امروزه انتشار روزافزون گازهای گلخانه‌ای در جهان سبب تشدید پدیده گرمایش زمین گردیده و این امر، فشارهای جهانی به منظور کاهش تولید این گازها علی الخصوص گاز دی اکسید کربن (CO2) را در صنایع مختلف، مصارف خانگی، خودروهای سواری و تجاری و… به دنبال داشته است. در بخش خودرو، میزان انتشار گاز CO2 معادل راندمان مصرف سوخت بوده و کاهش میزان CO2 تولیدی خودروها از طریق بهینه سازی میزان مصرف سوخت در آنها امکان پذیر می باشد. در نمودار زیر، برنامه ۲۵ ساله کشورهای توسعه یافته جهان جهت کاهش میزان CO2 تولیدی (بر حسب گرم) به ازای هر کیلومتر حرکت خودرو نشان داده شده است.
می بایست توجه گردد که صنعت خودروسازی در جهان از سال ۱۹۹۸ میلادی به بعد، در ارتقاء تکنولوژی موتورهای احتراقی به موفقیت های چشمگیری دست یافته است. از میان انواع تکنولوژی‌های ارائه شده در این زمینه، دو تکنولوژی «کوچک سازی موتور، افزودن توربوشارژر و پاشش مستقیم سوخت» و «هیبرید کردن و افزایش قابلیتهای الکتریکی خودرو تا سرحد رسیدن به یک خودروی کاملاً الکتریکی» چشم انداز روشنی از آینده این صنعت ترسیم نموده است. در ادامه، نخست برخی از تکنولوژی‌های موثر در کاهش مصرف سوخت در موتورهای احتراقی معرفی و سپس مطالبی در خصوص خودروهای هیبریدی و الکتریکی ارائه می گردد.
بهبود تنفس موتور، بهبود پاشش سوخت و فرآیند احتراق
تحقیقات اثبات نموده که با بهبود کیفیت و افزایش حجم هوای ورودی به موتور میتوان توان و گشتاور خروجی موتور را به صورت چشمگیری افزایش داد. این مطلب بدان معناست که با بهبود تنفس موتور میتوان از موتور کوچکتری برای تولید میزان مشخصی از توان و گشتاور بهره برد که این خود به معنای کاهش مصرف سوخت در دستیابی به میزان مشخصی از توان و گشتاور است. از سوی دیگر با تغییر دور موتور، میزان هوای ورودی به موتور نیز تغییر کرده و موتورها در دورهای پایین (به دلیل بالا بودن تلفات پمپ شدن هوا) و در دورهای بالا (به دلیل سرعت بالای باز و بسته شدن سوپاپها و زمان ناکافی جهت پرشدن سیلندرها از هوا) توانی کمتر از توان نامی خود تولید میکنند. از آنجاکه ECU به گونه ای برنامه ریزی گردیده است تا همواره بجز موارد خاص مانند استارت موتور درحالت سرد و یا موتورهای باکارکرد خاص، نسبت هوا به سوخت را بصورت استوکیومتریک (معادل ۱ گرم سوخت به ازای ۱۴.۷ گرم هوا) نگه دارد، بنابراین با افزایش حجم هوای ورودی به سیلندرها، پاشش سوخت نیز بیشتر شده و به تبع آن احتراق قویتری در موتور رخ خواهد داد. با در نظر گرفتن این واقعیت، خودروسازان و طراحان موتور همواره تلاش کرده‌اند با استفاده از روشهای مختلف میزان هوای ورودی به موتور را در کنترل خود گرفته و با بهبود تنفس موتور در دورهای پایین و بالا به نمودار یکنواخت و مسطحی از توان خروجی دست یابند. از مطرح ترین تکنولوژی‌های ارائه شده در زمینه بهبود تنفس موتور میتوان به منیفولد ورود هوا با طول متغیر (به انگلیسی : Variable Intake Manifold)، زمانبندی متغیر سوپاپها (به انگلیسی : (Variable Valve Timing (VVT)، جابجایی متغیر سوپاپها (به انگلیسی : (Variable Valve Lifting (VVL)، غیرفعال کردن سیلندرها (به انگلیسی : Cylinder Deactivation) و کوچک سازی موتور با افزودن توربوشارژر اشاره نمود. پاشش مستقیم سوخت به داخل محفظه احتراق (به انگلیسی : Direct Injection)، پاشش رقیق سوخت (به انگلیسی : Lean Burn)، استفاده از فناوری بازخورانی گازهای احتراق (EGR) و … نیز از جمله تکنولوژی های ارائه شده جهت بهبود پاشش سوخت و فرآیند احتراق می باشد که تشریح آنها به علت گستردگی مطالب از حوصله این نوشتار خارج است.
مدیریت مصرف انرژی در لوازم جانبی موتور
فرمان برقی (به انگلیسی : (Electric Power Steering (EPS)، آلترناتور هوشمند، واترپمپ و پمپ روغن الکتریکی، فن خنک کننده با دور متغیر، سیستم تهویه مطبوع با کمپرسور برقی و… از جمله قطعات و تجهیزاتی هستند که بکارگیری آن ها در خودرو سبب کاهش تلفات مختلف و بهبود میزان مصرف سوخت می گردد. به عنوان نمونه، فرمان‌های هیدرولیکی بدلیل اتصال همیشگی به میل لنگ موتور، تلفات زیادی را به موتور اعمال میکنند. با بکارگیری سیستم فرمان برقی این تلفات به حداقل رسیده و فقط در زمانهایی که راننده قصد فرمان دادن داشته باشد توانی از موتور (به صورت توان الکتریکی) گرفته می‌شود. با این وجود، کاربرد تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی در کاهش مصرف انرژی در خودرو تنها به بکارگیری قطعات و تجهیزات فوق محدود نمی شود و امروزه تکنولوژی های مختلفی جهت کاهش مصرف انرژی در خودرو ابداع و مورد استفاده قرار گرفته اند که در ادامه به معرفی برخی از آن ها پرداخته می شود.
