سیستم کنترل زمان‌بندی متغیر سوپاپ هوندا VTEC چگونه کار می‌کند؟

یکی از مشهورترین تکنولوژی‌های دنیا خودرو سیستم کنترل الکترونیکی زمان‌بندی متغیر سوپاپ هوندا VTEC است که می‌خواهیم آن را بررسی کنیم.

معدود صداهای دنیای خودرو می‌توانند به اندازه صدای خاص سیستم VTEC هوندا خاص و متمایز باشند. این صدای ویژه که از دل پیشرانه تنفس طبیعی هوندا بیرون می‌آید باعث شهرت برخی از بهترین خودروهای اسپرت تاریخ شده است. VTEC جزو قدیمی‌ترین تکنولوژی‌های دنیای خودروست و از آنجایی که پیشرانه‌های تنفس طبیعی در دورانی سخت قرار دارند بنابراین زمان بررسی برخی از تکنولوژی‌های مهم آن‌ها فرا رسیده و چه چیزی بهتر از شروع کردن این کار با توضیح کارکرد VTEC هوندا؟

هوندا سابقه زیادی در بهبود عملکرد پیشرانه‌های درون‌سوز دارد. اولین موفقیت این خودروساز در آمریکا با معرفی سیستم احتراق کنترل شده ورتکس مرکب CVCC رخ داد. این سیستم در سال ۱۹۷۴ یعنی اوج بحران سوخت و روی سیویک نصب شد. CVCC از محفظه پیش احتراق استفاده می‌کرد تا سوختن کامل‌تر بنزین رخ دهد. سوپاپ کمکی محفظه پیش احتراق مخلوط بهتر سوخت و هوا را به نزدیکی شمع می‌فرستاد درحالی‌که سوپاپ ورودی استاندارد نیز اجازه عبور مخلوط سوخت و هوای خطی را از طریق فضای احتراق اصلی می‌داد. سیستم CVCC هوندا اولین طرح پیشرانه‌ای بود که توانست استانداردهای قانون هوای پاک جدید آمریکا در زمینه گازهای خروجی اگزوز را پاس کند. این کار بدون وجود مبدل کاتالیتیک انجام شد و پیشرفتی مهم در دورانی بود که بنزین سرب‌دار همچنان در بسیاری از پمپ‌بنزین‌ها وجود داشت. همین تکنولوژی باعث شد پیشرانه‌های کم‌حجم هوندا نه تنها کم‌مصرف‌تر از رقبای آمریکایی باشند بلکه کاربردی‌تر نیز نشان دهند.

تکنولوژی کنترل الکترونیکی زمان‌بندی سوپاپ هوندا VTEC نیز از دل شرایط مشابهی بیرون آمده است. در اواسط دهه ۸۰ میلادی، سیستم‌های پرخوران به تدریج همه‌گیر شدند و خودروسازان شروع به استفاده از توربوها در پیشرانه‌های خود کردند تا قدرت بهتری را در دورهای بالاتر به دست آورند. این سیستم‌ها البته مشکلات خاص خود را داشتند. همان‌طور که می‌دانید توربوها از تأخیر عملکرد رنج می‌برند چراکه برای ایجاد فشار به زمان نیاز دارند و همچنین در نسخه‌های اولیه خود مصرف سوخت را بیشتر می‌کردند. هوندا می‌خواست همچنان رفتار و پاسخ مستقیم و قابل پیش‌بینی پیشرانه‌های تنفس طبیعی را حفظ کند و درعین‌حال پرفورمنسی مشابه نسخه‌های توربو را ارائه کند.

در یک پیشرانه تنفس طبیعی پرفورمنس، جریان هوا عنصری کلیدی است. جریان هوای ورودی به سیلندر از طریق لوب‌های میل بادامک تنظیم می‌شود، قطعه‌ای که باز شدن سوپاپ‌های ورودی و دود را هماهنگ می‌کند. این لوب‌ها روی انگشتی‌ها فشار می‌آورند تا سوپاپ‌ها باز شوند. لوب‌ها با شدت بیشتری روی انگشتی‌ها فشار وارد می‌کنند تا در نهایت سوپاپ‌ها بیشتر باز شده و جریان هوای ورودی به محفظه احتراق را افزایش دهند. به منظور کسب بهترین عملکرد ممکن در زمان نزدیک شدن دور موتور به ردلاین، پیشرانه نیاز دارد تا حداکثر جریان هوای ممکن را داشته باشد. همین امر موجب می‌شود میل بادامک با شدت بیشتری کار کند و نهایتاً هوا و سوخت بیشتری وارد محفظه احتراق شود که نتیجه آن تولید قدرت بیشتر خواهد بود. متأسفانه این امر نقاط ضعف عمده دیگری دارد که یکی از آن‌ها دور درجای خشن‌تر پیشرانه خواهد بود و در برخی خودروهای پرفورمنس می‌توان آن را به خوبی متوجه شد.

