زمانی که میلیاردر بیل گیتس و شرکت خوسلا ونچرز تصمیم گرفتند میلیونها دلار در اکوموتورز — شرکتی که موتورهای پیستون مخالف طراحی میکند — سرمایهگذاری کنند، دنیای خودروسازی به آن توجه کرد. موتورهای پیستون مخالف تاریخی طولانی و پرافتخار دارند، اما تا به حال عمدتاً از حملونقل جادهای غایب بودهاند. اکوموتورز با رویکردی تازه به این فناوری نادیدهگرفتهشده، درصدد تغییر این وضعیت برآمد.
موتور OPOC چیست؟
اکوموتورز موتور خود را OPOC نامید — مخفف Opposed Piston Opposed Cylinder (پیستون مخالف، سیلندر مخالف). این طراحی دارای دو سیلندر است که هر کدام دو پیستون روبهروی هم دارند. اگرچه معماری OPOC با موتورهای بنزینی (از جمله انواع الکلسوز) نیز سازگار است، اکوموتورز عمدتاً بر کاربردهای دیزل تمرکز کرده است.
موتور OPOC چگونه کار میکند؟
موتور OPOC بر اساس چرخه دو زمانه کار میکند، به این معنا که پیستونهای مخالف در هر سیلندر در یک دور چرخش میللنگ، یک کورس قدرت را کامل میکنند. هنگامی که پیستونها به سمت نقاط مرده خود حرکت میکنند، پورتهایی در دیواره سیلندر را باز میکنند — یک پیستون ورودی و دیگری خروجی را کنترل میکند. زمانبندی پورتها به دقت تنظیم شده است تا پورت خروجی کمی زودتر باز و زودتر بسته شود، که برای تبادل گاز کارآمد ضروری است.
حذف سرسیلندرها، سوپاپها و سختافزار مرتبط با آنها دستاوردهای قابلتوجهی به همراه داشته است. بر اساس اعلام اکوموتورز، در مقایسه با یک موتور دیزل متداول با توان معادل، OPOC ارائه میدهد:
- کاهش ۵۰٪ در اتلاف اصطکاک
- کاهش ۵۰٪ در مصرف روغن
- ۵۰٪ قطعات کمتر
- کاهش ۳۰ تا ۵۰٪ در وزن
- ۲ تا ۴ برابر فضای کمتر زیر کاپوت
نوآوری کلیدی: یک میللنگ مرکزی واحد
آنچه OPOC را از طراحیهای پیشین پیستون مخالف متمایز میکند، استفاده از یک میللنگ مرکزی واحد است. نسخههای قبلی به دو میللنگ نیاز داشتند — یکی در هر انتهای موتور — که آنها را بهمراتب بزرگتر و سنگینتر میکرد. این حجم، آن طراحیهای قدیمی را به لوکوموتیوهای دیزل و کشتیها محدود میکرد. با تمرکز همه چیز حول یک میللنگ مرکزی، اکوموتورز فرمت پیستون مخالف را برای طیف بسیار گستردهتری از خودروها عملی ساخته است.
توربوشارژر الکتریکی: حل مشکل اسکاونجینگ در موتورهای دو زمانه
مانند تمام موتورهای دو زمانه، OPOC به یک دستگاه خارجی برای اسکاونج سیلندرها هنگام باز بودن پورتها نیاز دارد. اکوموتورز این وظیفه را به توربوشارژر واگذار کرد — اما این امر یک مشکل آشکار ایجاد میکند: توربوشارژر در هنگام راهاندازی، پیش از آنکه گازهای خروجی فشار ایجاد کنند، بیفایده است.
راهحل یک موتور الکتریکی یکپارچه نصبشده روی محور توربوشارژر است. این مفهوم کاملاً جدید نیست، اما اکوموتورز از اولینهایی بود که آن را به یک طراحی تولیدمحور آورد. نحوه کار آن به این صورت است:
- هنگام راهاندازی: موتور الکتریکی از یک باتری داخلی برق میگیرد تا توربوشارژر را بچرخاند و پیش از آنکه موتور به سرعت کاری برسد، اسکاونج سیلندر را فراهم کند.
- در سرعت ثابت: موتور الکتریکی خاموش میشود و توربوشارژر بهصورت متداول کار میکند.
- در بار بالا: وقتی جریان خروجی قوی است، موتور الکتریکی نقش خود را تغییر داده و بهعنوان ژنراتور عمل میکند، انرژی بازیابی کرده و باتری را شارژ میکند.
پتانسیل عملکردی و مزایای نظری
معماری دو زمانه OPOC از نظر نظری قادر است نسبت توان به جابجایی دو برابر موتور چهار زمانه معادل را ارائه دهد — هرچند این سقف در عمل محقق نشده است. مزیت مکانیکی دیگر از کورس پیستون ناشی میشود: چون دو پیستون مقابل هم فاصله کورس را تقسیم میکنند، هر پیستون تنها نیمی از مسافت پیستون متداول در همان سرعت موتور را طی میکند. این امر مستقیماً به سرعتهای پایینتر پیستون و کاهش اتلاف اصطکاک منجر میشود.
اکوموتورز همچنین ادعا میکند که هندسه اتاق احتراق OPOC، اسکاونج استثنایی سیلندر را ممکن میسازد و کارایی چرخه دو زمانه را بیشتر به حداکثر میرساند.
