نگرشی متفاوت به انواع سوخت

بشر از بدو آغاز عصر صنعت نگران پایان ذخایر سوخت فسیلی بوده است و این نگرانی از زمان اختراع موتور درون سوز تشدید گردیده است. هر یک از کشورها با توجه به امکانات و منابع خود به دنبال جایگزینی برای اصلی ترین سوخت وسائط نقلیه شخصی، یعنی بنزین بوده اند و در این راه به نتایج جالبی نیز رسیده اند که بعنوان مثال می توان به استفاده از الکل در برخی کشورها نظیر برزیل، گاز LPG و CNG، گاز ذغال، الکتریسیته و سوخت های بیولوژیکی (Biofuel) استخراج شده اند از دانه های روغنی اشاره نمود: هر یک از سوختهای فوق برای کشور استفاده کننده مزیت اقتصادی دارند.
بعنوان مثال کشور ما با بهره گیری از ذخایر عظیم گاز طبیعی و صرفه اقتصادی آن متمایل به استفاده از CNG گردیده است، حال آنکه کشوری مثل برزیل که در رده اصلی ترین تولید کنندگان شکر در جهان است الکل استخراج شده از نیشکر را بعنوان منبع سوخت مناسب در نظر گرفته است. در این میان کشورهای اروپایی گازوئیل را جایگزین مناسب برای بنزین دیده اند.
البته سوختهای جایگزین دارای محاسن و معایب منحصربفرد می باشند که در مورد CNG که چند سال اخیر در کشور ما مطرح شده اجمالا به شرح زیر می باشد:
سوخت CNG یا گاز طبیعی فشرده شده، سوخت جایگزین برای استفاده در موتور احتراق درون سوز بنزینی می باشد، البته موتورهای دیزل نیز با کمی تغییر می توانند از این سوخت استفاده کنند. CNG متشکل از گاز متان (CH۴) استخراج شده از گاز طبیعی می باشد که متراکم گردیده است از مزایای CNG پاک تر بودن آن نسبت به بنزین و از معایب آن سختی ذخیره سازی آن، هم در جایگاه های سوخت گیری و هم در خودرو می باشد.
موتورهای بنزین سوز در هنگام استفاده از CNG دچار افت بازده می شود ولی در صورتی که موتور با پایه گاز سوز طراحی شده باشد، با توجه به اکتان بالاتر CNG نسبت به بنزین، بازده بالاتری در مقایسه با موتور بنزین سوز خواهد داشت، ضمن آنکه مسئله صدمات ناشی از استفاده از CNG در موتورهای بنزین سوز نیز رفع خواهد شد.
همانطور که قبلا گفته شد در خیلی از کشورها بالاخص در قاره اروپا، بنزین رفته رفته جای خود را به گازوئیل داده است. موتورهای گازوئیلی اگر چه تقریبا همزمان با موتور بنزین سوز اختراع شدند و بیش از یک قرن از عمر آنها می گذرد، ولی کاربرد آنها تا ۳۰ سال پیش عملا منحصر به خودروهای سنگین و صنعتی بود.
اساس کار موتورهای دیزل بسیار شبیه به موتورهای بنزینی می باشد بجز آنکه در موتور دیزل خبری از سیستم جرقه زنی نمی باشد. در این موتورها هوا به داخل سیلندر مکیده می شود و تا ۲۵ برابر متراکم می شود (حدود ۵/۲ برابر میزان معمول در موتورهای بنزینی). تراکم و فشردگی هوا باعث گرم شدن هوا تا ۷۰۰ الی ۹۰۰ درجه می گردد. در آخرین لحظات مرحله تراکم گازوئیل به داخل سیلندر پاشیده می شود و گازوئیل بر اثر تماس با هوای گرم و متراکم، محترق می شود و باعث رانده شدن پیستون به طرف پایین می گردد. تفاوت کار کرد موتور بنزینی و دیزل در واقع در نحوه احتراق سوخت می باشد.
