فناوري اسكاي اكتيو، روزنه اي به دنياي آينده | گروه بهمن

فناوري اسكاي اكتيو، روزنه اي به دنياي آينده

  • تاريخ انتشار :
فناوري اسكاي اكتيو، روزنه اي به دنياي آينده

علی عسگری / پیام بهمن شماره 90

آيا شركت‌هاي خودروساز به آينده فكر مي‌كنند؟ بیشترین دغدغه‌ها و نگرانی‌های آنان چیست؟ در پاسخ می‌توان گفت مهم‌ترین چالش خودروسازان كاهش انتشار گازهاي گلخانه‌اي و مصرف سوخت‌هاي فسيلي در چند سال آينده خواهد بود. لذا بسياري از توليدكنندگان خودرو تلاش‌هاي خود را روي طرح‌هاي مربوط به آينده متمركز كرده‌ و خودروهای آینده را با سوخت‌ها یا حامل‌های انرژی مانند الکتریسیته، هیدروژن، اتانول و متانول تصور می‌کنند و تمامی تلاش خود را در بخش‌های تحقیق و توسعه به کار گرفته‌اند تا در توسعه فناوری‌های جدید مربوط به آن از یکدیگر پیشی بگیرند.

ولی اکنون شرکت مزدا این تصورات را به‌‌هم ریخته است و همانگونه که در توسعه‌ی موتورهای دوار وانکل عمل کرد وعلیرغم تمامی مشکلات و بن بست‌های فرا رو و در حالی که تمامی خودروسازان جهان توسعه این تکنولوژی را به کناری نهادند، مصرانه حتی تا پای ورشکستگی رفت تا این ایده را اجرایی کند!

و این‌بار نیز مزدا كاملاً متفاوت می‌اندیشد، اين خودروساز ژاپني معتقد است بخش عمده‌اي از پتانسيل توسعه در موتورهاي احتراق داخلي فعلی، هنوز دست نخورده باقي مانده است و نباید آن را پایان یافته تلقی کرد. مزدا در توسعه موتورهاي احتراق داخلي راه خود را مي‌رود، راهی که دیگران نمی‌روند و همانطور که خودروهای اسپرت سری RX را بر مبنای موتور وانکل طراحی و تولید کرد این بار نیز با سماجت، دنیای تکنولوژی را به حیرت وا داشته است.

مزدا فقط 1.2 ميليون دستگاه خودرو در جهان به فروش مي‌رساند و به سختي به يك هشتم كل فروش تويوتا يا جنرال موتورز آمریکا مي‌رسد، اما فراموش نکنیم که تنها خودروساز آسيايي است كه هر ساله در  مسابقات Lemans‌ مقام آورده است. (مسابقات معتبـري كـه ماننـد گـراند پري براي خودروهاي مسابقه در شهر Lemans‌ فرانسه برگزار مي‌شود و24 ساعت مداوم بدون انجام هيچ‌گونه تعمير نگهداري و براي آزمايش دوام و بازده خودروها انجام مي‌شود و تاکنون بيشترين مقام اولي در این مسابقات از آن پورشه بوده است.)

سال 2020 يكصدمين سال تاسيس مزدا است و این بارقبل از صد سالگی‌اش، این خودروساز با امتیازاتی باورنکردنی به میدان آمده است. برنامه مهندسي مزدا بر اساس فلسفه‌ی پايدار «زوم-زوم» اکنون با نام «فناوری‌ اسكاي اكتيو» ارائه شده است كه در فاصله زماني 2011 تا  2015 مصرف سوخت محصولات مزدا تا 30 درصد كاهش مي‌دهد و تا رسیدن به 2020 فرصتی کافی خواهد داشت تا نام خود را در جهان تکنولوژی مطرح نماید.

فناوري اسكاي اكتيو

مزدا این فناوری را با هدف اصلي كاهش مصرف سوخت وکاهش آلايندگي خودروها ارائه کرده است. ضمن اينكه ويژگي‌ها و برتری‌های خود را نیز در این برنامه گنجانده است و بر این باور است معیار فقط رسیدن به دو هدف فوق نیست و اين بدان معني است كه یک مفهوم مقياسي از اسكاي‌اكتيو مي‌تواند توسعه همه جوانب محصول را شامل بدنه، شاسي و نيروي محركه تحت تاثير قرار دهد. بدين ترتيب «اسكاي اكتيو» كل ابعاد يك محصول را بر اساس فلسفه زوم-زوم شامل خواهد شد. دوفناوری «اسكاي اكتيو دي» براي موتورهاي ديزل و «اسكای اكتيو جی» براي موتورهاي بنزيني بصورت مبنا پایه‌ای و دو مقوله توسعه یافته با فلسفه زوم-زوم برای خودرو‌های مزدا با نام « اسكاي اكتيو بدنه- شاسي» و «اسكاي اكتيو گيربكس».

