یک پیشرانه چگونه طراحی و ساخته می‌شود؟

بازدید از تأسیسات ساخت پیشرانه جگوار لندروور ما را با چگونگی طراحی و ساخت پیشرانه‌ای مدرن آشنا می‌کند.

هر فردی که گذرش به این تأسیسات بیفتد قطعاً به پیشرانه انجینیوم جگوار لندروور که در فضای بزرگ این کارخانه EMC قرار دارد خیره خواهد شد. همه ما می‌دانیم پیشرانه از قطعات زیادی تشکیل شده اما دیدن میزان پیچیدگی تکنولوژی بکار رفته در ساخت آن گاهی اوقات ما را در زمان چرخاندن کلید استارت به فکر فرو می‌برد. پیشرانه‌های احتراق داخلی این روزها خیلی نظرات مثبتی را به خود جلب نمی‌کنند زیرا قوای محرکه الکتریکی غالباً به عنوان جایگزین این پیشرانه‌ها در آینده مطرح هستند؛ اما تا آن زمان پیشرانه‌های احتراق داخلی به ایفای نقش اساسی خود ادامه خواهند داد. سرمایه‌گذاری ۱ میلیارد پوندی جگوار لندروور در EMC این حرف را تأیید می‌کند. در ادامه با فرایند ساخت یک پیشرانه احتراق داخلی آشنا می‌شویم.

1. شبیه‌سازی رایانه‌ای

طرح پایه پیشرانه احتراق داخلی بیش از ۱۰۰ سال سن دارد اما هنوز هم مهندسان به دنبال بهبود این فرمول هستند. آن‌ها می‌توانند با استفاده از نرم‌افزارهای قوی شبیه‌سازی همچون پکیج WAVE ریکاردو طراحی‌های متفاوتی را در پیشرانه بررسی نمایند. این امر به مهندسان اجازه می‌دهد تا یک پیشرانه مجازی را ساخته و فاکتورهایی کلیدی همچون تعداد سیلندرها، حجم، قطر، نسبت تراکم، توربو … را در نظر بگیرند. نرم‌افزار موردنظر بلوک‌هایی همچون توربوشارژر را می‌سازد و هر بلوک را می‌توان بهینه کرد.

ساخت یک پیشرانه مجازی فرایندی زمان‌بر بوده و نیازمند دخیل شدن تمامی حسگرها و فعال‌کننده‌ها است اما به مهندسان اجازه می‌دهد تا عملکرد و مصرف سوخت پیشرانه را قبل از ساخت نمونه‌های ابتدایی پیش‌بینی کنند. با هزاران محاسبه سنگینی که انجام می‌شود مخصوصاً در زمینه‌هایی همچون دینامیک فرایند احتراق، این نرم‌افزار نیازمند پردازشگرهای بسیار قوی رایانه‌ای برای انجام کار است. زمانی که مهندسان عملکرد پیش‌بینی شده طراحی خود را یافتند، سپس می‌توانند برخی بلوک‌ها را تکمیل کرده و ببینند آیا این امر تأثیری در بهبود طراحی دارد یا خیر. برای خانواده پیشرانه‌های انجینیوم، ظرفیت ۵۰۰ سانتی‌متر مکعبی در هر سیلندر به عنوان مقدار بهینه تعیین شده است. این حجم همچنین توسط خودروسازان زیادی همچون ولوو و خانواده پیشرانه‌های درایو E مورد استفاده قرار می‌گیرد. زمانی که کار شبیه‌سازی تمام شد زمان تست نمونه‌های پیش‌تولیدی فرا می‌رسد.

2. تست‌های تأییدی

پیشرانه‌های پروتوتایپ به تعداد کم و به منظور تأیید کردن کانسپت شبیه‌سازی شده و پیش از آماده شدن برای تولید انبوه ساخته می‌شوند. این پیشرانه‌ها نشان دهنده “قصد تولید” هستند یعنی انعکاسی از نمونه تولیدی نهایی می‌باشند. این آخرین شانس برای ایجاد تغییرات کوچک است زیرا زمانی که تولید انبوه کلید بخورد ایجاد تغییرات بسیار هزینه‌بر خواهد بود. پیشرانه‌های پیش‌تولیدی همچنین ساعات زیادی را در داینامومتر پیشرانه و پیش از کسب تأییدیه نهایی برای تولید انبوه می‌گذرانند.

3. ماشین‌کاری

تأسیسات پیشرانه جگوار لندروور به سه بخش تقسیم شده است: ماشین‌کاری، خط مونتاژ بنزینی و خط مونتاژ دیزلی. بخش ماشین‌کاری مسئول دریافت بلوک خام، سر سیلندر و میل‌لنگ و ماشین‌کاری آن‌ها برای تولید قطعات دقیق موردنیاز است. با قدم گذاشتن به سالن ماشین کار کارکنان کمی را خواهید دید.

خطوط ماشین‌کاری بسیار خودکار و رباتیک بوده و انسان تنها به عنوان سوپروایزر حضور دارد. این بخش همچنین بسیار تمیز است و از تأسیسات تولید پیشرانه سنتی بسیار فاصله دارد. در ادامه به فرایند ماشین‌کاری برخی قطعات اصلی پیشرانه می‌پردازیم.

