مقدمه ای بر چگونگی کار کرد موتورهای هوای فشرده
مقدمه ای بر چگونگی کار کرد موتورهای هوای فشرده
آيا شما اين هفته در پمپ بنزين بوده ايد؟ با توجه به اينکه ما در جامعه ی متحرکی زندگی می کنیم ، به احتمال زياد جواب شما به اين سوال بله است و حتماً از روند رشد صعودی قيمت بنزين در سالهای اخير مطلع شده ايد. مشاهده می کنيم بنزين که مهمترين منبع سوخت در تاريخچه ی خوروهاست ، گرانتر و دست نيافتی تر شده است (تحت تأثير عوامل محيطی). اين عوامل کارخانه های خودرو سازی را به سمت پيشرفت و تغيير نوع سوخت خودروها هدايت می کند ، که به دنبال آن ما از سال 2000 خودروهای هيبریيدی (Hybrid Cars ) را در جاده ها می بينيم و خودروهاييی که با سلول سوختی (Fuel-Cell-Powered ) کار می کنند نیيز سه تا چهار سال آينده وارد جاده ها خواهند شد.
انتظار می رود که موتور هوای فشرده ی e.Volution اين خودرو را به خودرويی ايده آل برای شهرهای آلوده تبديل کند.
با آن که قيمت بنزين در ايالات متحده هنوز به بالاترين مقدار خود نرسيده است (هر گالن 2.66 دلار در سال 1980) اما قيمت اين محصول در دو سال اخير افزايش چشم گيری داشته است به طوری که 30 درصد در سال 1999 و 20 درصد از دسامبر 1999 تا اکتبر 2000 افزايش قيمت داشته است (بر طبق گزارش دفتر آمار کار ايالات متحده). در اروپا هم قيمت بالا است ؛ بيشتر از 4 دلار در کشورهايی مثل انگلیيس و هلند.
اما قيمت تنها مشکل استفاده ی بنزين به عنوان منبع عمده سوخت ما نيست. بنزين به محيط زيست ما صدمه می زند و از آنجايی که منبع تجديد پذيری ندارد ، سرانجام به پايان خواهد رسيد.
يک انتخاب ممکن خودروهايی است که با هوا نيرو می گيرند (Air-Powered Cars) . حداقل دو پروژه ی در حال پيشرفت وجود دارد که آنها اين توانايی را به مدلهای جديد خودروها می دهند که با هوای فشرده حرکت کنند. در اين مقاله شما در مورد اين دو پروژه خواهيد خواند و اينکه چگونه سوخت گيری ما در آخر اين دهه تغيير خواهد کرد.
موتورهای هوای فشرده ی دو سيلندر
در ظرف مدت دو سال آينده شما می توانيد اولين خودر با موتور Air-Powered را در ميان شهرتان ببينيد. به احتمال زياد آن خوردرو e.Volution خواهد بود که در بريگنولز فرانسه توسط شرکت Zero Pollution Motors در حال ساخت است. علاقه به اين خودروها در سالهای اخير افزایش پيدا کرده است به طوری که دولت مکزيک اخيراً قرارداد خريد 40000 دستگاه e.Volution را برای جايگزينی با تاکسيهای بنزينی و ديزلی شهر آلوده ی مکزيکو سيتی ، به امضا رسانده است.
سازندگان e.Volution اين خودرو را به عنوان خودرويی بدون آلودگی يا با آلودگی کم به فروش می رسانند اگرچه هنوز بحثهايی راجع به اينکه اثرات محيطی اين خودرو چه خواهد بود وجود دارد. سازندگان مدعی هستند که چون ابن خودرو با هوای فشرده کار می کند بنابراين دوست محيط زيست تلقی می شود. منتقدان اين ايده معتقدند که اين خودروها تنها آلودگی را از اگزوز خودروها به جای ديگری منتقل می کند، مثل موتورهای الکتريکی . اين خودروها برای فشرده کردن هوا در مخزن ، نيازمند نيروی الکتريکی هستند و نيروی الکتريکی نيز نيازمند سوختهای فسيلی است.
