با شركت ايپكو، واحد تحقيق، طراحي و توليد موتور ايران‌ خودرو آشنا شويد

در چند روز اخير اخباري از آزادسازي ارزش خودرو و فروش آن در حاشيه بازار توسط خودروسازان به زير ارزش بازار، شنيده مي‌شود. خبري كه اگر اجرايي شود، با وجود ممنوعيت واردات و عدم امكان رفع ممنوعيت به دليل اشكالات ارزي و تحريم‌ها،  امكان ارزش‌گذاري بالا و عجيب خودروهاي داخلي را افزايش مي‌دهد. تنها متضرر اين اقدام، مصرف‌كننده‌ي نهايي است كه بايد خودرويي بي كيفيت، بدون گارانتي، بدون خدمات پس از فروش، قديمي و پرمصرف سوار شود. از آلودگي هوا و ترافيك گرفته تا ايمني ضعيف، تمامي اين موارد بخشي از نارضايتي متخصصان از محصولات خودروسازي داخلي است. با اين حال امروز مي‌خواهيم در اين فضاي سياه، به مطالعه پتانسيل و امكانات موجود در صنعت خودروسازي كشور بپردازيم كه در صورت مديريت دقيق و حساب‌شده مي‌تواند به نقطه‌ي قوتي براي اين صنعت تبديل شود.

شركت تحقيق، طراحي و توليد موتور ايران‌خودرو (ايپكو)، در زمينه‌ي توسعه‌ي سامانه‌هاي انتقال قدرت شامل موتور و جعبه‌دنده، از مرحله‌‌ي طراحي تا شروع توليد و نظارت بر آن فعال است. هم‌اكنون ايپكو، از دانش حدود ۳۰۰ متخصص كارشناس خبره در زمينه‌ي موتورهاي احتراق داخلي استفاده مي­‌كند. ايپكو يكي از شركت‌هايي است كه موفق به كسب عنوان "دانش بنيان" از معاونت علمي و فناوري رياست جمهوري شده است. هدف اصلي آن، تحقيق و توسعه پيشرانه‌هاي نوين در راستاي كاهش مصرف سوخت و انتشار آلاينده ها به‌ويژه با استفاده از توسعه‌ي انواع گازسوز است.

در سال ۱۳۷۶، جمعي از اساتيد دانشگاه با توجه به نياز صنعت كشور به داشتن دانش طراحي و مالكيت فكري در مباحثه پيشرانه‌ها در خودروسازي برآن شدند كه اولين مركز  تحقيقات موتور كشور را تأسيس كنند. اسامي اين اساتيد به شرح ذيل است: مهندس سـيد مـصطفي آقاميرسليم از دانشگاه اميركبير به عنوان سرپرست گروه، مرحوم پروفسور پيروزپناه از دانشگاه تبريز، مرحوم نبوي از دانشگاه علم‌وصنعت كه بعدها در مركز در مباحثه محاسبات كمك بسياري داشتند، مرحوم دكتر زرين‌چنگ از دانشگاه شيراز، مرحوم دكتر ابتكار از دانشگاه تهران، دكتر روحاني، دكتر فرخ نيا ومهندس زالي.

اين مركز در سال ۱۳۷۷ نخستين آزمايشگاه موتور خود را راه اندازي و با همكاري ۱۶ نفر متخصص كارشناس موتور، طرح هاي تحقيقاتي و متخصصدي صنعت را آغاز نمود. در سال ۱۳۷۸، اين گروه به دليل عدم حمايت مالي از سوي دولت، با اخذ پروژه‌‌ي كاهش مصرف سوخت موتور پيكان، اولين كار تحقيقاتي خود را شروع كرد. هدف اين پروژه، تغيير سيستم سوخت رساني موتور پيكان از متخصصاتوري به انژكتوري عنوان شد.

