فن آوری اسکای اکتیو، روزنه ای به دنیای آینده

آیا شرکتهای خودروساز به آینده فکر می کنند؟ بیشترین دغدغه ها و نگرانیهای آنان چیست؟ در پاسخ میتوان گفت مهمترین چالش خودروسازان کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و مصرف سوختهای فسیلی در چند سال آینده خواهد بود. لذا بسیاری از تولیدکنندگان خودرو تلاشهای خود را روی طرحهای مربوط به آینده متمرکز کرده و خودروهای آینده را با سوختها یا حاملهای انرژی مانند الکتریسیته، هیدروژن، اتانول و متانول تصور می کنند و تمامی تلاش خود را در بخشهای تحقیق و توسعه به کار گرفته اند تا در توسعه فناوریهای جدید مربوط به آن از یکدیگر پیشی بگیرند.

ولی اکنون شرکت مزدا این تصورات را به هم ریخته است و همانگونه که در توسعه 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 این بار نیز مزدا کاملا متفاوت می اندیشد، این خودروساز ژاپنی معتقد است بخش عمده ای از پتانسیل توسعه در موتورهای احتراق داخلی فعلی، هنوز دست نخورده باقیمانده است و نباید آن را پایان یافته تلقی کرد. مزدا در توسعه موتورهای احتراق داخلی راه خود را میرود، 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 2.1 میلیون دستگاه خودرو در جهان به فروش میرساند و به سختی به یک هشتم کل فروش تویوتا یا جنرال موتورز آمریکا می رسد، اما فراموش نکنیم که تنها خودروساز آسیایی است که هر ساله در مسابقات لمانز مقام آورده است. (مسابقات معتبری که مانند گراند پری برای خودروهای مسابقه در شهر Lemans فرانسه برگزار میشود و24 ساعت مداوم بدون انجام هیچگونه تعمیر نگهداری و برای آزمایش دوام و بازده خودروها انجام می شود و تاکنون بیشترین مقام اولی در این مسابقات از آن پورشه بوده است.) سال 2020 یکصدمین سال تاسیس مزدا است و این بارقبل از صد سالگی اش، این خودروساز با امتیازاتی باورنکردنی به میدان آمده است. برنامه مهندسی مزدا بر اساس فلسفه پایدار “زوم-زوم” اکنون با نام “فناوری اسکای اکتیو” ارائه شده است که در فاصله زمانی2011 تا 2015مصرف سوخت محصولات مزدا تا 30 درصد کاهش می دهد و تا رسیدن به 2020 فرصتی کافی خواهد داشت تا نام خود را در جهان تکنولوژی مطرح نماید.

فناوری اسکای اکتیو
مزدا این فناوری را با هدف اصلی کاهش مصرف سوخت وکاهش آلایندگی خودروها ارائه کرده است. ضمن اینکه ویژگیها و برتریهای خود را نیز در این برنامه گنجانده است و بر این باور است معیار فقط رسیدن به دو هدف فوق نیست و این بدان معنی است که یک مفهوم مقیاسی از اسکای اکتیو میتواند توسعه همه جوانب محصول را شامل بدنه، شاسی و نیروی محرکه تحت تاثیر قرار دهد. بدین ترتیب “اسکای اکتیو” کل ابعاد یک محصول را بر اساس فلسفه زوم-زوم شامل خواهد شد. دوفناوری “اسکای اکتیو دی” برای موتورهایدیزل و “اسکای اکتیو جی” برای موتورهای بنزینی بصورت مبنا پایه ای و دو مقوله توسعه یافته با فلسفه زوم-زوم برای خودروهای مزدا با نام ” اسکای اکتیو بدنه- شاسی” و “اسکای اکتیو گیربکس”.
اما واقعا در موتورهای جدید طراحی مزدا چه اتفاقی افتاده که فناوری اسکای اکتیو را به بحث اول خودروسازان جهان تبدیل کرده است؟ همانطور که پیداست کاهش مصرف سوخت تا حد 30 درصد به همراه بهبود انتشار گازهای آلاینده حرکت بسیار بزرگی در این صنعت بوده و تحولی عمده و جهشی بزرگ محسوب می شود.

جزئیات و ویژگی‌های فناوری اسکای اکتیو
مزدا می گوید: فناوری اسکای اکتیو یک استراتژی جدید با نام “بلوک ساختمان” است که می تواند با بلوکهای سامانه های الکتریکی و هیبریدی برای کاهش مصرف سوختهای فسیلی ترکیب شود وانتشار گازهای گلخانه ای را کاهش دهد. ضمن اینکه فناوری”درجا-خاموش” نیز یکی از رابطه ای بین تکنولوژی موتورهای احتراق داخلی و سامانه های هیبریدی خواهد بود و اساسا عنصری کلیدی در طراحی برنامه های اسکای اکتیو این است که این فناوری با فناوری های دیگرسازگار باشد. درحال حاضرهمانطورکه از روند تکنولوژی درجهان پیداست تولیدکنندگان دیگر نیز محدودیتهای بسیاری برای توسعه تکنولوژی هیبریدی و الکتریکی دارند وبه نظرمی رسد عمده حمل ونقل جاده ای حداقل برای دهه های بعد نیز توسط موتورهای احتراق داخلی انجام خواهد پذیرفت واین دلیل اصلی تمرکز برنامه اسکای اکتیو روی بهبود وتوسعه موتورهای احتراق داخلی بوده است.

