديسمودرومي يقدم حلولاً لمشاكل كانت تتفاقم مع ازدياد سرعة المحرك. ومنذ ذلك الحين، تم نمذجة منحنيات الرفع والسرعة والتسارع والارتجاج للكامات باستخدام الحاسوب ^{[ 8 ]،} مما كشف أن ديناميكيات الكامات ليست كما تبدو. وبفضل التحليل الدقيق، أصبحت المشاكل المتعلقة بضبط الصمامات، والرافعات الهيدروليكية ، وقضبان الدفع، وأذرع التأرجح، وقبل كل شيء، ظاهرة طفو الصمامات ، من الماضي بفضل نظام الدفع الديسمودرومي.

تستخدم معظم محركات السيارات الحديثة أعمدة كامات علوية ، تُشغّل رافعة مسطحة لتحقيق أقصر مسار وأخف وزن وأقل مرونة من الكامة إلى الصمام ، وبالتالي تجنب العناصر المرنة مثل قضيب الدفع وذراع التأرجح . وقد أتاحت الحواسيب إمكانية نمذجة تسارع أنظمة الصمامات بدقة عالية.

قبل توفر أساليب الحوسبة العددية بسهولة، كان التسارع لا يُمكن تحقيقه إلا عن طريق اشتقاق منحنيات رفع الكامة مرتين، مرة للسرعة ومرة ​​أخرى للتسارع. ينتج عن ذلك تشويش كبير يجعل المشتقة الثانية (التسارع) غير دقيقة بشكل غير مجدٍ. سمحت الحواسيب بالتكامل من منحنى الارتجاج، وهو المشتق الثالث للرفع، والذي يُمثل سلسلة من الخطوط المستقيمة المتجاورة التي يُمكن تعديل رؤوسها للحصول على أي منحنى رفع مطلوب.

يُنتج تكامل منحنى التسارع المفاجئ منحنى تسارع سلسًا، بينما يُعطي التكامل الثالث منحنى رفع مثاليًا (شكل الكامة). مع هذه الكامات، التي لا تشبه في الغالب تلك التي صممها "الفنانون" سابقًا، اختفى صوت الصمامات (الرفع) وأصبحت مرونة نظام الصمامات موضع اهتمام.

تتميز معظم الكامات الحديثة بملامح متماثلة (متناظرة) مع تسارع متطابق موجب وسالب عند فتح وإغلاق الصمامات. مع ذلك، تستخدم بعض المحركات عالية السرعة (من حيث عدد دورات المحرك في الدقيقة) ملامح كامة غير متماثلة لفتح الصمامات بسرعة وإعادتها إلى مقاعدها بسلاسة أكبر لتقليل التآكل. كما استخدمت سيارات الإنتاج ملامح فصوص كامة غير متماثلة منذ أواخر الأربعينيات، كما هو الحال في محرك فورد V8 موديل 1948. ^{[ 9 ]} في هذا المحرك، كان لكل من ملامح صمامات السحب والعادم تصميم غير متماثل. تشمل التطبيقات الحديثة للكامات غير المتماثلة محركات كوزوورث سعة 2.3 لتر، والتي تستخدم ملامح قوية للوصول إلى قوة تزيد عن 280 حصانًا. ^{[ 10 ]} يقوم الكامة غير المتماثلة إما بفتح أو إغلاق الصمامات ببطء أكثر مما يمكن أن يكون عليه الحال، حيث يتم تحديد السرعة بواسطة إجهاد التلامس الهيرتزي بين الكامة المنحنية والصمام المسطح، مما يضمن تسارعًا أكثر تحكمًا للكتلة المجمعة للمكونات المترددة (وتحديدًا الصمام والصمام والنابض).

على النقيض من ذلك، يستخدم نظام الدفع الديسمودرومي حدبتين لكل صمام، لكل منهما ذراع تأرجح منفصل (رافعات صمام). ويُحدَّد أقصى تسارع للصمام بإجهاد التآكل بين الحدبة والرافعة ، وبالتالي يتأثر بكل من الكتلة المتحركة ومساحة تلامس الحدبة. ويُمكن تحقيق أقصى صلابة وأقل إجهاد تلامس باستخدام رافعات الصمام المسطحة التقليدية والزنبركات التي لا يتأثر إجهاد الرفع والإغلاق فيها بقوة الزنبرك؛ ويحدث كلاهما عند دائرة القاعدة، ^{[ 11 ]} حيث يكون حمل الزنبرك في حده الأدنى ونصف قطر التلامس في حده الأقصى. وتُسبب رافعات الصمام المنحنية (الرافعة) ^{[ 12 ]} في الحدبات الديسمودرومية إجهاد تلامس أعلى من رافعات الصمام المسطحة لنفس شكل الرفع، مما يُحد من معدل الرفع والإغلاق.