بدين منظور ايپكو به شركت‌هاي قطعه‌ساز خارجي جهت تامين ماژول كنترل پيشرانه (EMS) مورد نياز، درخواست تامين و همكاري مي‌دهد، كه شركت ساژم (بعدها توسط Valeo خريداري شد) در اين راستا اعلام آمادگي مي‌كند. به دليل عدم سازگاري EMS اين شركت و تطابق كامل با پيشرانه‌ي پيكان، نياز به سفارشي و بهينه‌سازي حس مي‌شد. در اين راستا و پس از عقد قرارداد سه جانبه با فيات، اين شركت مطرح ايتاليايي اقدام به بهينه‌سازي EMS (با هزينه‌ي ساژم) مذكور با خودروي پيكان كرده و در ادامه نيز ساژم با توليد اين قطعه، نيازهاي ايران خودرو را تامين كرد.

ايپكو در سال ۱۳۷۸ با هدف گردآوري متخصص كارشناسان پيشرانه‌هاي احتراق داخلي در ايران، نخستين همايش بين المللي دوسالانه موتور را پايه‌گذاري كرد. در سال ۱۳۸۱ در راستاي ايجاد شركت رده اولي در گروه صنعتي ايران خودرو، نام «مركز تحقيقات موتور» به «شركت تحقيق، طراحي و توليد موتور ايران خودرو» تغيير كرد. كاركنان ايپكو در آن زمان ۱۵۸ نفر بودند. با اين تغيير راهبردي، بخش‌ هاي توليد، مهندسي محصول و تضمين كيفيت شكل گرفتند و هم‌اكنون شركت ايپكو به همت حدود ۲۰۰ مهندس متخصص در زمينه‌ي قواي محركه، به عنوان پيشرو در اين صنعت به تحقيق، طراحي و توليد انواع موتور و جعبه‌دنده‌هاي خودرويي مشغول است. البته شركت نيرومحركه (زيرمجموعه‌ي گروه صنعتي ايران‌خودرو) كه به عنوان توليدكننده‌ي گيربكس‌هاي ايران خودرو در شهر صنعتي البرز فعاليت مي‌كند، نيز داراي واحد تحقيق و توسعه است ولي فعاليت تحقيق و توسعه‌ي اين شركت تنها به رفع ايرادات و تامين نيازهاي دانشي خط توليد محدود مي‌شود. اعضاي هيئت مديره شركت ايپكو به شرح ذيل است:

• سـيد مـصطفي آقـامـيرسـليم- رييس هيأت مديره، متخصص كارشناس ارشد مكانيك از مدرسۀ متخصص نفت و موتور فرانسه
• مـحمد زالـي- عضو هيأت مديره، مدير عامل شركت ايپكو، متخصص كارشناس ارشد مديريت تكنولوژي از دانشگاه علم و صنعت تهران
• مهدي رجبعلي- عضو هيأت مديره، قائم مقام مدير عامل شركت ايپكو
• عـباس مــلكي تهــراني- عضو هيأت مديره، قائم مقام ارشد مدير عامل ايران خودرو
• كامران سپهري- عضو هيأت مديره، معاونت طراحي و توسعه محصول شركت ايران خودرو

در فرايند طراحي نياز به آزمايش‌هاي متعدد است. آزمايشگاه خودرو، موتور، اندازه‌گيري دقيق، مواد و روش‌هاي ساخت و آزمايشگاه احتراق از آزمايشگاه‌هاي مجموعه‌ي ايپكو است. توضيح تمام فعاليت‌هاي قابل ارائه در آزمايشگاه‌هاي ايپكو در حوصله‌ي اين مطلب نمي‌گنجد، ولي براي آشنايي بيشتر به توضيح خدمات آزمايشگاه موتور و توضيح مختصري از آزمايشگاه احتراق مي‌پردازيم.

آزمايشگاه موتور ايپكو بر اساس دانش متخصص و همكاري با آزمايشگاه‌هاي موتور بين المللي قادر است تا بسياري از آزمون‌هاي صحه‌گذاري موتور را انجام دهد. اين آزمون‌ها شامل: آزمون هاي دوام، عملكرد، وظيفه‌اي، احتراقي و آزمون‌هاي نگاشت موتور‌ هستند.  هدف هريك از آزمون‌هاي يادشده بدين شرح است:

آزمون‌هاي وظيفه‌اي

آزمون‌هاي وظيفه‌اي براي قطعات اصلي و سامانه‌هاي مختلف موتور متخصصد دارند. اين آزمون‌ها، عملكرد اوليه هر قسمت را بر اساس وظيفه‌ي تعريف شده‌ي آن، در شرايط مختلف ارزيابي مي­‌كند. براي نمونه عملكرد اوليه‌ي سامانه‌ي خنك‌كاري در آزموني به نام "آزمون خنك‌كاري" سنجيده و صحه‌گذاري مي‌شود.