اما واقعاً در موتورهاي جدید طراحی مزدا چه اتفاقي افتاده كه فناوري اسكاي اكتيو را به بحث اول خودروسازان جهان تبديل كرده است؟ همانطور که پیداست كاهش مصرف سوخت تا حد 30 درصد به همراه بهبود انتشار گازهاي آلاينده حركت بسيار بزرگي در اين صنعت بوده و تحولی عمده و جهشی بزرگ محسوب می‌شود.

جزئيات و ويژگی‌هاي فناوري اسکای اکتیو

مزدا مي‌گويد: فناوري اسكاي اكتيو يك استراتژي جدید با نام  «بلوك ساختمان» است كه مي‌تواند با بلوك‌های سامانه‌هاي الكتريكي و هيبريدي براي كاهش مصرف سوخت‌هاي فسيلي تركيب‌ شود وانتشار گازهاي گلخانه‌اي را كاهش دهد. ضمن اينكه فناوري «درجا-خاموش» نيز يكي ازرابط‌هاي بين تكنولوژي موتورهاي احتراق داخلي و سامانه‌هاي هيبريدي خواهد بود و اساساً عنصری كليدي در طراحي برنامه‌هاي اسكاي اكتيو اين است كه اين فناوري با فناوري‌هاي ديگرسازگار باشد. درحال حاضرهمانطوركه از روند تکنولوژی درجهان پیداست توليدكنندگان ديگر نيز محدوديت‌هاي بسیاری برای توسعه تکنولوژی هیبریدی و الکتریکی دارند وبه نظرمی رسد عمده حمل‌ونقل جاده‌اي حداقل براي دهه‌ی بعد نیز توسط موتورهاي احتراق داخلي انجام خواهد پذیرفت واين دليل اصلي تمركز برنامه اسكاي اكتيو روي بهبود وتوسعه موتورهاي احتراق داخلي بوده است.

اسكاي اكتيو در موتورها

skyactiv-3همانطور كه مي‌دانيم بازده موتورهاي احتراق داخلي بنزيني از سوخت‌هاي فسيلي در بهترين شرايط و در طول صد سال توسعه، هنوز از 30 درصد بیشتر نشده است، اما مزدا معتقد است هنور فرصت توسعه براي رسيدن به بازده 60 درصد براي موتورهاي بنزيني وجود دارد.اين اعتقادبرگرفته از«فناوري HCCI‌» يا         «سامانه‌ی همگن مكش، احتراق، جرقه» امكان‌پذير شده است. اين فناوري نسل بعد، كه از احتراق سوخت هواي رقيق در موتور و استفاده از نسبت تراكم بسيار بالا براي كاهش گازهاي آلاينده بهره مي‌برد از تكنولوژي امروز صنايع موتورسازي جهان بسيار فراتر است. اکنون سئوال اينجاست كه در بحبوحه تلاش همه خودروساران جهان برای رسیدن به تکنولوژی‌های جدید، مزدا چکار كرده است كه ديگر خودروسازان معتبر جهان نتوانسته‌اند انجام دهند؟

اما شاید موضوع اينگونه نباشد؛ فناوري HCCI‌ در مرسدس بنز نیزقبلاً شناخته شده بوده و به نام دايزاتو Diesotto معروف است، ولی شرکت مرسدس بنز تاکنون معتقد بوده است اين تكنولوژي، فناوري جهان واقعي امروز نبوده و براي رسيدن به مطلوبیت کامل راهي طولانی را در پيش دارد. اما مزدا با بهره‌گيري از تجربيات خود در طراحي و توسعه‌ی موتور وانكل و استفاده از دانش اندوخته‌ی خود در فناوري‌هاي قبلي توانسته آن را اجرايي نموده و بدين ترتيب با تركيب آن با استراتژي بلوك ساختمان مزيت رقابتي عمده‌اي را در محصولات خود ایجاد کرده است.

مهندسان خودرو و آنان كه تجربه‌اي در موتور دارند به خوبي مي‌دانند اتلاف انرژی زیادی كه در موتورها اتفاق مي‌افتد و عمده انرژي‌ِ سوختی که تلف مي‌کند اتلاف از طريق گازهاي خروجي، خنك‌كاري، مكانيكي و تشعشع انرژي است. در برنامه‌ی اسكاي‌اكتيو، مهندسان مزدا با مطالعات انجام شده تغيير نسبت تراكم را بهترين روش كنترل افت سطح بازده در هر دو موتور بنزيني و ديزلي دانستند و تصميمي انقلابي در جهان فناوري موتور گرفتند؛ افزايش نسبت تراكم موتور بنزيني تا سطح 14 و كاهش نسبت تراكم موتور ديزلي به 14! بالاترين و پايين‌ترين نسبت‌هاي تراكم موتور در جهان! تصمیمی که در ظاهر ساده و در اجرا بسیار مشکل است، اما در عمل چه بايد انجام مي‌دادند تا به اين سطح از نسبت تراكم برسند؟و این  اساس برنامه‌های توسعه‌ی اسکای اکتیو را تشکیل داده است.

