مزدا یکی از معدود خودروسازانی است که در حال حاضر به شدت روی پایدارتر و پیشرفته‌تر کردن مفهوم موتور احتراق داخلی سرمایه‌گذاری می‌کند. اکثر برندها با تمرکز ویژه روی پیشرفت‌های ذخیره‌سازی انرژی، فناوری‌های موتور درون‌سوز خود را به نفع الکتریکی‌سازی رها کرده‌اند. مزدا نیز به سمت برقی سازی پیش می‌رود، ولی یک ثبت اختراع جدید ثابت می‌کند که این شرکت ژاپنی هنوز هم در تلاش است تا انقلابی را در احتراق بنزین به وجود آورد. پیشرانه شش زمانه مزدا بنزین را به سوخت هیدروژنی تبدیل می‌کند!
تلاش‌های قبلی مزدا شامل احیای پیشرانه روتاری به عنوان یک بُردافزا برای MX-30 می‌شود. نسخه تمام‌الکتریکی این مدل چند سال پیش در کالیفرنیا به فروش می‌رسید، هرچند به طور فاجعه‌آمیزی با شکست مواجه شد و به همین خاطر، مزدا آن را از بازار خارج کرد. برند ژاپنی هرگز نتوانست این سیستم محرکه را با مقررات آمریکا تطابق دهد، اما شاید پیشرانه شش زمانه منحصربه‌فرد مبتنی بر هیدروژن شانس دیگری برای ورود به بازار الکتریکی آمریکا باشد.
تاریخچه گسترده توسعه موتورهای احتراق داخلی مزدا
همان‌طور که اشاره کردیم، مزدا با راه‌حل‌های مهندسی غیرمتعارف که سایر خودروسازان حتی به فکر بررسی آن‌ها نیز نمی‌افتند، غریبه نیست. با وجود تمام ناکارآمدی‌ها و مشکلات مربوط به قابلیت اطمینان در موتورهای دورانی وانکل، مزدا سال‌های زیادی را صرف تکمیل این فناوری کرده است. از دیگر فعالیت‌های برند ژاپنی در حوزه احتراق داخلی می‌توان به توسعه یک موتور باورنکردنی با احتراق کنترل‌شده توسط جرقه و پیشرانه‌های بنزینی با نسبت تراکم ۱۴:۱ اشاره کرد.
پیشرانه شش زمانه مزدا به عنوان جدیدترین ابتکار شرکت، یک موتور احتراقی اصلاح‌شده با هیدروژن است. هدف این موتور در حذف انتشار دی‌اکسید کربن در حین مصرف بنزین خلاصه می‌شود. این موتور، نمونه دیگری از تلاش‌های مزدا در راستای گسترش مرز‌های احتراق به شمار می‌رود.
نبوغ در پیشرانه شش زمانه مزدا
ثبت اختراع مزدا، یک موتور شش زمانه را توصیف می‌کند که چهار مرحله متعارف، یعنی مکش، تراکم، انفجار و تخلیه را حفظ کرده و دو مرحله جدید برای اصلاح سوخت و بازیابی کربن به آن می‌افزاید. این طرح تا حدودی شبیه به ثبت اختراع پورشه است که حدود یک سال پیش عرضه شد، هرچند تفاوت‌هایی با آن دارد.
چرخه اول پیشرانه شش زمانه مزدا طبق معمول هوا را به داخل می‌کشد و در برخی نسخه‌ها می‌تواند گازهای خروجی را نیز بپذیرد تا بازیابی گازهای اگزوز را ساده کند. مراحل تراکم و احتراق نیز به شیوه معمول و استاندارد انجام می‌شوند. ولی مرحله چهارم از سنت فاصله می‌گیرد. به‌جای بیرون راندن مستقیم گازها از طریق سوپاپ اگزوز، مرحله «بازتراکم» آن‌ها را از طریق یک سوپاپ جداگانه به بیرون رانده و به سمت «سیستم ریفرمر» هدایت می‌کند.
مقایسه پیشرانه شش زمانه مزدا با موتور چهارزمانه
همان‌طور که می‌دانید، چرخه چهارزمانه استاندارد موتورهای احتراق داخلی با مرحله مکش آغاز می‌شود. در این مرحله، پیستون به سمت پایین حرکت کرده و مخلوط هوا و سوخت وارد سیلندر می‌شود. سپس در مرحله تراکم، پیستون به بالا بازگشته و مخلوط را فشرده می‌کند. در این هنگام، شمع جرقه می‌زند و مخلوط سوخت و هوا منفجر می‌شود. این انفجار باعث راندن پیستون به سمت پایین و ایجاد گشتاور شده و در مرحله آخر، یعنی تخلیه، گازهای ناشی از احتراق از سیلندر بیرون می‌روند. این فرآیند هزاران بار در دقیقه در هر موتور احتراق داخلی متعارف تکرار می‌شود.
طرح شش زمانه مزدا با افزودن دو مرحله جدید به این چرخه، یک رویکرد انقلابی را ارائه می‌دهد. پس از مرحله تولید گشتاور (انفجار)، به جای خروج کامل گازهای حاصل از احتراق، این گازها به یک سیستم ریفرمر (Reformer) هدایت می‌شوند، جایی که با افزودن بخار آب و سوخت تازه، تحت واکنش‌های شیمیایی قرار می‌گیرند. این فرآیند نه تنها گازهای آلاینده را کاهش می‌دهد، بلکه با تولید هیدروژن اضافی، بازدهی کلی موتور را بهبود می‌بخشد. این نوآوری مسیر جدیدی برای ادامه حیات موتورهای احتراق داخلی در عصر مقررات سخت‌گیرانه زیست‌محیطی به وجود می‌آورد.