آزمون‌هاي دوام

در آزمون‌هاي دوام، توانايي و عملكرد موتور براي عمر مفيد آن ارزيابي مي‌شود. اين آزمون‌ها، پس از نمونه‌هاي وظيفه‌اي انجام مي‌ شوند.

آزمون عملكرد

در آزمون عملكرد بيشينه‌ي توانايي موتور در حالت دريچه‌ي گاز كاملاً باز در سرعت‌هاي دوراني مختلف مطالعه مي‌شود. شاخص‌هاي مهم اين آزمون عبارتند از:

• توان و گشتاور خروجي موتور (Engine Power and torque)
• مقدار مصرف سوخت (Fuel consumption)
• گازهاي نشتي محفظه‌ي لنگ (Blow-by)
• مقدار هواي اضافه (Lambda)

آزمون‌هاي احتراقي

در اين آزمون‌ها كيفيت احتراق موتور در شرايط مختلف كاركردي مطالعه مي‌شود. اين آزمون‌ها در دو زمان و به دو شكل اجرا مي‌شوند:

۱) آزمون‌هاي توسعه‌ي احتراقي: در ابتداي توسعه‌ي موتور و به منظور ارزيابي قابليت موتور براي دست‌يابي به اهداف اصلي (حداكثر توان و گشتاور، مصرف سوخت، آلايندگي و غيره)، اين آزمون‌ها انجام مي‌شوند. در اين مرحله فرآيند تبادل گاز، نسبت تراكم، سامانه‌ي سوخت‌رساني و جرقه‌زني و ... مطالعه شده و طراحي آن‌ها بهبود مي‌يابد.

۲) آزمون‌هاي مطالعه احتراق: اين آزمون‌ها در آخرين مرحله از توسعه‌ي پيشرانه براي ارزيابي كاليبراسيون موتور (Engine Calibration) و روي نمونه‌هاي خط توليد كه قطعات آن‌ها مرتبط با سامانه‌ي احتراقي تغيير كرده‌اند، انجام شده و به عبارتي تغييراتي را كه بر شاخص‌هاي احتراقي اثر مي‌گذارند را صحه‌گذاري مي‌كنند. 

آزمون‌هاي نگاشت موتور (Engine Map)

در اين آزمون‌ها تمامي سخت افزار و نرم افزار سامانه‌ي مديريت هوشمند خودرو با دقت تنظيم مي‌شود تا بتواند همزمان رضايت مشتري و مقررات زيست محيطي را تأمين كند. اين آزمون‌ها هم روي پيشرانه و هم روي خودرو انجام مي‌شوند.

