نظام تهوية علبة المرافق

يقوم نظام تهوية علبة المرافق ( CVS ) بإزالة الغازات غير المرغوب فيها من علبة المرافق لمحرك الاحتراق الداخلي . يتكون النظام عادةً من أنبوب وصمام أحادي الاتجاه ومصدر فراغ (مثل مشعب السحب ).

الغازات غير المرغوب فيها، والتي تسمى "الغازات المتسربة"، هي غازات من غرفة الاحتراق تسربت عبر حلقات المكبس . أطلقت المحركات المبكرة هذه الغازات إلى الغلاف الجوي ببساطة عن طريق تسريبها من خلال أختام علبة المرافق. كان أول نظام تهوية محدد لعلبة المرافق هو "أنبوب سحب الطريق"، والذي استخدم فراغًا جزئيًا لسحب الغازات عبر أنبوب وإطلاقها إلى الغلاف الجوي. ترسل أنظمة تهوية علبة المرافق الإيجابية (PCV) - التي استخدمت لأول مرة في الحرب العالمية الثانية وموجودة في معظم المحركات الحديثة - غازات علبة المرافق مرة أخرى إلى غرفة الاحتراق، كجزء من التحكم في انبعاثات المركبات ، من أجل تقليل تلوث الهواء.

لا تحتاج المحركات ثنائية الأشواط ذات تصميم ضغط علبة المرافق إلى نظام تهوية علبة المرافق، لأن التشغيل العادي للمحرك يتضمن إرسال غازات علبة المرافق إلى غرفة الاحتراق.

إن غازات النفخ، كما يطلق عليها غالبًا، هي نتيجة "نفخ" مادة الاحتراق من غرفة الاحتراق عبر حلقات المكبس إلى علبة المرافق. إن غازات النفخ هذه، إذا لم يتم تهويتها، تتكثف حتمًا وتتحد مع بخار الزيت الموجود في علبة المرافق، لتكوين رواسب زيتية . كما يمكن أن يؤدي الضغط الزائد في علبة المرافق إلى تسرب زيت المحرك عبر أختام العمود المرفقي وأختام المحرك الأخرى والحشيات. لذلك، يصبح من الضروري استخدام نظام تهوية علبة المرافق.

حتى أوائل القرن العشرين، كانت الغازات المنبعثة من المحرك تتسرب من علبة المرافق من خلال الأختام والحشيات. وكان من الطبيعي أن يتسرب الزيت من المحرك ويتساقط على الأرض، كما كان الحال أيضًا بالنسبة للمحركات البخارية في العقود السابقة. وكان الغرض من الحشيات وأختام العمود هو الحد من تسرب الزيت، ولكن لم يكن من المتوقع عادةً أن تمنعه ​​تمامًا. كانت الغازات المنبعثة من المحرك تنتشر عبر الزيت ثم تتسرب من خلال الأختام والحشيات إلى الغلاف الجوي، مما يتسبب في تلوث الهواء والروائح الكريهة.

كان أول تحسين في تهوية علبة المرافق هو أنبوب السحب على الطريق . هذا أنبوب يمتد من علبة المرافق (أو غطاء الصمام في محرك صمام علوي) إلى أسفل إلى نهاية مفتوحة متجهة لأسفل تقع في مجرى الانزلاق للمركبة . عندما تتحرك المركبة، فإن تدفق الهواء عبر الطرف المفتوح للأنبوب يخلق شفطًا ("مسودة" أو تيار) يسحب الغازات من علبة المرافق. لمنع تكوين الكثير من الفراغ، يتم استبدال الغازات المنفوخة بهواء نقي باستخدام جهاز يسمى جهاز التنفس . ^[1] غالبًا ما يقع جهاز التنفس في غطاء الزيت. كان للعديد من أجهزة التنفس كوب أو مغرفة وكانت تقع في تيار الهواء لمروحة مبرد المحرك. يُطلق على هذا النوع من النظام اسم "نوع الشفط بالضغط" ويتم دفع الهواء إلى مغرفة جهاز التنفس ويتم سحبه بواسطة الفراغ بواسطة أنبوب السحب على الطريق. تم استخدام نوع آخر من نوع شفط الضغط في محركات فولكس فاجن بورش المبردة بالهواء حيث تحتوي بكرة علبة المرافق الأمامية على برغي عكسي مدمج فيها يجلب الهواء إلى المحرك ويخرج الهواء من علبة المرافق باستخدام أنبوب سحب الطريق. يعمل هذا النظام بشكل جيد للغاية في التخلص من أبخرة علبة المرافق الضارة بالمحرك. وفقًا للمحركات السابقة، فإن نظام أنبوب سحب الطريق يتسبب أيضًا في التلوث والروائح الكريهة. ^[1] يمكن أن يسد أنبوب السحب بالثلج أو الجليد، وفي هذه الحالة يتراكم ضغط علبة المرافق ويسبب تسرب الزيت وفشل الحشية. ^[2]

