نجات خودرو با سیستم هیبریدی ریکاردو +تصاویر

مانع اصلی بر سر راه کاهش هزینه‌ی تمام‌شده‌ی ساخت خودرو، تصویب قوانین متوسط آلایندگی اتحادیه‌ی اروپا است. تا سال ۲۰۲۰-۲۰۲۱ متوسط آلایندگی باید تنها ۹۵ گرم در هر کیلومتر باشد که نسبت به میزان اعلام‌شده در سال ۲۰۰۷، مقدار ۶۰ درصد کاهش نشان می‌دهد. این میزان آلایندگی ذکرشده؛ برابر ۴.۱ لیتر مصرف سوخت در هر ۱۰۰ کیلومتر برای خودروهای بنزینی و ۳.۶ لیتر مصرف سوخت در هر ۱۰۰ کیلومتر برای خودروهای دیزلی است.

خودروسازانی که وسایل نقلیه‌ی بزرگ‌تر و سنگین‌تر می‌سازند، باید متوسط مصرف سوخت خود را به همان میزان ۶۰ درصد کاهش دهند؛ اما اتحادیه‌ی اروپا اذعان دارد که برندهای معتبر خودروساز مصرف سوخت بالاتری دارند.

بر اساس اعلام شورای بین‌المللی حمل و نقل پاک؛ متوسط آلایندگی مرسدس بنز تا سال ۲۰۲۱ باید ۱۰۱ گرم در هر کیلومتر باشد. از فورد و رنو-نیسان نیز به ترتیب متوسط آلایندگی ۹۲ گرم و ۹۳ گرم در هر کیلومتر انتظار می‌رود؛ درحالی‌که کمپانی فیات کرایسلر میزان متوسط آلایندگی مورد نظر خود را تنها ۸۹ گرم در هر کیلومتر هدف‌گذاری کرده است.

تا پایان سال گذشته، انتظار می‌رفت اکثر خودروسازان از ترکیب پیشرانه‌های دیزلی، فناوری استارت/استاپ و دستاوردهای بیش‌تر در آیرودینامیک و صرفه‌جویی در وزن به‌منظور کاهش مصرف سوخت جهت تطابق با قوانین اتحادیه‌ی اروپا استفاده کنند.

اما انتشار خبر رسوایی فولکس‌واگن، این فرضیات صریح را از بین برد. در حال حاضر بسیاری از خودروسازان اروپایی به این فکر می‌کنند که آیا پیشرانه‌های دیزلی می‌توانند با کاهش هزینه در وسایل نقلیه و این حقیقت که آزمون‌های آلایندگی جدید در واقع هم دشوار خواهند بود و هم گران، نیازمندی‌ها را ارضاء می‌کنند یا خیر. این مسئله خیلی هم دور از ذهن نیست که بیان شود تا پایان این دهه، هر خودرویی با قیمت خرده‌فروشیِ زیر ۲۳ هزار پوند (شامل اکثر خودروهای فروخته‌شده در اروپا)، مجهز به یک پیشرانه‌ی دیزلی است.

بنابراین؛ با اهداف بسیار نزدیک آلایندگی‌های مصوب اتحادیه‌ی اروپا (حداقل بر حسب بازه‌های زمانی خودرویی) و پیشرانه‌ی دیزلی به‌عنوان یک سیستم انتقال قدرت برتر از لحاظ قیمت، صنعت خودرو اروپا به کجا خواهد رفت؟

فناوری هیبریدی کوچک اینجا به کار می‌آید؛ یک شکل ارزان‌تر از پیشرانه‌ی الکتریکی که در خودروهای هیبریدی کلاسیک مانند تویوتا پریوس دیده شده و در حال تکاملِ به‌موقع است. مهندسان بریتانیایی در این فناوری بیش‌تر پیشگام شده‌اند و در حال تجربه‌اندوزی هستند.

پروژه‌ی پیشرانه‌ی الکتریکی دیزلی پیشرفته‌ی ریکاردو در کمپانی Shoreham ADEPT یک مثال بارز از فناوری مذکور است. این سیستم بر روی یکی از کم‌مصرف‌ترین خودروهای حال حاضر فورد یعنی فورد Focus با پیشرانه‌ی دیزلی ۱.۵ لیتری اجرا شده و یک سیستم الکتریکی ۴۸ ولت، یک توربوشارژر، یک دینام استارت-استاپ فوق سریع و یک بسته‌ی باتری کم‌خرج اما با تکنولوژی بالا به آن اضافه شده است.