e.volution با يک موتور دو سيلندر هوا ی فشرده کار می کند که دارای ايده ای منحصر به فرد است. اين موتور می تواند هم با هوای فشرده کار کند و يا به عنوان يک موتور درون سوز عمل کند. هوای فشرده در مخزنی که از فيبر کربن يا شيشه ساخته شده ، تحت فشار (psi) 4351 ذخيره شده است. اين هوای فشرده توسط انژکتورهای هوا به درون موتور تزريق شده و به اتاقکی که محل انبساط هوا است جاری می شود. هوا پيستونها را به پايين می راند و پيستونها نيز ميلنگ را به حرکت در می آورند که در نتيجه نيرو به وسيله ی نقليه منتقل می شود.
Zero Pollution Motorsهمچنين بر روی موتورهای هيبريدی خود که می توانند با سوختهای سنتی در ترکيب با هوا عمل کنند ، کار می کند. تغيير نوع انرژی توسط يک دستگاه الکترونيکی انجام می شود. زمانی که خودرو در سرعتی زير Km/h 60 حرکت می کند اين موتور با هوا کار می کند. در سرعتهای بالاتر موتور با سوخت هايی از قبيل بنزين ، گازوييل يا گاز طبيعی کار می کند.
تانکرهای سوخت در قسمت زيرين خودرو قرار گرفته اند که می توانند حدود 79 گالن (300 ليتر) هوا را نگهداری کنند که اين هوای فشرده می تواند e.Volution را برای طی مسافت 124 مايل (200 کیلومتر) با حد اکثر سرعتی معادل 60 مايل در ساعت (Km/h 96.5 ) تغذيه کند. وقتی که مخزن شما در حال خالی شدن است ، کافيست که شما در نزديکترين جايگاه پمپ هوا کنار بزنيد . استفاده از منبع الکتريکی خانگی برای دوباره پر کردن مخزن های هوا در حدود 4 ساعت وقت می گيرد ، اگرچه با استفاده از پمپهای فشار بالا می توان اين زمان را به 3 دقيقه کاهش داد.
موتور اين خودرو تنها نيازمند 8/0 ليتر روغن بوده که راننده بايد در هر 31000 مايل (50000 کيلومتر) ان را تعويض کند. اين خودرو به يک جعبه دنده ی اتوماتيک مجهز خواهد شد، با محرک عقب (rwd) و سيستم فرمان دنده شانه ای (Rock and Pinion) .فاصله ی بين محور جلو و عقب 89/2 متر ، وزن حدود 700 کيلو گرم (543/1 پوند) ، طول حدود 81/3متر ، ارتفاع 74/1 متر و عرض 71/1 متر خواهد بود.
نخستين نمايش عمومی e.Volution در نمايشگاه اتومبيل افريقای جنوبی (Auto Africa Expo 2000) در سال 2000 بود. Zero Pollution وعده داد که اين خودرو در سال 2002 در افريقای جنوبی به فروش برسد اما درباره ی زمان در دسترس بودن اين خودرو در بقيه نقاط دنيا چيزی اعلام نکرد.