بخشي از آزمون‌هاي دوام موتوري در آزمايشگاه موتور

•  آزمون ۸۰۰ ساعت استاندارد: آزمون اصلي براي مطالعه دوام مكانيكي پيشرانه است. اين آزمون در برگيرند‌ه‌ي استفاده‌ي زياد از موتور در تركيب با انديشه متخصصينيه‌ي شكست پربسامد قطعات است.
• آزمون ۲۰۰ ساعت استاندارد: براي مشخص كردن سريع اشكالات عمد‌ي اصطكاكي، قطعات بحراني و سايش مناسب است.
• آزمون ۵۰۰ ساعت پويا: براي توسعه‌ي قطعات و آزمودن آن‌ها در شرايط سخت‌تر در حالت‌هاي گذرا، مناسب است. اين آزمون بر اساس انديشه متخصصينيه‌ي شكست پربسامد طراحي شده است.
• آزمون ۴۰۰ ساعت تغييرات دما: اين آزمون براي همه‌ي قطعات موتور، به‌ويژه قطعات نمونه يا جديد است؛ زيرا موتور را در چرخه‌هاي عمر با تغييرات شديد خنك‌كاري به شدت زير فشار كاري قرار مي‌دهد.
• آزمون ۱۰۰ ساعت تشديد: هدف از اين آزمون عملكرد قطعات آزمايشي يا اتصالات در زمان كاركرد در نقاط تشديد پيشرانه است. اين نقاط توسط نصب حسگرهاي شتاب بر روي قطعات و تحليل‌هاي فركانسي تعيين مي‌شوند. ساعت آزمون بر اساس كاركرد هر قطعه ۱۰ ميليون چرخه در بسامد تشديد خود، تعيين مي‌شود.
• آزمون ۱۷۲ ساعت ضربه‌ي حرارتي عميق: اين آزمون براي صحه گذاري واشر سرسيلندر است. زيرا در اثر گرم و سرد شدن ناگهاني و شديد آب موتور، بيشترين اختلاف انبساطي بين سرسيلندر و بدنه به وجود مي‌آيد كه واشر سرسيلندر بايد آن را جبران و آب‌بندي كند.
• آزمون ۱۱۰ ساعت سرعت بحراني: اين آزمون براي صحه‌گذاري سامانه‌هاي حركت دريچه‌ها و لنگ لغزنده در شرايط پويا و بحراني اجرا مي‌شود.
• آزمون دوام قطعات سامانه‌هاي جانبي شامل تسمه، تسمه سفت‌كن، هرزگرد: اين آزمون‌ها با هدف صحه‌گذاري سامانه‌هاي جانبي در شرايط تشديد (دورهاي بحراني) و گرمايي در بدترين وضعيت مجاز طراحي شده‌اند. دورهاي بحراني بنا به تعريف دورهايي هستند كه نوسانات تسمه در اين حالت بيشترين است.
• آزمون دوام قطعات سامانه‌هاي زمان‌بندي شامل تسمه، تسمه سفت‌كن، هرزگرد: هدف از اين آزمون ارزيابي دوام تسمه زمان‌بندي در هنگام كاركرد موتور در همه‌ي دورها به‌ويژه دورهاي بحراني مي‌باشد. اين دورها قبل از شروع آزمون دوام، در يك پيش آزمون تعيين مي‌شوند.
• آزمون پيرسازي واكنش‌گر شيميايي: با هدف ارزيابي عمر و عملكرد واكنش‌گر و تعيين زمان تعويض آن براي دستيابي به استاندارهاي آلايندگي، اين آزمون در استاندارد آلايندگي اروپا ۵ بايد خودرو تا ۱۰۰ هزار كيلومتر تضمين شود.

آزمايشگاه احتراق

در سال‌هاي اخير، شركت تحقيقات موتور ايپكو، با همكاري دانشگاه‌هاي معتبر ايران و جهان، تعريف و انجام پروژه‌هاي تحقيقاتي در مقطع دكتري و تربيت نيروي متخصص از طريق ارتباط با دانشگاه‌ها و مراكز تحقيقاتي دنيا، تحقيقات متخصصدي و توسعه‌اي عميقي در زمينه قواي محركه خودروهاي آينده را آغاز كرده است. ساخت بمب حجم ثابت تحقيقاتي با قابليت فيلمبرداري از داخل كه تا ۱۰۰ بار قابليت تحمل فشار را دارد، توسعه‌ي سخت افزار مديريت عملگرها و حسگرهاي نصب شده بر محفظه احتراق و استفاده از دوربين سريع با قابليت عكسبرداري تا ۱۰۰ هزار تصوير در ثانيه، پياده‌سازي روش عكس‌برداري شيليرين از پديده‌هاي سريع احتراق و تزريق سوخت‌هاي مايع و گازي برخي از پروژه‌هاي انجام شده است.