عملکرد گیراتر قطعات یاد شده تأثیر منفی روی پرفورمنس خودرو در دورهای پایین دارد زیرا زمانی که سوپاپ‌ها در دورهای پایین پیستون بیش ‌از حد باز بمانند فشار کافی در داخل سیلندر ایجاد نخواهد شد و بنابراین سیکل احتراق ضعیف می‌شود. اگر سوپاپ‌ها بیش از حد باز شوند جریان هوا به‌طور قابل‌توجهی کندتر می‌شود و ترکیب مخلوط سوخت و هوا به هم می‌خورد. مهم‌تر از همه این‌ها، عملکرد شدیدتر میل بادامک مصرف سوخت را به شدت بالا می‌برد چراکه پیشرانه نیازمند سوخت زیاد برای جلوگیری از خاموش شدن است. یک میل بادامک کوچک‌تر و منطقی‌تر همه این مشکلات را حل می‌کند اما در دورهای بالای موتور شاهد افت قدرت خواهیم بود و اینجاست که نقطه تقابل خودروهای تنفس طبیعی و توربو به وجود می‌آید. در سال ۱۹۸۹ هوندا راه‌حلی را برای پر کردن فاصله بین مدل‌های تنفس طبیعی و توربو معرفی کرد. راه‌حل هوندا که سال ۱۹۸۹ و روی خودروی اینتگرا بازار ژاپن معرفی شد، در عین اینکه بسیار ساده است اما کاملاً هوشمندانه به نظر می‌رسد.

میل بادامک دارای دو مجموعه لوب بوده که یکی کارکرد سریع‌تر و شدیدتری دارد و دیگری در مواقع لزوم به کار می‌افتد. دور دورهای پایین و زمانی که راننده استایل نرمالی دارد، تنها لوب‌های معمولی روی انگشتی‌ها فشار وارد می‌کنند. لوب‌های بزرگ‌تر با میل بادامک می‌چرخند اما روی چیزی فشار وارد نمی‌کنند. در دورهای بالایی که از قبل برنامه‌ریزی ‌شده، یک شیر برقی الکترونیکی وارد عمل شده و باعث می‌شوند روغن به درون کانال دارای شفتی که تمامی انگشتی‌ها را به یکدیگر متصل می‌کند سرازیر شود. فشار روغن باعث درگیر شدن پینی می‌شود که انگشتی دیگری را درگیر می‌کند. این انگشتی زیر میل بادامک‌های که کارکرد خشن‌تری دارند قرار گرفته و این میل بادامک هم‌اکنون می‌تواند تعیین کند سوپاپ‌ها به چه مقدار و چه مدت باز بمانند. زمانی که دور موتور کاهش می‌یابد آن شیر برقی الکترونیکی بسته شده و پین جدا می‌شود و پیشرانه به حالت قبلی بازمی‌گردد.

نتیجه این نوع طراحی سرزندگی بالای پیشرانه در شهر و درعین‌حال وجود قدرت کافی در دورهای بالاست. در عمل شاهد عملکرد بسیار احساس‌برانگیز تکنولوژی هوندا هستیم. خودروی اینتگرا تایپ R که سال ۱۹۹۵ عرضه شد از پیشرانه ۱.۸ لیتری با ۲۰۰ اسب بخار قدرت استفاده می‌کرد. در آن زمان اکثر سوپر اسپرت‌ها به ازای هر لیتر حجم پیشرانه تنفس طبیعی بیش از ۱۰۰ اسب بخار قدرت تولید می‌کردند. همین نوع طراحی باعث شد پیشرانه‌های دارای تکنولوژی VTEC هوندا صدای خاص خود را داشته باشند. زیبایی سیستم کنترل زمان‌بندی متغیر سوپاپ هوندا در این است که از نظر فنی به حدی سرراست طراحی شده که می‌تواند با دیگر تکنولوژی‌ها ترکیب شود و کنترل بیشتری روی رفتار پیشرانه داشته باشد. هوندا از این مزیت برای ارائه تکنولوژی i-VTEC استفاده کرد که در نهایت بهبود جریان هوای ورودی به سیلندر را در پی داشت. این خودروساز ژاپنی در سال ۲۰۰۶ پیشرانه‌ای را تولید کرد که باعث می‌شد زمان‌بندی سوپاپ بی‌نهایتی وجود داشته باشد. با اینکه هوندا می‌خواست چنین چیزی را تا سال ۲۰۱۰ تولید کند اما در نهایت فاز مفهومی آن پیش نرفت.

در عوض هوندا با تغییر قوانین به سمت پیشرانه‌های توربو حرکت کرد و در مدل‌های توربودار مجهز به تکنولوژی VTCE، لوب‌های بیشتری روی میل بادامک خروجی بکار رفته‌اند زیرا توربو با جریان هوای اگزوز کار می‌کند. لوب‌های خشن‌تر در شرایط مشخصی که لگ توربو وجود دارد (شتاب گیری در دورهای پایین و…) وارد می‌شوند تا توربو سریع‌تر به کار افتد. متأسفانه در این نوع پیشرانه‌ها صدای خاص مدل‌های پیشین وجود ندارد هرچند هوندا به هدف خود دست یافته و بررسی‌های سیویک تایپ R نشان می‌دهد این خودرو پاسخ پدال گاز خوبی داشته و اثری در تأخیر توربو در آن یافت نمی‌شود. نمی‌دانیم که پیشرانه‌های تنفس طبیعی تا کی تولید خواهند شد اما مشخص است تا زمانی که پیشرانه‌های هوندا تولید شوند تکنولوژی VTEC نیز وجود خواهد داشت.