في المركبات والقوارب البطيئة الحركة، لم يكن هناك غالبًا تيار هواء مناسب لأنبوب السحب على الطريق. في هذه المواقف، استخدمت المحركات ضغطًا إيجابيًا عند أنبوب التنفس لدفع الغازات المنبعثة من علبة المرافق. لذلك، غالبًا ما كان مدخل هواء التنفس موجودًا في تدفق الهواء خلف مروحة تبريد المحرك. ^[1] خرجت غازات علبة المرافق إلى الغلاف الجوي عبر أنبوب السحب.

على الرغم من أن الغرض الحديث من نظام التهوية الإيجابية لعلبة المرافق ( PCV ) هو تقليل تلوث الهواء، إلا أن الغرض الأصلي كان السماح للمحرك بالعمل تحت الماء دون تسرب الماء. تم بناء أنظمة PCV الأولى خلال الحرب العالمية الثانية، للسماح لمحركات الخزانات بالعمل أثناء عمليات الخوض العميق ، حيث كان من شأن فتحة التهوية العادية ذات الأنبوب المسدود أن تسمح للماء بدخول علبة المرافق وتدمير المحرك. ^[3]

في أوائل الخمسينيات من القرن العشرين، أثبت البروفيسور آري جان هاجن سميت أن التلوث الناجم عن محركات السيارات كان السبب الرئيسي لأزمة الضباب الدخاني التي شهدتها لوس أنجلوس، كاليفورنيا. ^{[4] تأسست} هيئة مراقبة تلوث المركبات الآلية في كاليفورنيا (وهي مقدمة لمجلس موارد الهواء في كاليفورنيا ) في عام 1960 وبدأت في البحث عن كيفية منع إطلاق الغازات المنفوخة مباشرة في الغلاف الجوي. ^[5] تم تصميم نظام PCV لإعادة تدوير الغازات في مدخل الهواء بحيث يمكن دمجها مع الهواء النقي / الوقود واحتراقها بشكل أكثر اكتمالاً. في عام 1961، اشترطت لوائح كاليفورنيا بيع جميع السيارات الجديدة بنظام PCV، وبالتالي تمثل أول تنفيذ لجهاز التحكم في انبعاثات المركبات . ^[6]

بدءًا من طراز عام 1963، تم تجهيز معظم السيارات الجديدة المباعة في الولايات المتحدة بهذا النظام من خلال إجراءات تطوعية من جانب الصناعة لتجنب الاضطرار إلى تصنيع إصدارات متعددة من المركبات خاصة بكل ولاية. سرعان ما أصبح نظام PCV من المعدات القياسية في جميع المركبات في جميع أنحاء العالم بسبب فوائده ليس فقط في تقليل الانبعاثات ولكن أيضًا في نظافة المحرك الداخلي وعمر الزيت. ^{[1] [7]}

في عام 1967، بعد عدة سنوات من طرحه في الإنتاج، أصبح نظام PCV موضوع تحقيق من قبل هيئة محلفين اتحادية أمريكية، عندما زعم بعض منتقدي الصناعة أن جمعية مصنعي السيارات (AMA) كانت تتآمر لإبقاء العديد من أجهزة تقليل الضباب الدخاني على الرف لتأخير المزيد من التحكم في الضباب الدخاني. بعد ثمانية عشر شهرًا من التحقيق، أصدرت هيئة المحلفين قرارًا "بدون مشروع قانون"، مما أجاز لجمعية مصنعي السيارات، ولكن أدى إلى مرسوم موافقة بأن جميع شركات السيارات الأمريكية وافقت على عدم العمل بشكل مشترك في أنشطة التحكم في الضباب الدخاني لمدة عشر سنوات. ^[8]

على مدى العقود التي تلت ذلك، أصبحت التشريعات والتنظيمات الخاصة بانبعاثات المركبات أكثر صرامة إلى حد كبير. ولا تزال معظم محركات البنزين اليوم تستخدم أنظمة صمام التحكم في الضغط.

