درون هر پیشرانه خودرو، ده‌ها قطعه متحرک با یکدیگر در تماس هستند و این تماس‌ها موجب ایجاد اصطکاک، گرما و اتلاف بخشی از توان تولیدی موتور می‌شود. خودروسازان سال‌ها است که برای کاهش این اصطکاک، از فناوری‌های نوین و روانکارهای پیشرفته استفاده می‌کنند. اما یکی از انقلابی‌ترین راهکارها برای کاهش اصطکاک و افزایش بازده، حذف کامل میل‌سوپاپ از موتور است.
فناوری Freevalve یا همان پیشرانه بدون میل‌سوپاپ (Camless Engine)، پاسخی نوآورانه به این چالش قدیمی است.
آغاز انقلاب با کونیگزگ جمرا
نقطه عطف توسعه این فناوری را باید در سوپراسپرت کونیگزگ جمرا (Koenigsegg Gemera) جست‌وجو کرد؛ خودرویی که هنگام رونمایی، نه‌تنها از نظر قدرت و عملکرد بلکه از لحاظ فناوری موتور نیز جهان را شگفت‌زده کرد.
جمرا با تولید ۱۷۰۰ اسب‌بخار قدرت و ۳۵۰۰ نیوتن‌متر گشتاور، سریع‌ترین خودروی چهارنفره جهان محسوب می‌شود. پیشرانه بنزینی سه‌سیلندر و دو‌لیتری این خودرو در کنار سه موتور الکتریکی، قلب تپنده این هیولای سوئدی است. اما نکته شگفت‌انگیز آن، استفاده از فناوری Freevalve به جای میل‌سوپاپ سنتی است؛ سیستمی که کنترل سوپاپ‌ها را به‌صورت الکترومغناطیسی و مستقل برای هر سیلندر انجام می‌دهد.
نحوه عملکرد موتور های Freevalve
در موتورهای معمولی، باز و بسته شدن سوپاپ‌ها توسط میل‌سوپاپ و بادامک‌ها کنترل می‌شود. با چرخش میل‌سوپاپ، بادامک‌ها به سوپاپ‌ها نیرو وارد کرده و آن‌ها را باز یا بسته می‌کنند.
اما در فناوری Freevalve، خبری از میل‌سوپاپ و قطعات مکانیکی واسطه نیست. در این سیستم، سلنوئیدهای الکترومغناطیسی در بالای هر سوپاپ نصب شده‌اند که با فرمان مستقیم واحد کنترل موتور (ECU)، باز و بسته شدن سوپاپ را کنترل می‌کنند.
در زمان باز شدن، جریان الکتریکی میدان مغناطیسی ایجاد کرده و صفحه عملگر، ساق سوپاپ را به سمت پایین فشار می‌دهد. در مرحله بعد، فنر سوپاپ وظیفه بستن آن را بر عهده دارد. این فرآیند به صورت لحظه‌ای و کاملاً هوشمند انجام می‌شود و نیاز به میل‌سوپاپ، تسمه تایم یا زنجیر تایم را از بین می‌برد.
مزایای فناوری Freevalve
فناوری Freevalve فقط یک تغییر مکانیکی نیست، بلکه تحولی اساسی در طراحی و کنترل موتورهای درون‌سوز به شمار می‌رود. مهم‌ترین مزایای این فناوری عبارتند از:
۱. افزایش راندمان و کاهش مصرف سوخت
با حذف میل‌سوپاپ و قطعات مکانیکی اضافی، اصطکاک داخلی موتور کاهش یافته و بخشی از توان موتور که صرف غلبه بر این اصطکاک می‌شد، آزاد می‌گردد. هدف اصلی این فناوری، افزایش بازده حرارتی تا حدود ۵۰ درصد است؛ رقمی که برای موتورهای درون‌سوز یک جهش بزرگ محسوب می‌شود.
۲. کنترل هوشمند سوپاپ‌ها
در سیستم Freevalve، زمان و میزان باز شدن هر سوپاپ به صورت دقیق و الکترونیکی قابل تنظیم است. این قابلیت به واحد کنترل موتور اجازه می‌دهد تا در هر لحظه و بسته به شرایط رانندگی، بهترین حالت را برای باز و بسته شدن سوپاپ‌ها انتخاب کند. نتیجه این فرآیند، افزایش قدرت و گشتاور تا ۳۰ درصد و کاهش آلایندگی تا ۵۰ درصد است.
۳. حذف تسمه تایم و کاهش استهلاک
از آن‌جا که در این سیستم میل‌سوپاپ وجود ندارد، تسمه تایم یا زنجیر تایم نیز حذف می‌شود. در نتیجه نه‌تنها خطر پارگی تسمه تایم از بین می‌رود، بلکه نیاز به سرویس‌های دوره‌ای پرهزینه نیز کاهش می‌یابد.
۴. امکان غیرفعال‌سازی سیلندرها
در موتورهای Freevalve می‌توان به‌راحتی برخی سیلندرها را در زمان‌های خاص از مدار خارج کرد. این ویژگی در زمان رانندگی آرام یا مصرف سوخت پایین، بازده خودرو را به شکل قابل‌توجهی افزایش می‌دهد.
۵. قابلیت اجرای سیکل اتکینسون
به‌دلیل کنترل مستقل هر سوپاپ، موتور می‌تواند در شرایط خاص بر اساس سیکل اتکینسون (Atkinson Cycle) کار کند؛ روشی که معمولاً در موتورهای هیبریدی برای افزایش راندمان استفاده می‌شود.
۶. سازگاری بیشتر با سوخت‌های جدید
پیشرانه‌های بدون میل‌سوپاپ به‌راحتی می‌توانند با سوخت‌های مختلف مانند E85 (اتانول) سازگار شوند. همچنین حذف قطعات مکانیکی بزرگ باعث کاهش ابعاد و وزن سرسیلندر می‌شود.
آینده موتورهای بدون میل‌سوپاپ
فناوری Freevalve می‌تواند آینده موتورهای درون‌سوز را متحول کند. هرچند توسعه و هزینه تولید این سیستم در حال حاضر بالاست، اما مزایایی مانند افزایش توان، کاهش مصرف سوخت، آلایندگی کمتر و ابعاد کوچک‌تر موتور، آن را به گزینه‌ای جدی برای نسل آینده خودروها تبدیل کرده است.
به نظر می‌رسد کونیگزگ جمرا تنها آغاز راه باشد و در آینده‌ای نه‌چندان دور، موتورهای بدون میل‌سوپاپ به یکی از ستون‌های اصلی مهندسی خودروی مدرن تبدیل شوند.
گزارش