- پیاده سازی سیستم خاموش-روشن خودکار (به انگلیسی : (Automatic Stop-Start Option (STST)
سیستم خاموش-روشن خودکار (STST) به سیستمی اطلاق می‌شود که در آن کنترلر مرکزی با تشخیص وضعیت خودرو، در حالتی که نیاز به کارکرد موتور احتراقی نیست، مانند توقف کامل پشت چراغ قرمز (نسل اول این سیستم) یا در حالت کاهش سرعت به سمت توقف کامل (نسل پیشرفته)، موتور را خاموش کرده و سپس به محض اطلاع از قصد راننده جهت حرکت، موتور را روشن می‌کند. از آنجا که در رانندگی شهری، موتور خودروها به طور متوسط در ۳۵% مواقع در حالت درجا (Idle) کار میکنند، با خاموش کردن موتور در زمانهایی که به آن نیاز نیست، میتوان حداقل مصرف سوخت را تا ۱۰% در ترافیک های شهری کاهش داد.
توسعه خودروهای الکتریکی و هیبریدی (به انگلیسی : Hybrid and Electric vehicles)
توسعه و ارتقاء فناوری های موجود در حوزه قوای محرکه خودرو باتوجه به سطح فناوری و هزینه مورد نیاز، نسبت به الکتریکی کردن خودروها در اولویت بالاتری قرار دارند اما نباید از نظر دور داشت که میزان اثربخشی این فناوری ها محدود بوده و جهت دستیابی به اهداف بلند مدت در کاهش مصرف سوخت، استفاده از فناوریهای الکتریکی در خودرو اجتناب ناپذیر است. در ادامه، توضیحاتی مختصر در خصوص خودروهای هیبریدی و الکتریکی ارائه می گردد و در مطالب آتی، به تفصیل در خصوص این خودروها صحبت خواهد گردید.
خودروهای مجهز به موتور احتراقی، پیمایش مناسب، هزینه قابل قبول و وزن متناسبی دارند اما مصرف کننده سوختهای فسیلی و تولید کننده گازهای گلخانه ای می باشند. در طرف مقابل، خودروهای الکتریکی در محل استفاده فاقد آلایندگی هستند اما نسبت به خودروهای احتراقی پیمایش کمتری داشته و قابلیتهای عملکردی چندان مطلوبی ندارند به علاوه آنکه هزینه اولیه بسیار بالاتری نسبت به خودروهای متداول بنزینی دارند. در این میان، طراحان خودرو و قوای محرکه همواره به دنبال ساخت خودرویی بوده اند که با کمترین آلایندگی و مصرف سوخت، پیمایش و قابلیتهای عملکردی و هزینه مقبولی نیز داشته باشد. خودروهای هیبریدی پاسخ طراحان به این نیاز صنعت خودروسازی بوده است. خودروهای هیبریدی عموماً از دو منبع الکتریکی و احتراقی جهت تامین نیروی پیشرانش خودرو استفاده میکنند. این خودروها از سال ۱۹۹۷ میلادی با ورود تویوتا پریوس به بازار تجاری شدند و به مرور زمان شرکت‌های بسیاری به عرضه نمونه‌های هیبریدی خود مبادرت ورزیده‌اند. خودروهای هیبریدی با توجه به ظرفیت باتری و توان موتور الکتریکی بکار رفته در آنها، در سه سطح Micro Hybrid، Mild Hybrid و Full Hybrid عرضه می‌شوند. درصورتیکه خودروهای هیبریدی از قابلیت شارژ باتری از خارج خودرو نیز برخوردار باشند، به آنها «Plug-in Hybrid» گفته می‌شود. این طرح از خودروی هیبریدی معمولا مصرف سوخت کمتر، پیمایش الکتریکی بیشتر و قیمت بالاتری نسبت به نمونه های بدون این قابلیت دارند.
خودروهای تمام الکتریکی، تنها از انرژی الکتریکی جهت تولید نیروی پیشران خود استفاده میکنند. این انرژی الکتریکی عموما از باتریهای لیتیومی با ظرفیت ذخیره سازی بالا استخراج شده و در موتور الکتریکی به انرژی مکانیکی تبدیل می‌شود. پس از تخلیه باتری نیاز است باتری ها توسط برق شبکه خارجی شارژ گردند. خودروهای الکتریکی بدلیل عدم تولید آلایندگی در محل کاربرد به عنوان گزینه بسیار مناسبی جهت بهبود کیفیت هوای شهرها به ویژه در مناطق پرتردد و مرکزی شهرها مطرح میباشند. اما از آنجاکه میزان مسافت پیموده شده با این خودروها و همچنین قابلیتهای رانندگی آنها به شدت به نوع و ظرفیت باتری و موتور الکتریکی به کار رفته در آنها بستگی دارد، توسعه و فراگیری آنها به توسعه تکنولوژی باتریها و موتورها وابسته است. با این حال پیش بینی می‌شود در دهه‌های آینده خودروهای الکتریکی سهم قابل ملاحظه‌ای از بازار خودروی جهان را در اختیار بگیرند. ذکر این نکته نیز لازم است که خودروهای مجهز به پیل سوختی، نسل آینده خودروهای الکتریکی میباشند که در آن از انرژی حاصل از واکنش شیمیایی میان هیدروژن و اکسیژن، بخارات آب و الکتریسیته حاصل میگردد و در نهایت این الکتریسیته در موتور الکتریکی صرف رانش خودرو میگردد. اخیراً شرکت هیوندای کره جنوبی اولین خودروی مجهز به پیل سوختی خود با مدل توسان را تجاری و روانه بازار آمریکا کرده است.