عناصر طراحی کلیدی پیشرانه جدید مزدا
سیستم ریفرمر مزدا مشابه مبدل کاتالیستی در سیستم اگزوز کار می‌کند، اما متکی بر فلزات گران‌بهایی همچون پلاتین نیست. این بخش جدید درست زیر یک انژکتور ویژه قرار دارد که اسپری بنزین را به جریان گازهای داغ خروجی تزریق می‌کند. دمای بالا در تجزیه‌کننده، هیدروکربن‌ها را شکسته و مولکول‌هایی مانند اکتان C8H18 را به هیدروژن و کربن جامد تقسیم می‌کند. هیدروژن سپس به عنوان سوخت ثانویه به سیلندر بازگردانده می‌شود، در حالی که کربن به کاتالیست چسبیده و نهایتا در یک واحد ذخیره‌سازی جمع‌آوری می‌شود. این فرآیند، کربن را به طور کامل از فرآیند احتراق حذف می‌کند و هیدروژن را به عنوان سوخت اصلی برای سیکل‌های بعدی باقی می‌گذارد.
پیشرانه شش زمانه مزدا با افزودن دو مرحله کاملا جدید به چرخه کار موتور، یک تحول اساسی در فناوری احتراق داخلی ایجاد می‌کند. پس از اتمام مرحله بازتراکم و عبور گازها از سیستم ریفرمر، موتور وارد مرحله پنجم یا کورس باز-انبساط (Re-expansion) می‌شود. در این فاز، گازهای اصلاح‌شده که اکنون غنی از هیدروژن هستند به همراه هوای باقی‌مانده مجددا به درون سیلندر بازگردانده می‌شوند تا یک انبساط اضافی ایجاد کنند. این کار امکان استخراج انرژی بیشتر از گازهای خروجی را فراهم آورده و بازدهی کلی موتور را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.
در مرحله ششم که عملکردی مشابه کورس اگزوز (تخلیه) در موتورهای معمولی دارد، گازهای باقی‌مانده که اکنون آلایندگی بسیار کمتری دارند از موتور خارج می‌شوند. نتیجه نهایی ابتکار مزدا، دستیابی به موتوری است که همزمان سه عملکرد اساسی را انجام می‌دهد؛ تولید کار مکانیکی، اصلاح سوخت درون‌سوزی و جذب کربن. این قابلیت، مسیر کاملا جدیدی را برای تداوم استفاده از موتورهای احتراق داخلی در عصر مقررات سخت‌گیرانه زیست‌محیطی نشان می‌دهد.
استفاده مجدد از کربن‌های مضر
پیشرانه شش زمانه مزدا مدیریت کربن را به شکلی بنیادین متحول می‌سازد. در فرآیند شش زمانه، کربن به جای ترکیب با اکسیژن و تشکیل دی‌اکسید کربن، به صورت جامد و خالص جداسازی می‌شود. کربن جامد در یک محفظه ذخیره‌سازی اختصاصی در خودرو نگهداری می‌شود که عملکردی مشابه با فیلتر دوده در خودروهای دیزلی دارد، اما با ظرفیت و کارایی بسیار بالاتر.
مکانیزم ذخیره‌سازی به گونه‌ای طراحی شده که تا زمان مراجعه خودرو به مراکز خدمات دوره‌ای، کربن را به طور ایمن و بدون ریسک انتشار در جو نگهداری می‌کند. این رویکرد «جمع‌آوری و بازیافت» تا حدودی شبیه به سیستم بازیافت روغن موتور یا باتری‌های فرسوده است. کربن بازیافتی از کیفیت و خلوص بالایی برخوردار است و می‌توان از آن در صنایع مختلف استفاده کرد. به عنوان مثال، این کربن در صنعت فولادسازی به عنوان ماده اولیه در تولید الکترودها یا عوامل کربن‌دهی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در صنایع شیمیایی نیز در تولید رنگ‌دانه‌ها، لاستیک و پلاستیک کاربرد خواهد داشت.
این چرخه بسته مدیریت کربن نه تنها مشکل انتشار گازهای گلخانه‌ای را حل می‌کند، بلکه با ایجاد یک منبع جدید تأمین کربن، وابستگی به استخراج منابع فسیلی را نیز کاهش می‌دهد. بدین ترتیب، خودرو دیگر یک عامل آلوده‌کننده نیست، بلکه بخشی از راه‌حل در نظر گرفته می‌شود.
جمع‌بندی
پیشرانه شش زمانه مزدا با افزودن دو مرحله جدید به چرخه متعارف، رویکردی انقلابی در مدیریت آلایندگی ارائه می‌دهد. این سیستم با هدایت گازهای اگزوز به یک ریفرمر، هیدروکربن‌ها را به هیدروژن و کربن جامد تجزیه می‌کند. هیدروژن به عنوان سوخت ثانویه استفاده شده و کربن در محفظه‌ای ذخیره می‌شود که در سرویس‌های دوره‌ای مورد تخلیه و بازیافت قرار گرفته و برای مصارف صنعتی به کار می‌رود. این فناوری نه تنها انتشار کربن را به صفر می‌رساند، بلکه با حفظ کارایی موتورهای احتراقی، پلی به سوی آینده پایدار ایجاد می‌کند.
دیدگاهتان را بنویسید