موتور گرمايی برودتی (Cryogenic Heat Engine)
نوع ديگری از خودروهايی که از هوا نيرو می گيرند توسط پژوهشگران دانشگاه واشينگتن در حال پيشرفت است که از ايده ی موتور بخار استفاده می کند با اين تفاوت که احتراقی وجود ندارد. پژوهشگران دانشگاه واشينگتن از نيتروژن مايع به عنوان سوخت نمونه ی اوليه ی LN2000 استفاده می کنند.آنها از نيتروژن بدليل فراوانی آن در اتمسفر- نيتروژن بيشتر از 78 درصد از اتمسفر را تشکيل می دهد و قابل دسترسی بودن نيتروژن مايع استفاده می کنند. موتور LN2000 از پنج قسمت زير تشکيل می شود :
1. مخزن 24 گالنی استيل
2. پمپ که نيتروژن مايع را به پيش گرمکن منتقل می کند
3. پيش گرمکن که نيتروژن مايع را به وسيله ی هوای گرم اگزوز ، گرم می کند
4. مبدل حرارتی که نيتروژن مايع را به جوش آورده و گاز فشار بالا را می سازد
5. منبع انبساط که انرژی نيتروژن را به يک نيروی قابل استفاده تبديل می کند
6. نيتروژن مايع که در دمای 196- درجه ی سانتيگراد (320- درجه ی فارنهايت) نگهداری می شود ، توسط مبدل حرارتی تبخير شده ؛ مبدل حرارتی قلب موتور برودتی LN2000 به حساب می آيد هوايی که در اطراف خودرو جريان دارد برای گرم کردن و در نهايت به جوش آمدن هيدروژن مايع استفاده می شود در نتيجه نيتروژن مايع به گاز تبديل می گردد ، شبيه تبديل شدن آب به بخار در موتور بخار.
گاز نيتروژنی که در درون منبع انبساط مبدل حرارتی شکل می گيرد ، حدود 700 بار حجيمتر از حالت مايع خود است .اين فشار بالای تنظيم شده ی گاز، به درون منبع انبساط تزريق می شود ، جايی که نيروی گاز نيتروژن با راندن پيستون به نيروی مکانيکی تبديل می شود. تنها خروجی موتور نيتروژن است و از آنجايی که بخش عظيمی از اتمسفر را اين گاز تشکيل داده است در نتيجه موتور ، آلودگی بسيار کمی خواهد داشت. اگر چه اين خودرو آلودگی را تا آنجا که شما تصور می کنيد کم نخواهد کرد. با اينکه خودرو هيچ آلودگی ای خارج نمی کند ، آلودگی ممکن است به جای ديگری منتقل شده باشد. LN2000 نيز مانند e.Volution برای فشرده کردن هوا به الکتريسيته احتياج دارد ، که استفاده از الکتريسيته يعنی ايجاد آلودگی در جايی ديگر.
مقداری از گرمای باز مانده ی خروجی موتور ، به درون پيش گرمکن موتور باز گردانده می شود تا نيتروژن را قبل از ورود به مبدل حرارتی ، مقداری گرم کند و باعث افزايش راندمان شود . دو فن هم که در قسمت عقب خودرو قرار دارند ، هوا را از ميان مبدل گرمايی می کشند تا باعث سهولت تبادل گرمايی نيتروژن مايع شوند.
پژوهشگران دانشگاه واشينگتن طرح اوليه و خام خودرو خود را با استفاده از ايده ی خودرو Grumman-Olson Kubvan (1984) پيشرفت داده اند. اين خودرو از يک موتور 5 سيلندر شعاعی که 15 اسب بخار نيرو توليد و با نيتروژن مايع کار می کند ، تشکيل شده است. گيربکس آن نيز از نوع 5 دنده ی دستی می باشد . در حال حاضر اين خودرو قادر است مسافت 2 مايل (2/3کيلومتر) را با يک مخزن پر از نيتروژن مايع بپيمايد و حداکثر سرعت آن نيز mph 22 ( kmph 4/35) می باشد. از آنجايی که نيتروژن مايع باعث سبکتر شدن خودرو می شود ، پژوهشگران LN2000 معتقدند که يک مخزن 60 گالنی (227 ليتر) ، پتانسيل پيمايش 200 مايل (8/321 کيلومتر) را به اين خودرو می دهد.
با سير صعودی قيمت سوخت های فسيلی ، مانند دو سال گذشته ، شايد زمان زيادی باقی نمانده باشد که رانندگان به خودروهايی تمايل پيدا کنند که با سوختهای ديگری کار بکند. اگرچه خودروهايی که با هوا کار می کنند هنوز وابسته به شريک بنزينی خود هستند اما وقتی که کارايی اين خودروها به قدرت رسيد ، کمی قيمت آنها و دوستی آنها با محيط زيست ، آنها را جذاب آينده ی حمل و نقل جاده ها می سازد.