تردیدی وجود ندارد که رفاه، آسایش و راحتی سرنشینان و برخورداری خودرو از امکانات جانبی تأثیر بسزایی در میزان فروش یک خودرو در بازار دارد. به بیان دقیق تر، تنوع امکانات رفاهی خودرو و تمایز آنها نسبت به رقبا یکی از برگ های برنده هر شرکت خودروسازی موفق در بازار رقابتی امروز است. این اثربخشی در رقابت پذیری خودرو و ارتقا سطح رضایت‌مندی مشتریان و در نتیجه وفاداری آنها مشهود است. از سوی دیگر فناوریهای این حوزه با کاستن از میزان خستگی راننده و افزایش سطح تمرکز وی، مکمل تلاش‌ها در راه تحقق هدف ایمنی خودرو هستند. در ادامه، به معرفی برخی از مهمترین و کاربردی‌ترین فن آوری های این حوزه پرداخته می‌شود.
فناوری خودروهای دارای ارتباط (به انگلیسی : Connected Cars)
خودروهای امروزی از سیستم‌هایی متنوعی نظیر تله ماتیک (به انگلیسی : Telematic)، ناوبری (به انگلیسی : Navigation)، چندرسانه‌ای و سرگرمی-اطلاعاتی برخوردار می باشند که در قالب یک پکیج روی خودرو نصب می گردند. از دیگر قابلیتهای این سیستم، مدیریت ارتباط با مشتریان، عیب یابی، هماهنگی تعمیرات و مدیریت سلامت خودرو، ردگیری خودروی دزیده شده، تشخیص علل تصادفات توسط خودروساز، مبارزه با نصب کالای غیر اصلی و دهها قابلیت دیگر می باشد. بر طبق برآوردهای انجام شده تا سال ۲۰۲۰ میلادی تقریباً ۹۰% خودروهای تولید شده در سرتاسر دنیا دارای چنین سیستم هایی خواهند بود و در حالت پیشرفته تر این خودروها قادر خواهند بود تا با یکدیگر و با انواع سیستم های اطلاعاتی ارتباط برقرار نمایند.
سیستمهای کمک پارک (به انگلیسی : Parking Assistance System)
امروزه انواع مختلفی از سیستم های کمک پارک طراحی و به بازار ارائه شده است. سیستم کمک پارک عقب، سیستم کمک پارک جلو، سیستم شناسایی محل مناسب پارک خودرو، سیستم پارک نیمه خودکار، سیستم پارک تمام خودکار ، سیستم کمک به مانورهای کم سرعت ، سیستم کمک به خروج از پارک و … از جمله این سیستم ها می باشند. طبق پیش بینی ها تا سال ۲۰۱۸ میلادی قریب به ۸۸% از خودروهای تولید شده در بازار انگلستان مجهز به سطح بالایی از این سیستم ها خواهند بود. در ادامه به اختصار، توضیحاتی در خصوص این سیستم ها ارائه می گردد :
- سیستم کمک پارک عقب (به انگلیسی : Backing Aid System)
زیرساخت‌های این سیستم در حال حاضر در خودروها موجود است. این سیستم از ترکیب دوربین دید عقب و مانیتور درون خودرو بهره می‌برد. نکته اینجاست که میتوان با توسعه نرم افزار بر مبنای پردازش تصاویر و تلفیق داده‌های سنسوری اطلاعاتی درباره اشیا موجود در عقب خودرو، راهنمایی لازم برای مسیر پارک خودرو را به راننده ارائه کرد.
- سیستم کمک پارک جلو (به انگلیسی : Forward Sensing Aid System)
این سیستم از سنسورهایی مشابه سنسور دنده عقب استفاده می نماید که در سپر جلوی خودرو به صورت دوتایی یا چهارتایی نصب می‌شود. درصورتیکه به دلایل ایمنی، دوربینی در جلوی خودرو برای اجرای قابلیت‌هایی مانند اخطار تعویض خط نصب شود. تصویر این دوربین در نمایشگر درون خودرو نمایش داده می‌شود که می‌تواند اطلاعاتی را به افزونه به تصویر اضافه کند که راننده را راهنمایی کند.
- سیستم شناسایی محل مناسب پارک خودرو
این سیستم می‌تواند به درخواست راننده یا با حرکت خودرو با سرعتی کمتر از یک میزان از پیش تعیین شده، فعال شده و با استفاده از دو عدد از سنسورهای فراصوتی برد بلند نصب شده در یک سمت و با استفاده از اطلاعات سنسورهای خودرو، فضای مناسب برای پارک را انتخاب کند و مقدمات را برای اجرای سایر الگوریتم‌ها فراهم کند.
- سیستم پارک نیمه خودکار (به انگلیسی : Semi-Automated Parking Steering only)
این قابلیت در خودروهای مجهز به سیستم فرمان برقی قابل اجراست. عملکرد آن به این صورت است که مسیر مناسب برای پارک خودرو با استفاده از پردازش داده‌های سنسورهای فراصوتی استخراج شده و راننده تنها مسئولیت گاز و ترمز را داراست. البته این سیستم می‌تواند داده‌های پردازش شده دوربین عقب را نیز در برنامه‌ریزی حرکت خود لحاظ کند.
- سیستم پارک تمام خودکار (به انگلیسی : Full-Automated Parking Steering)
این سیستم تمام مراحل پارک خودرو و دستور دادن به گاز، ترمز و فرمان را بر عهده می‌گیرد ولی همچنان نیازمند حضور راننده به عنوان ناظر و پایشگر مسیر می‌باشد.
