06-01-2012، 18:27
منيفولدهاي ورودي متغير از اواسط دهه 90 بطور گسترده رايج شدند. با استفاده از اين سيستم گشتاور پايين در
دور متوسط افزايش يافته بدون اين كه تاثيري بروي مصرف سوخت يا قدرت در دورهاي بالا داشته باشد. بد ين
وسيله انعطاف پذيري موتور بهبود مي يابد. يك منيفولد معمولي براي قدرت درسرعت بالا يا گشتاو در دورپايين
و يا يك توازن بين آنها بهينه سازي مي شود اما منيفولد ورودي متغير يك يا بيش از دومرحله براي انجام وظيفه
در سرعت مختلف موتورمطرح ميكند گفته ميشود نتايج استفاده ازاين سيستم شبيه استفاده ازسيستم تايمينگ
متغيرسوپاپ(VVT) مي باشد اما مزيت منيفولد ورودي متغير اين است كه گشتاور دور پايين را بيش ازقدرت در
در دور بالا افزايش مي دهد. بنابراين اين سيستم براي خودروهاي چهار در(sedan) كه هر روز سنگين و سنگين
تر مي شوند خيلي مفيد مي باشد. با افزايش خودروهايي كه خصوصيات اسپورت دارند مانند Ferrari 360 M و
550 M از منيفولدهاي ورودي متغير در كنار تايمينگ متغير سوپاپ براي قابليت بهتر در حركت استفاده مي شود
. در مقايسه با VVT منيفولدهاي ورودي متغيرارزانترمي باشند. براي اين كه فقط به چند منيفولد ريخته گري
شده و تعداد كمي سوپاپهاي الكتريكي احتياج دارند در مقابل VVT به تعدادي كار انداز هيدر دقيق ومناسب
و يا حتي تعدادي بادامك مخصوص و ميل بادامك نياز دارد. منيفولدهاي ورودي دو نوع ميباشند: منيفولدورودي
ورودي با طول متغير و منيفولدهاي ورودي انعكاسي . هر دو آنها از هندسه منيفولدهاي ورودي براي رسيدن به
يك هدف مشابه استفاده مي كنند.
منيفولد ورودي طول متغير
منيفولدهاي ورودي طول متغيرمعمولا در خودروهاي سواري چهار در(sedan) استفاده مي شوند.دربيشتر
طراحي ها از دو منيفولد با طول متفاوت براي تغذيه هر سيلندر استفاده ميشود. منيفولدهاي با طول بلند براي
دورهاي پايين و منيفولدهاي كوتاه براي دورهاي بالا استفاده ميشوند. فهميدن اينكه چرا دور بالا به منيفولد كوتاه
احتياج دارد ساده است چون كه با استفاده از آن مكش موتور بطور آزادانه و آسان صورت مي گيرد. اما چرا در
دورهاي پايين منيفولدهاي با طول بلند مورد نياز است ؟
چونكه استفاده از لوله هاي بلندتر باعث كاهش فركانس هواي ورودي به سيلندر ميشود به گونه اي كه با كاهش
دور موتور تطابق زيادي دارد و باعث بهتر پر شدن سيلندر مي شود و بدين ترتيب گشتاور خروجي را افزايش
مي دهد. از طرف ديگر منيفولد ورودي بلند تر جريان هوا را به آرامي هدايت مي كند كه باعث بهتر مخلوط شدن
سوخت و هوا مي شود.
بعضي از سيستمهاي طول متغيرارائه شده سه مرحله دارند كه از اين نوع درAudi V8 استفاده شده است.
درحقيقت Audi از منيفولدهاي جداگانه استفاده نمي كند. در عوض از يك منيفولد ورودي دوراني كه ورودي آن
در مركز روتور آن واقع است استفاده مي كند. چرخش مجراي ورودي به وضعيتهاي مختلف باعث ايجاد طولهاي
مختلف در منيفولد مي شود.