سال ۱۳۷۹ و با همكاري دانشگاه صنعتي اميركبير، به مطالعه و هدف‌گذاري براي رفع نيازها پرداخته مي‌شود. حاصل اين مطالعه ۱۳ جلد جزوه رايگان است كه در آن به تشريح سه استراتژي كلي براي تامين نياز‌هاي پيشرانه‌ي احتراق داخلي صنعت خودروسازي پرداخته شده است. اين سه استراتژي عبارت هستند از: واردات كامل پيشرانه، مونتاژ (هم‌بندي) پيشرانه پس از واردات قطعات از تامين‌كننده‌ي خارجي و در نهايت طراحي و توسعه‌ي پيشرانه به كمك شركت‌هاي باسابقه‌ي خارجي به عنوان مشاور. سال ۱۳۸۳ و بعد از مطالعه هاي فراوان در جهت تعيين مشاور خارجي و تعيين برنامه‌ي راهبردي و زمان‌بندي، پروژه‌ي موتور ملي جهت استفاده در پروژه‌ي X7 (سمند) شروع مي‌شود. يكي از مباحثي كه در مطالعه‌ها حاصل شد، روش تعيين و امتيازدهي براي طراحي تمام جزئيات موتور و فرايندهاي آن است كه منجر به علمي شدن تمام فعاليت‌ها حذف اعمال انديشه متخصصين‌هاي سليقه‌اي مي‌شود. براي شروع پروژه، ايپكو از ۱۱ شركت خارجي براي توسعه‌ي پيشرانه‌ي مذكور، دعوت‌نامه‌ي همكاري دريافت مي‌كند و با توجه به مطالعاتي كه انجام شده بود، قرارداد نه به صورت مديريتي، بلكه به صورت تماما متخصص كارشناسي بسته مي‌شود تا اشكالات پروژه‌ي سمند تكرار نشود.

مهندس مشيري مدير برنامه ريزي پروژه در آن دوران، براي اين پروژه در مجموع ۱۰ حوزه‌ي مديرت پروژه تعريف كرد، كه عبارت هستند از:

•  زمان‌بندي
• هزينه و بودجه‌ريزي
• كيفيت
• مديرت ريسك و خطرپذيري
• محدوده‌ي پروژه
•  ارتباطات
• منابع انساني
• تداركات و ارتباط با تامين‌كنندگان و سازندگان
• ذي‌نفعان، شامل ‌ذي‌نفعان داخلي (گروه صنعتي ايران خودرو) و خارجي (وزارت نفت و سازمان محيط‌زيست است)
• بخش براي يكپارچه‌سازي و مرتبط‌سازي حوزه‌ها باهم

براي شروع پروژه‌هاي بزرگ، ابتدا بايد عملكرد رقبا و شركت‌هاي نام‌دار به صورت كامل مطالعه و مطالعه شود. به اين منظور شركت ايپكو واحدي به نام الگوبرداري ايجاد كرد كه تمام پيشرانه‌ها و تكنولوژي‌هاي روز دنيا با جزئيات در تشريح شده بودند. در اين واحد تمام قطعات قبل از ورود از تمام جوانب مثل تكنولوژي، مواد سازنده‌ي قطعه و متالورژي، راحتي تعمير و خدمات پس از فروش، كاملا مطالعه شده و مورد ارزيابي قرار مي‌گيرند تا بتوان از اين قطعات براي طراحي موتور ملي الگوبرداري كرد و دانش مورد استفاده در ساخت آن‌ها را فرا گرفت. در مجموعه‌ي ايپكو چند نيروي سادهوه وجود دارد كه هر كدام به طور تخصصي‌ به طراحي بخشي از پيشرانه مي‌پردازند. كل فرآيند طراحي موتور ملي تنفس طبيعي به همت و كار ۳۱۶۸ نفر-ماه نيروي انساني بوده است.

خانواده‌ موتور ملي با شناسه‌ي EF شناخته مي‌شود كه از چهار پيشرانه تشكيل مي‌شود. اولين نمونه با نام موتور ملي پايه گازسوز تنفس طبيعي ( EF 1.7 Bi-Fuel / NA) شناخته مي‌شود، براي اولين بار در سال ۱۳۸۹ در سمند و بعدها تنها در نسخه‌ي بنزيني در سورن، دنا و دنا پلاس به بازار عرضه شد. دومين عضو خانواده، موتور ملي پايه گازسوز پرخوران ((EF 1.7 Bi-Fuel / TC (TC7) است كه در زمان عرضه در سال ۱۳۹۴، تنها در نسخه‌ي بنزيني در سورن و دنا پلاس به بازار آمد.

