أنظمة إيقاف تشغيل الأسطوانات: نشرح لك كيف تعمل، وهل تسبب مشاكل، وكم من الوقود توفر

Antonio Roncero @roncero_antonio 5 January 2022 6 min.

مع لوائح مكافحة التلوث الأكثر صرامة يومًا بعد يوم، تكتسب كل قطرة وقود يتم توفيرها، أو كل غرام من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون يتم تجنب إطلاقه في الغلاف الجوي، قيمةً كبيرة. لهذا السبب، تعمل شركات تصنيع السيارات منذ سنوات على البحث وتطوير وتطبيق تقنيات على محركات الاحتراق الداخلي الخاصة بها تتيح خفض مستوى الاستهلاك وانبعاثات الملوثات دون التضحية بالأداء أو الإحساس بالقيادة أو الاستجابة… وباختصار، دون المساس بالأداء ومتعة القيادة.

الفكرة ليست جديدة على الإطلاق، رغم أن هذه التقنية تُستخدم اليوم في سيارات من كل الأنواع: من السيدانات الفاخرة أو السيارات الرياضية ذات المحركات متعددة الأسطوانات وسعة المحرك الكبيرة، وصولًا إلى سيارات المدينة الصغيرة بمحركات ثلاث أو أربع أسطوانات. يُنسب أول تطبيق لهذه التقنية في سيارة إلى شركة General Motors، التي طرحتها لأول مرة في محرك V8 المستخدم في فئة Cadillac في ثمانينيات القرن الماضي. نوع من “تصغير الحجم” المؤقت.

نجد هذه الأنظمة اليوم في محركات موديلات Porsche وMercedes وHonda… ورغم ذلك، فإن مجموعة Volkswagen هي التي عمّمت هذه التقنية، بعد أن أدرجتها لأول مرة بشكل متسلسل في محرك رباعي الأسطوانات، وهو المحرك 1.4 TSI، في عام 2011 تقريبًا. ويُستخدم حاليًا في محرك 1.5 رباعي الأسطوانات الذي تزوّد به العديد من موديلات المجموعة.

عادةً، ولأسباب تتعلق بالتوازن (لكي يعمل المحرك بسلاسة)، يتم إيقاف تشغيل نصف الأسطوانات. لكن توجد أيضًا محركات بعدد فردي من الأسطوانات، مثل تطور المحرك 1.0 Ecoboost الذي Ford قدّمته لأول مرة في Fiesta عام 2016، والذي يوقف تشغيل أسطوانة واحدة فقط من أصل ثلاث. لذلك يمكن العثور على هذه التقنية في سيارات صغيرة للاستخدام اليومي مثل Seat Ibiza… أو في سيارات رياضية مثل Audi R8 V10.

كيف يعمل المحرك مع نظام إيقاف تشغيل الأسطوانات

الهدف، كما أشرنا من قبل، هو تقليل الانبعاثات والاستهلاك، وذلك بجعل المحرك يعمل في ظروف معينة كما لو كان محركًا أصغر. إيقاف الأسطوانات لا يعني أنها تتوقف عن حركتها الترددية. ببساطة، يُستخدم آلية في منظومة التوزيع تمنع فتح صمامات العادم والسحب في الأسطوانات المراد تعطيلها، حيث لا تحدث عملية الاحتراق؛ وهناك أيضًا حالات قليلة يتم فيها ببساطة إيقاف حقن الوقود في تلك الأسطوانات، مثل محرك V12 سعته 6.5 لتر لدى مجموعة Volkswagen، على سبيل المثال.

في الأنظمة الأكثر شيوعًا، وهي التي تغلق الصمامات، أثناء تعطيل الأسطوانات تتحرك المكابس مضغوطةً الغازات التي بقيت بداخلها، وقد تكون ناتجة عن آخر احتراق قبل التعطيل، أو هواء “نقي” نتيجة آخر عملية سحب، مما يقلل من جهد المكبس أثناء حركته لأعلى ولأسفل منذ ذلك الحين، دون حقن بنزين في غرفة الاحتراق. يمكنك مشاهدة طريقة العمل بشكل توضيحي جدًا في هذا الفيديو:

https://www.youtube.com/watch?v=uRCCFIT_m5w

يتم تفعيل إيقاف الأسطوانات بشكل لحظي فقط، مستفيدًا من اللحظات التي تُقاد فيها السيارة بحمل منخفض على دواسة الوقود. في هذه الظروف تكون ما يُسمى “خسائر الضخ” في المحرك مرتفعة، إذ يصعب على المحرك إدخال كمية الهواء المناسبة إلى غرفة الاحتراق بسبب الفراغ الذي يتشكل في المشعب. وبتعطيل بعض الأسطوانات يعمل الباقي بكفاءة أكبر وبحمل أعلى.

