آیا نفس موتورهای درون سوز به شماره افتاده است

شاید هیچگاه مهندسانی چون اتو و دیزل كه پایه گذران موتورهای كنونی درون سوز بودنند فكر نمی كردنند كه تا سال ها اختراعشان پاشنه آشیل صنعت خودرو خواهد بود و با ابتكارشان بیش از ۵۰۰ میلیون خودرو ساخته شود

شاید هیچگاه مهندسانی چون اتو و دیزل كه پایه گذران موتورهای كنونی درون سوز بودنند فكر نمی كردنند كه تا سال ها اختراعشان پاشنه آشیل صنعت خودرو خواهد بود و با ابتكارشان بیش از ۵۰۰ میلیون خودرو ساخته شود اما عده معتقدنند كه موتورهای درون سوز باید راهی موزه شوند اما در آنسوی میدان خودروسازان هنوز مقاوت می كنند انها معتقدنند هنوز برای وداع زود است اما پیروان سینه چاك محیط زیست می گویند موتورهای پیل سوختی و هیبریدی باید جایگزین موتورهای دورن سوز شوند

صدای اخرین نفس های موتورهای درون سوز شنیده می شود اما صبر كنید شاید هنوز راهی برای نجات وجود داشته باشد

● شوك الكتریكی برای یك مریض اورژانسی

از سوی سازمانهای حفاظت از محیط زیست و دولت هایی كه تحت بحران انرژی به ستوه آمده

فشار سنگینی به مهندسان مراكز تحقیقاتی جهان وارد می شود كه یا موتورهای درون سوز را به موزه بفرستیید و یا این موتورها را اصلاح اساسی كنیدد آخرین برسی ها نشان می دهد فن‌آوری‌های جدید در زمینه موتورهای بنزینی، نظیر كوچك‌سازی، موتورهای با تزریق مستقیم (GDI) و سیستم سوپاپ‌های كاملاً متغیر راهایی برای ادامه حیات موتورهای احترق داخلی در بحران سوخت و آلایندگی خودروها در ۱۰ سال آینده است

آلایندگی و مصرف سوخت خودروها به دلیل محدودیت‌های زیست محیطی، ظرف ۱۰ سال آینده باید به میزان قابل توجهی بهبود یابد. فن‌آوری‌های جدید در زمینه موتورهای بنزینی، نظیر كوچك‌سازی موتورها به لحاظ اندازه (Downsizing) با استفاده از تقویت بالای آنها (High Boosted)، موتورهای با تزریق مستقیم (GDI) و سیستم سوپاپ‌های كاملاً متغیر (Fully Variable Valve Train) هم‌اكنون در حال توسعه هستند. در مورد موتورهای دیزل نیز بخش‌هایی كه انتظار می‌رود توسعه یابند، شامل انژكتورهای پیزو الكتریك، فیلترهای ذرات معلق و سیستم كاتالیستهای DeNOx هستند.

اما آیا این راه ها همان شوك الكتریكی معروف خواهد بود در این باره پرفسور پیشینگر مدیر مركز تحقیقات موتور آلمان به ایسنا می گوید چند سال پیش همه پیش بینی می‌كردند كه تا امروز موتورهای پیل سوختی جایگزین موتورهای درونسوز خواهند شد، اما این امر تحقق پیدا نكرد. امروزه تا جایی كه قابل پیش‌بینی است و تا حدود ۱۵ تا ۲۰ سال آینده ( بیشتر از این زمان قابل پیش‌بینی نیست) باید گفت كه موتورهای درونسوز حرف اول را خواهند زد، چرا كه این موتورها بازده و عملكرد مناسبی دارند و از لحاظ هزینه تولیدی نیز مقرون به صرفه هستند. از سوی دیگر این موتورها از پتانسیل بالایی برای بهتر شدن بر خوردار هستنند درنتیجه باید گفت كه بسیاری از نتایجی كه با استفاده از موتورهای پیل سوختی به دست می‌آید، در صورت توسعه دادن موتورهای درون سوز نیز قابل دسترسی است و از آن جا كه این موتورها توجیه اقتصادی نیز دارند، حداقل در افق ۲۰ ساله حرف نخست را در صنعت خودرو خواهند زد.

این سخنان شاید برای دلخوشی كافی باشد اما اولین موتورهای برون سوز پیل سوختی از امسال به طور آزمایشی وارد بازار شده اند و طی ده سال آینده اگر بحران انرژی به همین روش پیش رود و قوانین زیست محیطی سخت تر شوند موتورهای برون سوز پیل سوختی دشمن شماره یك حیات موتورهای درون سوز خواهند شد

با سخت تر شدن قوانین زیست محیطی باید آلودگی به مرز صفر برسد و این عامل تحقیقاتی هزینه بری را طلب می كند كه سبب افزایش قیمت موتورهای درون سوز خواهد شد

