تکنولوژی‌هایی که راندمان خودروهای آینده را افزایش می دهند (بخش دوم)

باتری‌ها به ما نوید تحولی شگرف و عظیم را برای برقی کردن خودروهای سواری و کامیون‌های سبک می‌دهند اما هنوز هم وقتی که صحبت از حمل بار زیاد در میان باشد، باتری‌ها بیش از اندازه بزرگ و غیر کاربردی به چشم می‌آیند. برای کامیون‌های بزرگ و کامیون‌هایی که بخواهند مسافت زیادی را طی کنند، باتری‌ها بخش زیادی از ظرفیت بار این خودروها را به خود اختصاص می‌دهند و زمان زیادی نیز برای شارژ شدن دوباره‌ی آن‌ها باید صرف شود. شرکت رایت اسپید که متعلق به یان رایت، یکی از اعضای سابق تیم تسلا است، سیستم پلاگین هیبرید جدیدی را برای وسایل نقلیه‌ی بزرگ جثه ابداع کرده که شامل باتری‌های کافی برای پیمودن مسافت ۴۸ کیلومتر با هر شارژ و یک ژنراتور توربینی برای افزایش برد است. شرکت تازه تأسیس نیکولا موتورز نیز ایده‌ای مشابه برای ماشین آلات سنگین دارد که برای کار کردن به گاز طبیعی فشرده نیاز دارد. نکته‌ی خوب در مورد توربین‌ها این است که آن‌ها تقریبا با هر نوع سوختی کار می‌کنند و ضمنا هنگامی که تحت فشار بار ثابت قرار دارند، دارای راندمان و عملکردی بسیار بهینه هستند که باتری‌ها را قادر می‌سازد که نیرو دهی و همچنین بازیابی انرژی ترمزگیری را بخوبی انجام دهند.

توربوشارژرها یکی از تکنولوژی‌های کلاسیک مربوط به پیشرانه‌ها هستند که در سال‌های اخیر به لطف آمدن سیستم‌های کنترل الکترونیکی و تزریق مستقیم سوخت جانی تازه گرفته و در کانون توجهات قرار گرفته‌اند. با تمام مزایایی که این سیستم دارد اما به دلیل آنکه نیروی خود را از گازهای خروجی اگزوز تأمین می‌کند همواره یک تأخیر در عملکرد آن وجود دارد، همچنین لوله کشی‌هایی که برای سیستم توربوشارژر در زیر کاپوت انجام می‌شود نیز پیچیدگی زیادی دارند. به هر حال جایگزین کردن گازهای اگزوز با یک الکتروموتور قدم بزرگ بعدی برای هرچه کوچک‌تر کردن پیشرانه‌ها است. سرعت پاسخ‌دهی کمپرسوری که توسط موتور الکتریکی به چرخش در می‌آید بسیار زیاد است و به دلیل داشتن باتری، هیچ تاخیری در عملکرد آن وجود ندارد. با کمک یک سوپرشارژر الکتریکی می‌توان با استفاده از سیستم غیر‌فعال‌سازی سیلندرها تعداد سیلندرهایی را که احتراق دارند را کاهش داد درحالی‌که با فرستادن هوای بیشتر به سیلندر‌هایی که فعال باقی مانده‌اند می‌توان گشتاور آن‌ها را افزایش داد. هنگامی هم که خودرو در سراشیبی قرار گیرد، جریان هوای موجود در کمپرسور سبب باز گرداندن انرژی الکتریکی به باتری‌ها می‌شود. در حال حاضر آئودی SQ7 TDI نخستین خودرویی است که از سوپرشارژر الکتریکی استفاده می‌کند و پیش بینی می‌شود که در آینده خودروهای بیشتری نیز از این سیستم استفاده کنند.