لكي يتمكن نظام PCV من سحب الأبخرة من علبة المرافق، يجب أن يحتوي النظام على مصدر للهواء النقي. مصدر هذا الهواء النقي هو "جهاز تنفس علبة المرافق"، والذي يتم توصيله عادةً من فلتر الهواء الخاص بالمحرك أو مشعب السحب. عادةً ما يتم تزويد جهاز التنفس بحواجز ومرشحات لمنع ضباب الزيت والبخار من تلويث فلتر الهواء. يمكن تقليل هذه الظاهرة بشكل أكبر عن طريق تركيب فاصلات هواء وزيت أو علب تجميع ، كما يُعرف بالعامية، لسحب ضباب الزيت من التعليق وتجميعه في خزان قبل أن يصل إلى المدخل. سيتم أيضًا تصميم جهاز تنفس علبة المرافق المصمم بشكل صحيح بطريقة تعزز تأثير التنظيف، أو إنشاء شفط داخل جهاز تنفس علبة المرافق للمساعدة بشكل أكبر في إزالة غازات النفخ. هذا التأثير هو الذي يحافظ على علبة المرافق عند ضغط سلبي قليلاً عندما يكون نظام PCV يعمل بشكل صحيح في مكانه. ^[9]

يتم تطبيق فراغ مشعب السحب على علبة المرافق من خلال صمام PCV. يكتسح تدفق الهواء عبر علبة المرافق وداخل المحرك غازات نواتج الاحتراق الثانوية. ثم يخرج هذا الخليط من الهواء وغازات علبة المرافق، غالبًا عبر حاجز بسيط آخر أو شاشة أو شبكة لاستبعاد ضباب الزيت ، من خلال صمام PCV وإلى مشعب السحب. في بعض أنظمة PCV، يحدث هذا الحاجز الزيتي في جزء قابل للاستبدال منفصل يسمى "فاصل الزيت". تُعرف المنتجات التي يتم بيعها في السوق الثانوية لإضافة نظام حاجز زيت خارجي إلى المركبات، والتي لم يتم تركيبها معها في الأصل، باسم " خزانات تجميع الزيت ".

يتحكم صمام PCV في تدفق غازات علبة المرافق الداخلة إلى نظام السحب. في وضع الخمول، مع إغلاق الخانق تقريبًا، يكون فراغ المجمع مرتفعًا، مما يؤدي إلى سحب كمية كبيرة من غازات علبة المرافق، مما يتسبب في تشغيل المحرك بشكل ضعيف للغاية. يغلق صمام PCV عندما يكون فراغ المجمع مرتفعًا، مما يحد من كمية غازات علبة المرافق الداخلة إلى نظام السحب. ^[12]

عندما يكون المحرك تحت الحمل أو يعمل بسرعة دوران أعلى في الدقيقة، يتم إنتاج كمية أكبر من غازات النفخ. يكون فراغ مشعب السحب، مع الخانق المفتوح على مصراعيه، أقل في هذه الظروف، مما يتسبب في فتح صمام PCV وتدفق غازات علبة المرافق إلى نظام السحب. ^[13] يعني معدل التدفق الأكبر لهواء السحب أثناء هذه الظروف أنه يمكن إضافة كمية أكبر من غازات النفخ إلى نظام السحب دون المساس بتشغيل المحرك. يعوض فتح صمام PCV أثناء هذه الظروف أيضًا عن كون نظام السحب أقل فعالية في سحب غازات علبة المرافق إلى نظام السحب.

الوظيفة الثانية لصمام PCV هي العمل كمانع للهب ومنع الضغط الإيجابي من نظام السحب من دخول علبة المرافق. يمكن أن يحدث هذا في المحركات ذات الشحن التوربيني أو عند حدوث ارتداد ، وقد يؤدي الضغط الإيجابي إلى إتلاف أختام وحشوات علبة المرافق، أو حتى التسبب في انفجار علبة المرافق. لذلك، يغلق صمام PCV عند وجود ضغط إيجابي، لمنعه من الوصول إلى علبة المرافق.