- سیستم کمک به مانورهای کم سرعت (به انگلیسی : Maneuvering Assist)
این سیستم وظیفه هدایت راننده را در مانورهای کم سرعت بر عهده دارد. در ساده‌ترین حالت، اخطار صادر خواهد کرد و در حالات پیچیده‌تر کنترل خودرو را بر عهده خواهد گرفت. این سیستم در محیط‌های شلوغ و پر پیچ و خم مانند ورودی پارکینگ آپارتمان‌ها و پارکینگ‌های عمومی و سایر نقاط مشابه بسیار موثر خواهد بود.
- سیستم کمک به خروج از پارک
سیستمهای کمک پارک عموما متمرکز بر ورود به فضای پارک هستند در صورتی که در فضاهای باریک و محیط‌های شهری خروج از پارک، عملیاتی پیچیده‌تر از ورود به آن است. این سیستم بر مبنای مفهوم سیستم کمک به مانورهای کم سرعت استخراج و وظیفه خروج خودرو از پارک را بر عهده خواهد داشت. تمامی سنسورهای مورد استفاده در سایر موارد مورد استفاده قرار می‌گیرند و در صورت امکان مسیر ورود خودرو به پارک نیز ذخیره خواهد شد.
نمایشگر واقعیت افزوده (به انگلیسی : (Head-Up Display (HUD)
HUD برای ایجاد تمرکز بیشتر در حین رانندگی، اطلاعات مورد نیاز راننده را به صورت واقعیت افزوده بر روی شیشه جلوی راننده نمایش میدهد. این سیستم از طریق یک ویدیو پروژکتور تعبیه شده در پشت داشبورد، اطلاعاتی نظیر سرعت، موقعیت یابی مسیر، تابلوهای محدودیت سرعت، اطلاعات تماس‌گیرنده گوشی همراه، نمایشگرهای هشدار دهنده سیستمهای کمک‌به‌راننده و غیره را بر روی یک صفحه نیمه شفاف یا شیشه خودرو می‌تاباند. راننده می‌تواند در حین رانندگی بدون اینکه توجه‌اش را از نگاه کردن به روبرو از دست بدهد به این اطلاعات دسترسی پیدا کند. از اینرو، این سیستم نقش بسزایی در پیشگری از حوادث ناشی از عدم توجه به روبرو ایفا می‌کند.
سیستم های ارگونومی (به انگلیسی : Vehicle Ergonomics)
امروزه ملاحظات مربوط به ارگونومی خودرو بخش مهمی از طراحی خودرو را تحت الشعاع قرار می دهد. تاثیر این سیستم در میزان خستگی راننده و در نتیجه ایمنی رانندگی غیر قابل اجتناب است. از دیگر سو، فناوری های پیشرفته در این حوزه با توجه به اثر گذاری بالا، تاثیر بسزایی در محبوبیت خودروهای تولید شده امروزی دارند. به طوریکه مشاهده می شود که خودروهایی که در بعضی موارد از استانداردهای روز دنیا عقب هستند، صرفاً با استفاده از اینگونه فناوریها با اقبال عمومی زیادی مواجه می شوند. تکنولوژی های متعددی در این زمینه بکار می روند که از آن جمله می توان به تکنولوژی تنظیم برقی صندلی با حافظه اشاره کرد. در این حالت راننده صندلی ها را در حالت مطلوب خود تنظیم کرده و سیستم این موقعیت مطلوب را ذخیره می کند. برخورداری صندلی ها از ماساژور، گرمکن و خنک کن و امکان تنظیم موقعیت صندلی در جهات مختلف به صورت برقی از دیگر آپشن هایی است که رفاه و آسایش بیشتری برای سرنشینان فراهم می نماید.
سیستم های تهویه مطبوع (به انگلیسی : (Heating, Ventilation and Air Conditioning (HVAC)
تردیدی وجود ندارد که سیستم های تهویه مطبوع تأثیر به سزایی در افزایش میزان راحتی سرنشینان، لذت رانندگی و کاهش میزان خستگی راننده دارند. امروزه سیستم های خودکار تنظیم دما با قابلیت تنظیم دما در چند نقطه و سیستم های گردش هوای اتوماتیک در درون خودرو با هدف سالم نگاه داشتن هوای درون خودرو و حفاظت از سرنشینان در مقابل شرایط هوای بیرون که ممکن است از میزان سلامت کافی برخوردار نباشد، کاربرد فراوانی یافته اند.
سیستم های روشنایی خودکار (به انگلیسی : Auto Light)
بکارگیری سنسور نور و باران (به انگلیسی : Light and Rain Sensor) در پشت آیینه شیشه جلوی خودرو، جزء اولین راهکارهای ارائه شده جهت پیاده سازی انواع سیستم های روشنایی خودکار در خودروها به شمار می رود. در ساده ترین حالت به کمک این سنسور، در صورت کاهش نور محیط (به هنگام ورود به تونل یا غروب آفتاب) به صورت اتوماتیک چراغ های خودرو روشن می گردد و همچنین در صورت بارش برف یا باران، برف پاک کن خودرو به صورت اتوماتیک فعال می شود. آپشن همراهی تا درب منزل (به انگلیسی : Follow Me Home) از دیگر کاربردهای متداول سیستم های روشنایی هوشمند می باشد. این آپشن پس از پارک خودرو در یک محل تاریک و فعال نمودن دزدگیر خودرو به صورت خودکار چراغ های جلوی خودرو را به مدت مشخصی (همچون ۳۰ ثانیه) روشن می نماید تا سرنشینان از آن محل خارج شوند یا آنکه لامپ ها را روشن نمایند.
