Since 2000
Automotive
Technology
Arabic articles for the press with a flexible payment system, per article or on a monthly basis (easy join or leave), in addition to copywriting and translation services for the industry. More...
Only samples are provided on this site. Jobs delivered to our clients do not appear on this site unless otherwise indicated by the client.
Many more to see...
منذ العام 2000
تكنولوجيا السيارات
مواضيع متخصصة للصحافة العربية، بالقطعة أو إشتراك، مع سهولة الشراء أو الإلغاء، إضافة الى خدمات أخرى مستقلة، في الترجمة والتحرير لصانعي السيارات والمستوردين. للمزيد...
لا ينشر هذا الموقع إلا بعض نماذج مواضيع موشن ترندز منذ العام 2000. يسلّم إنتاجنا مباشرة الى الزبائن، من دون نشره في موقعنا، إلا في حال الإتفاق المسبق.
وهناك المزيد...

فعالة ومنطقية الكلفة لخفض الإستهلاك مع زيادة القوة والعزم

تكنولوجيا إيكوبوست بالأرقام والتفاصيل

.2010 / 01

إن تزامن تطور تقنيات خفض إستهلاك المحركات الداخلية الإحتراق، كالبنزينية والأخرى العاملة بالديزل، مع نمو مبيعات البدائل المتمثلة في موديلات السيارات الهجينة hybrid cars (بنزينية - كهربائية أو ديزل - كهرباء عموماً) أو الكهربائية البحتة electric vehicles، إضافة الى إستمرار تطوير التقنيات العاملة بخلايا الوقود fuel cells، فالأمر لا يعني طي صفحة المحركات البنزينية أو العاملة بالديزل، حتى في مدى العقود القليلة المقبلة.

كثيرة هي الأدلة، وأهمها طبعاً تسارع تطور المحركات البنزينية والديزل، لمواصلة خفض الإستهلاك والتلويث، مع تحسين الأداء في الوقت ذاته، ليس بزيادة القوة فقط. فالأداء هو أيضاً نعومة تشغيلية ومرونة في مختلف مجالات القيادة، على طريق مستوية أو جبلية صاعدة، في المدن أو على الطرقات المفتوحة، بالسيارة فارغة أو محملة، والى ما هنالك.

وراء الشائع

إكبس على الصورة لفتح الرسم في صفحة خاصة به.

وقبل عرض تكنولوجيا إيكوبوست EcoBoost الجاري إطلاقها في عدد متزايد من سيارات مجموعة فورد Ford (مع موديلات العام 2010 من كل من فورد فلكس Ford Flex، وتوروس إس إتش أوTaurus SHO، ولينكولن إم كاي إس Lincoln MKS السيدان وإم كاي تي MKT الكروسوفر)، لا بد من التذكير بأن السيارات الكهربائية، وخلافا للإعتقاد السائد لدى كثيرين، ليست عديمة التلويث في المطلق، بل هي عديمة التلويث في السيارة بالذات. فشحن بطاريات هذه السيارة الكهربائية يتطلب تياراً يولّده مصنع كهربائي يعمل بالطاقة الملوثة فوق المصنع (حسب الوقود المستعمل) أو في بطن الأرض في مكان ما (النفايات مصانع الكهرباء العاملة بالطاقة النووية).

إكبس على الصورة لفتح الرسم في صفحة خاصة به.

بمعنى آخر، إن لم يكن للسيارة الكهربائية عادم يلوّث البيئة من ورائها، فالسبب هو إنتقال العادم من السيارة الى مصنع الكهرباء.

أضف الى ذلك أن بطاريات السيارات الكهربائية البحتة أو المهجنة، لها "كلفتها" أيضاً على البيئة، من مراحل إستخراجها وتصنيعها وحتى إعادة تصنيعها أو التخلص منها في نهاية خدمتها. وحتى السيارة العاملة بخلايا الوقود، فهي ستحتاج ايضاً الى بطاريات تخزن الطاقة المولدة من تفاعل الأوكسيجين مع الهيدروجين في خلايا الوقود، لتوفير تلك الطاقة بعد ذلك الى عجلتي الدفع والى أجهزة التكييف والتدفئة وغيرها من الأجهزة الكهربائية.