ترتيب احتراق به گونه اي است كه سيلندرها بطور متناوب از هر يك از محفظه ها تنفس مي كنند كه باعث ايجاد
يك موج فشاري بين آنها م شود. اگر فركانس موج فشار با دور تطابق داشته باشد مي تواند به پرشدن سيلندر
كمك كند بدين ترتيب راندمان مكش افزايش يافته. فركانس توليدي به سطح مقطع لوله هاي متصل شده بستگي
دارد. با بستن يكي ازآنها دردور پايين سطح مقطع به خوبي فركانس را كاهش مي دهد بدين گونه گشتاورخروجي
در دور متوسط افزايش مي يابد. در دور بالا سوپاپ باز شده و بهتر پر شدن سيلندر را فراهم مي كند.
سيستم ورودي انعكاسي در مدلهاي مختلف پورشه استفاده شده كه اولين آن 964 Carrier بود. در مدل 993
پورشه اين سيستم را با منيفولد طول متغير سه مرحله اي به نام Varioram تركيب كرد. بخاطر اينكه اين سيستم
فضاي زيادي را اشغال مي كرد در مدل 996 فقط ازسيستم ورودي انعكاسي استفاده شد. هوندا NSX نيز ازديگر
استفاده كنندگان نادر سيستم ورودي انعكاسي مي باشد.
كمتر از rpm5000 (چپ Aوراست بالا):لوله هاي بلند وسيستم انعكاسي غير فعالند.
RPM5800-5000 )چپB و راست وسط) : لوله هاي بلند بعلاوه لوله كوتاه ورودي انعكاسي . يكي از لوله
هاي متصل شده ورودي انعكاسي بسته است.
RPM5800 (چپ C و راست پايين ): لوله هاي بلند بعلاوه لوله كوتاه ورودي انعكاسي و هر دو لوله سيستم
ورودي انعكاسي باز ميشود .
خلاصه منيفولدهاي ورودي متغير
مزايا
بهبود گشتاور تحويلي در دور پايين بدون كاهش قدرت در دور بالا و ارزانتر بودن نسبت به تايمينگ متغيرسوپاپ
VVT)).
معايب
تقريبا فضاي زيادي اشغال مي كند و تاثيري در افزايش گشتاور در دور بالا ندارد.
Toyota T-VIS
بيشتر موتورهاي 4 سوپاپ اوليه در دورهاي پايين و متوسط گشتاور خوبي توليد نمي كردند. براي اينكه سطح
ورودي بزرگتر باعث كاهش جريان هوا مي شد. مخصوصا درسرعتهاي پايين جريان هواي آرام در منيفولد
ورودي يك مخلوط سوخت و هواي ناقص را فراهم مي كند. بنابر اين باعث ايجاد دتونيشن (Knock) و كاهش
قدرت و گشتاور مي شود. بنابراين موتورهاي 4 سوپاپ در دورهاي بالا قوي مي باشند اما در دورهاي پايين
ضعيف بودند تا وقتيكه تكنولوژي منيفولدهاي ورودي متغير رايج شد. شورولت Cosworth Vega كه در دور
پايين ضعيف بود اين كار را انجام داد.
