موتورهاي هيدروژني

[Siamak 109]

موتورهاي هيدروژني عاملي براي حل مساله انرژي و محيط زيست:

 

آيا سوخت پاك واقعيت است يا خيال و آيا روزي خواهد رسيد كه سوختي بي پايان در دست بشر قرار گيرد؟ اينها همه سوالاتي است كه ذهن دانشمندان و مهندسان خودرو را به خود مشغول كرده است. اما اين سوالات ديگر خيال نيست، بلكه ممكن است در چند دهه آينده به واقعيت نزديك شود، اما اين شاه‌كليدي كه دانشمندان به آن نزديك شده‌اند چيست؟

 

هيدروژن، يكي از فراوان‌ترين عناصر در طبيعت است. سوختن هيدروژن با انرژي زياد تنها خروجي آب را در پي دارد؛ پس آيا هيدروژن مي‌تواند تمام مشكلات گذشته را حل كند؟ البته تكنولوژي چنين موتوري بسيار پيچيده‌تر است و در حال حاضر، تاسيسات سوخت‌رساني چنين خودرويي نيز بسيار گران قيمت است.

 

 

اصلي‌ترين گام را بي.ام.و برداشت:

 

مهندسان بي.ام.و كه در جهان اتومبيل به مهندسان تكنولوژي معروف هستند، روياي سوخت هيدروژني را به واقعيت نزديك كرده‌اند. متخصصان اين شركت هم اكنون مدل سري 5 خود را به موتور احتراق داخلي با سوخت هيدروژني مجهز كرده‌اند و در گام بعدي، خودرويي را با شكل مسابقه‌اي به موتور هيدروژني تبديل كرده‌اند.

 

مهندسان بي.ام.و خودرو هيدروژني را با موتور h2r ساخته‌اند كه با آرايش خورجيني و يا 12 سيلندر و به‌كارگيري سوخت هيدروژن 285 اسب بخار قدرت توليد مي‌كند. خودرو جديد بي.ام.و در آخرين ركوردگيري توانسته ركورد 302 كيلومتر بر ساعت را به دست آورد. موتور جديد h2r بر مبناي موتور احتراق داخلي بي.ام.و سري 7 ساخته شده كه براي افزايش راندمان در اين موتور از زمانبندي متغير سوپاپ‌ها استفاده شده است.

 

به دليل نوع سوخت هيدروژن و حالت گازي آن، تغييراتي در سيستم سوخت‌رساني اين خودرو داده شده است.

 

بي.ام.و قصد دارد بر اساس تجربيات به دست آمده در مدل h2r، خودرويي بسازد كه توانايي كاركرد با هيدروژن و بنزين را داشته باشد.

 

 

طراحان بهترين موتور هيدروژني

 

خودرو هيدروژني بي.ام.و به وسيله شركت تكنوسنتز - از شركت‌هاي زيرمجموعه بي.ام.و - ساخته شده است.

 

يورگن كوبلر از مهندسان خبره آلماني و مدير پروژه h2r، اعتقاد دارد كه در كوتاه‌ترين زمان،‌ بهترين خودرو هيدروژني جهان ساخته شده است.

 

وي مدت ساخت نمونه بي.ام. و را تنها 10 ماه مي‌داند و مي‌گويد: "اين كار سخت تنها با استفاده از سيستم‌هاي شبيه‌ساز رايانه‌اي cap قابل اجرا بود؛ به طوري كه با استفاده از اين روش در هزينه و وقت صرفه‌جويي بسيار شده است."

 

همچنين مهندسان بي.ام.و با استفاده از سيستم‌هاي فنربندي و تعليق رايج بي.ام.و زمان طراحي را كاهش داده‌اند. موتور جذاب h2r بر مبناي مدرن‌ترين و بزرگترين قواي محركه بي.ام.و شكل گرفته است. اين موتور چيزي نيست جز يك موتور 12 سيلندر v شكل شش ليتري كه اولين موتور احتراق داخل تجاري هيدروژني را پايه‌گذاري كرده است. مهم‌ترين تغييراتي كه در اجزاي ساختماني اين موتور به نظر مي‌رسد، نوع تزريق سوخت هيدروژن است. البته نوع فولادي كه براي محفظه احتراق ساخته شده هم بسيار جالب است. آلياژهاي به كار رفته در اين موتور از اسرار بي.ام.و است.