يتم وضع مخرج هواء علبة المرافق، حيث يوجد صمام PCV، بشكل عام بعيدًا قدر الإمكان عن فتحة تهوية علبة المرافق. على سبيل المثال، غالبًا ما تكون فتحة التهوية والمخرج على أغطية صمامات متقابلة في محرك V ، أو على طرفي غطاء الصمام المتقابلين في محرك خطي . غالبًا ما يتم وضع صمام PCV، ولكن ليس دائمًا، عند غطاء الصمام؛ فقد يكون موجودًا في أي مكان بين مخرج هواء علبة المرافق ومشعب السحب.

يكتسب صمام PCV وظيفة أكثر أهمية في تطبيقات التعزيز القسري الشائعة بشكل متزايد. لن يحدث ضغط زائد في علبة المرافق فقط بسبب الغازات المنبعثة من حلقات المكبس ولكن يمكن أيضًا إدخاله عندما يشق الضغط الإيجابي من مشعب السحب طريقه إلى علبة المرافق. كما ذكرنا سابقًا، في المركبات ذات أنظمة التعزيز القسري مثل الشواحن التوربينية أو الشواحن الفائقة ، يتعرض مشعب سحب المحرك لضغط إيجابي تحت الحمل. يختلف هذا عن تطبيقات السحب الطبيعي حيث يظل مشعب السحب في الفراغ أثناء الحمل. وبالتالي، عندما يكون محرك التعزيز القسري تحت الحمل، لم يعد من الممكن استخدام مشعب السحب لسحب الغازات المنبعثة من علبة المرافق وسيبدأ بدلاً من ذلك في تفاقم المشكلة عن طريق زيادة ضغط علبة المرافق. ثم تكون مهمة صمام PCV هي عزل مشعب السحب وعلبة المرافق عندما يكون مشعب السحب مضغوطًا والسماح بتدفق الغازات المنبعثة خارج علبة المرافق عندما يكون مشعب السحب تحت الفراغ. بالإضافة إلى هذا الدور الإضافي، في التطبيقات المعززة تكون ضغوط الأسطوانات أعلى بكثير، وبالتالي، يتم دفع المزيد من غازات النفخ إلى علبة المرافق، مما يجعل نظام PCV الوظيفي بالكامل أكثر أهمية. ^{[14] [15] [16]}

يحدث تراكم الكربون في مشعب السحب عندما يُسمح للغازات المنبعثة بتلويث هواء السحب بشكل دائم بسبب فشل نظام PCV. ^[12]

لا تشكل تراكمات الكربون أو الرواسب الزيتية الناتجة عن الغازات المنفوخة على صمامات السحب مشكلة عادةً في المحركات التي تعمل بالحقن عبر المنافذ. ويرجع هذا إلى حقيقة أن الوقود يصطدم بصمامات السحب في طريقه إلى غرفة الاحتراق، مما يسمح للمنظفات الموجودة في الوقود بالحفاظ عليها نظيفة. ومع ذلك، فإن تراكم الكربون على صمامات السحب يمثل مشكلة للمحركات التي تعمل بالحقن المباشر فقط، حيث يتم حقن الوقود مباشرة في غرفة الاحتراق. وبسبب هذا، فإن منظفات نظام الوقود أو إضافات الوقود المضافة إلى الخزان لن تساعد في تنظيف هذه الرواسب. تشمل طرق تنظيف هذه الرواسب رش المنظف عبر فتحة السحب أو التفجير المباشر لصمامات السحب. ^[17]

لا تتطلب المحركات ثنائية الأشواط التي تستخدم ضغط علبة المرافق نظام تهوية علبة المرافق، حيث يتم بعد ذلك تغذية جميع الغازات الموجودة داخل علبة المرافق إلى غرفة الاحتراق.

تستخدم العديد من المحركات الصغيرة رباعية الأشواط مثل محركات جزازات العشب ومولدات الكهرباء أنبوب سحب متصل بنظام السحب. يقوم أنبوب السحب بتوجيه جميع غازات النفخ إلى خليط السحب ويقع عادةً بين فلتر الهواء والمكربن .

تستخدم محركات الحوض الجاف في بعض سيارات سباقات السحب مضخات التنظيف لاستخراج الزيت والغازات من علبة المرافق. ^[18] يقوم الفاصل بإزالة الزيت، ثم يتم تغذية الغازات في نظام العادم عبر أنبوب فنتوري . ^{[ بحاجة لمصدر ]} يحافظ هذا النظام على كمية صغيرة من الفراغ في علبة المرافق ويقلل من كمية الزيت في المحرك التي يمكن أن تتسرب إلى مضمار السباق. ^[19]