منيفولد ورودي دوراني براي موتورهاي V6مرسدس بنز مدلهاي SLK,CLS,E-class كه براي كاهش وزن از
جنس منيزيم ساخته مي شوند. در واكنش به آن در واسط دهه 80 سيستم ورودي متغير تويوتا T-VIS را توليد
كرد. T-VIS به سرعت كم جريان هوا در منيفولد شتاب ميدهد. تئوري اين مسئله ساده مي باشد. منيفولد ورودي
براي هر سيلندر به دو زيرمنيفولد (sub-manifold) تقسيم ميشود كه درنزديكي سوپاپ ورودي به يكديگرمتصل
متصل ميشوند. يك سوپاپ پروانه اي نيز به يكي ا ز زير منيفولدها اضافه شده است. در دورهاي كمتراز تقريبا
4650 rpm سوپاپ پروانه اي براي افزايش سرعت در منيفولد مي بايست بسته باشد. در نتيجه مخلوط خوبي را
در منيفولد بدست مي آوريم موتورهاي تزريق مستقيم از استفاده ازاين سيستم محرومند. زيراسيستم تزريق
مستقيم فضاي زيادي را در منيفولد اشغال مي كند
تايمينگ متغير سوپاپ VVT
تئوري
بعد از اينكه تكنولوژي چند سوپاپ ( Multi Valve) در طراحي موتورها استاندارد شد تايمينگ متغير سوپاپ
مرحله بعدي افزايش راندمان موتور مي باشد.همانطور كه مي دانيد سوپاپ ها تنفس موتور را فراهم مي كنند.
تنظيم تنفس كه همان تنظيم سوپاپ هاي ورودي و خروجي مي باشد بوسيله شكل و زاويه بادامك ها كنترل مي
شود. براي بهينه سازي تنفس موتور به تنظيم سوپاپ مختلف در دورهاي متفاوت نياز مي باشد. وقتي كه دور
افزايش مي يابد مدت زمان كورس مكش و تخليه كاهش مي يابد بنابراين هواي تازه به ميزان كافي نمي تواند
سريع وارد محفظه احتراق شود درحاليكه گازهاي اگزوز نيز با سرعت كافي محفظه احتراق را ترك نمي كنند.
بنابراين بهترين راه حل باز شدن زودتر سوپاپ ورودي و ديرتر بسته شدن سوپاپ خروجي مي باشد. بعبارت
ديگر زمان قيچي (Overlapping) سوپاپ ورودي و خروجي با افزايش دور موتور بايد افزايش يابد. مهندسين
سابقا بهترين تايمينگ سوپاپ را بصورت توافقي انتخاب مي كردند. براي مثال يك وانت بخاطر بازده بهتر در
دور پائين ممكن است زمان قيچي كمتري را بكار گيرد اما يك ماشين مسابقه اي بخاطر قدرت بيشتر در دور بالا
ممكن است زمان قيچي قابل ملاحظه اي را بكار گيرد. در خودروهاي سواري معمولي ممكن است تايم سوپاپ
بهينه براي دور متوسط بكار گرفته شود تا هم در دور كم قابليت خوبي داشته باشد و همچنين قدرت در دور بالا
خيلي كاهش نيابد و شبيه موتورهاي ديگر كه براي يك دور معين بهينه سازي ميشوند نباشند. با تايمينگ متغير
سوپاپ قدرت و گشتاور مي تواند در يك محدوده عريض بهينه شود.
بيشترين نتايج قابل توجه عبارنتد از :
Ø موتور مي تواند در دور بالاتري كار كند بنابراين حداكثر قدرت توليد مي شود. براي مثال قدرت ماكزيمم
Ø موتور نيسان 2 ليتري Neo VVL 25% بيشتر از نمونه بدون VVT آن مي باشد.
Ø افزايش گشتاور در دور پائين ، بنابراين نيروي محركه بهبود مي يابد. براي مثال موتور فيات
بلند شدن متغير سوپاپ Variable Lift
در بعضي از طراحي ها بلند شدن سوپاپ مي تواند بر حسب دور موتور متغير باشد. در دوربالا افزايش بلند شدن
شدن سوپاپ ورود هوا و خروج گازهاي اگزوز را تسريع مي كند بنابراين تنفس موتور را بهبود مي بخشد. البته
بلند شدن اين چنيني در دور آرام اثر معكوسي شبيه ناقص مخلوط شدن سوخت و هوا ايجاد ميكند بنابراين بازده
را كاهش مي دهد و يا حتي منجر به خاموش شدن موتور (misfire) مي شود. بنابراين بلند شدن سوپاپ بايد بر
. طبق دور موتور باشد.
