هیبریدهای جدید مزدا با موتور ونکل می آیند

هیبریدهای جدید مزدا با موتور ونکل می آیند

شاید کمی عجیب به نظر برسد، اما کمپانی مزدا قرار است دوباره از موتور ونکل، که این بار پیشرفته تر شده، برای محصولات هیبرید خود استفاده کند. این بار داستان به کارگیری موتورهای دوار کمی متفاوت است و این موتورها فقط برای به حرکت درآوردن ژنراتور و به عبارتی دیگر فقط برای تولید برق مورد استفاده قرار می گیرند.

سال های پیش، کمپانی مزدا که یکی از مبتکران تولید موتور ونکل (Wankel) یا دوار (Rotary) است، از این نوع موتورها برای برخی از محصولات پرچم دار خود مانند RX-8 استفاده کرده است و توانست برخی از معایب این نوع موتورهای احتراق داخلی را نیز بهینه کند. تغییرات به وجود آمده و بهبود موتورهای پر از ایراد ونکل موجب شد مزدا RX-8 به یکی از خودروهای محبوب ماشین بازها تبدیل شود. موتور دوار استفاده شده برای RX-8 دارای دو محفظه احتراق بود و در مجموع، ۱.۳ لیتر حجم داشت، اما می توانست توانی برابر با ۲۳۸ تعمیرات آنلاین تولید کند که با توجه به حجم کم موتور، بی سابقه و حیرت آور بود.

بیشتر بخوانید: طرز کار موتور ونکل (Wankel Engine)

این بار پس ۱۰ سال قرار است کمپانی مزدا دوباره از موتورهای دوار یا ونکل برای جدیدترین محصول هیبرید خود با نام MX-30 R-EV استفاده کند. قرار گرفتن موتورهای ونکل در جدیدترین خودروی هیبرید مزدا برای تولید توان در راستای به حرکت در آوردن خودرو نیست، بلکه این موتور فقط برای چرخاندن ژنراتور مورد استفاده قرار می گیرد و به عبارتی می توان گفت Mazda MX-30 R-EV، هیبرید سری یا متوالی است و توان تولیدی موتور احتراقی فقط برای تولید برق مورد نیاز باتری است.  

بیشتر بخوانید: خودروی هیبرید (Hybrid) چیست؟

چرا مزدا از موتور ونکل برای این پیشرانه هیبرید استفاده کرده است؟

موتورهای دوار در مقایسه با موتورهای سیلندر و پیستونی حجم بسیار کم تری اشغال می کنند و از طرفی دیگر، می توانند توان و گشتاور بیش تری هم نسبت به یک موتور رفت و برگشتی با همان حجم تولید کنند. برای مثال، ب ام و i3 به یک موتور دو سیلندر با حجم ۶۵۰ سی سی مجهز است که می تواند ۳۴ تعمیرات آنلاین تولید کند، در حالی که، موتور ونکل مزدا ۸۳۰ سی سی حجم دارد و می توان ۷۴ تعمیرات آنلاین توان را برای شارژ باتری ها فراهم کند. با مقایسه این ویژگی ها می توان فهمید که به کارگیری موتور Wankel برای یک خودروی هیبرید با آرایش متوالی بسیار عاقلانه تر است.

موتور ونکل یا دوار چگونه کار می کند؟

موتورهای ونکل هم جزو موتورهای احتراق داخلی یا ICE محسوب می شوند که البته برخلاف دیگر موتورهای احتراق داخلی به صورت رفت و برگشتی (Reciprocating) نیستند و به نوعی دورانی (Rotary) هستند. در دیگر موتورهای احتراق داخلی با یک حرکت خطی رفت و برگشتی روبه‌رو هستیم که توسط میل لنگ (Crankshaft) به حرکت دورانی تبدیل می شود، اما در موتورهای ونکل از ابتدا یک حرکت دورانی داریم که آن را از طریق یک چرخ دنده کوچک به میل لنگ منتقل می کنیم.

موتورهای دوار از یک محفظه یا هوزینگ بیضی تشکیل شده اند که درون آن یک قطعه مثلثی شکل وجود دارد. قطعه مثلثی شکل (Rotor) مانند پیستون موتورهای رفت و برگشتی عمل می کند، اما به جای حرکت رفت و برگشتی، درون هوزینگ چرخش می شکند. در این موتورها مخلوط هوا و سوخت از یک طرف به هوزینگ وارد می شود و سپس روتور آن را بین خود و هوزینگ فشرده می کند. در مرحله بعد، مخلوط فشرده شده هوا و سوخت به یک قسمت دیگر از هوزینگ که شمع در آن جا وجود دارد می رسد و احتراق صورت می گیرد. در پایان هم با حرکت چرخشی روتور، محصولات احتراق از بخش پایانی هوزینگ خارج می شوند.

موتور ونکل پیشرفته مزدا چه تفاوت هایی با نسخه های قبلی دارد؟

همان طور که گفته شد، موتور ونکل استفاده شده برای مزدا MX-30 R-EV، نسخه جدید و پیشرفته ای از این نوع موتورهاست و به همین دلیل، تغییرات مهمی در آن به وجود آمده است که تک تک آن ها را در ادامه مورد بررسی قرار می دهیم.

