موتورهای هوای فشرده چگونه کار می کنند؟

آیا شما این هفته در پمپ بنزین بوده اید؟
با توجه به اینکه ما در جامعه متحرکی زندگی می کنیم، به احتمال زیاد جواب شما به این سوال مثبت است و حتماً از روند رشد صعودی قیمت بنزین در سال های اخیر مطلع شده اید. مشاهده می کنیم بنزین که مهمترین منبع سوخت در تاریخچه ی خودروها است، گران تر و دست نیافتی تر شده است (تحت تأثیر عوامل محیطی). این عوامل کارخانه های خودرو سازی را به سمت پیشرفت و تغییر نوع سوخت خودروها هدایت می کند که به دنبال آن، ما از سال 2000 خودروهای هیبریدی (Hybrid Cars) را در جاده ها می بینیم و خودروهایی که با سلول سوختی (Fuel-Cell-Powered) کار می کنند نیز سه تا چهار سال آینده وارد جاده ها خواهند شد.

انتظار می رود که موتور هوای فشرده ی e.Volution این خودرو را به خودرویی ایده آل برای شهرهای آلوده تبدیل کند.

با آن که قیمت بنزین در ایالات متحده هنوز به بالاترین مقدار خود نرسیده است (هر گالن 2.66 دلار در سال 1980)، اما قیمت این محصول در دو سال اخیر افزایش چشم گیری داشته است به طوری که 30 درصد در سال 1999 و 20 درصد از دسامبر 1999 تا اکتبر 2000 افزایش قیمت داشته است (بر طبق گزارش دفتر آمار کار ایالات متحده). در اروپا هم قیمت بالا است؛ بیشتر از 4 دلار در کشورهایی مثل انگلیس و هلند.

اما قیمت تنها مشکل استفاده بنزین به عنوان منبع عمده سوخت ما نیست. بنزین به محیط زیست ما صدمه می زند و از آنجایی که منبع تجدید پذیری ندارد، سرانجام به پایان خواهد رسید.
یک انتخاب ممکن خودروهایی است که با هوا نیرو می گیرند (Air-Powered Cars). حداقل دو پروژه ی در حال پیشرفت وجود دارد که آنها این توانایی را به مدل های جدید خودروها می دهند که با هوای فشرده حرکت کنند. در این مقاله شما در مورد این دو پروژه خواهید خواند و اینکه چگونه سوخت گیری ما در آخر این دهه تغیر خواهد کرد.

موتورهای هوای فشرده ی دو سیلندر:

در ظرف مدت دو سال آینده شما می توانید اولین خودر با موتور Air-Powered را در میان شهرتان ببینید. به احتمال زیاد آن خوردرو e.Volutionخواهد بود که در بریگنولز فرانسه توسط شرکت Zero Pollution Motors در حال ساخت است .علاقه به این خودروها در سالهای اخیر افزایش پیدا کرده است به طوری که دولت مکزیک اخیراً قرارداد خرید 40000 دستگاه e.Volution را برای جایگزینی با تاکسیهای بنزینی و دیزلی شهر آلوده ی مکزیکو سیتی ، به امضا رسانده است.

e.Volution قادر است که 200 کیلومتر را بدون سوخت گیری مجدد بپیمایدسازندگان e.Volution این خودرو را به عنوان خودرویی بدون آلودگی یا با آلودگی کم به فروش می رسانند اگرچه هنوز بحثهایی راجع به اینکه اثرات محیطی این خودرو چه خواهد بود وجود دارد.سازندگان مدعی هستند که چون ابن خودرو با هوای فشرده کار می کند بنابراین دوست محیط زیست تلقی می شود.منتقدان این ایده معتقدند که این خودروها تنها آلودگی را از اگزوز خودروها به جای دیگری منتقل می کند، مثل موتورهای الکتریکی . این خودروها برای فشرده کردن هوا در مخزن ، نیازمند نیروی الکتریکی هستند و نیروی الکتریکی نیز نیازمند سوختهای فسیلی است.

