عصر خودرو - گاهی تصور می کنیم راه حل نهایی، کنار گذاشتن امکانات و زیرساخت های فعلی به طور کلی و روی آوردن به روشهایی نوین است. شاید کنار گذاشتن فناوری کهنه و رفتن به سراغ افق های نوین، تنها راه موفقیت به نظر برسد اما گاهی لازم است پیش از کنار گذاشتن آنچه که تا امروز استفاده میکردیم، نگاهی مجدد به آن داشته باشیم.
به گزارش پایگاه خبری «عصر خودرو»، شاید پاسخ درست در مقابل ما قرار گرفته باشد، در همان راه حل قدیمی. واقعیتی که وجود دارد این است که امروزه تأکید بیش از حدی بر روی خودروهای الکتریکی وجود دارد بدون آنکه پیشرانه های درون سوز ظرفیتهای واقعی خود را به ما نشان داده باشند. شاید فناوری اسکای اکتیو مزدا، همان راه حلی باشد که مدتهاست در مقابل ما قرار گرفته باشد.
این پیشرانه های کم بازده
بیش از یک قرن است که پیشرانه های درونسوز پیستونی قوای محرکه مورد نیاز نوع بشر بوده است. اما شاید چندان خوشایند نباشد که بدانیم با وجود رشد قابل توجه فناوری، هنوز نتوانسته ایم پیشرانه ای با بازده حرارتی بالای 30 درصد تولید کنیم. در حقیقت یک پیشرانه پیستونی عادی امروزی، تنها 30 درصد از انرژی حرارتی دریافتی را به کار مکانیکی تبدیل کرده و مابقی را از راه اگزوز، تابش حرارتی، صرف گشتاور برای دوران قطعات، و سیستم خنک کننده هدر میدهد.
امروزه تأکید زیادی بر خودروهای الکتریکی وجود دارد. موتورهای الکتریکی علیرغم بازده بسیار بالای خود با چالش بزرگی به نام باتریها مواجه هستند. باتریهایی که روز به روز پیشرفت میکنند اما نیاز به شارژ مداوم داشته، برد مسافتی کافی ندارند و پروسه تولید و بازیافت آنها از سوزاندن هر نوع سوخت فسیلی آلاینده تر است. به علت این‌که خودروهای الکتریکی در ابتدای راه خود هستند؛ هنوز کسی نمیداند تبعات تردد میلیونها خودروی الکتریکی بر روی کره زمین دقیقا چیست.
ادعای بزرگ مزدا
کمپانی مزدا به عنوان یکی از خودروسازان خلاق ژاپنی که همواره تمرکز بالایی در طراحی پیشرانه های پربازده و پیشرفته داشته و تجربیات بالایی در این راه خصوصا توسعه پیشرانه های وانکل دارد؛ ادعا میکند که شاید کمی زود باشد که به فکر بازنشستگی پیشرانه های درونسوز باشیم چرا که هنوز به پتانسیل های واقعی این پیشرانه ها پی نبردهایم.
وقتی پس از طی بیش از یک قرن هنوز پیشرانه های درونسوز تا این حد کم بازده هستند، نیاز است که نگاهی مجدد به آنها داشته باشیم.
به صورت کلی، مشکل اساسی یک پیشرانه پیستونی، ایزوله نبودن محفظه احتراق از نظر حرارتی است. اگر محفظه احتراق راهی برای فرار انرژی حرارتی نداشت، تقریبا تمامی انرژی آزاد شده از احتراق صرف افزایش فشار و حرکت پیستون می شد. در نتیجه بازده بالایی را کسب میکردیم. در دنیای واقعی، چنین چیزی امکان پذیر نیست و حرارت احتراق به قطعات مختلف و دیواره سیلندر نفوذ می کند. همچنین میزان قابل توجهی از انرژی حرارتی درون گاز سوخته باقی مانده و از اگزوز هدر میرود.
طبیعتا نمیتوان از فرار حرارت جلوگیری کرد. تکنولوژیهایی مانند توربوشارژر تا حدی انرژی هدر رفته را به ما باز میگردانند اما مشکل ما انرژی هدر رفته نیست.
ایراد اساسی این است که ما هیچگاه انرژی موجود در سوخت را به طور کامل آزاد نمیکنیم. اگر نگاهی دقیق داشته باشیم، متوجه میشویم که هیچگاه احتراقی کامل در پیشرانه روی نمیدهد. تنظیم دقیق نسبت استوکیومتری هوا و سوخت و تراکم کافی از لازمه های یک احتراق کامل هستند تا بتوان تا حد امکان انرژی موجود در سوخت را آزاد کرد.
یک راه حل مناسب برای مقابله با چنین مشکلی، رقیق کردن نسبت هوا و سوخت است. اگر طراحی محفظه احتراق خودروی ما به گونه ای باشد که بتواند تراکمی بالا ایجاد کند، با سوخت کمتر میتوان احتراق کاملتری را رقم زد و واکنش شیمیایی کاملتری داشت و انرژی بیشتری نیز آزاد کرد. این انرژی آزاد شده نه تنها با افزایش بیشتر فشار همراه است، بلکه به دلیل رقیقتر بودن سوخت موجود در هوا، مصرف و آلایندگی کمتری نیز داریم. همچنین احتراق به مدت زمان بسیار کمتری ادامه یافته و حرارت هدر رفته نیز به مراتب کمتر است.
مزدا معتقد است که علت اصلی رخ ندادن یک احتراق کامل، استفاده از شمع جرقه است. وجود شمع باعث می شود تا جرقه آن احتراقی غیر یکنواخت ایجاد کند. برای داشتن احتراق یکنواخت در سوختی مانند بنزین، باید آنرا تا حدی متراکم کرد که بر اثر فشار و گرما دچار خودسوزی شود، دقیقا مشابه آنچه که در یک پیشرانه دیزلی روی می دهد. این سیکل HCCI یا Homogeneous charge compression ignition (احتراق فشرده همگن) نامیده میشود.
مزدا با افزایش تراکم پیشرانه بنزینی تا مقدار قابل توجه یک به 14 و فناوری پاشش مستقیم، ادعا میکند که توانسته به بازده حرارتی شگفت آور 56 درصد دست یابد! هرچند هنوز این پیشرانه های اسکای اکتیو با تکنولوژی سیکل HCCI به بازار راه نیافتهاند اما طبق ادعای مزدا از نظر آلایندگی با خودروهای الکتریکی قابل رقابت هستند.
مزدا در راستای شعار Zoom Zoom خود که به دنبال لذت بردن از رانندگی است، فناوری اسکای اکتیو را به وجود آورده تا همچنان شانس لذت بردن از راندن یک پیشرانه درونسوز پاک وجود داشته باشد. پیشرانه ای پر بازده که در کنار مصرف و آلایندگی بسیار پایین به فناوریهای هیبرید و توربوشارژر نیز بتواند مجهز شود.
مقایسه میان نحوه احتراق یک پیشرانه بنزینی عادی با شمع جرقه، یک پیشرانه چرخه HCCI و یک پیشرانه دیزلی
* نویسنده: عارف منظری