دور متوسط افزايش يافته بدون اين كه تاثيري بروي مصرف سوخت يا قدرت در دورهاي بالا داشته باشد. بد ين
وسيله انعطاف پذيري موتور بهبود مي يابد. يك منيفولد معمولي براي قدرت درسرعت بالا يا گشتاو در دورپايين
و يا يك توازن بين آنها بهينه سازي مي شود اما منيفولد ورودي متغير يك يا بيش از دومرحله براي انجام وظيفه
در سرعت مختلف موتورمطرح ميكند گفته ميشود نتايج استفاده ازاين سيستم شبيه استفاده ازسيستم تايمينگ
متغيرسوپاپ(VVT) مي باشد اما مزيت منيفولد ورودي متغير اين است كه گشتاور دور پايين را بيش ازقدرت در
در دور بالا افزايش مي دهد. بنابراين اين سيستم براي خودروهاي چهار در(sedan) كه هر روز سنگين و سنگين
تر مي شوند خيلي مفيد مي باشد. با افزايش خودروهايي كه خصوصيات اسپورت دارند مانند Ferrari 360 M و
550 M از منيفولدهاي ورودي متغير در كنار تايمينگ متغير سوپاپ براي قابليت بهتر در حركت استفاده مي شود
. در مقايسه با VVT منيفولدهاي ورودي متغيرارزانترمي باشند. براي اين كه فقط به چند منيفولد ريخته گري
شده و تعداد كمي سوپاپهاي الكتريكي احتياج دارند در مقابل VVT به تعدادي كار انداز هيدر دقيق ومناسب
و يا حتي تعدادي بادامك مخصوص و ميل بادامك نياز دارد. منيفولدهاي ورودي دو نوع ميباشند: منيفولدورودي
ورودي با طول متغير و منيفولدهاي ورودي انعكاسي . هر دو آنها از هندسه منيفولدهاي ورودي براي رسيدن به
يك هدف مشابه استفاده مي كنند.
منيفولد ورودي طول متغير
منيفولدهاي ورودي طول متغيرمعمولا در خودروهاي سواري چهار در(sedan) استفاده مي شوند.دربيشتر
طراحي ها از دو منيفولد با طول متفاوت براي تغذيه هر سيلندر استفاده ميشود. منيفولدهاي با طول بلند براي
دورهاي پايين و منيفولدهاي كوتاه براي دورهاي بالا استفاده ميشوند. فهميدن اينكه چرا دور بالا به منيفولد كوتاه
احتياج دارد ساده است چون كه با استفاده از آن مكش موتور بطور آزادانه و آسان صورت مي گيرد. اما چرا در
دورهاي پايين منيفولدهاي با طول بلند مورد نياز است ؟
چونكه استفاده از لوله هاي بلندتر باعث كاهش فركانس هواي ورودي به سيلندر ميشود به گونه اي كه با كاهش
دور موتور تطابق زيادي دارد و باعث بهتر پر شدن سيلندر مي شود و بدين ترتيب گشتاور خروجي را افزايش
مي دهد. از طرف ديگر منيفولد ورودي بلند تر جريان هوا را به آرامي هدايت مي كند كه باعث بهتر مخلوط شدن
سوخت و هوا مي شود.
بعضي از سيستمهاي طول متغيرارائه شده سه مرحله دارند كه از اين نوع درAudi V8 استفاده شده است.
درحقيقت Audi از منيفولدهاي جداگانه استفاده نمي كند. در عوض از يك منيفولد ورودي دوراني كه ورودي آن
در مركز روتور آن واقع است استفاده مي كند. چرخش مجراي ورودي به وضعيتهاي مختلف باعث ايجاد طولهاي
مختلف در منيفولد مي شود.
