كثيرًا ما نسمع مصطلحات مثل «VTEC»، أو ديفيزينج، وأحياناً أخرى «MIVEC»، ومرات أخرى «VANOS»، كل ما سبق بالإضافة إلى مسميات أخرى هي في الحقيقة عديد من الأوجه لعملة واحدة، وهي التعريف الخاص لكل شركة لـ نظام تغير توقيت الصمامات والتحكم في نمط أعمدة الكامات في محركات سيارتها والمعروف سلفًا بنظام CVVT.
قبل الحديث عن تلك الأنظمة، يجب أولاً أن نمر سريعًا على أحد أهم مكونات المحرك وهي أعمدة الكامات، وهي أعمدة مزودة بمجموعة من الحدبات (الأشكال بيضاوية الشكل تقريباً) والمصممة بشكل معين يسمى بشكل أو نمط الكامة «Cam Profile».
وهو النمط الذي يحدد مقدار، وتوقيت فتح صمامات المحرك، حيث تقوم تلك الأعمدة بدفع الصمامات إما بواسطة أذرع محورية «Rocker Arm»، أو دوافع هيدروليكية «Cam Lifter»، والتي تقوم بدورها بدفع الصمام وفتحه وهو ما يجعل المحرك يعمل بصورة طبيعية ومستقرة.
حسناً، تعرفنا على أعمدة الكامات، لكن أذا ما كانت تلك الأعمدة تقوم بوظيفتها بشكلٍ مناسب، ما هو السبب في تطوير أنظمة أكثر تعقيدًا للتحكم في مقدار وتوقيت فتح الصمامات؟
الأمر ببساطة أن التصميم الثابت لنمط وشكل حدبات أعمدة الكامات يقوم بوظيفته فقط بشكل ثابت، ولكن للحصول على أداء المثالي من المحرك عند كافة الظروف يجب على أعمدة الكامات ألا تكون لها نمط ثابت وحيد، وأن تُغير من نمطها وفقًا للمتطلبات.
فعلى سبيل المثال عند عدد دورات المحرك القليلة لا نريد نمط يقوم بفتح الصمامات لوقت طويل أو بمقدار كبير، بل نريد فتح سريع ومدى قصير للصمام.
وهو عكس ما نريده عند الضغط على المحرك وعلى عدد الدورات المرتفع، لأننا هنا نريد فتح الصمام لوقت أطول وبمقدار أعلى، للمساعدة على امداد المحرك بالهواء والوقود، أو تفريغ غرفة الاحتراق من عوادم الاحتراق بسرعة كبيرة.
ولهذا السبب جرى تطوير وابتكار تلك الأنظمة التي تساعد المحرك على تقديم أداء مثالي لكافة السيناريوهات المطلوبة، مع المحافظة على معدلات حرق وقود جيدة للغاية، ومعدلات انبعاثات ضارة أقل.
وما هي نوعيات تلك الأنظمة؟
تنقسم أنظمة تغير توقيت الصمامات غالباً إلى طرازين رئيسيين في الوقت الحالي، حيث تقوم بعض الشركات بنماذج مستقبلية جديدة، مثل نظام الصمامات الحرة، أو أنظمة أكثر تعقيداً.
النظام الأول هو نظام تغيير توقيت الصمامات المستمر «VVT – Variable Valve Timing»، أما النظام الثاني فهو نظام تغيير نمط الكامات ومعدل الرفع «VVL – Variable Valve Lift»، ولكل من النوعيتين مزاياهم التي تجعلها أفضل لتطبيق معين لكل شركة.
1- نظام التغيير المستمر لتوقيت الصمامات – VVT
في هذا النظام تأتي أعمدة الكامات بحدبات أو بنمط ثابت لا يتغير، ولكن يقوم هذا النظام بالتحكم في زمن وتوقيت دوران أعمدة الكامات «Camshaft Duration»، بمعنى أكثر وضوحًا، يتحكم هذا النظام في الفترة التي يتم بها فتح وغلق الصمام، إما بتقصير فترة فتح الصمام، أو إطالة فترة فتح الصمام.
للشرح تخيل معي هذا المثال، عند السير البطيء وعلى عدد الدوارات المنخفضة يقوم هذا النظام بفتح وغلق الصمام بصورة عادية جداً وفقاً لنمط الكامة المستخدم بالمحرك، وكأن النظام غير موجود كليًا.