پیتر هوفبائر: مهندس پشت این موتور
OPOC بخش زیادی از نبوغ خود را مدیون پیتر هوفبائر، بنیانگذار، رئیس هیئتمدیره و مدیر ارشد فناوری اکوموتورز است. هوفبائر بیش از دو دهه در رأس توسعه موتورهای پیشرفته در شرکت آلمانی فولکسواگن فعالیت کرد و مسئول نوآوریهایی از جمله VR6 — موتور V6 زاویه باریک ۱۵ درجه فشرده فولکسواگن — بود. او چند سال پیش از تأسیس اکوموتورز در سال ۲۰۰۸ شروع به تصورپردازی طرح OPOC کرد و سابقه او اعتبار قابلتوجهی به این پروژه میبخشد.
مشخصات واقعی: مدل EM100
نمونه اولیه دیزل پرچمدار اکوموتورز، EM100، بیش از ۵۰۰ ساعت روی دینامومتر شاسی انباشته کرده است — به اندازه کافی برای تأیید اینکه طراحی اصلی همانطور که در نظر گرفته شده عمل میکند. با این حال، تصویر در مورد ارقام عملکردی ادعاشده پیچیدهتر است. در تنظیمات حداکثر خروجی، EM100 تنها بدون فعال بودن کنترلهای انتشار به اهداف توان و گشتاور خود میرسد. در آن پیکربندی، اکوموتورز آن را عمدتاً برای کاربردهای نظامی عرضه میکند، جایی که نسبت توان به وزن بر رعایت استانداردهای اگزوز اولویت دارد.
برای خودروهای جادهای غیرنظامی، اکوموتورز نسخهای با تنظیم متفاوت از همان موتور با مشخصات زیر ارائه میدهد:
- خروجی: ۳۰۰ اسببخار
- گشتاور: ۷۴۶ نیوتون متر
- بهبود بازدهی سوخت: حدود ۱۵٪ نسبت به دیزل متداول
- انتشار: در این پیکربندی با مقررات استاندارد جادهای سازگار است
در حالی که ۱۵٪ در مقایسه با ادعای بازدهی ۴۵ تا ۵۰٪ اصلی ممکن است ناچیز به نظر برسد، همچنان نشاندهنده دستاورد قابلتوجهی در صنعتی است که مهندسان معمولاً برای کسری از یک درصد تلاش میکنند.
طراحی ماژولار: دو موتور، یک پیشرانه
یکی از جذابترین جنبههای معماری OPOC، مقیاسپذیری ماژولار آن است. اکوموتورز پیشنهاد میکند دو واحد OPOC را از طریق یک کوپلینگ کنترلشده الکترونیکی به یک پیشرانه چهار سیلندر ترکیب کند. سیستم به این شکل کار میکند:
- در بار کم: فقط یک ماژول کار میکند و در بهترین محدوده بازدهی خود عمل میکند.
- در بار بالا: ماژول دوم از طریق کوپلینگ الکترونیکی بهصورت یکپارچه وارد میشود.
- لرزش: از آنجا که OPOC ذاتاً تعادل خوبی دارد، فعالسازی مجدد ماژول غیرفعال حداقل سر و صدا یا زبری ایجاد میکند.
این از نظر مفهومی مشابه غیرفعالسازی سیلندر در موتورهای V بزرگ است — اما با یک تفاوت اساسی. در سیستمهای متداول قطع سیلندر، پیستونهای غیرفعال همچنان بالا و پایین میروند و درگ انگلی ایجاد میکنند. در چیدمان ماژولار OPOC، واحد غیرفعال کاملاً متوقف میشود و آن اتلاف را بهطور کامل از بین میبرد. در پیکربندی جفتشده، هر ماژول با ۲۴۰ اسببخار رتبهبندی شده و خروجی ترکیبی ۴۸۰ اسببخار را ارائه میدهد، در حالی که گزارش میشود حداکثر بهبود بازدهی سوخت ۴۵٪ و رعایت استانداردهای سختگیرانه انتشار دود اگزوز را نیز محقق میکند.
آینده: EM65 و برنامههای توسعه
اکوموتورز همچنین یک نسخه کوچکتر برای EM100 طراحی کرده است: EM65، یک واحد دو سیلندر ۷۵ اسببخاری که سبکتر و فشردهتر از مدل دیزل پرچمدار است. برخلاف EM100، EM65 بهعنوان یک موتور بنزینی برنامهریزی شده است که درهای کاربردهای گستردهتری را میگشاید:
- کامیونتها و وانتهای سبک
- خودروهای سواری
- خودروهای هیبریدی-الکتریکی
OPOC هنوز یک فناوری در حال توسعه است و بسیاری از جسورانهترین ادعاهای اکوموتورز هنوز باید در شرایط واقعی تأیید شوند. با این حال، سابقه طراح اصلی آن — مردی که دو دهه از عمر خود را وقف فولکسواگن آلمان کرد — اعتبار معناداری به پروژه میبخشد. همچنین شایان ذکر است که کار هوفبائر بر روی OPOC با فلسفه مهندسی اولیه پورشه همخوانی دارد، بازتابی مناسب با توجه به نقش بنیادین فردیناند پورشه در ساختن برند فولکسواگن.
این یک ترجمه است. میتوانید نسخه اصلی را اینجا بخوانید: https://www.drive.ru/technic/4efb337600f11713001e5522.html
منتشر شده اکتبر 21, 2021 • 6 دقیقه برای مطالعه
