موتور احتراقی پیستون آزاد تویوتا انرژی الکتریکی تولید می‌کند

با وجود توسعه‌ی انواع فناوری‌های پاک برای استفاده در خودروها، همچنان شاهد بکارگیری گسترده‌ی موتورهای احتراقی در خودروهای تولیدی هستیم. خودروسازان در کنار توسعه‌ی خودروهای هیبریدی، الکتریکی و هیدروژنی، روی ساخت موتورهای احتراقی را نیز کار می‌کنند. یکی از این نمونه‌ها، موتور احتراقی پیستون آزاد تویوتا با قابلیت تولید انرژی الکتریکی است.

 با توجه به نبود امکانات و فناوری‌های مورد نیاز برای تولید و استفاده از خودروهای تمام الکتریکی در گستره‌ی وسیع جغرافیایی، همچنان شاهد تولید انبوه موتورهای احتراقی هستیم. در راستای کاهش آلایندگی و کاهش مصرف سوخت‌های فسیلی از جمله بنزین و گازوئیل که مصرف بالایی در صنعت حمل و نقل دارند، خودروسازان در پی استفاده از موتورهای درون‌سوز در ترکیب با موتورهای الکتریکی برای بالابردن دامنه‌ی حرکتی موتورهای الکتریکی هستند.

تویوتا راهکار جالب توجهی را برای استفاده‌ی بهینه از سوخت و بالا بردن دامنه‌ی حرکتی خودروهای الکتریکی انجام داده است. این شرکت که در حال حاضر با تولید سالیانه ۱۰ میلیون دستگاه خودرو، لقب بزرگ‌ترین خودروساز جهان را به خود اختصاص داده، از ترکیب موتورهای احتراقی پیستون آزاد با موتور القایی خطی بهره برده است. این موتور FPEG نام دارد که برگرفته از Free Piston Engine Linear Generator به معنای ژنراتور القایی خطی با موتور پیستون آزاد است.

ایده‌ی استفاده از موتور القایی خطی چندان جدید نیست و دانشمندان در سال‌های اخیر انواع مدل‌های آن را تولید کرده‌اند.

در موتور‌های موسوم به بدون پیستون، میل‌لنگ حذف شده و به‌جای استفاده از چندین سیلندر در کنار هم، از یک محفظه برای انفجار استفاده می‌شود. داخل این محفظه‌ها، پیستون قرار دارد که به سمت جلو و عقب حرکت می‌کند. پروسه‌ی احتراق در این موتور بسیار شبیه موتورهای احتراق داخلی چهار مرحله‌ای است.

شاید از خود بپرسید که در این موتور که میل‌لنگ حذف شده، چگونه پیستون به حالت اولیه‌ی خود باز می‌گردد؟ وظیفه‌ی جلو بردن پیستون پس از انفجار به عهده‌ی گازی است که در مرحله‌ی بعد آتش خواهد گرفت. همانطور که در تصویر فوق می‌بینید، ابتدا گاز از قسمت پشتی، پیستون را به سمت جلو هدایت می‌کند، سپس گازی که در مرحله‌ی قبل وارد محفظه‌ی احتراق شده، آتش گرفته و پیستون را به عقب می‌برد، همزمان با خروج گاز سوخته شده، گازی که در مرحله‌ی قبل پیستون را به جلو برده بود وارد محفظه‌ی احتراق می‌شود. تنها مزیت وجود میل‌لنگ تبدیل حرکت رفت و برگشت پیستون به نیروی دورانی و انتقال آن به چرخ‌ها برای حرکت خودرو بود، اما در موتور FPEG تویوتا از انرژی جنبشی برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می‌شود.

وظیفه‌ی تولید انرژی الکتریکی بر عهده‌ی پیستون مورد استفاده در این موتور است که علاوه بر عقب و جلو رفتن، انرژی الکتریکی نیز تولید می‌کنند. در صورتی که پیستون را برش دهیم، ساختار W شکل آن را مشاهده می‌کنید. همانطور که در تصویر زیر می‌بینید، دندانه‌ی وسط پیستون W شکل با محفظه‌ی احترق تعامل دارد، دو دندانه‌ی طرفین برای جلو بردن پیستون در حال ورود گاز به محفظه‌ی پشتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. سطح پیستون از مواد مغناطیسی پوشیده شده و دیواره‌ی اطراف نیز سیم‌پیچی شده است. با استفاده از این سازوکار یک موتور القایی خطی ایجاد می‌شود که در اثر رفت و برگشت پیستون، انرژی الکتریکی تولید می‌شود.

ToyotaMotorInt

این موتور احتراقی-الکتریکی مزایای زیادی دارد که از جمله‌ی آن می‌توان به سهولت در خنک کردن و روغنکاری آن اشاره کرد.فشار گاز ورودی را نیز که برای جلو عقب بردن پیستون مورد استفاده قرار می‌گیرد، می‌توان تغییر داد.

سایز کوچک این موتور، امکان استفاده از آن را برای تامین نیروی مورد نیاز خودروهای الکتریکی در مسافت‌های طولانی فراهم می‌کند. نمونه‌ی آزمایشی این پیشرانه که توسط تویوتا توسعه یافته، ۱۳ اسب بخار نیرو تولید می‌کند.  بکارگیری دو دستگاه از این پیشرانه منجر به رسیدن به سرعت ۱۲۰ کیلومتر در ساعت می‌شود.

در مقایسه با موتورهای احتراقی معمول، این خودرو بسیار بهینه‌تر عمل می‌کند. استفاده از این نوع موتورها لرزش‌هایی را در پی دارد که می‌تواند به بدنه‌ی خودرو منتقل کند. در صورت استفاده از یک موتور خطی دیگر در جهت عکس و بصورت افقی می‌توان مشکل را نیز خنثی کرد.

هنوز راه درازی تا توسعه‌ی خودروهای مبتنی بر این موتور باقی است، اما چنین فناوری‌هایی نقشه‌ی راه آینده را در صنعت خودروسازی تعیین می‌کنند.

از سراسر وب

  دیدگاه
کاراکتر باقی مانده