پروژه‌ی ADEPT یک همکاری با میزبانی کمپانی‌های فناوری محور است و برای مدت سه سال است که تحت توسعه قرار گرفته و در رویداد خودروی کم کربن در میلبروک نشان داده شده است.

ریکاردو می‌گوید نسخه‌ی تولیدی فورد فوکس ۱.۵  لیتری TDCi در حال حاضر آلایندگی برابر با تولید ۸۸ گرم دی‌اکسید کربن‌ در هر کیلومتر دارد. این در حالی است که عدد مذکور در نوع خودش از میزان متوسط آلایندگی هدف قرار داده‌شده در سال ۲۰۲۱ پایین‌تر است، اما باید بازهم کاهش داده شود تا فورد بتواند مدل‌های بزرگ‌تر و سودآورتر خود مانند Kuga، Edge و S-Max را بیش‌تر به فروش برساند. فناوری ADEPT آلایندگی را از ۸۸ گرم در هر کیلومتر به ۷۸ گرم در هر کیلومتر کاهش می‌دهد، اما مشکل هزینه وجود خواهد داشت.

تطبیق سیستم هیبریدی کوچک ریکاردو روی فورد Focus وسیع است. قطعات دینام ۱۲ ولت، کمپرسور تهویه هوای مکانیکی و پمپ آب مکانیکی حذف می‌شوند. به‌جای آن‌ها یک دینام استارتر یکپارچه‌ی ۴۸ ولت ISG که مانند یک موتور استارتر فوق سریع عمل می‌کند؛ قرار دارد که عمل شارژ را انجام می‌دهد و همچنین می‌تواند در سرعت‌های کم پیشرانه را تنها نگذارد.

ISG همچنین توان یک کمپرسور تهویه هوای ۴۸ ولت و یک پمپ آب ۴۸ ولت را فراهم می‌کند. یک مبدل DC/DC برای تأمین توان مابقی سیستم‌های الکتریکی ۱۲ ولت فورد فوکس استفاده می‌شود.

بسته‌ی باتری ۴۸ ولت، به‌جای استفاده از واحد مرسوم (و گران) لیتیوم یونی از واحد کربن-سرب تهیه شده است. این فناوری باتری هنوز در مرحله‌ی تحقیق و توسعه قرار دارد اما گفته شده که از لحاظ مقاومت در برابر افزایش دماهای زیاد بسیار مقاوم‌تر از لیتیوم یونی است.

ISG توسعه‌یافته توسط کمپانی انگلیسی CPT، قرار است از لحاظ بهره‌وری ۸۰ درصد نسبت به دینام‌های مرسوم عملکرد بهتری داشته باشد و طوری طراحی شده است که در دو مسیر قابلیت کار دارد؛ یک مسیر، انجام عمل شارژ را بر عهده دارد و مسیر دیگر کمک به رانش پیشرانه است. ریکاردو می‌گوید ISG می‌تواند با اضافه کردن ۷.۵ کیلووات توان به خروجی پیشرانه کمک کند (با رانش تسمه‌ی متصل به پولی میل‌لنگ) و در زمانی که خودرو آهسته حرکت می‌کند و دور موتور کم است، توانایی شارژ باتری ۴۸ ولت را به میزان ۱۲.۵ وات انرژی دارد.

طرح‌های ریکاردو یک منحنی گشتاور ناگذرا را به دست می‌دهد که حداکثر توان ۳۰۰ نیوتن‌متر در ۱۵۰۰ دور در دقیقه و در دور موتور ۷۵۰ دور در دقیقه توان ۱۵۰ نیوتن‌متر را نشان می‌دهد. پیشرانه‌ی استاندارد ۱.۵ لیتری TDCi توان ۲۷۰ نیوتن‌متر در دور موتور ۱۷۵۰ دور در دقیقه را تولید می‌کند.

پمپ آب برقی نیز در زنجیره‌ی مهندسی، نقش مهمی را ایفا می‌کند. زمانی که سرد می‌شود، مصرف سوخت پیشرانه بسیار بالاتر می‌رود، زیرا روغن سرد حاکی از سطح بالایی از اصطکاک است. در یک پمپ برقی متغیر - به جای یک پمپ مکانیکی پیوسته رانده شده - مایع خنک‌کننده تا زمانی که پیشرانه به دمای کارکرد خود نرسیده باشد، پمپ نمی‌شود.