ترتيب احتراق به گونه اي است كه سيلندرها بطور متناوب از هر يك از محفظه ها تنفس مي كنند كه باعث ايجاد
يك موج فشاري بين آنها م شود. اگر فركانس موج فشار با دور تطابق داشته باشد مي تواند به پرشدن سيلندر
كمك كند بدين ترتيب راندمان مكش افزايش يافته. فركانس توليدي به سطح مقطع لوله هاي متصل شده بستگي
دارد. با بستن يكي ازآنها دردور پايين سطح مقطع به خوبي فركانس را كاهش مي دهد بدين گونه گشتاورخروجي
در دور متوسط افزايش مي يابد. در دور بالا سوپاپ باز شده و بهتر پر شدن سيلندر را فراهم مي كند.
سيستم ورودي انعكاسي در مدلهاي مختلف پورشه استفاده شده كه اولين آن 964 Carrier بود. در مدل 993
پورشه اين سيستم را با منيفولد طول متغير سه مرحله اي به نام Varioram تركيب كرد. بخاطر اينكه اين سيستم
فضاي زيادي را اشغال مي كرد در مدل 996 فقط ازسيستم ورودي انعكاسي استفاده شد. هوندا NSX نيز ازديگر
استفاده كنندگان نادر سيستم ورودي انعكاسي مي باشد.
كمتر از rpm5000 (چپ Aوراست بالا):لوله هاي بلند وسيستم انعكاسي غير فعالند.
RPM5800-5000 )چپB و راست وسط) : لوله هاي بلند بعلاوه لوله كوتاه ورودي انعكاسي . يكي از لوله
هاي متصل شده ورودي انعكاسي بسته است.
RPM5800 (چپ C و راست پايين ): لوله هاي بلند بعلاوه لوله كوتاه ورودي انعكاسي و هر دو لوله سيستم
ورودي انعكاسي باز ميشود .
خلاصه منيفولدهاي ورودي متغير
مزايا
بهبود گشتاور تحويلي در دور پايين بدون كاهش قدرت در دور بالا و ارزانتر بودن نسبت به تايمينگ متغيرسوپاپ
VVT)).
معايب
تقريبا فضاي زيادي اشغال مي كند و تاثيري در افزايش گشتاور در دور بالا ندارد.
Toyota T-VIS
بيشتر موتورهاي 4 سوپاپ اوليه در دورهاي پايين و متوسط گشتاور خوبي توليد نمي كردند. براي اينكه سطح
ورودي بزرگتر باعث كاهش جريان هوا مي شد. مخصوصا درسرعتهاي پايين جريان هواي آرام در منيفولد
ورودي يك مخلوط سوخت و هواي ناقص را فراهم مي كند. بنابر اين باعث ايجاد دتونيشن (Knock) و كاهش
قدرت و گشتاور مي شود. بنابراين موتورهاي 4 سوپاپ در دورهاي بالا قوي مي باشند اما در دورهاي پايين
ضعيف بودند تا وقتيكه تكنولوژي منيفولدهاي ورودي متغير رايج شد. شورولت Cosworth Vega كه در دور
پايين ضعيف بود اين كار را انجام داد.