فناوریهای بهینه سازی موتور
در این گروه، فناوریهایی طبقه بندی شده اند که به صورت مستقیم برای موتورهای ا حتراق داخلی (به عنوان مبدل انرژی در خودرو)
ارائه شده اند. اصولاً این فناوریها به بهینه سازی فرآیند احتراق و بالا رفتن بازده گرمایی موتور مربوط می شوند تا بتوانند از مقدار مشخصی سوخت، بیشترین کار خروجی ممکن را حاصل کنند. این فناوریها عبارتند از:
سیستم سوخت رسانی ریل مشترک Common Rail System ) CRS)
از این سیستم برای سوخت رسانی در هر دو گونه موتورهای دیزل و بنزینی استفاده می شود اما کاربرد آنها در موتورهای دیزل معمول تر است. این سیستم نامش را از ذخیره کننده فشار مشترک ریل که سوخت همه سیلندرها را تأمین می کند، گرفته است.
در مقایسه با دیگر سیستمهای انژکتوری، فشار تولیدی و پاشش در فناوری ریل مشترک از هم جدا هستند. یک پمپ فشار بالای مستقل، سوخت را به طور پیوسته در ریل تغذیه می کند. در سیستم ریل مشترک به طور دایم و پایدار، یک فشار هماهنگ با وضع مدیریت موتور، در اختیار آن قرار می گیرد. حتی در سرعتهای پایین موتور این فشار وجود دارد. در حالی که در دیگر سیستمهای پاشش مستقیم، برای هر مر حله از پاشش مجبورند فشار سوخت بالایی را دوباره تولید کنند.
فناوری ریل مشترک در مقایسه با سیستمهای مرسوم تفاوتهایی دارد که امکان کنترل بهتر بر روی زمان و مقدار پاشش (منحنی پاشش) را به وجود می آورد. در این مرحله، پاشش اولیه برای کارکرد آرام موتور، پاشش اصلی برای ایجاد توان ایده آل و پاشش ثانویه برای کاهش آلایندگی صورت می گیرد.
سوخت توسط لوله های فشاری کوتاهی به انژکتورها می رسد و سپس از سوراخهای پاشش به محفظه احتراق پاشیده می شود. استفاده از این فناوری سبب بیش از ۲۲ درصد کاهش آلاینده های خروجی، بیش از ۵ درصد افزایش قدرت موتور، بیش از ۳ درصد کاهش مصرف سوخت و همچنین کاهش صدای موتور می شود.
قطع جریان سوخت در هنگام کاهش سرعت ( DFSO (Deceleration Fuel Shut Off
در این فناوری، هنگامی که سرعت خودرو کاهش می یابد در صورتی که سرعت به اندازه کافی باشد، جریان سوخت به سیلندر قطع شده و احتراق رخ نمی دهد اما چرخش موتور به واسطه اینرسی حرکتی خودرو و سیستم انتقال قدرت ادامه خواهد یافت در حالی که در خودروهای فاقد این سیستم در هنگام کاهش سرعت، جریان سوخت به درون سیلندر قطع نمی شود.
در این سیستم جریان سوخت به صورت ناگهانی قطع نمی شود زیرادر این صورت ضربه ایجاد شده، توسط سرنشینان احساس می شود. در این حالت گشتاور مورد نیاز برای ادامه حرکت، پارامتر تعیین کننده است. این گشتاور به نیاز راننده، سرعت، نسبت درگیری دنده ها و پارامترهای دیگر بستگی دارد. هنگامی که پدال گاز رها می شود گشتاور شروع به کاهش می کند. با توجه به گشتاور مورد نظر، ارسال سوخت، زمان بندی جرقه و دریچه کنترل سوخت تنظیم می شوند. این موارد سبب کاهش پیوسته پالسهای تزریق سوخت شده و توان بی وقفه و به آرامی انتقال داده می شود.
این فناوری می تواند تا ۲ درصد مصرف سوخت را کاهش دهد.
جابجایی دلخواه ( DOD (Displacement on Demand
این فناوری بر مبنای غیرفعالسازی سیلندرها در زمانی که مورد نیاز نیستند عمل می کند به این معنا که به صورت موقت یک موتور ۸ یا ۶ سیلندر را به موتور ۴ یا ۳ سیلندر بدل می کند. از این شیوه در موتورهای ۴ سیلندر استفاده نمی شود.
فناوری DOD قادر است به طور متوسط تا ۵ درصد از مصرف سوخت بکاهد.
پاشش مستقیم بنزین ( GDI (Gasoline Direct Injection
در موتورهای بنزینی معمول، بنزین قبل از سوپاپ هوا در انتهای راه گاه ورودی به درون هوا پاشیده می شود. ولی در سیستمهای پیشرفته تر که در آنها از شیوه پاشش مستقیم بنزین استفاده می شود، بنزین با فشار زیاد و از طریق یک انژکتور به درون سیلندر پاشیده می شود. پاشش مستقیم بنزین سبب افزایش قدرت و کاهش مصرف سوخت می شود.
همچنین اثر خنک کنندگی این گونه پاشش سبب می شود منحنی احتراق موتور به صورت هموار Smooth درآید. علاوه بر آن، پاشش مستقیم به وسیله یک انژکتور، باعث می شود تا سیستم کنترل موتور با دقت بیشتری بتواند نسبت هوا به سوخت را کنترل کند. معمولاً این سیستم با استفاده از بازخورانی گازهای خروجی EGR ( Exhaust Gas Recirculation) و زمان بندی متغیر سوپاپ ها (VVT ) فرایند احتراق را کنترل می کند.
این فناوری می تواند به طور متوسط تا ۱۶ درصد از مصرف سوخت خودرو بکاهد.
