افزایش بازدهی موتورهای درون‌سوز

حسین شهرابی: موتورهای درون‌سوزِ امروزی تا حد زیادی کم‌بازده هستند و تنها یک‌چهارم انرژیِ نهفته در سوخت را به انرژی جنبشی تبدیل می‌کنند؛ سه‌چهارم باقی‌مانده به شکل گرمای اضافی هدر می‌رود. به همین دلیل بسیاری در تلاش بودند تا بخشی از انرژی هدررفته را به امید کاهش مصرف سوخت و کاهش گازهای گلخانه‌ای بازیابی کنند.

به گزارش نیوساینتیست، گای موریس، یکی از سرمهندسان شرکت فناوری‌های سوخت کنترل‌شده (www.cpowert.com) در لایندِن بریتانیا می‌گوید: «بالغ بر چهل درصد از برون‌داد بالقوه موتور در اگزوزها هدر می‌رود.» این شرکن قصد دارد با کارگذاریِ یک توربین درون لوله اگزوز، بخشی از این انرژی را بازیافت کند: گازهای خروجی که سرعت زیادی هم دارند مستقیماً از موتور خارج می‌شوند و با چرخاندن توربین، الکتریسیته تولید می‌کنند.

پیش‌نمونه‌ای از این ابزار که در یک سواری معمولی کار گذاشته شده تا 6 کیلووات انرژی در آزمایش‌های جاده‌ای تولید کرده است. این الکتریسیته به باتری ماشین بازخورانده می‌شود تا به سیستم‌های الکتریکی‌اش برق‌رسانی کند و مصرف سوخت را تا 15 درصد کاهش دهد.

در جاهایی دیگر، طراحان می‌کوشند از انرژی‌ای که اکثر ماشین‌ها در هنگام ترمز از دست می‌دهند استفاده کنند. استفاده از این انرژی جنبشی تا حد زیادی از بارِ موتور می‌کاهد. ماشین‌های دوگانه‌ای هم که موتورهای الکتریکی و موتورهای درون‌سوز دارند، مدتی است سیستم ترمزهای احیاگر را (که در هنگام استفاده از ترمز برق تولید می‌کنند) به کار می‌برند.

در برخی از انواع این سیستم‌های احیاگرِ انرژی جنبشی، یک چرخ لنگر به دنده‌ها وصل شده. زمانی که راننده بخواهد از سرعت کم کند، از چرخ لنگر می‌توان برای بازیابیِ انرژی چرخشیِ چرخ‌ها و ذخیره آن به شکل انرژی جنبشی استفاده کرد. زمانی که به سوخت بیشتری نیاز باشد سیستم به‌صورت معکوس کار می‌کند و انرژی را از چرخ لنگر می‌گیرد و از طریق دنده‌ها آن را به میله‌های محرک بازمی‌خوراند. سیستم به طور خودکار به حرکات پدال ترمز و گاز واکنش نشان می‌دهد و به این ترتیب بدون نیاز به کنترل راننده، ذخیره‌سازی نیرو را انجام می‌دهد.

کریس بروکبنکف یکی از اعضای پروژه توروترک (www.torotrak.com) می‌گوید بیش از 70 درصد انرژی بازیافتی با این سیستم را می‌توان به نیروی حرکتی برای راندن ماشین تبدیل کرد. این امر آن را تا دوبرابر پربازده‌تر از ماشین‌های دوگانه معمول می‌کند که تنها حدود 30 درصد از انرژی ترمزها را بازیابی می‌کنند.

این تیم تحقیقاتی ادعا می‌کنند این سیستم، مصرف سوخت و انتشار گازهای گلخانه‌ای را تا 30 درصد بیشتر از موتورهای بنزینی معمولی کاهش می‌دهد. از طرف دیگر، این چرخ لنگرها برخلاف باتری‌ها نیاز به جایگزینی و تعمیر ندارند.

اما شاید بیشترین افزایش بازدهی در شکل خود موتور باشد. طراحی سنتی پیستون و سیلندر به معنای این است که تنها سر پیستون با بالا و پایین رفتن ناشی از انفجار سوخت، نیروی حرکتی ایجاد می‌کند. 75 درصد باقیمانده سطح سیلندر ‌ــ‌ دیواره‌های محفظه پیستون ‌ــ‌ انرژی را به شکل گرما از سوخت مشتعل جذب می‌کنند و مقدار نیروی حرکتی موجود را کاهش می‌دهند.

این امر کارخانه ایریس انجینز (www.irisengine.com) را در واشنگتن بر آن داشت تا اتاقکی را به نام ساختار برانگیزش درون‌تاب (یا ایریس = Internally Radiating Impulse Structure) برای اشتعال سوخت طراحی کند. دیواره‌های شش‌گوش اتاقک به شکل پنل‌هایی همپوشان و مفصل‌دار است؛ زمانی که مخلوط سوخت مشتعل می‌شود اتاقک را منبسط می‌کند و پنل‌ها را وامی‌دارد روی مفصل‌هایشان بچرخند و بدین ترتیب نیروی حرکتی ایجاد کنند. این بدان معناست که سطح بیشتری از موتور برای ایجاد حرکت به کار می‌رود.

شبیه‌سازی‌های کامپیوتر‌ی طراحی ایریس که توسط شرکت مشاوران تحقیق و توسعه اتوموبیل‌ها، به نام AVL در اتریش، انجام شده نشان می‌دهد که این موتور بازده سوخت را تا 45 درصد افزایش می‌دهد. ایریس انجینز اعلام کرده هدف از طراحی این موتور این است که خودروسازان بازدهی سوخت را دوبرابر کنند و انتشار گازهای گلخانه‌ای را به نصف کاهش دهند.