وهي الزوايا التي توضح بأن السيارة الكهربائية ليست "بريئة تماماً" من "دم البيئة"، وأن السيارة البنزينية ليست "مذنبة" بمقدار ما جرت العادة على تحميلها من الذنوب، على الأقل عندما يتعلق الأمر بمحركات عصرية معقولة الأداء والحجم، اي ليست اضخم مما يحتاج إليه المستخدم حسب طبيعة سيارته (بيك آب أو سيارة مدينية صغيرة؟)، خصوصاً عندما نتذكر أن قسماً لا يستهان به إطلاقاً من كثرة الإستهلاك والتلويث ينجم إجمالاً عن سوء إستخدامنا لمحركات يمكن استخراج الأداء الذي نريده منها بأقل مما تغذيها به أقدامنا اليمنى.

إيكوبوست: الأهداف

ومن تلك المعادلة بين حجم المحرك وبين أدائه (حسب حجم السيارة ودورها)، تنشأ فكرة تكنولوجيا إيكوبوست EcoBoost التي ترتكز في نهاية الأمر على إلتقاء تقنيات معروفة، مثل الشحن التوربيني turbocharging والبخ المباشر للبنزين direct injection، والتوقيت المتبدل لحركة الصمامات variable valve timing، لتوفير أهداف واضحة، وفقاً لحجم المحرك طبعاً.

EcoBoost Garrett turbochargerز

توربو غاريت Garrett لمنح قوة محرك V8 لكن من محرك V6.

وإذا أخذنا مثلاً محركاً بست أسطوانات V6 سعتها 3.5 ليتر، يمكن لتقنية إيكوبوست أن ترفع قوة هذا المحرك وعزم دورانه الى أرقام لا يمكن تحصيلها إلا من محرك بثماني أسطوانات V8 وبسعة تزيد بضع مئات السنتمترات المكعبة عما يكتفي به محرك الإيكوبوست الأقل سعة. طبعاً، تحل المقارنة هنا بين محرك V6 مع شاحن توربيني وبخ بنزيني مباشر، وبين محرك آخر أكبر سعة لكنه غير مشحون لا بتوربو ولا بشاحن مباشر. فإذا طبّقت تقنية إيكوبوست على محرك الأسطوانات الثماني المتسعة مثلاً لـ4.0 ليتر، ستستخرج منه قوة محرك أضخم منه بما بين 500 وألف سنتم مكعب (حسب معايير ضغط التوربو، تبعاً لتوجه السيارة التي ستيستغل فيها)، لكن مع إستهلاك متجانس مع سعة الأربعة ليترات.

Gasoline direct injection at 220 to 2150 psi (15.2 to 148.2 bar).

بخ البنزين في غرفة الإحتراق مباشرة، مع نظام تحكم يبقي ضغطه بإستمرار في مجال يمتد من 220 الى 2150 رطلاً في البوصة المربعة، بي إس آي psi، أي ما يوازي 15.2 الى 148.2 بار Bar (أقوى من ضغط البخ البنزيني غير المباشر بنسبة تفوق 35 ضعفاً).

وفي الإتجاه المعاكس، يمكن الحصول على أداء محرك ذي ست اسطوانات V6، لكن من محرك بأربع أسطوانات، مع إستهلاك محرك بأربع أسطوانات. وستضاف خلال العام الحالي خيارات إيكوبوست مع محركات بأربع أسطوانات سعتها 1.6 و2.0 ليتر مخصصة لموديلات عدة متوسطة وكبيرة الحجم لدى مجموعة فورد التي تضم أيضاً ماركتَي لينكولن وميركوري.