* امروزه در بسیاری از موتورها از فرآیند بازخورانی گازهای خروجی ( Exhaust Gas Recirculation – EGR ) برای کاهش آلاینده های اکسید نیتروژن، استفاده می کنند. در این فرآیند مقداری از گاز موجود در سیستم خروجی به سیستم ورودی برگشت داده می شود. این کار مخلوط گازهای ورودی را با مواد غیرقابل احتراق، رقیق (Dilute) می کند که باعث کاهش حداکثر دمای احتراق و در نتیجه کاهش تولید اکسیدهای نیتروژن می شود.
مقدار EGR می تواند تا حدود ۱۵ تا ۲۰ درصد از جرم کل ورودی نیز برسد که بر طبق شرایط کارکردی موتور تنظیم می شود. استفاده از EGR علاوه بر کاهش حداکثر دمای احتراق، دمای مخلوط ورودی را نیز افزایش می دهد که موجب تبخیر بهتر قطرات سوخت می شود.
استارت ژنراتور یکپارچه ( ISG (Integrated Starter/Generator
این سیستم به صورت اتوماتیک به هنگام سکون خودرو، موتور را خاموش کرده و به صورت همزمان با فشار دادن پدال گاز آن را روشن می کند. به این ترتیب کارکرد بی باری موتور Idle حذف خواهد شد. معمولاً در این سیستمها یک مبدل وجود دارد که انرژی تلف شده در فرآیند ترمز را در باتری ذخیره می کند.
فناوری ISG قادر است به طور متوسط تا ۸ درصد از مصرف سوخت بکاهد.
موتور رقیق سوز ( LBE ( Lean Burn Engine
نسبت هوا به سوخت استوکیومتریک به نسبتی گفته می شود که در شرایط ایده آل، سوخت به صورت کامل محترق شود. معمولاً این نسبت در خودروها با توجه به شرایط کاری موتور تغییر می کند. یکی از شیوه های کاهش مصرف سوخت و به تبع آن کاهش میزان آلایندگی، استفاده از مخلوط رقیق هوا و سوخت است. هرچند این ایده در ابتدا ساده به نظر می رسد اما برای داشتن کارآیی مناسب موتور باید نسبت تراکم را تا حد زیادی بالا برد.
افزایش نسبت تراکم موجب افزایش راندمان موتور می شود و می توان به این وسیله با سوخت کمتر، قدرت زیادی را از موتور دریافت کرد اما افزایش نسبت تراکم نیازمند طراحی مجدد موتور (با توجه به افزایش شدید بیشینه فشار درون سیلندر) است. از سوی دیگر کنترل زمان جرقه از مشکلات دیگر این روش است که باید یک سیستم رایانه ای دقیق با توجه به ورودیهایی نظیر میزان بار، سرعت، دما و فشار هوای ورودی و … آن را تنظیم کند.
این فناوری می تواند به طور متوسط تا ۱۳ درصد از مصرف سوخت خودرو بکاهد.
پرخوران ( SC (Supercharged
پرخوران در واقع یک کمپرسور هواست که برای افزایش فشار هوای ورودی به درون سیلندر یک موتور احتراق داخلی به کار می رود. نرخ زیاد جریان هوا به درون سیلندر سبب می شود تا اکسیژن بیشتری به منطقه احتراق برسد. مقدار هوای ورودی در حالت پرخوران بسیار بیشتر از حالت معمول (تنفس طبیعی موتور) است و بنابر این می توان سوخت بیشتری را محترق کرد و به این ترتیب مقدار کار تولید شده در هر سیکل بیشتر می شود.
افزایش توان و کاهش مصرف سوخت از نتایج این افزایش کار است. پرخوران انرژی مورد نیاز خود را به وسیله دنده، تسمه و … از موتور دریافت می کند. از پرخوران، بیشتر در خودروهای دیزل استفاده می شود هرچند امروز بسیاری از خودروهای بنزینی نیز از آن استفاده می کنند.
این فناوری می تواند به طور متوسط تا ۱۲ درصد از مصرف سوخت خودرو بکاهد.
موتور با سوخت لایه بندی شده ( SCE (Stratified Charge Engine
این موتور تا حدی شبیه به موتورهای سیکل دیزل است که با بنزین کار می کند. از آنجا که در این گونه موتورها مخلوط هوا و سوخت درون سیلندر به صورت لایه های مختلف غلظتی تشکیل می شود، این عنوان برای این فناوری انتخاب شده است.
در این موتورها همانند موتورهای دیزل از پاشش مستقیم (به منظور استفاده از قابلیت ذاتی آن برای دستیابی به نسبت تراکمهای بالا) استفاده می شود و از سوی دیگر با توجه به این که سوخت آن بنزین است از ویژگی مثبت اصلی آن یعنی اختلاط سریع و مناسب با هوا، حداکثر بهره برداری صورت می گیرد.
به این ترتیب از احتراق ضعیف که از خصوصیات منفی موتورهای دیزل پاشش مستقیم است جلوگیری می شود. در این سیستم، انژکتور سوخت را در یک محدوده خاص سیلندر می پاشد و به همین دلیل غلظت مخلوط هوا و سوخت در مناطق مختلف سیلندر تفاوت پیدا کرده و عملا لایه بندی می شود. معمولاً در این گونه موتورها از یک انژکتور با پاشش سوخت مستقیم استفاده می شود. این فناوری می تواند به طور متوسط تا ۱۲ درصد از مصرف سوخت خودرو بکاهد.
توربوشارژ ( TC (Turbocharged
در این موتورها نیز برای افزایش فشار هوای ورودی به درون سیلندر از یک کمپرسور هوا همانند سیستمهای پرخوران استفاده می شود با این تفاوت که در سیستمهای توربوشارژ، توان مورد نیاز برای به حرکت درآوردن کمپرسور از یک توربین تأمین می شود.
