موتور هیدروژنی

موتور هیدروژنی

موتورهای هیدروژنی عاملی برای حل مساله انرژی و محیط زیست

آیا سوخت پاک واقعیت است یا خیال و آیا روزی خواهد رسید که سوختی بی پایان در دست بشر قرار گیرد؟ اینها همه سوالاتی است که ذهن دانشمندان و مهندسان خودرو را به خود مشغول کرده است. اما این سوالات دیگر خیال نیست، بلکه ممکن است در چند دهه آینده به واقعیت نزدیک شود، اما این شاه‌کلیدی که دانشمندان به آن نزدیک شده‌اند چیست؟

هیدروژن، یکی از فراوان‌ترین عناصر در طبیعت است. سوختن هیدروژن با انرژی زیاد تنها خروجی آب را در پی دارد؛ پس آیا هیدروژن می‌تواند تمام مشکلات گذشته را حل کند؟ البته تکنولوژی چنین موتوری بسیار پیچیده‌تر است و در حال حاضر، تاسیسات سوخت‌رسانی چنین خودرویی نیز بسیار گران قیمت است.


اصلی‌ترین گام را بی.ام.و برداشت

مهندسان بی.ام.و که در جهان اتومبیل به مهندسان تکنولوژی معروف هستند، رویای سوخت هیدروژنی را به واقعیت نزدیک کرده‌اند. متخصصان این شرکت هم اکنون مدل سری 5 خود را به موتور احتراق داخلی با سوخت هیدروژنی مجهز کرده‌اند و در گام بعدی، خودرویی را با شکل مسابقه‌ای به موتور هیدروژنی تبدیل کرده‌اند.

مهندسان بی.ام.و خودرو هیدروژنی را با موتور H2R ساخته‌اند که با آرایش خورجینی و یا 12 سیلندر و به‌کارگیری سوخت هیدروژن 285 اسب بخار قدرت تولید می‌کند. خودرو جدید بی.ام.و در آخرین رکوردگیری توانسته رکورد 302 کیلومتر بر ساعت را به دست آورد. موتور جدید H2R بر مبنای موتور احتراق داخلی بی.ام.و سری 7 ساخته شده که برای افزایش راندمان در این موتور از زمانبندی متغیر سوپاپ‌ها استفاده شده است.

به دلیل نوع سوخت هیدروژن و حالت گازی آن، تغییراتی در سیستم سوخت‌رسانی این خودرو داده شده است.

بی.ام.و قصد دارد بر اساس تجربیات به دست آمده در مدل H2R، خودرویی بسازد که توانایی کارکرد با هیدروژن و بنزین را داشته باشد.


طراحان بهترین موتور هیدروژنی

خودرو هیدروژنی بی.ام.و به وسیله شرکت تکنوسنتز - از شرکت‌های زیرمجموعه بی.ام.و - ساخته شده است.

یورگن کوبلر از مهندسان خبره آلمانی و مدیر پروژه H2R، اعتقاد دارد که در کوتاه‌ترین زمان،‌ بهترین خودرو هیدروژنی جهان ساخته شده است.

وی مدت ساخت نمونه بی.ام. و را تنها 10 ماه می‌داند و می‌گوید: "این کار سخت تنها با استفاده از سیستم‌های شبیه‌ساز رایانه‌ای CAP قابل اجرا بود؛ به طوری که با استفاده از این روش در هزینه و وقت صرفه‌جویی بسیار شده است."

همچنین مهندسان بی.ام.و با استفاده از سیستم‌های فنربندی و تعلیق رایج بی.ام.و زمان طراحی را کاهش داده‌اند. موتور جذاب H2R بر مبنای مدرن‌ترین و بزرگترین قوای محرکه بی.ام.و شکل گرفته است. این موتور چیزی نیست جز یک موتور 12 سیلندر V شکل شش لیتری که اولین موتور احتراق داخل تجاری هیدروژنی را پایه‌گذاری کرده است. مهم‌ترین تغییراتی که در اجزای ساختمانی این موتور به نظر می‌رسد، نوع تزریق سوخت هیدروژن است. البته نوع فولادی که برای محفظه احتراق ساخته شده هم بسیار جالب است. آلیاژهای به کار رفته در این موتور از اسرار بی.ام.و است.