ولأخذ فكرة عن حجم إلتزامها بهذه التقنية، ترمي فورد الى إنتاج 750 ألف وحدة من محركات إيكوبوست سنوياً في الولايت المتحدة، بحلول العام 2012، من ضمن 1.3 مليون وحدة عالمياً. وبحلول العام 2013، ستوفر فورد محركات إيكوبوست في تسعين في المئة من تشكيلة موديلاتها.

إيكوبوست: كيف تعمل؟

إن لم تكن تكنولوجيا الشحن التوربيني turbocharging أو حتى الشحن المباشر supercharging جديدة (معروفة ومطبقة في السيارات منذ عقود كثيرة)، تتميّز تقنية إيكوبوست بتكامل التوربو مع البخ المباشر للبنزين (أي في غرفة الإشتعال مباشرة)، الى جانب تقنيات أخرى مكملة لهما.

بخ البنزين مباشرة في غرفة الإحتراق. فوق البنزين المبخوخ، صماما إدخال الهواء المضغوط (بفعل الشحن التوربيني) ليمتزج الهواء مع رذاذ البنزين قبل إشتعالهما. وفي وسط أعلى الصورة شمعة الإشعال.

فالبخ البنزيني بضغط عالٍ وفي كل من الأسطوانات مباشرة (خلافاً للبخ التقليدي port-injection الذي يتم في مشّعب مشترك ثم يمتزج بالهواء قبل وصوله الى غرف الإحتراق في كل من الأسطوانات) يسمح برفع نسبة ضغط مزيج الهواء / الوقود في غرفة الإحتراق، قبيل إشتعاله، نظراً الى زيادة دقة توقيت كل من البخ والإشعال. وتعني زيادة نسبة ضغط المزيج قبل اإشتعال إرتفاع زخم عودة المكبس بعيد إشتعال المزيج، وبالتالي،زيادة في العزم والقوة، فتزداد فاعلية المحرك، بمعنى إستخراجه أعلى نسبة ممكنة من القوة لقاء اقل إستهلاك ممكن للوقود.

EcoBoost Piston (right): Unique to the Ford EcoBoost V6 piston is what's referred to as the "bowl," a special design that directs fuel towards the spark plug during engine start. The directed fuel provides a faster start which reduces engine emissions.

في أعلى مكبس محرك إيكوبوست (الأيمن) تجويف غايته توجيه مزيج الوقود / الهواء نحو نقطة إنطلاق شرارة شمعة الإشعال لتحسين عملية الإحتراق وتخفيف الإنبعاثات الملوثة.

في الوقت ذاته، تسمح الدقة العالية التي تتيحها تقنية البخ البنزيني المباشر (إنتاج شركة بوش Bosch الألمانية)، برفع نسبة ضغط مزيج الهواء / الوقود (قبل الإشتعال) الى 10 الى واحد (10:1) وهو ضغط كان يتعذر تحقيقه مع الشحن التوربيني (أو حتى المباشر) حتى زمن قريب. فالمحركات المشحونة كانت تتطلب عموماً خفض نسبة ضغط مزيج الهواء/الوقود من نحو 11 أو 12 الى واحد، الى قرابة 8.5 الى 9.5 الى واحد (حسب قوة الضغط الهوائي الناجم عن الشحن التوربيني)، تجنباً لحصول الإشتعال المبكر للمزيج، أي قبل إنطلاق الشرارة من شمعة الإشعال، فتحصل الطقطقة المؤذية للمحرك.

مع تبخر رذاذ الوقود لدى إمتزاجه مع الهواء الداخل من فوقه مباشرة، تهبط حرارة المزيج فتزول مخاطر الإشتعال المبكر وتتحسن نسبة إستخراج القوة والعزم.