این توربین در مسیر جریان گازهای خروجی موتور قرار دارد و به واسطه خروج گازهای گرم ناشی از محصولات احتراق به حرکت در می آید. این فرآیند افزایش فشار، دمای هوای ورودی را نیز افزایش می دهد که مطلوب نیست. برای کاهش دمای هوای فشرده، در این موتورها از یک خنک کن داخلی Intercooler استفاده می شود. این روند باعث می شود تا در هر سیکل بتوان سوخت بیشتری را وارد سیلندر کرد. این میزان سوخت بیشتر، ساده تر محترق می شود و به این ترتیب در مجموع کارایی احتراق بسیار بالا می رود. این شیوه بیشتر در موتورهای دیزل کاربرد دارد.
این فناوری می تواند به طور متوسط تا ۱۴ درصد از مصرف سوخت خودرو بکاهد.
زمان بندی متغیر سوپاپ ( VVT (Variable Valve Timing
در موتورهای کلاسیک، زمان بندی سوپاپها به وسیله بادامک انجام می شد که با توجه به شکل آن، کاملا ثابت بود. اما در موتورهای مدرن، این محدودیت برداشته شده است. در سیستم VVT ، مقدار جابجایی، دوره باز بودن و زمان باز و بسته شدن سوپاپ ثابت نیست. این مقادیر به صورت کامل توسط واحد کنترل الکترونیکی موتور ( ECU ) تنظیم می شوند.
این تنظیمات با توجه به شرایط عملکردی موتور انجام می شود و باعث می شود تا فرآیند احتراق تا حد امکان به بهترین نحو صورت گیرد و راندمان حرارتی موتور افزایش یابد. به عنوان مثال در سرعتهای بالا، موتور به سوخت بیشتری احتیاج دارد که این امر هوای بیشتری را نیز طلب می کند.
سیستم ECU در این حالت سوپاپ ورودی هوا را برای مدت بیشتری باز نگه می دارد تا هوای مورد نیاز وارد سیلندر شود. به هنگام کم شدن سرعت خودرو، عملکرد سوپاپ دوباره به حالت عادی خود باز خواهد گشت. در موتورهایی که میزان باز شدن سوپاپ هوا ثابت است، تفاوتی در هوای ورودی برای سرعتهای مختلف وجود ندارد و عملا شرایط کاری موتور در حالت بهینه قرار نمی گیرد.
این فناوری می تواند به طور متوسط تا ۵ درصد از مصرف سوخت خودرو بکاهد.
فناوریهای کاهش اتلاف
فناوریهایی که وظیفه آنها انتقال حداکثر توان تولید شده در موتور به چرخهای محرک است در این گروه قرار گرفته است.
برخی روشهای کاهش اتلاف را شاید نتوان به صورت مستقل تحت عنوان یک فناوری معرفی کرد. به عنوان نمونه می توان به استفاده از موارد سبک تر بویژه برای قطعات متحرک (که منجر به کاهش اتلاف ناشی از اینرسی دورانی می شود)، استفاده از روانکارها با ضریب اصطکاک پایین (که منجر به کاهش اتلاف اصطکاکی می شود) و تغییر در سیستم خنک کاری (مانند استفاده از افزودنی ها یا کاهش حجم سیستم خنک کاری) اشاره کرد. با توجه به این موضوع، فناوری های این گروه را می توان به صورت زیر برشمرد:
انتقال قدرت دستی- اتوماتیک ( AMT (Automated manual Transmission
سیستم انتقال قدرت دستی- اتوماتیک مزایای هر دو سیستم انتقال قدرت دستی و اتوماتیک را داراست. سیستم های انتقال قدرت
دستی از سیستم های معمول انتقال قدرت اتوماتیک، سبک تر بوده و دارای اتلاف انرژی کمتر است با این حال بیشتر رانندگان، سیستم انتقال قدرت اتوماتیک را ترجیح می دهند. سیستم انتقال قدرت دستی- اتوماتیک همانند سیستم انتقال قدرت دستی عمل می کند با این تفاوت که نیازی به فشردن پدال کلاچ و تعویض دنده به وسیله راننده نیست.
سیستم تغییر دنده به صورت الکترونیکی کنترل شده و به وسیله عملگرهای هیدرولیکی یا موتور الکتریکی عمل می کند. استفاده از این سیستم سبب می شود تا فرآیند تغییر دنده آرامتری نسبت به سیستم انتقال قدرت دستی حاصل شود.
فناوری AMT قادر است به طور متوسط تا ۷ درصد از مصرف سوخت بکاهد.
تغییرات طراحی خودرو Change in Vehicle Design
کاهش وزن و تغییر ساختار آیرودینامیکی خودرو، تأثیر بسیار مهمی در کاهش مصرف سوخت دارد. تحقیقات نشان داده است که با
کاهش وزن خودرو، می توان به طور متوسط ۱۲ تا ۲۲ درصد از مصرف سوخت کاست.
بهینه سازی ساختار آیرودینامیکی خودرو نیز به طور متوسط کاهش ۵ تا ۸ درصد مصرف سوخت را به همراه خواهد داشت. از سوی دیگر با تغییر مناسب تجهیزات درونی خودرو مانند کولر می توان به طور متوسط ۲ تا ۱۲ درصد مصرف سوخت را کاهش داد.
انتقال قدرت پیوسته متغیر ( CVT (Continuously Variable Transmission
این سیستم با استفاده از تعداد زیادی پولی با قطرهای مختلف که به وسیله زنجیر یا نوار به یکدیگر متصل می شوند، قادر است مقادیر مختلفی از نسبت سرعت موتور به سرعت چرخ ایجاد کند که بسیار متنوع تر از جعبه دنده های معمول است.
این سیستم به خودرو کمک می کند تا در هر حالت کاری بهترین نسبت تبدیل را محاسبه کرده و از آن استفاده کند و همواره دور موتور در مناسب ترین شرایط قرار گیرد.