 

 

تفاوت احتراق بنزين و هيدروژن:

 

مهم‌ترين تفاوت بين موتور احتراق داخلي بنزين‌سوز و هيدروژني در ذات اين دو سوخت است. هيدروژن تحت فشار هواي طبيعي سريع‌تر از سوخت معمولي مشتعل مي‌شود، اما دماي احتراق آن اندكي كمتر از بنزين است. در داخل موتور سرعت احتراق بالاي مخلوط هيدروژن و هوا دماي بيشتري در مقايسه با يك موتور بنزيني توليد مي‌كند. بنابراين، بايد زمانبندي سوخت بنزين تغيير كند و جرقه بايد زماني زده شود كه بهترين فشار در نقطه مرگ بالاي پيستون شكل گيرد. يكي از مزاياي قابل توجه فشار احتراق بالاتر از مخلوط هيدروژن و هوا، توليد قدرت بيشتر از مقدار انرژي است كه در يك موتور بنزيني مصرف مي‌شود و اين يعني موتور هيدروژني بازده و كارايي بيشتري دارد.

 

 

سوخت‌رساني فوق مدرن:

 

سوخت هيدروژن همان اندازه كه پاك است، خطرناك نيز هست و به همان اندازه ذخيره آن پيچيده است. به همين دليل، مهندسان بي.ام.و براي ساخت يك خودرو هيدروژني با سد بزرگي رو به رو بوده‌اند.

 

در خودرو h2r بيش از 11 كيلوگرم هيدروژن مايع در يك مخزن عايق‌بندي شده ذخيره مي‌شود. در مجموع براي حفظ ايمني ساخت در تمام شرايط، سه عدد سوپاپ مخصوص روي مخزن سوخت قرار گرفته است. يكي از اين سوپاپ‌ها با رسيدن فشار هيدروژن به ميزان 4.5 بار باز مي‌شود و دو سوپاپ ديگر نيز براي جلوگيري از خطر نشت هيدروژن از مخزن به بيرون در نظر گرفته شده است و دماي آن نيز پائين نگه داشته مي‌شود. جالب اين كه هيدروژن به سختي مايع مي‌شود و بايد اين گاز را در حرارت 150 درجه زير صفر با فشار بالا قرار داد تا بتوان آن را مايع كرد؛ پس نوع مخزن ذخيره‌سازي هيدروژن هم بسيار پيچيده خواهد بود. حفظ ايمني اين مخزن پيچيده‌تر است، زيرا در صورت انفجار، به راحتي محله‌اي را به هوا خواهد برد.

 

سوپاپ‌هاي اضافي فشار گاز در لوله‌هاي سوخت‌رساني به موتور و ميزان جابه‌جايي هيدروژن از داخل مخزن به سمت بيرون را كنترل مي‌كنند. با مشاهده كوچكترين نشت، فشار هيدروژن به 0.4 بار كاهش يافته و سوپاپ‌هاي تامين سوخت به طور خودكار جريان هيدروژن را قطع مي‌كنند.

 

 

براي حفظ فشار مناسب در سوپاپ‌هاي تزريق، سيستم مديريت موتور، فشار هيدروژن در لوله‌هاي مربوطه را به 1.2 بار كاهش مي‌دهد. چهار سنسور نيز در نقاط خطرناك و حساس نصب شده و پس از هرگونه نشت در سيستم اخطار مي‌دهند.

 

 

فناوري سوپاپ‌هاي پيشرفته:

 

در موتور جديد هيدروژني بي.ام.و از فناوري والوترينك بهره‌گيري شده است. اين سيستم كه نام تجاري آن vanos است دو مزيت دارد: تغيير زمان‌بندي سوپاپ‌ها و ميزان بلند شدن و برخاستن سوپاپ‌ها. اين سيستم منحصر به فرد براي متخصصان بي.ام.و براي كنترل عملكرد سوپاپ‌ها است و ميزان بلند شدن سوپاپ‌ها را نيز مشخص مي‌كند. اين كار از طريق يك اهرم واسط بين ميل سوپاپ و دو سوپاپ ورودي روي هر سيلندر انجام مي‌شود و يك ميله خارج از مركز نيز به وسيله يك موتور برق به حركت درمي‌آيد.

 

 

آينده منتظر هيدروژن:

 

به گزارش ايسنا، استفاده از سوخت‌هاي فسيلي احتمالا در 100 سال آينده، اندك اندك كنار گذاشته خواهد شد. آلودگي اين سوخت‌ها مشكل‌ساز هستند و اگر مهندسان بتوانند از هيدروژن در موتور خودروها استفاده كنند، مشكل انرژي و آلودگي حل خواهد شد؛ چرا كه تنها نتيجه سوختن هيدروژن با اكسيژن، آب است، اما هنوز راه زيادي باقي است. شايد بعيد به نظر برسد؛ عنصر هيدروژن كه به گفته بسياري از دانشمندان دومين عنصر طبيعت از نظر فراواني است، به سختي تهيه و سخت‌تر از آن ذخيره مي‌شود؛ حال بايد ديد دانشمندان چگونه از هيدروژن استفاده مي‌كنند و چگونه كليد استفاده از معدن هيدروژن در خودروها پيدا خواهد شد.