باتری‌های الکتروشیمیایی به لطف ظرفیت بسیار کم خود همچنان به عنوان یک منبع انرژی نه چندان مناسب برای خودروهای برقی شناخته می‌شوند. با هر قدمی در علم شیمی جهشی بزرگ و قابل توجه نیز در این نوع باتری‌ها ایجاد شده است؛ مانند حرکت از سمت انواع اسیدی به نیکل متال و سپس به لیتیوم یون. با این حال همان‌طور که قبلا اشاره شد، باتری پیشرفته‌ی ۶۰ کیلوواتی با وزن ۴۳۵ کیلوگرم، دارای انرژی برابر با تنها ۶.۸ لیتر بنزین است. یکی از محدودیت‌های موجود در باتری‌ها به مایع یا ژل استفاده شده در بین الکترودها باز می‌گردد. این مواد بهترین رساناها نیستند و در زمانی که الکترودها کوچک باشند نیز می‌توانند بسیار اشتعال پذیر شوند. باتری‌های خشک مجهز به الکترودهای کریستالی هستند که الکترون‌ها را بسیار سریع‌تر عبور می‌دهند و عملکرد آن‌ها نیز هرگز تنزل پیدا نمی‌کند. این باتری‌ها می‌توانند با قیمت کمتر، تراکم انرژی بیشتری را ارائه دهند یا حداقل می‌توان گفت که پتانسیل این کار را دارند. در حال حاضر محققانی در گوگل، سامسونگ و سایر کمپانی‌ها به‌طور هم‌زمان در حال تحقیق روی این مسئله هستند که چطور می‌توان بیش از یک سلول را تولید کرد.

درحالی‌که رقابت برای دستیابی به راندمان بالاتر و در عین حال کاهش آلایندگی وجود دارد، محققان تلاش می‌کنند تا به استراتژی جدیدی برای احتراق پیشرانه‌ها دست پیدا کنند که شامل بهترین مشخصه‌های سیکل اتو (پیشرانه‌های بنزینی) و سیکل دیزلی می‌شود. به این نوع احتراق، تراکم احتراق همگن یا اختصارا (HCCI) گفته می‌شود. یک پیشرانه‌ی مجهز به سیستم HCCI درحالی‌که می‌تواند با سوخت بنزین کار کند که همانند پیشرانه‌های دیزلی از حرارت ناشی تراکم هوا برای احتراق استفاده می‌کند و دیگر نیازی به وجود شمع ندارد. پیشرانه‌های مجهز به HCCI باید بتوانند به ۱۵ مصرف سوخت کمتر دست یابند درحالی‌که نیازی به سیستم اگزوز پیچیده و گران‌قیمت دیزلی‌ها نیز نداشته باشد. زمانی که شرکت‌های دایملر و جنرال موتورز در اواخر سال ۲۰۰۰ این تکنولوژی را معرفی کردند، برنامه‌ریزی کرده بودند که تا امروز به بازار بیاید. با این اوصاف کار روی این تکنولوژی هنوز ادامه دارد و احتمالا فعلا به چند سالی زمان نیاز داشته باشد.

زمانی که بیشترین گشتاور از یک پیشرانه نیاز باشد، افزایش ضریب تراکم یک راه حل کارآمد است. اما متاسفانه بیشترین گشتاور، همیشه مورد نیاز نیست و از طرفی در هنگامی که پیشرانه در حال کار با بار و دور عادی است، ضریب تراکم بالا می‌تواند منجر به افزایش مصرف سوخت شود. سیستم‌های الکترونیکی مدرن امروزی، بسیاری از پارامترها را در پیشرانه‌ها متغیر کرده‌اند و حالا این امکان وجود دارد که بتوان براساس شرایط کارکرد پیشرانه نیز اقدام تغییر ضریب تراکم کرد. نمونه‌های آزمایشگاهی اولیه‌ی این سامانه از مکانیزمی بسیار پیچیده برای کنترل حرکت پیستون نسبت به میل‌لنگ استفاده می‌کردند که سبب افزایش وزن و استهلاک می‌شود و این امر برخی نکات مثبت این تکنولوژی را تحت الشعاع خود قرار می‌داد. با استفاده‌ی گسترده از سامانه‌های زمان‌بندی و لیفت متغیر سوپاپ‌ها می‌توان عملکرد سیستم ضریب تراکم متغیر را در پیشرانه ایجاد کرد؛ این کار با دیرتر بستن سوپاپ ورودی هوا (برای کاهش ضریب تراکم مؤثر که با عنوان سیکل آتکینسون شناخته می‌شود) یا زودتر بستن این سوپاپ در کورس تراکم برای افزایش ضریب تراکم صورت می‌گیرد. اگر پیشرانه‌های بدون میل‌سوپاپ به بازار بیایند آنگاه می‌توان ضریب تراکم را برای هر کدام از سیلندرها به صورت جداگانه تنظیم کرد.

نظر شما در رابطه با تکنولوژی‌های نوین صنعت خودرو چیست؟ نقش کدام یک را در آینده‌ی این صنعت پررنگ‌تر می‌دانید؟