فناوری انقلابی هوش مصنوعی در سوپاپ‌های برقی چگونه عمل می‌کند؟

فناوری سوپاپ هوشمند کم‌کان (Camcon) با حذف میل‌سوپاپ و جایگزینی آن با عملگرهای الکتریکی امکان نظارت کامل و دقیق بر میزان هوای ورودی به پیشرانه را فراهم می‌کند. این شرکت نوپا در ابتدا با تمرکز بر توسعه‌ی این فناوری برای استفاده در خودروهای سدان و خانوادگی کار خود را آغاز کرد؛ اما در طول این مسیر، با تغییرجهت قصد دارد فناوری نوظهور خود را به پیشرانه‌های دیزلی وارد کند.

با ظهور خودروهای الکتریکی و هیبریدی و هیدروژنی آینده‌ی استفاده از فناوری‌های جدید در پیشرانه‌های بنزینی به‌خطر افتاد و فضای دنیای خودروسازی به‌سوی استقبال از خودروهای الکتریکی تغییر یافت. به‌علاوه، استفاده از سوپاپ الکتریکی و ایجاد تنظیمات بهینه روی آن سبب شد طیف وسیعی از متغیرهای مهندسی دراختیار مهندسان قرار گیرد. تعدد متغیرها نظیر دما و سرعت و شرایط کارکرد پیشرانه به‌معنای درنظرگرفتن سناریوهای بی‌شمار برای بررسی حالات مختلف عملکرد سوپاپ‌ها است. همچنین، توجه عمده‌ی مصرف‌کنندگان به امکانات رفاهی درکنار سایر عوامل ذکرشده دست‌به‌دست هم داد تا پروژه‌ی انقلابی کم‌کان با مشکل مواجه شود و این شرکت نتواند نظر خودروسازان بزرگ را جلب کند.

شکست اولیه‌ی کم‌کان باعث نشد این شرکت نوپا دست از تلاش برای تحقق رؤیاهایش بردارد. این شرکت با تغییر استراتژی خود، به‌طورهم‌زمان در سه حوزه‌ی مختلف مشغول فعالیت است. اولین زمینه‌ی فعالیت این شرکت ساخت کیت‌های آماده برای پیشرانه‌های تحقیقاتی تک‌سیلندر است که می‌تواند سناریوهای مختلف مهندسی را شبیه‌سازی کند. در دومین عرصه و با ظهور جدی خودروهای الکتریکی سبک، کم‌کان توجه خود را برای ورود به عرصه‌ی پیشرانه‌های دیزلی معطوف کرده است و قصد دارد از فناوری سوپاپ الکتریکی در خودروهای سنگین بهره ببرد. به‌عنوان سومین زمینه‌ی فعالیت، کم‌کان با تشکیل گروهی از متخصصان هوش مصنوعی قصد دارد فناوری سوپاپ الکتریکی را با هوش مصنوعی و یادگیری ماشین تلفیق کند تا روند کالیبراسیون سوپاپ‌ها با سرعت و دقت بیشتری انجام شود.

کم‌کان پس از ناکامی حاصل از تغییر روند صنعت خودروسازی، تلاش کرد محصولات خود را به‌شکلی دیگر دراختیار خودروسازان قرار دهد. این شرکت با تولید کیت سوپاپ الکتریکی برای پیشرانه‌های تک‌سیلندر تحقیقاتی که کاربرد گسترده‌ای در واحدهای تحقیق و توسعه‌ی خودروسازان دارد، سعی می‌کند ظرفیت‌های این فناوری جدید را به‌نمایش بگذارد.

با استفاده از این فناوری در مراحل اولیه‌ی طراحی پیشرانه، می‌توان الگوی بازو‌بسته‌شدن سوپاپ‌ها را تغییر داد و به‌جای فرایند زمان‌بر و خسته‌کننده‌ی تعویض میل‌سوپاپ (میل‌بادامک) و باز‌و‌بسته‌کردن پیشرانه، استفاده از میل‌سوپاپ‌های مختلف را تنها با فشردن یک دکمه شبیه‌سازی کرد. در‌حال‌حاضر، کم‌کان موفق شده فناوری جدید خود را در آزمایشگاه یکی از غول‌های خودروسازی وارد و سفارش‌هایی برای تجهیز دیگر آزمایشگاه‌ها دریافت کند.

بعد از تغییر رویه‌ی کم‌کان، زمانی‌که این شرکت به‌دنبال مشتری برای فناوری خود بود، مسئولان این شرکت متوجه شدند بیشتر درخواست‌ها را سازندگان خودروهای سنگین داده‌اند. مارک گاستیک (Mark Gostick)، مدیر بازاریابی کم‌کان، گفته است این شرکت در ابتدا هیچ ایده‌ای برای به‌کارگیری فناوری سوپاپ‌های الکتریکی در خودروهای سنگین دیزلی نداشت و آن‌ها حتی به این موضوع فکر هم نکرده بودند. با‌این‌حال، پس از دریافت درخواست‌های مکرر آن‌ها، متوجه شدند صنعت خودروهای سنگین نیاز بیشتری به این فناوری دارد.

سازندگان خودروهای سنگین درست مانند سازندگان خودروهای خانوادگی زیرفشار سازمان‌های استاندارد برای کاهش تولید آلاینده‌ها نظیر گازهای کربن‌دی‌اکسید و NOX و ذرات معلق‌اند. به‌همین‌دلیل، شرکت‌ها مجبورند با استفاده از کاتالیزورها و سایر روش‌های موجود گازهای خروجی از اگزوز را تصفیه کنند که این امر سبب افزایش هنگفت هزینه‌ و افزایش وزن و کاهش فضا در خودروها می‌شود.