وهو ما تسمح دقة الإشتعال والبخ الإلكترونيين اليوم بتجنبه، أولاً لأن البخ المباشر للبنزين يساعد في خفض حرارة المزيج نسبياً (فتتضاءل مسببات الإشتعال المبكر)، كما يسمح أيضاً برذ البنزين بفاعلية أعلى (ما يسمح بإشتعال أكثر تجانساً عبر غرفة الإشتعال، عوضاً عن تكتل الحرارة في نقاط أكثر من غيرها)، في حين يتكيّف الإشعال الإلكتروني بسرعة أيضاً مع ضرورات تبديل لحظة نشوء الشرارة وفقاً للظروف التشغيلية.

التوربو المزدوج

بدورهما، يتكامل الشاحنان التوربينيان turbochargers في تدخلهما تبعاً لسرعة الدوران، لضخ الهواء الى المحرك بضغط يصل الى 12 رطلاً في البوصة المربعة، بي إس آي psi، أو 0.83 بار bar، أي بزيادة نحو 25 في المئة عما يتنشقه محرك دوارتك الموازي السعة ( لكن من دون توربو أو بخ مباشر).

يستغل محرك إيكوبوست V6 جهازي توربو يتلقى كل منهما الغازات المحترقة والمتدفقة من المشعب العلوي (واحد في كل من جانبَي الـ V)، لتشغيل الشاحن الذي يدفع الهواء في الجهة المقابلة، الى صمامات سحب الهواء  ومنها الى غرف الإشتعال.

فتكامل الشاحنين التوربينيين (شاحنان صغيران عوضاً عن شاحن كبير) يسمح ببدء تدخل التوربو بنعومة من مجالات السرعات المتدنية، ثم التدرج صعوداً حسب طلب دواسة الوقود، عوضاً عن التدخل الفجائي المربك والذي كانت تعانيه محركات التوربو في الماضي، تلك التي كان على سائقها الإكتفاء بقدرات المحرك الأصغر وحده حتى تدخل التوربو فجأة، وعلى نحو كان يصيب عجلتي أو عجلات الدفع بهوَس مفاجئ أحياناً.

ولإطالة خدمتهما، يتم تبريد الشاحنين التوربينيين بوساطة مبادل حراري مائي لمنع إرتفاع حرارة التوربو (الغازات المتدفقة من العادم تدفع دوران التوربين حتى نحو 170 ألف دورة في الدقيقة الواحدة) الى درجات تجفف الزيت فيتلف التوربو، كما كان يحصل في حالات كثيرة.

EcoBoost: Bosch direct fuel injection ramp.

منصة ضغط البنزين قبل بخه عبر كل من البخاخات الثلاثة في الصورة( في كل من جانبَي الـV). يصل الضغط حتى نحو 150 بار، مقارنة بنحو 7 بار في أنظمة البخ غير المباشر.

وتشير فورد الى أن أجهزة التوربو المستخدمة في محركات إيكوبوست مصممة لتخدم معدل 150 ألف ميل (240 ألف كلم) أو عشرة أعوام، ومن دون الحاجة الى التقيد بشروط إستخدام التوربو في الماضي، اي ترك المحرك يدور لفترة قصيرة قبل وقفه (ليستمر دوران زيت المحرك وتبريد التوربو معه)، تجنباً لإتلاف التوربو بسبب جفاف الزيت بفعل الحرارة تحديداً.

إيكوبوست: أرقام

لأخذ فكرة عن مدى دقة البخ المباشر direct-injection في محرك فورد إيكوبوست V6، يذكر أن البخ يخضع لنظام تحكم يبقي ضغطه بإستمرار في مجال يمتد من 220 الى 2150 رطلاً في البوصة المربعة، بي إس آي psi، أي ما يوازي 15.2 الى 148.2 بار Bar (أقوى من ضغط البخ البنزيني غير المباشر port-injection بنسبة تفوق 35 ضعفاً).

EcoBoost Engine: a cam-driven pump feeds fuel to the high-pressure fuel rails.

جانبا محرك الـV6 مع اللون الأزرق الذي يمثل الهواء الداخل، والأحمر للغازات الخارجة بعد إشتعال مزيج الهواء/البنزين .