● گام اول برای نجات

اولین راهی كه مراكز اروپایی برای مقابله با بحران های ناشی از آلودگی هوا و انرژی پیگیری می كنند اصلاح سیستم سوخت رسانی و محفظه احتراق موتورهای دیزلی و بنزینی است و به همین دلیل در خودروهای سواری روش جدید تزریق مستقیم سوخت به كمك كاتالیست پیگیری می شود

▪ روش gdiدر این میان یكی از موفق ترین راها بوده است

ابداع سیستم‌های جدید تزریق با فشار بالا و پیشرفت در سیستم كاتالیست‌های DeNOx منجر به اولین تولید انبوه موتورهای پاشش مستقیم بنزینی با شارژ طبقه‌ای (stratified charge direct injection gasoline engine) شده كه كاهش مصرف سوخت بین ۱۰ تا ۱۵ درصد را به ارمغان آورده است.

برای دستیابی به بهترین مصرف سوخت، این موتورها در بارهای جزئی و مخلوط هوا و سوخت بسیار رقیق كار می‌كنند.

در بارهای زیاد یا بار كامل به منظور تامین ماكزیمم قدرت خروجی، مخلوط هوا و سوخت بصورت همگن وارد محفظه احتراق می‌شود. برای پایداری فرایند احتراق و اجتناب از تشكیل SOOT (دوده) در بارهای جزئی، حالت مخلوط هوا و سوخت با حركت كنترل شده هوای ورودی تامین می‌شود. مخلوط با حركت پیچشی رو به جلو (Forward Air Tumble) در فاصله هوایی شمع پایدار می‌شود.

شایان ذكر است كه پایداری فرآیند احتراق در موتورهای GDI، به دلیل نسبت هوا به سوخت بالا (رقیق سوز بودن)، از چالش‌های اساسی این نوع موتورهاست. در این حالت از یك انژكتور نوع چرخشی (Swirl-Type) استفاده می‌شود. نسل بعدی سیستم‌های پاشش مستقیم عملكردی شبیه به فرآیند احتراق در موتورهای دیزل خواهند داشت؛ یعنی پاشش توام با فرایند احتراق.

از آنجائی كه كاتالیست‌های سه راهه تنها در شرایط استوكیومتریك عمل می‌كنند، یك سیستم كاتالیستی DeNOx باید به مجموعه افزوده شود تا كاهش آلاینده‌ها را در فرآیند شارژ طبقه‌ای، مطمئن سازد. به همین دلیل سوخت مورد استفاده نیز باید عاری از گوگرد باشد.»

درباره استفاده از موتورهای تزریق مستقیم سوخت دكترپیشینگر معتقد است به نظر من توجه گسترده‌ای به موتورهای تزریق مستقیم سوخت شده است و به طور مشخص اگر این سیستم در كنار توربو شارژر قرار گیرد، بسیار مورد استقبال قرار خواهد گرفت. امروزه در اروپا می‌بینیم كه بنزین در رقابت با دیزل قرار گرفته است. بسیاری از شركت‌های خودروسازی در حال توسعه موتورهای بنزینی با توربو شارژر به همراه سیستم تزریق مستقیم هستند كه این موتورها از لحاظ قدرت و مصرف سوخت كارایی بالایی دارند.

● گام دوم برای نجات

اصلاح موتورهای دیزلی و افزایش استفاده آن در خودروها سواری از دیگر راهای افزایش عمر موتورهای درون سوز است

بنا بر مطالعات انجام ‌شده به طور متوسط استفاده از موتورهای دیزلی بجای بنزینی ۳۰ درصد صرفه‌جویی در پی دارد.

خودروهای دیزلی بین ۲۰ تا ۶۵ درصد سوخت كمتری مصرف می‌كنند، امروزه در خودروهای سواری دیزلی صرف چهار لیتر به ‌ازای هر ۱۰۰ كیلومتر معمول است ولی در خودورهای سواری بنزینی مصرف شش لیتر در هر ۱۰۰ كیلومتر ایده‌آل‌ترین حالت است.

برخلاف تصور عموم كه خودروهای دیزلی دودزا هستند با استفاده گازوییل كم‌گوگرد این سوخت بسیار پاكتر از بنزین است.

در حالی كه در این خودروها میزان CO۲ به اندازه ۲۴ و CO به‌میزان ۳۰ درصد با استفاده از موتورهای كاهش می‌یابد، اما هنوز هم تردد خودروی سواری دیزلی در ایران ممنوع است.

بازده حرارتی موتورهای بنزینی در حدود ۲۶ درصد است. حال‌ آنكه این بازده در موتورهای دیزلی جدید ۴۲ درصد گزارش شده. موتورهای دیزلی ۲۰ درصد افزایش گشتاور و ۲۵ درصد افت قدرت موتور نسبت به موتورهای مشابه بنزینی دارند.

در این میان شركتهای مختلف به فكر افزایش تكنولوژی دیزلی كردن خودروها هستنند به گونه ای كه حتی شركت جنرال موتورز كه تمایل چندانی به استفاده از این روش نداشت به این سمت كشیده شده است با گسترش مصرف سوخت خودروهای بنزینی، شركت جنرال موتورز برنامه جدیدی را برای گسترش خودروهای دیزلی اجرا كرده است.