في الكامات التقليدية، يكون الإجهاد في أعلى مستوياته عند أقصى رفع للصمام، أي عند الدوران بسرعة صفر (بدء تشغيل المحرك)، ويتناقص مع زيادة السرعة حيث تقاوم قوة القصور الذاتي للصمام ضغط الزنبرك. أما في الكامة الديسودرومية، فلا يوجد حمل يُذكر عند السرعة الصفرية (في غياب الزنبركات)، إذ يكون حملها قصوريًا بالكامل، وبالتالي يزداد مع السرعة. ويقع أكبر إجهاد قصور ذاتي لها على أصغر نصف قطر لها. وتزداد قوى التسارع في كلتا الطريقتين مع مربع السرعة الناتج عن الطاقة الحركية . ^{[ 13 ]}

تم تحليل ظاهرة طفو الصمام، وتبين أنها ناتجة بشكل كبير عن الرنين في نوابض الصمامات، والذي يولد موجات ضغط متذبذبة بين اللفات، تمامًا مثل زنبرك سلينكي . وأظهرت الصور عالية السرعة أنه عند سرعات رنين محددة، لم تعد نوابض الصمامات متصلة عند أحد طرفيها أو كليهما، مما يجعل الصمام يطفو ^{[ 14 ]} قبل أن يصطدم بالكامة عند الإغلاق.

لهذا السبب، يتم أحيانًا وضع ما يصل إلى ثلاثة نوابض صمام متحدة المركز داخل بعضها البعض؛ ليس من أجل مزيد من القوة (حيث لا تحتوي النوابض الداخلية على ثابت زنبركي كبير)، ولكن لكي تعمل كمخمدات لتقليل التذبذبات في الزنبرك الخارجي.

كان أحد الحلول لمشكلة كتلة الزنبرك المتذبذبة هو زنبرك مصيدة الفئران أو زنبرك دبوس الشعر ^{[ 15 ]} المستخدم في محركات نورتون مانكس ^{[ 16 ]} . وقد تجنبت هذه الزنبركات الرنين، ولكن كان من الصعب تركيبها داخل رؤوس الأسطوانات.

لا تُصدر نوابض خلية النحل، التي سُميت بهذا الاسم لتشابهها مع نوابض أخرى، رنينًا لأنها تُلف تدريجيًا بقطر أو درجة ميل متغيرة. ^{[ 17 ]} يتغير عدد اللفات النشطة في نوابض مصيدة الفئران أو نوابض دبوس الشعر أثناء شوط الزنبرك، حيث تكون اللفات الأكثر تقاربًا في الطرف الساكن، وتصبح غير نشطة عند انضغاط الزنبرك. في نوابض خلية النحل، تكون اللفات ذات القطر الصغير في الأعلى أكثر صلابة. يقلل كلا النوعين من الرنين لأن قوة الزنبرك والكتلة المتحركة تتغير مع شوط الزنبرك. أدى هذا التطور في تصميم النوابض إلى إزالة خاصية تعويم الصمام ، وبالتالي إلى ظهور نظام تشغيل الصمامات الديسودرومية.

ومن الأمثلة الشهيرة سيارات السباق الناجحة مرسيدس بنز W196 ومرسيدس بنز 300 SLR ودراجات دوكاتي النارية الحديثة .

حققت دراجات دوكاتي النارية المزودة بصمامات ديسمودروميك انتصاراتٍ عديدة في السباقات والبطولات، بما في ذلك بطولة العالم للدراجات النارية سوبربايك من عام 1990 إلى 1992، ومن 1994 إلى 1996، ومن 1998 إلى 1999، وفي عام 2001، ومن 2003 إلى 2004، وفي عام 2006، وفي عام 2008، وفي عام 2011. وعادت دوكاتي إلى سباقات الجائزة الكبرى للدراجات النارية بمحرك ديسمودروميك V4 سعة 990  سم مكعب في دراجة GP3 ( ديسموسيديسي )، والتي حققت بدورها انتصاراتٍ عديدة، من بينها احتلال المركزين الأول والثاني في سباق MotoGP  الأخير لفئة 990 سم مكعب في فالنسيا، إسبانيا، عام 2006. ومع بداية عصر محركات 800 سم مكعب في عام 2007، لا تزال هذه المحركات تُعتبر عمومًا الأقوى في هذه الرياضة، وقد ساهمت في فوز كيسي ستونر ببطولة MotoGP عام 2007، وفوز دوكاتي ببطولة الصانعين مع دراجة GP7. دراجة (ديسموسيديسي). 

• صمام كمي
• ضبط المحرك

• معلومات وخلفيات ديسمو
• "علم ديسمودرومولوجي": لمزيد من البحث والتصوير.
• أحدث جهاز ديسمودروميك: "ديسموترونيك" معلومات تفصيلية وتصور.
• براءة اختراع مرسيدس بنز، توضح التركيب الدقيق للنظام المستخدم في طرازي W196 و 300SLR. (يتطلب قارئ ملفات TIFF)
• DVVA: تشغيل الصمام المتغير بالكامل بتقنية ديسمودروميك