استفاده از این سیستم می تواند به طور متوسط ۴ تا ۶ درصد از مصرف سوخت خودرو بکاهد.
سیستم کلاچ دوگانه ( DCT (Dual Clutch Transmission
در این سیستم از دو کلاچ جداگانه هم مرکز برای تغییر دنده استفاده می شود. یکی از این کلاچ ها برای دنده های زوج و دیگری برای دنده های فرد به کار می رود. مزیت این سیستم آن است که به هنگام تعویض دنده، گشتاور انتقالی به چرخ ها قطع نمی شود و توزیع آن هموار باقی می ماند. همچنین فرآیند تعویض دنده در این خودروها سریع تر انجام می شود.
استفاده از این سیستم می تواند تا ۱۲ درصد از مصرف سوخت خودرو بکاهد.
سیستم تهویه الکتریکی ( EAC (Electric Air Conditioning
سیستم تهویه همانند تمامی سیستم های فرعی درون خودرو برای کارکرد نیاز به انرژی الکتریکی دارد . معمولا کمپرسور سیستم تهویه توسط تسمه ای که به میل لنگ خودرو متصل است می چرخد. تأمین انرژی مورد نیاز کمپرسور سبب اعمال بار اضافی به موتور می شود. این موضوع در مورد استفاده از سیستم تهویه در هوای سرد هم صدق می کند زیرا با وجود غیار فعال بودن کمپرسور، پروانه ای که هوای گرم را به داخل خودرو می فرستد نیز برای چرخش نیاز به دریافت انرژی دارد.
در سیستم تهویه الکتریکی، انرژی الکتریکی مورد نیاز، توسط باتری خودرو تأمین می شود. بنابراین سیستم تهویه الکتریکی مستقیماً از توان موتور استفاده نمی کند و بار اضافی بر موتور اعمال نمی کند و به همین دلیل سبب کاهش مصرف سوخت می شود. این سیستم بیشتر در خودروهای هیبریدی کاربرد دارد زیرا برای تأمین انرژی الکتریکی، تجهیزات بیشتری نسبت به خودروهای معمول دارد.
این سیستم در حدود ۱۵ درصد باعث کاهش در مصرف سوخت می شود.
سیستم فرمان الکتریکی ( EPS (Electric Power Steering
این سیستم در بسیاری از خودروها، جایگزین سیستم فرمان هیدرولیکی شده است . یکی از امتیازات این روش حذف پمپ هیدرولیکی موجود در فرمان است که بخشی از توان موتور را به خود اختصاص می داد. همچنین این موضوع سبب کاهش وزن خودرو و در نتیجه کاهش مصرف سوخت می شود.
دیگر امتیاز استفاده از این سیستم، کم صداتر بودن آن به دلیل حذف پمپ و مزیت دیگر آن از بین رفتن نشتی سیال است. این سیستم در هنگام حرکت خودرو روی خط راست یا دور زدن یکنواخت در پیچ ها هیچ گونه توان الکتریکی مصرف نمی کند. این سیستم در مقایسه با نوع هیدرولیکی آن از وزن پایین تر، دقت بالاتر و کارایی بیشاتری بر خوردار است و با استفاده از سنسور حساس به سرعت خودرو با توجه به سرعت، واکنش مناسب نشان می دهد .
سیستم فرمان هیدرولیکی از توان خودرو برای کارکرد خود استفاده می کند اما سیستم الکتریکی با استفاده از انرژی الکتریکی باتری خودرو که همیشه در حرکت شارژ می شود استفاده می کند به همین دلیل توان کمتری مصرف می کند و در نتیجه سبب کاهش مصرف سوخت می شود.
این روش به طور متوسط باعث کاهش ۳ درصد مصرف سوخت می شود.
کاهش مقاومت غلتشی چرخ ها ( LRR (Low Rolling Resistance
یک جسم دوار مانند چرخ های خودرو همواره در برابر غلتش از خود مقاومت نشان می دهد. در طرا حی های نوین خودرو، جنس، شکل هندسی، آج ها و سایر پارامترهای لاستیک به گونه ای طرا ی می شوند که کمترین مقاومت را در برابر غلتش داشته باشند و به این ترتیب مصرف سوخت به طور متوسط ۲ تا ۸ درصد کاهش خواهد یافت.
بازیابی انرژی ترمز ( RBS (Regenerative Braking System
فرآیند ترمزگیری، سبب کاهش سرعت خودرو و در نتیجه کاهش انرژی جنبشی آن می شود. این انرژی جنبشی کاهش یافته به صورت دیگری از انرژی تبدیل می شود. در خودروهای معمول این انرژی به صورت انرژی گرمایی در مجموعه ترمز و چرخ ها تلف می شود اما در سیستم RBS از این انرژی به صورت مستقیم یا غیرمستقیم استفاده می شود.
سیستم RBS معمولاً این انرژی گرمایی را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده که از آن در سیستم تهویه مطبوع، پخش صوت و سایر لوازم مصرف کننده انرژی الکتریکی استفاده می شود. در برخی از انواع این سیستم، انرژی ترمزی به صورت هیدرولیکی تبدیل و استفاده می شود.
این فناوری می تواند تا ۱۲ درصد از مصرف سوخت خودرو بکاهد.
سیستم ۶ دنده و بیشتر ۶+ Speed
در خودورهای ۶ دنده (یا بیشتر)، دنده های دیگری به سیستم جعبه دنده اضافه شده است. این عمل باعث می شود تا فاصله نسبت
تبدیل های دنده های مختلف کمتر شده و خودرو بتواند شتاب بیشتری بگیرد.
این سیستم می تواند به طور متوسط ۳ تا ۵ درصد از مصرف سوخت بکاهد.