كاملاً پيداست افزايش نسبت تراكم در موتورهاي بنزيني باعث خودسوزي بنزين قبل از رسيدن پيستون به نقطه‌ی مرگ بالا شده و باعث ضربه‌هاي شديدي مي‌شود كه از كاركرد عادي موتور جلوگيري مي‌كند، اما در موتورهاي طراحي شده بنزيني، از تكنولوژي تزريق مستقيم بنزين مانند فناوري ديزل بهره مي‌برد. اين افزايش نسبت تراكم باعث افزايش بازده گرمايي موتور، كاهش گازهاي باقيمانده در سيلندر در زمان مكش شده است. مصرف سوخت به شدت كاهش می‌یابد و اصطكاك بسيار كمتري در ميل لنگ، پيستون‌ها، گژن پين‌ها، پمپ‌هاي آب و روغن ايجاد مي‌شود. اما به نظر مي‌رسد بیشترین دگرگوني را مهندسين مزدا در موتورهاي ديزل ايجاد کرده‌اند.

كاهش نسبت تراكم در موتورهاي ديزل كه از توربوشارژ دو مرحله‌اي برای رسیدن به دمای اولیه بالاتر بهره مي‌برد باعث شده است مهندسين بتوانند با تنظيم زمان تايمينگ جرقه، به احتراقي تميزتر در ديزل دست يابند؛ ضمن اينكه 20 درصد صرفه‌جويي در مصرف سوخت، قدرت مكانيكي متناسب‌تر و بهتر موتور از ديگر دست‌آوردهاي آن است. چهار شمع سراميكي براي غلبه بر فرايند استارت سرد در موتورهاي ديزلي در سيلندرها جانمايي شده است و بدین ترتیب موتور ديزل جديد مي‌تواند استانداردهاي يورو 6 و استانداردهاي جديد ژاپن را بدون استفاده از سيستم‌هاي پس‌سوز بگذراند.

نسبت تراكم پايين‌، دماي پايين‌تر در محفظه‌ی احتراق حتي در نقطه‌ی مرگ بالا ايجاد مي‌كند و سوخت مي‌تواند در اين نقطه تزريق شود و به‌دليل اينكه احتراق آهسته‌تر صورت مي‌گيرد اكسيژن و هوا به راحتي در نسبت‌هاي رقيق در سيلندر مي‌سوزند. نسبت تراكم پايين باعث كاهش تنش‌هاي كششي و فشاري به قطعات داخلي موتور می‌شود و به طراحان اجازه مي‌دهد آن‌ها را سبك‌تر و كوچك‌تر طراحي كنند. قطعات سبك‌تر باعث كاهش جرم‌هاي چرخشي و رفت‌وبرگشتي می‌شود و ضمن اینکه پوسته‌ی موتور مي‌تواند سبك‌تر طراحي شود، و در این حالت موتور مي‌تواند به سرعت‌هاي بالاي 5000 دور بر دقيقه دست يابد و داراي لرزش بسيار كمي نیز خواهد بود.

به‌كارگيري انژكتورهاي دقيق و سامانه‌ی زمان‌بندي متغير سوپاپ‌ها (VVT) باعث بهبود بازده حجمي و بازگشت گازهاي خروجي اگزوز در هنگام استارت سرد و در نتيجه گرم‌كردن نقطه‌ی احتراق و بهبود فرآيند سوختن مخلوط شده است.

جعبه دنده‌هاي اسكاي اكتيو

مزدا بر روي جعبه‌ دنده‌هاي موثرتري كار مي‌كند كه در دو شكل عمومي عرضه مي‌شوند؛ دستي و اتوماتيك. این شرکت كاهش سوخت حاصل از به‌کارگیری اين گيربكس‌ها را 4 تا 7 درصد ارزيابي مي‌كند.