بهترین ایده‌ی ملموس در نمونه‌ی ریکاردو، شاید سیستم بازیابی انرژی گازی یکپارچه‌ی توربودینام (TIGERS) «توربین برقی» باشد که در جریان اگزوز قرار گرفته است و از گاز خروجی اگزوز استفاده می‌کند تا یک دینام را راه‌اندازی کند. ریکاردو محاسبه کرده است که خودرو زمانی که در بزرگراه حرکت می‌کند و در سرعت‌های نسبتاً بالا قرار دارد، سیستم Tigers می‌تواند حدود ۱.۴ کیلووات انرژی را به باتری بازگرداند.

اما در نهایت پرسشی که معمولاً مطرح می‌شود؛ این است که سیستم مذکور در جاده چطور عمل می‌کند؟ یکی از اهداف اصلی پیاده‌سازی سیستم ADEPT بر روی فورد Focus کاهش سرعت بوده است. ریکاردو می‌گوید راندن پیشرانه در سرعت‌های پایین‌تر - با چرخ‌دنده‌ی بزرگ‌تر - باعث کاهش مصرف سوخت خواهد شد. معمولاً شنیدن سرعت پایین و کاهش مصرف سوخت، شتاب کاهش‌یافته را القا می‌کند؛ اما سیستم ADEPT از انرژی اتلافی برای راندن توربوشارژر الکتریکی استفاده می‌کند که منجر به بهبود عملکرد خواهد شد.

رانندگی با فورد Focus دارای سیستم ADEPT در جاده‌های اطراف کمپانی Shoreham تا حدودی آهسته و بدون جذابیت است؛ اگرچه بیش‌تر این حس تقریباً حاصل این واقعیت است که در خودروی مذکور دور موتور در مقادیرِ پایین‌تر از حد معمول نگه‌داشته می‌شد. بعد از مدتی رانندگی به این نتیجه می‌رسید که استفاده از جعبه‌دنده‌ی اتوماتیک در این پیشرانه مناسب‌تر است، زیرا قطعاً با سرعت بیش‌تر و در زمان مناسب‌تری تعویض دنده صورت می‌پذیرد.

با این حال، حین رانندگی در شهر وضعیت خوب بود و به اندازه‌ی کافی سرعت پایین بود تا بتوان مجال تعویض دنده در زمان مناسب یافت. استفاده از سیستم ADEPT در جاده‌های به اندازه‌ی کافی عریض و سربالایی‌های طویل در مقایسه با توانایی‌های رانندگی در حالت معمولی ضعیف‌تر عمل می‌کند. البته هدف استفاده از سیستم ADEPT کاهش مصرف سوخت است و در نتیجه نباید انتظار رانندگی کامل و بی‌عیب و نقصی را از خودروی دارای این سیستم داشته باشید.

اما این مسئله، ماهیت سیستم ADEPT است که برای کنترل و اداره‌ی بیش‌تر مصرف سوخت، برخی ویژگی‌های لذت‌بخش رانندگی مانند سرعت را از دست خواهید داد. در نتیجه با دیدن این وضعیت به نظر نمی‌رسد رانندگان زیادی – حتی آن‌هایی که علاقه‌ای به سرعت و مسابقه ندارند – سیستم ADEPT را دوست داشته باشند؛ اما از کدام راه دیگر می‌توان در صنعت خودرو و کلاس خودروهایی چون فورد Focus به متوسط آلایندگی ۷۸ گرم دی‌اکسید کربن در هر کیلومتر رسید؟

حالا نوبت به بررسی هزینه‌ی این فناوری می‌رسد. با محاسبات ریکاردو فناوری ADEPT با استفاده از تجهیزات مهندسی برای هر گرم کاهش آلایندگی دی‌اکسید کربن در هر کیلومتر تقریباً ۸۰ یورو هزینه در بر دارد. برای کمپانی فورد اضافه شدن سیستم ADEPT به خودروی Focus حداقل ۸۰۰ یورو هزینه دارد و دیگر کمپانی‌های خودروساز نیز متحمل هزینه‌های مشابه خواهند بود.

و در حالی‌که شما به سرانجام این مسئله فکر می‌کنید، اتحادیه‌ی اروپا در حال وضع محدودیت سطوح متوسط آلایندگی تولید دی‌اکسید کربن خودروها برای سال ۲۰۲۵ است. چیزی که کاملاً واضح است، این است که قطعاً اعداد پایین‌تر خواهند بود.