نگاهی به فناوری تراکم متغیر پیشرانه نیسان

تقریبا از زمان وجود پیشرانه‌ها‌، مهندسان سعی کرده‌اند پیشرانه‌های با فشار (تراکم) متغیر را به کمال برسانند؛ گرچه تاکنون فقط نیسان موفق شده است که یک مدل از آن را تولید کند. فناوری تراکم متغیر توربو (VC-T) دقیقا کاری را انجام می‌دهد که بسیاری نتوانسته‌اند انجام دهند. به‌عبارت‌دیگر، این فناوری نسبت تراکم پیشرانه‌ را هنگام کار تغییر می‌دهد.

نسبت تراکم به حاصل تقسیم حجم جاروب‌شده یک سیلندر (بخشی از سیلندر که پیستون آن را جارو می‌کند) بر حجم جاروب‌شده به اضافه‌ی حجم محفظه احتراق (حجم جاروب‌نشده) می‌گویند. محفظه‌ی احتراق در بالای سیلندر جایی است که سوخت و هوا را پیستون فشرده و مشتعل می‌کند.

هرچه فشار در این محفظه بیشتر باشد، احتراق کارآمدتر است و قدرت بیشتری ایجاد می‌شود. بااین‌حال، افزایش فشار بیش‌از‌حد معایبی نیز دارد. ایجاد فشار بیش‌از‌حد به‌جای سوختن یکنواخت (مطلوب)، باعث منفجرشدن پیش از موعد مخلوط سوخت و هوا یا به‌اصطلاح کوبش پیشرانه خواهد شد. این وضعیت نامطلوب است و به‌طور بالقوه می‌تواند موجب خراب‌شدن پیشرانه‌ شود.

با افزایش درجه‌ی اکتان بنزین می‌توان از کوبش جلوگیری کرد و باعث احتراق آهسته‌تر آن یا عقب‌انداختن جرقه شد. بنابراین، سوخت درحالی‌که پیستون در مرحله‌ی احتراق در حال حرکت به‌سمت پایین است، می‌سوزد و باعث کاهش فشار در سیلندر می‌شود. این کار را می‌توان با استفاده از حسگرهای ضربه برای تشخیص شروع کوبش انجام داد؛ اما این باعث کاهش کارایی و قدرت پیشرانه خواهد شد.

وقتی توربوشارژر به پیشرانه اضافه شود، معادله حتی پیچیده‌تر می‌شود. توربوشارژر هوای ورودی را زیر فشار قرار می‌دهد و فشار را در محفظه‌ی احتراق بیشتر می‌کند. پیشرانه‌های توربوشارژ اولیه نسبت تراکم (فشرده‌سازی) نسبتا کمی داشتند تا فشار محفظه‌ی احتراق را هنگام افزایش تراکم زیر آستانه‌ی ضربه نگه دارند. یکی از نکات منفی استفاده از توربوشارژر این بود که عملکرد و کارایی و واکنش پیشرانه‌ تحت‌تأثیر قرار می‌گرفت و تأخیر ایجاد می‌شد. حسگرهای ضربه‌ی مدرن نسبت‌های تراکم مکانیکی بیشتری ایجاد می‌کنند؛ اما حالت ایدئال این است که نسبت تراکم مکانیکی در هنگام کارکرد پیشرانه تغییر کند.

روش‌های بسیاری برای بهبود این وضعیت امتحان شده است. پر گیلبراند، نابغه‌ی اسبق پیشرانه‌‌ی شرکت خودروسازی ساب، یک بلوک پیشرانه‌ را از وسط نصف و نیمه‌ی بالایی را از یک طرف لولا کرد و مانند آکاردئون، نشتی قسمت پایین را گرفت و آن را کاملا ایزوله کرد. با تکان‌دادن نیمه‌ی بالایی بلوک با استفاده از وسایل الکترونیکی و بادامک، محفظه‌ی احتراق در بالای بلوک دربرابر میل‌لنگ و پیستون‌ها به‌سمت بالا و پایین حرکت می‌کرد. این طرح جواب داد؛ اما احتمالا عملی نبود.

مثال دیگر، پیشرانه‌‌ی دوزمانه‌ی طراحی‌شده‌ی شرکت لوتوس اینجینیرینگ بود. این پیشرانه که آمنی‌ور (Omnivore) یا همه‌چیز‌خوار نامیده می‌شود، می‌تواند با تغییر در نسبت تراکم، خود را با سوخت‌‌های مختلف تطبیق دهد. دیسک کوچک و پیستون‌مانندی در سرسیلندر به داخل و خارج حرکت می‌کند تا حجم محفظه‌ی احتراق بزرگ‌تر یا کوچک‌تری ایجاد کند.

هیچ‌کدام از این پیشرانه‌ها و ایده‌ها تولید نشدند؛ اما فناوری VC-T نیسان در پیشرانه‌ی خودروهای Mk6 آلتیما و اینفینیتی QX50 به‌کار گرفته شد. هر‌کدام از شاتون‌های پیستون ازطریق اتصال مفصلی به میل‌لنگ متصل می‌شوند و با کنترل آن اتصال ازطریق مجموعه‌ای از پیوندها، پیستون‌ها به‌سمت بالا یا پایین می‌روند. با بالارفتن پیستون، نسبت تراکم تا ۱:۱۴ افزایش می‌یابد که موجب بهترشدن کارایی می‌شود. با پایین‌رفتن پیستون، نسبت تراکم به ۱:۸ می‌رسد و باعث می‌شود قدرت ناشی از عملکرد توربوشارژر افزایش یابد. این ایده کمی پیچیده، ولی درعین‌حال هوشمندانه است؛ هرچند هنوز در خودروهای کمی استفاده می‌شود.