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

صنعت خودروسازی با سرعت زیادی در حال پیشرفت و توسعه‌ی سیستم‌های نوین قوای محرکه‌ی خودروها است. اگر به این زمینه از فناوری‌های خودرویی علاقه دارید و به دنبال آشنایی با جدید‌ترین تکنولوژی‌های خودرویی هستید که به زودی در این صنعت به کار گرفته می‌شوند، با زومیت همراه باشید.

پیشرانه‌های احتراق داخلی محبوب‌ترین نمونه‌ی موجود در صنعت خودروسازی است. خودروسازان نیز در همین راستا همواره در تلاش بر توسعه‌ی فناوری‌های نوینی برای تکامل و پیشرفت سیستم قوای محرکه‌ی خودروها هستند. در ادامه شما را با برخی از جدید‌ترین فناوری‌های این عرصه که به زودی به صورت گسترده توسط خودروسازان مورد استفاده قرار خواهند گرفت، آشنا می‌کنیم.

۷. پیشرانه‌های بدون میل سوپاپ

میل سوپاپ

برای تبدیل انرژی حرارتی به انرژی مکانیکی، پیشرانه باید بتواند که عمل پمپ کردن هوا و سوخت به داخل سیلندر و سپس پمپ کردن گازهای آلاینده به خارج از محفظه‌ی احتراق را به نحو هرچه بهتر انجام دهد. با این حال در روش سنتی و معمول تایمینگ (زمانبندی) عملکرد سوپاپ‌های هوا و دود که توسط میل سوپاپ به حرکت در می‌آیند به طور گسترده‌ای وابسته به سرعت گردش پیشرانه (دور موتور) و بار موجود بر روی پیشرانه است. سیستم‌های مدرن لیفت متغیر سوپاپ (VVL) و همچنین زمانبندی متغیر سوپاپ‌ها (CVVT) تاثیرات شگفتی بر روی عملکرد پیشرانه‌ها گذاشته‌اند و کارکرد پیشرانه‌ها را هر چه بیشتر به مرحله‌ی بهینه نزدیک‌تر کرده‌اند. اما استفاده از این سیستم‌ها نیز محدودیت‌هایی دارد و دیگر پیشرفتی بیش از این نمی‌توان با میل سوپاپ‌های سنتی بدست آورد؛ ضمن این که تغییر دادن زمان‌بندی و لیفت برای هر سیلندر به صورت جداگانه، با استفاده از یک میل سوپاپ کلاسیک امری بسیار دشوار است. در حالت ایده آل هر سوپاپ باید بتواند تواسط فعال کننده‌ی مختص به خود و بسته به شرایط کارکرد همان سیلندر و موقعیت میل‌لنگ زمانبندی شود. سیستم‌ها الکترومکانیکی و سلونوئیدهای الکترونیکی برای دستیابی به این مهم در آزمایشگاه‌ها بطور گسترده مورد استفاده و تحقیق قرار گرفته‌اند؛ اما این سیستم‌ها مصرف انرژی بسیار بالایی دارند و در حین کارکرد نیز صدای زیادی تولید می‌کنند. اما با تغییر سیستم برقی خودروها به سیستم  ۴۸ ولتی و همچنین کاهش حجم و تعداد سیلندر پیشرانه‌های جدید این تکنولوژی‌ها در سال‌های آینده بیشتر به واقعیت نزدیک خواهند شد. مهندسین لوتوس برای نخستین بار در اواخر دهه‌ی ۱۹۸۰ از یک پیشرانه‌ی بدون میل سوپاپ رونمایی کردند و حالا نیز سازنده‌ی خودروهای سوپر اسپرت یعنی کونیخ زگ در اوایل سال ۲۰۱۶  اقدام به معرفی نمونه‌ی اولیه از پیشرانه‌ی فاقد میل سوپاپ خود با نام FreeValve نمود.

۸. سیستم پلاگین هیبرید توربینی

هیبرید

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 تاسیس 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.

۹. سوپرشارژرهای الکتریکی

سوپرشارژر

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 تامین می‌کند همواره یک تاخیر 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 در حالی که 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.

۱۰. باتری‌های جامد

باتری

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 می توانند 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 بطور همزمان در حال تحقیق روی این مساله هستند که چطور می‌توان بیش از یک سلول را تولید کرد.

۱۱. تراکم احتراق همگن (HCCI)

موتور

در حالی که 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 در حالی که 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 در حالی که نیازی به سیستم اگزوز پیچیده و گران قیمت دیزلی‌ها نیز نداشته باشد. زمانی که شرکت‌های دایملر و جنرال موتورز در اوخر 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.                        

۱۲. ضریب تراکم متغیر

ضریب تراکم

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 بر اساس شرایط کارکرد پیشرانه نیز اقدام تغییر ضریب تراکم کرد. نمونه‌های آزمایشگاهی اولیه‌ی این سامانه از مکانیزمی بسیار پیچیده برای کنترل حرکت پیستون نسبت به میل لنگ 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 موثر که با عنوان سیکل آتکینسون شناخته می‌شود) یا زودتر بستن این سوپاپ در کورس تراکم برای افزایش ضریب تراکم صورت می‌گیرد. اگر پیشرانه‌های بدون میل سوپاپ 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؟

منبع caranddriver

مقاله های مرتبط

  دیدگاه
کاراکتر باقی مانده