از ديگر پروژه‌ها انجام شده، موتور XUM است كه در پژوپارس ELX به كار گرفته شد و در دي ماه سال ۹۶ به دليل عدم تطابق با استانداردهاي جديد و عدم تمايل ايران خودرو براي ارتقا به دليل كوچكي بازار، از چرخه‌ي توليد خارج شد.

طراحي گيربكس EF7 در هر سه حالت گاز، بنزين تنفس طبيعي و نمونه‌ي پرخوران، همراه با ارتقاي جعبه دنده‌‌ي وانت پيكان براي پروژه‌ي، از ديگر فعاليت‌هاي انجام گرفته توسط ايپكو، جهت انطباق توليدات داخلي با قوانين سازمان ملي استاندارد بوده است.

در موتورهاي احتراق داخلي متداول چندراهه خروجي (منيفولد دود) قطعه‌اي جدا و از جنس چدن يا فولاد است، كه البته براي افزودن مقاومت حرارتي آن از آلياژهاي گران ارزشي استفاده مي‌گردد. در چندراهه خروجي يكپارچه با بستار (سرسيلندر)، چندراهه خروجي به صورت يك تكه با بستار ريخته مي‌گردد؛ در نتيجه تغيير جنس آن به آلومينيوم صورت مي‌گيرد، كه البته خنك كاري چندراهه خروجي آلومينيومي، حفاظ حرارتي لازم را ايجاد مي‌كند. ورود شار حرارتي بيشتر به بدنه و سامانه خنك كاري در موتور يكپارچه اجتناب ناپذير است، اما هر كدام را مي‌توان به طور مناسب مهار نمود. يكپارچه‌سازي چندراهه خروجي مزاياي فوق العاده‌اي دارد، از جمله كاهش ۴۰ درصدي هزينه توليد، كاهش وزن، حجم، مصرف سوخت و آلودگي، عملكرد واكنش‌گر و كاهش زمان فعال‌سازي آن در راه‌اندازي و سرد و گرم شدن سريع تر پيشرانه.

اين موتورها همگي توانايي رعايت استاندارد آلايندگي يورو ۶ را دارا هستند. جدول زير مشخصات اين خانواده از موتور را نشان ‌مي‌دهد.

واحد الگو‌برداري شركت ايپكو براي طراحي پيشرانه‌هاي سه‌سيلندر اين شركت، از چهار نمونه از مطرح‌ترين موارد موجود در جهان استفاده كرده است؛ پيشرانه‌هاي فورد فوكوس (اكوبوست) با حجم موتور يك‌ ليتر، نمونه‌ي يك ليتري تويوتا ياريس و پيشرانه‌ي EB2 پژو كه با حجم ۱.۲ ليتر در نسخه‌ بدون توربو پژو ۲۰۸ و نسخه توربوشارژ ۳۰۸ مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

• گسترش و فعاليت پژوهشي بر روي‌ موتور‌هاي استرلينگ و توليد برق با استفاده از آن
• طراحي كانسپت و ساخت نمونه‌ي اوليه‌ي راناي دو نيرو و دناي هيبريد و توسعه دانش خودروهاي هيبريد و خودروهاي تمام الكتريكي

شركت تحقيق، طراحي و توليد موتور ايران‌خودرو (ايپكو) يكي از امكانات صنعت خودروسازي كشور است كه طي سال‌هاي گذشته و با سومديريت، با وجود پتانسيل بسيار بالا متخصصد و بازدهي چنداني نداشتند. در حالي كه با برنامه‌ريزي دقيق و استفاده از جامعه‌ي علمي و دانشگاهي كشور مي‌توان از اين پتانسيل‌ها بهره برد و نتايجي مطابق با علم روز دنيا را بدست آورد.