پیچیده ترین قسمت موتور دیزل سیستم انژکتور آن می باشد که به مرور پیشرفت نموده است. موتورهای دیزل قدیمی به سیستم انژکتور مکانیکی مجهز بودند. از اواخر دهه ۱۹۸۰ میلادی استفاده از موتورهای گازوئیلی بالاخص موتورهای مجهز به سیستم توربو چارجر و خنک کننده هوای ورود (Inter Cooler) در اروپا رایج گشت و بالطبع رقابت میان خودروسازان بر سر عرضه موتورهای دیزل با بازده بالاتر افزایش یافت که در این میان خودرو سازان آلمانی پیشتاز بوده اند. از جمله معروفترین و محبوب ترین موتورهای توربو دیزل می توان به موتور ۹/۱ لیتری توربو دیزل گروه فولکس واگن - آئودی اشاره نمود. این موتور در اوایل دهه ۹۰ میلادی ۹۰ اسب بخار قدرت داشت در حالی که موتور ۹/۱ لیتری توربو دیزل گروه فولکس واگن امروز ۱۵۰ اسب بخار قدرت دارد. افزایش بازده موتورهای دیزل در ۲۰ سال گذشته مرهون پیشرفتهای صورت گرفته خصوصا در سیستم سوخت رسانی آنها می باشد، بعنوان مثال فشار مدار سوخت رسانی موتور ۹/۱ لیتری فولکس واگن از ۳۰۰ بار در سال ۱۹۸۶ به ۲۰۰۰ بار رسیده است. بدین ترتیب امروزه موتورهای توربو دیزل از لحاظ قدرت در سطح همتایان هم حجم بنزینی خود هستند و در حالی که گشتاور در آنها ۳۰ الی ۴۰ درصد از موتورهای بنزینی هم حجم بیشتر است. تنها برتری موتورهای بنزینی در حال حاضر طیف گسترده تر دور موتور آنها می باشد که البته این ضعف موتورهای دیزل نیز در حال کاهش است.
مزیت عمده موتورهای گازوئیلی مصرف سوخت کمتر آنها می باشد. در بین دو موتور هم قدرت بنزینی و دیزل، موتور دوم حداقل ۴۰ درصد کم کصرف تر است، بعنوان مثال موتور بنزینی جدید فولکس واگن به قدرت ۱۰۲ اسب بخار مصرفی معادل ۲/۶ لیتر در ۱۰۰ کیلومتر در سیکل ترکیبی (شهر و جاده) دارد در حالی که موتور هم قدرت دیزلی ساخت این کارخانه در همان شرایط فقط ۴/۴ لیتر گازوئیل می نماید که صرفه اقتصادی آن با توجه به قیمت کمتر گازوئیل دو چندان می شود. دلیل اصلی این کاهش مصرف، متراکم تر بودن گازوئیل به میزان ۱۵ درصد نسبت به بنزین می باشد. "یعنی در حجم مساوی، گازوئیل ۱۵% انرژی بیشتری نسبت به بنزین دارد." متاسفانه در کشور ما کیفیت بسیار پایین گازوئیل عرضه شده باعث شده تا استفاده از موتورهای دیزلی پیشرفته هم به لحاظ فنی و هم به لحاظ زیست محیطی امکان پذیر نباشد.
موتورهای دیزل طی چند سال اخیر در میان علاقمندان خودروهای اسپرت جای خود را باز کرده انده و امروزه شاهد عرضه خودرهایی چون گلف GTD، ب ام و ۳۳۰ D و انواع آلفارمئو و اخیرا جاگوار دیزل هستیم که قابلیتهای حرکتی در سطح هم کلاسهای بنزینی خود دارند. موتورهای دیزلی طی چند سال اخیر وارد عرصه مسابقات اتومبیلرانی نیز شده اند و موتورهای بنزینی را به چالش کشیده اند. در این رابطه می توان به موفقیت های R۱۰ ، غول ۶۵۰ اسب بخاری ساخت آئودی اشاره نمود.