کم‌کان مدعی است با استفاده از فناوری IVT در خودروهای دیزلی می‌توان تا حد زیادی حجم و وزن کاتالیزورها و در پی آن هزینه‌های ساخت پیشرانه‌های دیزلی بزرگ را کاهش داد. با استفاده از کنترل هوشمند سوپاپ در پیشرانه می‌توان دمای کارکرد کاتالیزورها را کنترل کرد و درنتیجه، دمای کاری این تجهیزات را در بخش بزرگی از زمان‌های رانندگی در محدوده‌ی بهینه حفظ کرد. اگرچه IVT نمی‌تواند سبب حذف کلی کاتالیزور شود، می‌تواند وزن و اندازه‌ی این تجهیزات را تا حد زیادی کاهش دهد.

علاوه‌براین، کم‌کان عقیده دارد با استفاده از فناوری سوپاپ هوشمند دیگر به تجهیزات مربوط به ترمز پیشرانه نیازی نیست که در خودروهای سنگین و اتوبوس‌ها استفاده می‌شود؛ زیرا فناوری یادشده می‌تواند با حذف این ترمز حدود ۱۷۰ کیلوگرم از وزن خودرو بکاهد و درنتیجه‌ی تمام کاهش وزن‌ها با استفاده از فناوری کم‌کان، مصرف سوخت تا حد زیادی کاهش می‌یابد.

مارک گاستیک معتقد است توانایی کاهش مصرف سوخت در خودروهای سنگین به‌واسطه‌ی استفاده از فناوری IVT کمتر از خودروهای سبک و سواری است؛ اما این فناوری قادر است حدودا ۵ درصد از مصرف سوخت خودروهای دیزلی بکاهد. هر خودرو سنگین در طول عمر مفیدش حدود یک‌میلیون یورو هزینه‌ی سوخت خواهد داشت و با در‌نظر‌گرفتن این حقیقت می‌توان به میزان ارزشمندی کاهش ۵ درصدی در مصرف سوخت پی برد. به‌عقیده‌ی کمکان، این شرکت هنوزهم می‌تواند راه خود را به بازار خودروهای سواری بازکند؛ اما با‌توجه‌به این حقیقت که تولید خودروهای سنگین الکتریکی در آینده‌ی نزدیک بعید است، این شرکت بازار خودروهای سنگین را جذاب‌تر یافته است.

دستیابی به تمام مزایای استفاده از سوپاپ‌های الکتریکی و اعمال کنترل کامل بر آن‌ها کاری بسیار دشوار و پیچیده است. به‌طورکلی، سه موضوع در فرایند کنترل سوپاپ‌ها مطرح است: زمان باز‌شدن و میزان بالاآمدن و زمان بسته‌شدن. برای به‌حداکثر‌رساندن بازدهی پیشرانه و کاهش حداکثری میزان مصرف سوخت و تولید آلاینده‌ها باید در تمام سرعت‌ها و شرایط دمایی و کاری پیشرانه این سه عامل را مدنظر قرار داد و با بررسی دقیق خروجی‌ها به تنظیمات بهینه دست یافت. این کار ساده به‌نظر می‌رسد؛ اما زمان و انرژی و دقت بسیار زیادی لازم دارد.

علاوه‌بر آنچه گفته شد، باید متغیرهای دیگر نظیر استفاده از دو سیلندر برای کاهش مصرف سوخت در ترافیک‌ها و کنترل دمای پیشرانه و تنظیمات سیستم ناوبری برای تشخیص اولویت به‌منظور کاهش انتشار گاز کربن‌مونواکسید در محیط‌های شهری یا کربن‌دی‌اکسید در محیط‌های غیرشهری را نیز در نظر گرفت. برهمین مبنا، کم‌کان استفاده از نرم‌افزاری با اتکا بر هوش مصنوعی را مناسب‌ترین راه برای دستیابی به بهینه‌ترین حالت عملکرد سوپاپ‌های هوشمند یافته است. به‌عقیده‌ی این شرکت، هوش مصنوعی می‌تواند سرعت کالیبراسیون را تا حد زیادی افزایش دهد و خروجی سناریوهای مختلف را بهبود بخشد.

مهندسان کم‌کان معتقدند با استفاده از هوش مصنوعی و شبکه‌ی عصبی می‌توان فناوری سوپاپ الکتریکی را به‌صورت دیجیتال کنترل کرد. با استفاده از این فناوری، کنترل میزان پاشش سوخت و ورود هوا به محفظه‌ی احتراق به‌صورت دیجیتالی امکان‌پذیر است. یادگیری ماشین مهندسان را قادر می‌سازد بدون صرف زمان طولانی برای آزمایش شرایط مختلف به حالت بهینه‌ی کارکرد پیشرانه دست یابند و در مراحل پایانی با تجهیز خودرو به فناوری یادگیری ماشین، کارکرد بهینه‌ی پیشرانه در هر حالتی تضمین خواهد شد. کم‌کان برای دستیابی به این هدف و طراحی نرم‌افزار ویژه برای کنترل سوپاپ‌ها به منابع مالی زیادی نیاز دارد و احتمالا در آینده بیشتر به‌عنوان شرکت نرم‌افزارمحور شناخته خواهد شد.

شرکت کم‌کان قصد دارد تولید سخت‌افزار سوپاپ‌ها را از انحصار خارج کند و به تولیدکنندگان مطمئن اجازه دهد با تولید انبوه سوپاپ‌های الکتریکی دنیای خودروسازی را متحول کنند و کم‌کان با توسعه‌ی نرم‌افزار دیجیتال برای کالیبراسیون دقیق سوپاپ‌ها، نقش خود را در این مسیر پررنگ‌تر خواهد کرد.