• بلوک

بلوک آلومینیومی پیشرانه انجینیوم برای پیشرانه‌های بنزینی و دیزلی یکسان است. یکی از اولین فرایندها از ۲۳ فرایندی که انجام می‌شود حک کردن لیزری شماره پیشرانه روی بلوک به منظور هویت بخشی به آن است. یک تست نشتی روی منافذ نیز صورت می‌گیرد تا در صورت وجود ترک در دیواره سیلندرها سریعاً تشخیص داده شود. دلیل انجام این کار آن است که در زمان فشار خطوط فولادی، فولاد باید کل دیواره بلوک خام را لمس کند. در غیر این صورت نقاط داغ می‌توانند طول عمر بلوک را کم کنند. به منظور سازگاری خطوط فولادی، بلوک‌ها باید به مدت نیم ساعت تا ۲۰۰ درجه سانتی گراد داغ شوند تا پیش از فشار خطوط فولادی داخل آن‌ها بسط یابند. بلوک سپس خنک می‌شود تا استحکام و جای‌گیری مناسب خطوط فولادی تضمین گردد. تمامی فرایندهای صورت گرفته توسط تجهیزات اندازه‌گیری دقیق بررسی می‌شود و بلوک‌هایی که کوچک‌ترین نقصی دارند باید کنار گذاشته شوند.

• سر سیلندر

سر سیلندر نیز فرایند مشابهی را پشت سر می‌گذارد و ماشین‌کاری آن روی سطوحی صورت می‌گیرد تا سوپاپ‌ها و سایر اجزا به خوبی روی آن قرار گیرند. وجود موازی کاری‌های زیاد در این بخش نیز جالب توجه است. اگر یک ماشین دارای مشکل باشد خط می‌تواند با ماشین‌های مشابهی در خط دیگر ادامه یابد. البته سرعت تولید به نوعی کاهش می‌یابد.

• میل‌لنگ

میل‌لنگ یک قطعه اساسی بوده و در اینجا صحبت از فواصل میکرونی است. میل‌لنگ از حالت خام خشن تا فرایند نهایی بالانس می‌شود تا حفره‌های دو طرف شفت در محل صحیح قرار گیرند. سپس یاتاقان‌ها با قرار گرفتن حدود ۱۰ ثانیه‌ای در مایعی مخصوص با دمای ۱۰۰۰ درجه سانتی گرادی سخت می‌شوند و سپس سریعاً وارد آب سرد می‌شوند. پس از این فرایند، ماشین‌کاری انجام شده و چرخ‌دنده شفت که بالانس شده در جای خود قرار می‌گیرد. اکنون زمان بالانس نهایی است.

4. مونتاژ

برخلاف تأسیسات ماشین‌کاری رباتیک، خط مونتاژ بسیار به دستان کارمندان بستگی دارد. بلوک روی دستگاه‌های حمل‌کننده پیشرانه قرار داشته و فرایند به پیش می‌رود. هر دستگاه حمل‌کننده فرکانسی رادیویی دارد که مشخصات دقیق پیشرانه را ضبط کرده است. این امر به کارمندان خط مونتاژ اجازه می‌دهد تا در هر ایستگاه قطعات درست را روی پیشرانه ببندند. اکثر قطعات نصب شده از سوی تأمین‌کنندگان به این بخش آمده و در ۱۷ بخش خط مونتاژ مورد استفاده قرار می‌گیرند. مهار سیمی یک از آخرین کارهایی است که انجام می‌شود و پیش از آماده شدن پیشرانه برای تست روغن داخل آن ریخته می‌شود.

5. تست

آیا کار خواهد کرد؟ این بزرگ‌ترین سؤال است زیرا در زمان حمل پیشرانه به تأسیسات نهایی تولید خودرو نمی‌توان آن را امتحان کرد. به منظور تضمین موفقیت، تست‌های پیش رو انجام می‌شوند.

• تست سرد

تک‌تک پیشرانه‌ها در تست سرد شرکت می‌کنند و واژه “سرد” به این موضوع اشاره می‌کند که پیشرانه در واقع کار نمی‌کند. تست تشخیصی برای بررسی تمامی حسگرها و فعال‌کننده‌ها استفاده می‌شود. تست‌های کمپرس نیز به همراه بررسی‌های بصری انجام می‌شوند. زمانی که پیشرانه تأیید شد جگوار لندروور از نصب آن روی خودرو مطمئن می‌شود.

• تست کارکرد داغ

این تست استارت پیشرانه را بررسی می‌کند. هیچ فشاری رو پیشرانه همچون فشارهای زمان تست روی داینامومتر وجود ندارد. بنا به گفته جگوار لندروور، این تست در زمانی که تأسیسات تازه افتتاح شده بود روی تمامی پیشرانه‌ها انجام می‌شد اما از آنجایی که میزان اطمینان تست سرد در تشخیص مشکل‌ها بالا رفته هم‌اکنون تنها چند پیشرانه در روز تست کارکرد داغ را انجام می‌دهند. برخی پیشرانه‌ها هنوز هم با حداکثر فشار در تأسیسات داینو تست می‌شوند تا برخی موارد عملکردی آن‌ها تأیید شود.

6. انتقال

نتیجه نهایی این است که پیشرانه‌ها به تأسیسات مونتاژ خودرو در برومویچ، هیل وود و سولیهال انتقال می‌یابند تا روی طیف وسیعی از خودروها، از جگوار XE گرفته تا رنجروور ولار نصب شوند.

بار دیگر که می‌خواهید کلید را چرخانده و پیشرانه را بیدار کنید، کمی به تلاش‌های هوشمندانه مهندسان در ساخت این قلب آهنین نیز فکر کنید!

منبع: carmag