منيفولد ورودي دوراني براي موتورهاي V6مرسدس بنز مدلهاي SLK,CLS,E-class كه براي كاهش وزن از
جنس منيزيم ساخته مي شوند. در واكنش به آن در واسط دهه 80 سيستم ورودي متغير تويوتا T-VIS را توليد
كرد. T-VIS به سرعت كم جريان هوا در منيفولد شتاب ميدهد. تئوري اين مسئله ساده مي باشد. منيفولد ورودي
براي هر سيلندر به دو زيرمنيفولد (sub-manifold) تقسيم ميشود كه درنزديكي سوپاپ ورودي به يكديگرمتصل
متصل ميشوند. يك سوپاپ پروانه اي نيز به يكي ا ز زير منيفولدها اضافه شده است. در دورهاي كمتراز تقريبا
4650 rpm سوپاپ پروانه اي براي افزايش سرعت در منيفولد مي بايست بسته باشد. در نتيجه مخلوط خوبي را
در منيفولد بدست مي آوريم موتورهاي تزريق مستقيم از استفاده ازاين سيستم محرومند. زيراسيستم تزريق
مستقيم فضاي زيادي را در منيفولد اشغال مي كند
تايمينگ متغير سوپاپ VVT
تئوري
بعد از اينكه تكنولوژي چند سوپاپ ( Multi Valve) در طراحي موتورها استاندارد شد تايمينگ متغير سوپاپ
مرحله بعدي افزايش راندمان موتور مي باشد.همانطور كه مي دانيد سوپاپ ها تنفس موتور را فراهم مي كنند.
تنظيم تنفس كه همان تنظيم سوپاپ هاي ورودي و خروجي مي باشد بوسيله شكل و زاويه بادامك ها كنترل مي
شود. براي بهينه سازي تنفس موتور به تنظيم سوپاپ مختلف در دورهاي متفاوت نياز مي باشد. وقتي كه دور
افزايش مي يابد مدت زمان كورس مكش و تخليه كاهش مي يابد بنابراين هواي تازه به ميزان كافي نمي تواند
سريع وارد محفظه احتراق شود درحاليكه گازهاي اگزوز نيز با سرعت كافي محفظه احتراق را ترك نمي كنند.
بنابراين بهترين راه حل باز شدن زودتر سوپاپ ورودي و ديرتر بسته شدن سوپاپ خروجي مي باشد. بعبارت
ديگر زمان قيچي (Overlapping) سوپاپ ورودي و خروجي با افزايش دور موتور بايد افزايش يابد. مهندسين
سابقا بهترين تايمينگ سوپاپ را بصورت توافقي انتخاب مي كردند. براي مثال يك وانت بخاطر بازده بهتر در
دور پائين ممكن است زمان قيچي كمتري را بكار گيرد اما يك ماشين مسابقه اي بخاطر قدرت بيشتر در دور بالا
ممكن است زمان قيچي قابل ملاحظه اي را بكار گيرد. در خودروهاي سواري معمولي ممكن است تايم سوپاپ
بهينه براي دور متوسط بكار گرفته شود تا هم در دور كم قابليت خوبي داشته باشد و همچنين قدرت در دور بالا
خيلي كاهش نيابد و شبيه موتورهاي ديگر كه براي يك دور معين بهينه سازي ميشوند نباشند. با تايمينگ متغير
سوپاپ قدرت و گشتاور مي تواند در يك محدوده عريض بهينه شود.
بيشترين نتايج قابل توجه عبارنتد از :
Ø موتور مي تواند در دور بالاتري كار كند بنابراين حداكثر قدرت توليد مي شود. براي مثال قدرت ماكزيمم
Ø موتور نيسان 2 ليتري Neo VVL 25% بيشتر از نمونه بدون VVT آن مي باشد.
Ø افزايش گشتاور در دور پائين ، بنابراين نيروي محركه بهبود مي يابد. براي مثال موتور فيات
بلند شدن متغير سوپاپ Variable Lift
در بعضي از طراحي ها بلند شدن سوپاپ مي تواند بر حسب دور موتور متغير باشد. در دوربالا افزايش بلند شدن
شدن سوپاپ ورود هوا و خروج گازهاي اگزوز را تسريع مي كند بنابراين تنفس موتور را بهبود مي بخشد. البته
بلند شدن اين چنيني در دور آرام اثر معكوسي شبيه ناقص مخلوط شدن سوخت و هوا ايجاد ميكند بنابراين بازده
را كاهش مي دهد و يا حتي منجر به خاموش شدن موتور (misfire) مي شود. بنابراين بلند شدن سوپاپ بايد بر
. طبق دور موتور باشد.