ولكن عند الاحتياج لقوة أكبر مع معدلات حمل أكبر، يقوم النظام بإطالة فترة فتح الصمام على أعلى معدل رفع* وهو ما يساعد على تقديم كمية أكبر من خليط الوقود والهواء وبالتالي قوة أكبر عند الحاجة.
هذا النظام مكون من صمام كهرومغناطيسي (سلونويد أو بلف) متعدد الحجرات للتحكم في ضغط الزيت، مع ترس كامة منفصل المحور بمعني أن ترس الكامة غير مرتبط مباشرة بعامود الكامة بل بما يشبه الترس داخل الترس.
الجزء الخارجي (2) متصل بعامود الكرنك عبر حزام التوقيت (سير / جنزير الكاتينة)، والجزء الداخلي (1) متصل بعامود الكامة، وكلا الجزئيين متصلين ببعضهما البعض عن طريق غلق بنز قفل مخصوص الذي يجعل الجزء الداخلي يدور مع الجزء الخارجي بنفس السرعة.
لذا فعند السير العادي يبقى النظام دون تفعيل ويدور الترس بكل أجزاءه بسرعة واحدة عبر تثبيت كافة أجزاءه، وبذلك يستفيد المحرك من أداء معقول ولكن فعّال يساعد على تقليل معدلي استهلاك الوقود، وانبعاث الغازات الضارة.
ولكن عند طلب قوة أكثر من المحرك، تقوم وحدة التحكم الإليكترونية بالمحرك بإرسال إشارة إلى الصمام الكهرومغناطيسي ليقوم بفتح قنوات الزيت التي تقوم بضغط الزيت داخل عدد من الغرف (3) المتواجدة بداخل ترس الكامة وسحب بنز القفل، ليسمح للجزء الداخلي من الترس بالدوران بسرعة أقل من الجزء الخارجي لأجزاء من الثانية، وهو ما يسمح بأن تبقى الصمامات مفتوح لفترة أكبر وهو المطلوب.
ومن أهم مزايا هذه النوعية من أنظمة التحكم هو انها تعطي مرونة كبيرة لتغير زمن فتح وغلق الصمامات، لما لها من مدى طويل نسبياً يعطي كثير من المرونة لوحدة التحكم بالمحرك لتغير التوقيت وفقاً لسيناريوهات متعددة، وغالب أنظمة التحكم في الصمامات تعتمد على هذه النوعية، مثل أنظمة شركات تويوتا، ورينو، ونيسان، وهيونداي، وBMW.
2- نظام تغير نمط الكامة ومعدل الرفع – VVL
في هذا النظام لا يتم التحكم فقط في توقيت فتح وغلق الصمامات، ولكن يمكن أيضاً التحكم في مقدار زاوية فتح وغلق الصمام، حيث يتكون هذه النظام من سلونويد كهرومغناطيسي، مع عامود كامة متعدد الحدبات، بمعنى أن الجزء البيضاوي الذي يُحرك الصمام مكوّن من حدبتين (1 + 2) مختلفة التصميم بشكل واضح، وهو ما يعطي نمطين مختلفين لأعمدة الكامة يمكن التحكم بها عبر زحزحتها على مجاري خاصة (3).
ويعمل هذا النظام على نمط الكامة القياسي العادي عند السير البطيء أو على عدد الدورات القليلة، ولكن عند طلب قوة أكبر من المحرك، تقوم وحدة التحكم بالمحرك بإرسال أشاره إلى سلونويد التحكم بالنظام، الذي يقوم بإخراج بنز خاص (4) يقوم بإجبار حدبات عامود الكامة على التحرك افقياً لتقوم حدبات أكبر بالعمل على دفع الصمام لفترة أطول، ولدرجة أكبر، وهو ما يساعد على تقديم أداء أقوى.
وبرغم أن هذا النظام لا يمتاز بالمرونة المتوفرة في النظام السابق، إلا أنه أفضل فيما يتعلق بالاعتمادية، كما أنه أبسط في التصميم، ولعل أبرز الأنظمة التي تعتمد على تلك النوعية، هي أنظمة شركة هوندا، وفولكس فاجن، وأودي، التي تتزود بعض محركاتها أحياناً على كلا النظامين برأس سلندر واحد.