تفاوت احتراق بنزین و هیدروژن

مهم‌ترین تفاوت بین موتور احتراق داخلی بنزین‌سوز و هیدروژنی در ذات این دو سوخت است. هیدروژن تحت فشار هوای طبیعی سریع‌تر از سوخت معمولی مشتعل می‌شود، اما دمای احتراق آن اندکی کمتر از بنزین است. در داخل موتور سرعت احتراق بالای مخلوط هیدروژن و هوا دمای بیشتری در مقایسه با یک موتور بنزینی تولید می‌کند. بنابراین، باید زمانبندی سوخت بنزین تغییر کند و جرقه باید زمانی زده شود که بهترین فشار در نقطه مرگ بالای پیستون شکل گیرد. یکی از مزایای قابل توجه فشار احتراق بالاتر از مخلوط هیدروژن و هوا، تولید قدرت بیشتر از مقدار انرژی است که در یک موتور بنزینی مصرف می‌شود و این یعنی موتور هیدروژنی بازده و کارایی بیشتری دارد.


سوخت‌رسانی فوق مدرن

سوخت هیدروژن همان اندازه که پاک است، خطرناک نیز هست و به همان اندازه ذخیره آن پیچیده است. به همین دلیل، مهندسان بی.ام.و برای ساخت یک خودرو هیدروژنی با سد بزرگی رو به رو بوده‌اند.

در خودرو H2R بیش از 11 کیلوگرم هیدروژن مایع در یک مخزن عایق‌بندی شده ذخیره می‌شود. در مجموع برای حفظ ایمنی ساخت در تمام شرایط، سه عدد سوپاپ مخصوص روی مخزن سوخت قرار گرفته است. یکی از این سوپاپ‌ها با رسیدن فشار هیدروژن به میزان 4.5 بار باز می‌شود و دو سوپاپ دیگر نیز برای جلوگیری از خطر نشت هیدروژن از مخزن به بیرون در نظر گرفته شده است و دمای آن نیز پائین نگه داشته می‌شود. جالب این که هیدروژن به سختی مایع می‌شود و باید این گاز را در حرارت 150 درجه زیر صفر با فشار بالا قرار داد تا بتوان آن را مایع کرد؛ پس نوع مخزن ذخیره‌سازی هیدروژن هم بسیار پیچیده خواهد بود. حفظ ایمنی این مخزن پیچیده‌تر است، زیرا در صورت انفجار، به راحتی محله‌ای را به هوا خواهد برد.

سوپاپ‌های اضافی فشار گاز در لوله‌های سوخت‌رسانی به موتور و میزان جابه‌جایی هیدروژن از داخل مخزن به سمت بیرون را کنترل می‌کنند. با مشاهده کوچکترین نشت، فشار هیدروژن به 0.4 بار کاهش یافته و سوپاپ‌های تامین سوخت به طور خودکار جریان هیدروژن را قطع می‌کنند.

برای حفظ فشار مناسب در سوپاپ‌های تزریق، سیستم مدیریت موتور، فشار هیدروژن در لوله‌های مربوطه را به 1.2 بار کاهش می‌دهد. چهار سنسور نیز در نقاط خطرناک و حساس نصب شده و پس از هرگونه نشت در سیستم اخطار می‌دهند.


فناوری سوپاپ‌های پیشرفته

در موتور جدید هیدروژنی بی.ام.و از فناوری والوترینک بهره‌گیری شده است. این سیستم که نام تجاری آن VANOS است دو مزیت دارد: تغییر زمان‌بندی سوپاپ‌ها و میزان بلند شدن و برخاستن سوپاپ‌ها. این سیستم منحصر به فرد برای متخصصان بی.ام.و برای کنترل عملکرد سوپاپ‌ها است و میزان بلند شدن سوپاپ‌ها را نیز مشخص می‌کند. این کار از طریق یک اهرم واسط بین میل سوپاپ و دو سوپاپ ورودی روی هر سیلندر انجام می‌شود و یک میله خارج از مرکز نیز به وسیله یک موتور برق به حرکت درمی‌آید.


آینده منتظر هیدروژن

به گزارش ایسنا، استفاده از سوخت‌های فسیلی احتمالا در 100 سال آینده، اندک اندک کنار گذاشته خواهد شد. آلودگی این سوخت‌ها مشکل‌ساز هستند و اگر مهندسان بتوانند از هیدروژن در موتور خودروها استفاده کنند، مشکل انرژی و آلودگی حل خواهد شد؛ چرا که تنها نتیجه سوختن هیدروژن با اکسیژن، آب است، اما هنوز راه زیادی باقی است. شاید بعید به نظر برسد؛ عنصر هیدروژن که به گفته بسیاری از دانشمندان دومین عنصر طبیعت از نظر فراوانی است، به سختی تهیه و سخت‌تر از آن ذخیره می‌شود؛ حال باید دید دانشمندان چگونه از هیدروژن استفاده می‌کنند و چگونه کلید استفاده از معدن هیدروژن در خودروها پیدا خواهد شد.