e.volution با یک موتور دو سیلندر هوا ی فشرده کار می کند که دارای ایده ای منحصر به فرد است.این موتور می تواند هم با هوای فشرده کار کند ویا به عنوان یک موتور درون سوزعمل کند.هوای فشرده در مخزنی که از فیبر کربن یا شیشه ساخته شده ، تحت فشار (psi) 4351ذخیره شده است. این هوای فشرده توسط انژکتورهای هوا به درون موتور تزریق شده و به اتاقکی که محل انبساط هوا است جاری می شود.هوا پیستونها را به پایین می راند و پیستونها نیز میلّنگ را به حرکت در می آورند که در نتیجه نیرو به وسیله ی نقلیه منتقل می شود.

در اینجا خروخی موتور e.Volution دیده می شود که هیچ آلودگی نخواهد داشت

Zero Pollution Motors همچنین بر روی موتورهای هیبریدی خود که می توانند با سوختهای سنتی در ترکیب با هوا عمل کنند ، کار می کند.تغییر نوع انرژی توسط یک دستگاه الکترونیکی انجام می شود.زمانی که خودرو در سرعتی زیرKm/h 60 حرکت می کند این موتور با هوا کار می کند.در سرعتهای بالاتر موتور با سوخت هایی از قبیل بنزین ، گازوئیل یا گاز طبیعی کار می کند.
تانکرهای سوخت در قسمت زیرین خودرو قرار گرفته اند که می توانند حدود 79 گالن (300 لیتر) هوا را نگهداری کنند که این هوای فشرده می تواند e.Volution را برای طی مسافت 124 مایل (200 کیلومتر) با حد اکثر سرعتی معادل 60 مایل در ساعت (Km/h 96.5 ) تغذیه کند.وقتی که مخزن شما در حال خالی شدن است ، کافیست که شما در نزدیکترین جایگاه پمپ هوا کنار بزنید . استفاده از منبع الکتریکی خانگی برای دوباره پر کردن مخزن های هوا در حدود 4 ساعت وقت می گیرد ، اگرچه با استفاده از پمپهای فشار بالا می توان این زمان را به 3 دقیقه کاهش داد.
موتور این خودرو تنها نیازمند 0.8 لیتر روغن بوده که راننده باید در هر 31000 مایل (50000 کیلومتر) ان را تعویض کند.این خودرو به یک جعبه دنده ی اتوماتیک مجهز خواهد شد، با محرک عقب (rwd) و سیستم فرمان دنده شانه ای (Rock and Pinion) .فاصله ی بین محور جلو و عقب 2.89 متر ، وزن حدود 700 کیلو گرم (1.543 پوند) ، طول حدود 3.81 متر ، ارتفاع 1.74 متر و عرض 1.71 متر خواهد بود.
نخستین نمایش عمومی e.Volution در نمایشگاه اتومبیل افریقای جنوبی (Auto Africa Expo 2000) در سال 2000 بود. Zero Pollution وعده داد که این خودرو در سال 2002 در افریقای جنوبی به فروش برسد اما درباره ی زمان در دسترس بودن این خودرو در بقیه نقاط دنیا چیزی اعلام نکرد.

موتور گرمایی برودتی (Cryogenic Heat Engine):