موتورهای دیزلی تنها در عرض چند سال راه درازی را طی كرده‌اند. در حالی كه در سال ۱۹۹۰ تنها ۱۵ درصد از خریداران اتومبیل در اروپای غربی نسبت به خرید خودروهای دیزلی تمایل داشتند، این میزان در سال ۲۰۰۴ به ۴۳ درصد رسیده است.

گروه خودروسازی جنرال موتورز نیز با هدف پاسخگویی به نیاز روزافزون مشتریان برنامه جدیدی برای ارائه خودروهای دیزلی با سوخت پاك و عملكرد مناسب فراهم كرده است. آخرین گروه از خودروهای دیزلی درحدود ۱۰ مدل با موتور‌هایی بین ۱.۳ تا ۳ لیتر ظرفیت و با قدرت ۷۰ تا ۱۸۴ اسب بخار را شامل می‌شود.

در این میان موتورهای ۱.۹ لیتری معمولی از مطلوبیت بیشتری در میان مصرف‌كنندگان برخوردار هستند و در حال حاضر این موتورها در خودروهای آسترا، وكترا، سیگنوم و زفیرای شركت اپل و كادیلاك BLS و ساب ۳-۹ و ۵-۹ مورد استفاده قرار می‌گیرند.

این در حالیست كه در خودروهای وكترا و سیگنوم نیز علاوه بر آسترا و زفیرا یك موتور با قدرت ۱۰۰ اسب بخار در كنار موتورهای ۱۲۰ و ۱۵۰ اسب بخاری به بازار معرفی شده است.

این سه موتور تولید نیرو كه با استقبال مناسبی مواجه شده‌اند از حداكثر گشتاور ۲۶۰، ۲۸۰ و ۳۲۰ نیوتن بر متر در سرعت‌های مختلف برخوردارند كه این امر كیفیت و راحتی رانندگی را افزایش می‌دهد.

به طور مثال موتور ۱۵۰ اسب بخار آسترا ۱.۹ CDIT اپل/ واكس‌هال از زمان آغاز حركت تا رسیدن به سرعت ۱۰۰ كیلومتر در ساعت تنها به ۸.۹ ثانیه زمان نیاز دارد و از حداكثر سرعتی معادل ۲۰۸ كیلومتر در ساعت برخوردار است.

از سوی دیگر این موتورها كاملا مقرون به صرفه هستند. موتور ۱۲۰ اسب بخار خودروی ساب ۳-۹ ، ۱.۹ TID تنها از ۵.۷ لیتر دیزل در هر ۱۰۰ كیلومتر استفاده می‌كند كه این امر امكان طی مسافت ۱۱۹۰ كیلومتر بدون سوخت گیری مجدد را برای این خودرو فراهم می‌كند.

طراحی این موتور شبیه تمام موتورهای ۱.۹ لیتری است - چهار سیلندر، ظرفیت ۱۹۱۰CC ، توربوشارژر با خنك كننده داخلی و روش‌های تزریق مستقیم - اما تامین سوخت سیلندرها نیز از طریق یك سیستم ریلی جدید با ۱۶۰۰ بار فشار انجام می‌شود. این موتور كه از ۱۵۰ اسب بخار قدرت برخوردار است از تكنولوژی ۴ سوپاپ متغیر در هر سیلندر استفاده كرده و این در حالیست كه موتورهای ضعیفتر از یك سوپاپ داخلی و خارجی برای هر سیلندر برخوردار هستند.

تمام مدل‌های اپل، ساب و كادیلاك با موتورهای ۱.۹ لیتری از فیلترهای محافظ دیزلی برخوردارند كه این سیستم هوشمند احتیاجی به افزودنی‌های سوخت ندارد و در نتیجه از ویژگی‌های مثبتی نسبت به نقاط ضعف مدل‌های قبلی سود می‌برد.

از سوی دیگر با استفاده از سیستم نوین استفاده شده دراین موتورها با وجود نصب فیلتر تغییری در میزان مصرف سوخت به وجود نخواهد آمد و این میزان افزایش نخواهد یافت.

سیستم پاك كننده در كنار یك دودگیر در نزدیكی موتور و یك سیستم پاك كننده دیگر در زیر خودرو با هدف كاهش سایر آلاینده‌ها مانند مونواكسید كربن (CO)، هیدروكربن‌ها (HC) و ذرات دوده به فعالیت می‌پردازد.

در زمینه اطلاعات فنی موتور‌های ۱.۹ لیتری دیزلی لازم به ذكر است كه هر سه موتور ۱۰۰ ، ۱۲۰ و ۱۵۰ اسب بخار ۴ سیلندر بوده و در حالی كه دو موتور اول ۸ سوپاپ دارند در موتور ۱.۹ CDIT با قدرت ۱۵۰ اسب بخار از ۱۶ سوپاپ استفاده شده است

---