۱. طراحی موتور با یک روتور و محفظه احتراق

یکی از مهم ترین تفاوت های موتور قدیمی و جدید مزدا در این است که موتور RX-8 دارای دو روتور یا محفظه احتراق بود، اما برای MX-30 R-EV به علت این که فقط قرار است برای تولید برق کاربرد داشته باشد، از یک روتور و محفظه احتراق استفاده می شود.

۲. تزریق مستقیم سوخت (Direct Injection)

در موتورهای دوار قدیمی، تزریق سوخت به هوای ورودی، قبل از محفظه احتراق موتور صورت می گرفت و به همین دلیل، درصد زیادی از سوخت تزریق شده در پشت محفظه احتراق باقی می ماند و همان مقداری که به درون محفظه راه پیدا می کرد هم به درستی محترق نمی شد. به این ترتیب، با مقدار زیادی از سوخت نسوخته روبه‌رو بودیم که می توانست بازدهی موتور را به شدت پایین بیاورد، اما در موتور ونکل پیشرفته مزدا، تزریق سوخت به صورت مستقیم یا Direct انجام می شود تا هم خبری از سوخت به‌جامانده در پشت محفظه احتراق نباشد و هم بازدهی احتراق موتور به واسطه اختلاط بهتر سوخت و هوا بیش تر شود.

بیشتر بخوانید: بررسی و مقایسه موتورهای MPI و GDI

۳. مجهز شدن به سیستم EGR

یکی از بزرگ ترین مشکلات موتورهای دوار این است که هوزینگ آن ها مساحت زیادی دارد و این مساحت زیاد موجب انتقال حرارت بالای موتور و اتلاف گرما می شود. به همین دلیل، مهندسان مزدا برای کم کردن از میزان گرمای از دست رفته، سیستم EGR یا exhaust gas recirculation را برای این موتور در نظر گرفتند تا بازدهی آن در دورهای پایین بیش تر شود. نکته دیگر در مورد استفاده از EGR این است که به علت نبود اتصال مستقیم بین موتور احتراقی و چرخ ها، افت توان ناشی از EGR اهمیتی ندارد و از طرفی دیگر، کاهش میزان مصرف سوختی که این سیستم برای موتور به ارمغان می آورد، به دلیل هیبرید بودن خودرو، حائز اهمیت می شود.

بیشتر بخوانید: سیستم EGR چیست و چگونه کار می کند؟

۴. ساخت هوزینگ با آلومینیوم و پوشش سرامیکی

ساخت هوزینگ آلومینیومی می تواند حدود ۱۵ کیلو از وزن این موتور کم کند و از طرفی، پوشش سرامیکی استفاده شده برای هوزینگ هم موجب کاهش میزان اصطکاک و خوردگی می شود.

۵. اضافه شدن زمان بندی متغیر سوپاپ ها

در سیستم زمان بندی متغیر سوپاپ موتورهایی که سوپاپ دارند، از فشار روغن برای تغییر در موقعیت میل سوپاپ استفاده می شود، اما موتورهای ونکل سوپاپی ندارند تا بتوان میزان باز ماندن آن ها را تغییر دارد. برای حل این مشکل از ژنراتور متصل به موتور استفاده می کنند تا در دورهای پایین که باید هوای کم تری به موتور وارد شود و زمان مکش کم باشد، روتور سریع تر از مرحله مکش عبور کند و هوای کم تری وارد محفظه احتراق شود. از این رو، در دورهای پایین و آن نقطه که قرار است مکش صورت گیرد، ژنراتور در حد میلی ثانیه از کار می افتد تا بار واردشده به روتور کاهش یابد و دورش افزایش یابد. با زیاد شدن دور روتور در زمان تنفس یا مکش، زمان کم تری برای این فرآیند صرف می شود و به همین دلیل، هوای کم تری به موتور راه می یابد.

از طرفی دیگر، می دانیم بهره برداری از این موتور فقط برای تولید برق است، بنابراین عملکردش به گونه‌ای‌ست که در یک دور بهینه کار خواهد کرد و در آن از نوسان دور نیز خبری نیست. به همین دلیل، موتور ونکل استفاده شده برای MX-30 R-EV را طوری طراحی کرده اند تا در دوری که قرار است بیش تر اوقات کار کند، بالاترین بازده تنفسی را نیز داشته باشد. پس فقط برای دورهای پایین نیاز به خلاص کردن ژنراتور وجود دارد و در دورهای بالا موتور در بهترین حالت خود است و به همین دلیل احتیاجی به تغییر در زمان مکش موتور نیست.

بیشتر بخوانید: آشنایی با عملکرد پیشرانه های VVT

حل مشکل زمان بندی سوپاپ ها را می توان بهترین و هوشمندانه ترین در میان تمام تغییرات به وجودآمده برای موتور ونکل جدید مزدا دانست، زیرا هم تأثیر زیادی بر روی عملکرد موتور دارد و هم این که بسیار زیرکانه انجام شده است.