هل يمكنك ملاحظة نظام إيقاف الأسطوانات أثناء القيادة؟

صُممت هذه الأنظمة بحيث لا يلاحظ السائق دخولها في العمل، والذي يحدث فقط في ظروف محددة للغاية، أي عند سرعات متوسطة وأحمال منخفضة، ولفترات زمنية قصيرة جدًا.

على سبيل المثال، في محرك رباعي الأسطوانات لدى مجموعة Volkswagen، يعمل عادةً فقط بين نحو 1400 إلى 1500 دورة في الدقيقة وحتى 4000 دورة، دائمًا مع طلب عزم دوران منخفض جدًا (بين 25 و100 نيوتن متر) وفي ظروف محددة من الحرارة والسرعة وغيرها. بل إنه في بعض الموديلات يمكنك معرفة أنك تقود وبعض الأسطوانات معطلة من خلال مؤشر في لوحة العدادات.

بطبيعة الحال، مع تعطيل الأسطوانات لا يُنتج المحرك نفس القدرة. لكن هذه هي الفكرة الأساسية: النظام يعمل فقط في حالات طلب التسارع المنخفض. وبمجرد أن تسرّع وتحتاج إلى استجابة المحرك، يعود النظام ليسمح لجميع الأسطوانات بالعمل خلال أجزاء من الثانية.

وماذا عن توازن المحرك؟ ألا يزيد العمل بعدد أقل من الأسطوانات من الضوضاء أو الاهتزازات؟ في الحقيقة نعم، لكن الشركات المصنعة تتدبر أمرها لمواجهة هذا “الضرر الجانبي” أيضًا بالتكنولوجيا. ففي محرك ثلاثي الأسطوانات مثل Ecoboost لدى Ford، على سبيل المثال، يتم ذلك عبر تحسين عجلة الطيران ثنائية الكتلة وقابض معزز. وفي محركات V8 يتم عادةً إيقاف الأسطوانات 2 و3 و5 و8، مع ترك تسلسل إشعال محرك V4 للأسطوانات 1 و4 و7 و6… والاعتماد على حوامل محرك نشطة تتولى إزالة الاهتزازات.

كم يتم توفيره مع نظام إيقاف تشغيل الأسطوانات؟

أولًا، يعتمد ذلك بشكل كبير على المحرك، وأيضًا على نمط القيادة. ثم هناك حقيقة أن الاستهلاك المعتمد والاستهلاك الفعلي، كما هو الحال دائمًا، لا يتطابقان عادةً مع الأرقام التي تعلنها الشركات المصنعة، وما يلاحظه المستخدمون في محافظهم.

تتحدث Porsche، على سبيل المثال، عن توفير في الوقود يصل إلى 30% في محركات V8 التوربينية سعة 4 لترات. Audi تحدثت دائمًا عن توفير في الاستهلاك يتراوح بين نصف لتر ولتر لكل 100 كم، بحسب أسلوب القيادة وظروف السير.

وقد طورت General Motors، الرائدة في هذه التقنية، بالفعل نظام إيقاف أسطوانات متغيرًا، قادرًا على تعديل عدد الأسطوانات المعطلة وفقًا لحمل المحرك في الوقت الفعلي، مع فوائد أكبر أيضًا من حيث خفض الانبعاثات والاستهلاك. والفكرة هي تطبيق هذه التقنية على محركات ذات سعة كبيرة (شاحنات البيك أب أو “الفانات”، والشاحنات)، حتى على محركات الديزل. وإذا كنت فضوليًا، يمكنك مشاهدة كيفية عمل هذا النظام هنا.

https://www.youtube.com/watch?v=ei1NyfgY5Ds

ما يمكنني قوله لك هو أنه، على الأقل من خلال تجربتنا، فإن احتواء المحرك على نظام إيقاف الأسطوانات لا يعني بالضرورة أنه سيستهلك وقودًا أقل من محرك آخر لا يستخدم هذا النظام. بعبارة أخرى: توجد محركات ممتازة من حيث الكفاءة تستهلك القليل جدًا دون الحاجة إلى اللجوء إلى هذه التقنية.