نوع دیگری از خودروهایی که از هوا نیرو می گیرند توسط پژوهشگران دانشگاه واشینگتن در حال پیشرفت است که از ایده ی موتور بخار استفاده می کند با این تفاوت که احتراقی وجود ندارد. پژوهشگران دانشگاه واشینگتن از نیتروژن مایع به عنوان سوخت نمونه ی اولیه ی LN2000 استفاده می کنند.آنها از نیتروژن بدلیل فراوانی آن در اتمسفر- نیتروژن بیشتر از 78 درصد از اتمسفر را تشکیل می دهد- و قابل دسترسی بودن نیتروژن مایع استفاده می کنند .موتور LN2000 از پنج قسمت زیر تشکیل می شود :
· مخزن 24 گالنی استیل
· پمپ که نیتروژن مایع را به پیش گرمکن منتقل می کند
· پیشگرمکن که نیتروژن مایع را به وسیله ی هوای گرم اگزوز ، گرم می کند
· مبدل حرارتی که نیتروژن مایع را به جوش آورده و گاز فشار بالا را می سازد
· منبع انبساط که انرژی نیتروژن را به یک نیروی قابل استفاده تبدیل می کند
نیتروژن مایع که در دمای 196- درجه ی سانتیگراد (320- درجه ی فارنهایت) نگهداری می شود ، توسط مبدل حرارتی تبخیر شده ؛ مبدل حرارتی قلب موتور برودتی LN2000 به حساب می آید .هوایی که در اطراف خودرو جریان دارد برای گرم کردن ودر نهایت به جوش آمدن هیدروژن مایع استفاده می شود در نتیجه نیتروژن مایع به گاز تبدیل می گردد ، شبیه تبدیل شدن آب به بخار در موتور بخار.
گاز نیتروژنی که در درون منبع انبساط مبدل حرارتی شکل می گیرد ، حدود 700 بار حجیمتر از حالت مایع خود است.این فشار بالای تنظیم شده ی گاز، به درون منبع انبساط تزریق می شود ، جایی که نیروی گاز نیتروژن با راندن پیستون به نیروی مکانیکی تبدیل می شود. تنها خروجی موتور نیتروژن است و از آنجایی که بخش عظیمی از اتمسفر را این گاز تشکیل داده است در نتیجه موتور ، آلودگی بسیار کمی خواهد داشت.اگر چه این خودرو آلودگی را تا آنجا که شما تصور می کنید کم نخواهد کرد. با اینکه خودرو هیچ آلودگی ای خارج نمی کند ، آلودگی ممکن است به جای دیگری منتقل شده باشد. LN2000 نیز مانند e.Volution برای فشرده کردن هوا به الکتریسیته احتیاج دارد ، که استفاده از الکتریسیته یعنی ایجاد آلودگی در جایی دیگر.
مقداری از گرمای باز مانده ی خروجی موتور، به درون پیشگرمکن موتور باز گردانده می شود تا نیتروژن را قبل از ورود به مبدل حرارتی ، مقداری گرم کند و باعث افزایش راندمان شود . دو فن هم که در قسمت عقب خودرو قرار دارند ، هوا را از میان مبدل گرمایی می کشند تا باعث سهولت تبادل گرمایی نیتروژن مایع شوند.
پژوهشگران دانشگاه واشینگتن طرح اولیه و خام خودرو خود را با استفاده از ایده ی خودرو Grumman-Olson Kubvan(1984) پیشرفت داده اند.این خودرو از یک موتور 5 سیلندر شعاعی که 15 اسب بخار نیرو تولید و با نیتروژن مایع کار می کند ، تشکیل شده . گیربکس آن نیز از نوع 5 دنده ی دستی می باشد . در حال حاضر این خودرو قادر است مسافت 2 مایل (3.2 کیلومتر) را با یک مخزن پر از نیتروژن مایع بپیماید و حداکثر سرعت آن نیز mph 22 (kmph 35.4) می باشد.از آنجایی که نیتروژن مایع باعث سبکتر شدن خودرو می شود ، پژوهشگران LN2000 معتقدند که یک مخزن 60 گالنی (227 لیتر) ، پتانسیل پیمایش 200 مایل (321.8 کیلومتر) را به این خودرو می دهد.
با سیر صعودی قیمت سوخت های فسیلی ، مانند دو سال گذشته ، شاید زمان زیادی باقی نمانده باشد که رانندگان به خودروهایی تمایل پیدا کنند که با سوختهای دیگری کار بکند. اگرچه خودروهایی که با هوا کار می کنند هنوز وابسته به شریک بنزینی خود هستند اما وقتی که کارایی این خودروها به قدرت رسید ، کمی قیمت آنها و دوستی آنها با محیط زیست ، آنها را جذاب آینده ی حمل و نقل جاده ها می سازد.