در گیربکس‌های اتوماتیک 6 سرعته‌ بودن مزيتی اساسي را نسبت به ساير جعبه‌دنده‌هاي مورد استفاده در خودروهاي توليدي مزدا ايجاد کرده است. علاوه بر آن، سيستم‌هاي اسكاي درايو داخلی محدوده‌ی وسيعي از عملكرد كلاچ‌هاي اتوماتيك و كانورتور گشتاور را ايجاد مي‌كنند كه دارای64 درصد بازده بهتر از گيربكس‌هاي پنج‌سرعته فعلي شركت است. بدین ترتیب، استفاده از رایانه‌ها، كنترل‌هاي هيدروليك كلاچ بادوام‌تر و گيربكس سبك‌تر باعث كاهش مصرف سوخت در خودروهای تولیدی شده است.

با کمک همه‌ی امكانات تركيبي فوق، گيربكس اسكاي‌درايو باعث ايجاد حس رانندگي مشابه با گيربكس‌هاي متغیر پیوسته یا CVT و عدم احساس ضربه‌هاي تعويض دنده در گيربكس اتوماتيك شده و به اهداف اساسي مزدا براي احساس لذت رانندگي «زوم-زوم»  (ZOOM-ZOOM) دست پيدا مي‌كند .

اسكاي اكتيو MT برنامه‌اي است كه براي توسعه‌ی گيربكس‌هاي دستي انجام شده و با دو نوع گشتاور 270 و 460 نيوتن متر طراحي شده است. هر دو گيربكس براي رسيدن به كيفيتي مشابه گيربكس‌هاي خودرو مدل MX5 بدون داشتن هرگونه سنگيني در عملكرد و تعویض دنده‌ها طراحي شده‌اند.

علاوه بر این، مزدا روشی ابداع كرده است كه وزن گيربكس‌هاي جديد را علاوه بر بهبود در اصطكاك داخلي و افزايش بازده، سبك‌تر نمايد. طراحي چرخدنده‌هاي مشترك براي دنده‌هاي دو و سه و همچنین دنده یک و دنده عقب اين اجازه را به مهندسين داده است كه يكي از شفت‌های داخل گيربكس راحذف نموده و وزن كلي راکاهش دهند.

بدنه و شاسي

كاهش وزن در بدنه و شاسي در راستای افزايش استحكام بدنه و افزايش اعضاي سازه در مدل اسكاي اكتيو بوده است. با تغییر ویژگی‌های سازه جدید و كاهش تغيير شكل و خميدگي در آن و پيوسته‌کردن عضوهاي ناپيوسته، مهندسين مزدا به روشی براي سبك‌تركردن پلت‌فرم بدون كاهش ايمني تصادف دست يافته‌اند.

جايي كه مقاطع اتاق و سازه‌هاي فرعي در قسمت تكيه‌گاه سيستم تعليق انحنا پيدا مي‌كند (درخودروهاي فعلي) طراحی اسكاي‌اكتيو اين انحناها را به سطوح مستقيم و صاف تبديل كرده است كه اغلب این قطعات اصلي در سازه تحمل کننده بارهاي تصادف هستند.

مزدا همچنين يك سيستم دوتایی (تركيب بدنه و شاسي) تعيين كرده به وجود آورده است كه يك سازه دايره‌اي‌شكل ایجاد می‌کند و به تقويت صلب‌بودن سازه‌ی کلی كمك شاياني مي‌كند. مقاطع ريل سقف با نقطه‌جوش به قسمت سازه‌ی عقب متصل مي‌شود ونیزاستفاده از فولاد با استحكام كششي بالا كه میزان آن از 40 درصد در مدل‌هاي فعلي به 60 درصد رسيده است و بخش عمده‌ای از قطعات که یکپارچه شده‌اند، سازه‌ی اصلي را در مدل‌هاي نسل بعدي اسكاي‌اكتيو بسيار مستحكم تر مي‌كند؛ به طوری که 30 درصد افزایش صلب‌بودن سازه و 100 کیلوگرم سبکی را در مقایسه با سازه‌های قبلی درپی‌داشته است. ودر بخش شاسي نيز مهندسين روش‌هاي خاصي براي  طراحی كراس ممبرهاي (عضوهاي عرضي سازه) شاسي ابداع كرده‌اند. همچنین سیستم تعلیق در نحوه‌ی اتصال به شاسی برای رانندگی بهتر  مجددا مورد باز نگری قرار گرفته است.

سخن آخر

از سال آینده به مرور خودروهای مزدا با فناوری‌های اسکای‌اکتیو وارد کشور ما نیز خواهد شد و شاید باور اینکه خودرویی مانند مزدا 2 دارای مصرف سوخت 3/3 لیتر در 100 کیلومتر باشد دشوار به نظر برسد، اما اکنون رقابتی دیگر آغاز شده است تا همه‌ی جهان بداند که هنوز سوخت‌های فسیلی به عنوان ثروت‌هایی خدادادی ارزشی بالاتر دارند.

منابع:

- مجله: Engine technology international

www.mazdausa.com

www.carpoint.com.au