اتومبیلهای مسابقه ای ساخت آئودی از سال ۲۰۰۰ تا کنون ۶ بار در مسابقات ۲۴ ساعت Lemans به قهرمانی دست یافته اند . آئودی R۸ از سال ۲۰۰۶ به بعد پس از ۵ بار قهرمانی جای خود را به R۱۰ گازوئیلی داده است، تصمیم آئودی مبنی بر استفاده از موتور دیزل ناشی از موفقیت تجاری موتورهای نوع توربو دیزل در اروپا می باشد. البته قبلا از آن نیز موتورهای دیزل با بهره گیری از مصرف سوخت پایین خود در دیگر مسابقات موفق به کسب مقام شده بودند. جدید ترین مدل آئودی حاضر در رقابتهای Lemans فرانسه و Sebring آمریکا علیرغم شباهت زیاد به مدل R۸ که ۵ بار به عنوان قهرمانی Lemans دست یافت، خودروی کاملا جدیدی به حساب می آید. موتور آئودی R۱۰ از نوع دیزل با آرایش V۱۲ با حجم ۵۵۰۰ سی سی، مجهز به سیستم سوخت رسانی از نوع ریل مشترک و با شش سوخت مستقیم (Common Rail Direct Injection ) می باشد. قدرت آن به منظور افزایش دوام آن در مسابقات ۲۴ ساعته به ۶۵۰ اسب بخار محدود گشته است. گشتاور تولیدی آن N.m ۱۱۰۰ می باشد. سیستم توربو چارجر یا پر خوران این موتور متشکل از دو توروبو چارجر مدل TR۳۰۷۶R ساخت کمپانی Garrett می باشد که هوا را بر اساس قوانین مسابقات تا bar ۹۴/۲ متراکم می سازد. لازم به ذکر است که بر اساس قوانین دهنه ورودی هوای هر یک از توربو چارجرها به mm ۹/۳۹ محدود شده است که این قانون برای جلوگیری از افزایش بیش از حد قدرت موتورها و بالطبع کاهش حوادث تدوین شده است. لازم به ذکر است که در پی تصادف و فوت Ronald Ratzenberger در ۳۰ آوریل ۱۹۹۴ که در تمرینات مسابقات فرمولا۱ در پیست Imula ایتالیا رخ داد و کشته شدن Ayrton Senna قهرمان افسانه ای فرمولاوان در روز بعد و در همان پیست، مسئولان فدراسیون جهانی اتومبیلرانی (FIA) قوانین سخت گیرانه ای را برای افزایش ایمنی و کاهش و کنترل قدرت اتومبیل ها تدوین نموده اند. البته مهندسین خبره تیم ها همیشه راه حلهایی برای اصطلاحا دور زدن قوانین پیدا نموده و این داستان همچنان ادامه دارد.
در مورد موتور R۱۰ باید بگوئیم که فقط ۲۰۰ کیلوگرم وزن دارد، با این وجود نسبت به موتورهای بنزینی دیگر شرکت کنندگان سنگین می باشد. از مشخصات غیر معمول آئودی R۱۰ صدای بسیار کم موتور آن می باشد و در سرعتهای بالا و در جایی که موتورهای بنزینی نعره می کشند، صدایی از موتور R۱۰ در داخل اتاق بدون سقف آن شنیده نمی شود.
گشتاور موتور R۱۰ در حد کامیونهای سنگین می باشد و در میان اتومبیلهای مسابقه ای بی سابقه بوده، لذا سیستم انتقال نیروی مخصوصی توسط ZFsachs و X-Trac برای آن طراحی شد که به کلاج سرامیکی و گیربکس ۵ دنده سکوئنشیال مجهز است سیستم کنترل هرز گردی نیز برای آن در نظر گرفته شده که در هنگام حرکت روی سطح پیست مرطوب در جلوگیری از هرز گردی چرخها بسیار کار آمد می باشد.
وزن R۱۰، ۳۹۵ کیلوگرم می باشد که ۱۰ کیلوگرم از حداقل وزن مجاز تعریف شده از مسابقات Lemans بیشتر است. طول این اتومبیل mm۴۶۵۰ و عرض آن ۲۰۰۰ ملیمتر می باشد.
سیستم تعلیق آن در هر چهار چرخ از نوع مستقل جناغی دوبل می باشد و به رینگهای ۱۸ اینچ ساخت O.Z از جنس منیزیوم مجهز است. بر اساس آخرین اطلاعات ثبت شده R۱۰ در خط مستقیم mulsanne به سرعت ۳۲۶ کیلومتر در ساعت دست یافت. البته گفته می شود که در تمرینات مسابقات Lemans سال ۲۰۰۶ در همان پیست به سرعت ۳۵۴ کیلومتر در ساعت نیز رسیده است.
به دنبال موفقیت آئودی، پژو نیز دست بکار شده و مدل HDi FAP ۹۰۸ را راهی مسابقات ساخته است که البته در اولین تجربه حضور از R۱۰ شکست خورد ولی قابلیتهای بالایی را از خود به نمایش گذاشت. چنین به نظر می رسد که موتورهای دیزل با حضور در مسابقات اتومبیلرانی آخرین سنگر موتورهای بنزینی را تسخیر نموده و جایگاه واقعی خود را پس از یک قرن بدست آوردند.

نویسنده : دکتر رضا لواسانی

منبع : carx1