ويتم ضبط توقيت كل عملية بخ تبعاً لعمليات حساب يصل معدلها الى 300 مرة في الثانية الواحدة. وعند مراوحة المحرك بلا أي ضغط على دواسة الوقود، ينفث كل من البخاخات 10.4 ميليغرام من الوقود في كل بخة، ما يوازي في لغة الإستخدام المنزلي، جزءاً واحداً من أصل 25 ألف جزء (1/25000) من إحدى عبوات المشروبات الغازيّة، أو خِمس (0.2) قطرة وقود.

وفي سيارة مثل فورد فلكس Ford Flex، يولد محرك إيكوبوست المتسعة أسطواناته الست V6 لـ 3.5 ليتر والمجهز شاحنين توربينيين، 355 حصاناً عند 5700 دورة في الدقيقة (أي 101 حصان من كل ألف سنتم مكعب)، مع عزم دوران أقصاه 350 رطلاً - قدم (474 نيوتون - متر) عند 3500 د.د.

يمثل اللون الأزرق الهواء الواصل مضغوطاً (من الشحن التوربيني) عبر صمامي السحب، بينما يمثل اللون الأصفر مزيج الهواء / البنزين في إنتظار الإشتعال، لتخرج الغازات (يرمز إليها اللون الأحمر) من صمامي التنفيس. وبين الصمامات شمعة الإشعال، في حين يقع البخاخ في الطرف الأيسر من الصورة.

ويأتي هذا الأداء مع معدل إستهلاك (تختلف الأرقام حسب الموديلات، بأحجامها وأوزانها وتوجهاتها المختلفة) يمكنه من السير 16 ميلاً بكل غالون أميركي في المدن (نحو 14.7 ليتر بنزين لكل مئة كلم، أو السير 6.8 كلم بكل ليتر بنزين، أو 19.2 ميل بالغالون الإنكليزي)، و22 ميلاً بكل غالون أميركي على الطريق السريع (ما يوازي 10.7 ليتر لكل مئة كلم، أو السير 9.35 كلم بكل ليتر بنزين، أو 26.4 ميل بالغالون الإنكليزي)، وذلك مع نظام الدفع الرباعي.

تضاف الى فوائد إيكوبوست نقاط أخرى ثانوية تقنياً، لكنها تبقى مهمة عملياً. فتصغير حجم المحرك للحصول على قوة محرك أكبر، يعني أيضاً خفض وزن المحرك فعلياً، وهو عامل يساهم ايضاً في خفض الإستهلاك، كما أن هذه التقنيات ليست نفيسة وهي تسمح بالتالي بالحصول على إيجابياتها في سيارات شعبية وليس في النخبوية فقط.

وما الحديث عن خفض إستهلاك الوقود مع إيكوبوست (حتى نحو عشرين في المئة أقل من محرك آخر موازي القوة والعزم لكن بسعة حجمية أكبر) إلا الوجه الآخر لموضوع خفض التلوث (تهبط إنبعاثات ثاني أكسيد الكربون مع إيكوبوست حتى نحو 15 في المئة عن محرك موازي القوة والعزم لكن بسعة حجمية أكبر) الناجم عن ذاك الإستهلاك، لتتضح عندها مجموعة الفوائد (زيادة القوة وعزم الدوران مع خفض الإستهلاك والتلوث) التي تقترحها تقنيات إيكوبوست، إضافة الى الفوائد الأخرى وأهمها زيادة النعومة والسلاسة التشغيلية بفضل دقة تقنيات أحدث أجهزة التحكم الإلكتروني بالإشعال والبخ وبتوقيت سحب الهواء وتنفيس الغازات المحترقة، إضافة الى دقة التحكم بأداء التوربو.

بناء عليه، يمكن القول اليوم أن تكنولوجيا المحرك البنزيني لا تقف مكتوفة الأيدي أمام نمو عروض الموديلات المهجنة، وأنها لا تزال بعيدة عن قول كلمتها الأخيرة.