اسکای اکتیو در موتورها
همانطور که می دانیم بازده موتورهای احتراق داخلی بنزینیاز سوختهای فسیلی در بهترین شرایط و در طول صد سال توسعه، هنوز از 30 درصد بیشتر نشده است، اما مزدا معتقد است هنور فرصت توسعه برایرسیدن به بازده 60 درصد برای موتورهای بنزینی وجود دارد. این اعتقاد برگرفته از”فناوریHCCI” یا “سامانه همگن مکش، احتراق، جرقه” امکانپذیر شده است. این فناوری نسل بعد، که از احتراق سوخت هوای رقیق در موتور و استفاده از نسبت تراکم بسیار بالا برای کاهش گازهای آلاینده بهره میبرد از تکنولوژی امروز صنایع موتورسازی جهان بسیار فراتر است. اکنون سئوال اینجاست که در بحبوحه تلاش همه خودروساران جهان برای رسیدن به تکنولوژیهای جدید، مزدا چکار کرده است که دیگر خودروسازان معتبر جهان نتوانسته اند انجام دهند؟
اما شاید موضوع اینگونه نباشد؛ فناوریHCCI در مرسدس بنز نیزقبلا شناخته شده بوده و به نام دایزاتو Diesotto معروف است، ولی شرکت مرسدس بنز تاکنون معتقد بوده است این تکنولوژی، فناوری جهان واقعی امروز نبوده و برای رسیدن به مطلوبیت کامل راهی طولانی را در پیش دارد. اما مزدا با بهره گیری از تجربیات خود در طراحی و توسعه موتور وانکل و استفاده از دانش اندوخته خود در فناوری های قبلی توانسته آن را اجرایی نموده و بدین ترتیب با ترکیب آن با استراتژی بلوک ساختمان مزیت رقابتی عمده ای را در محصولات خود ایجاد کرده است.

مهندسان خودرو و آنان که تجربه ای در موتور دارند به خوبی می دانند اتلاف انرژی زیادی که در موتورها اتفاق می افتد و عمده سوختی که تلف میکند اتلاف از انرژی طریق گازهای خروجی، خنک کاری، مکانیکی و تشعشع انرژی است. در برنامه اسکای اکتیو، مهندسان مزدا با مطالعات انجام شده تغییر نسبت تراکم را بهترین روش کنترل افت سطح بازده در هر دو موتور بنزینی و دیزلی دانستند و تصمیمی انقلابی در جهان فناوری موتور گرفتند؛ افزایش نسبت تراکم موتور بنزینی تا سطح 14 و کاهش نسبت تراکم موتور دیزلی به 14 بالاترین و پایینترین نسبتهای تراکم موتور در جهان! تصمیمی که در ظاهر ساده و در اجرا بسیار مشکل است، اما در عمل چه باید انجام می دادند تا به این سطح از نسبت تراکم برسند؟ و این اساس برنامه های توسعه ی اسکای اکتیو را تشکیل داده است. کاملا پیداست افزایش نسبت تراکم در موتورهای بنزینی باعث خودسوزی بنزین قبل از رسیدن پیستون به نقطه مرگ بالا شده و باعث ضربه های شدیدی می شود که از کارکرد عادی موتور جلوگیری می کند، اما در موتورهای طراحی شده بنزینی، از تکنولوژی تزریق مستقیم بنزین مانند فناوری دیزل بهره می برد. این افزایش نسبت تراکم باعث افزایش بازده گرمایی موتور، کاهش گازهای باقیمانده در سیلندر در زمان مکش شده است. مصرف سوخت به شدت کاهش می یابد و اصطکاک بسیار کمتری در میل لنگ، پیستونها، گژن پینها، پمپهای آب و روغن ایجاد میشود. اما به نظر می رسد بیشترین دگرگونی را مهندسین مزدا در موتورهای دیزل ایجاد کرده اند.

کاهش نسبت تراکم در موتورهای دیزل که از توربوشارژ دو مرحله ای برای رسیدن به دمای اولیه بالاتر بهره می برد باعث شده است مهندسین بتوانند با تنظیم زمان تایمینگ جرقه، به احتراقی تمیزتر در دیزل دست یابند؛ ضمن اینکه 20 درصد صرفه جویی در مصرف سوخت، قدرت مکانیکی متناسبتر و بهتر موتور از دیگر دستآوردهای آن است. چهار شمع سرامیکی برای غلبه بر فرایند استارت سرد در موتورهای دیزلی در سیلندرها جانمایی شده است و بدین ترتیب موتور دیزل جدید میتواند استانداردهای یورو 6 و استانداردهای جدید ژاپن را بدون استفاده از سیستمهای پس سوز بگذراند. نسبت تراکم پایین، دمای پایینتر در محفظه احتراق حتی در نقطه مرگ بالا ایجاد می کند و سوخت می تواند در این نقطه تزریق شود و به دلیل اینکه احتراق آهسته تر صورت میگیرد اکسیژن و هوا به راحتی در نسبتهای رقیق در سیلندر می سوزند. نسبت تراکم پایین باعث کاهش تنشهای کششی و فشاری به قطعات داخلی موتور می شود و به طراحان اجازه می دهد آنها را سبکتر و کوچکتر طراحی کنند. قطعات سبکتر باعث کاهش جرمهای چرخشی و رفت وبرگشتی می شود و ضمن اینکه پوسته موتور می تواند سبکتر طراحی شود، و در این حالت موتور می تواند به سرعتهای بالای5000 دور بر دقیقه دست یابد و دارای لرزش بسیار کمی نیز خواهد بود. به کارگیری انژکتورهای دقیق و سامانه زمانبندی متغیر سوپاپها (VVT) باعث بهبود بازده حجمی و بازگشت گازهای خروجی اگزوز در هنگام استارت سرد و در نتیجه گرم کردن نقطه احتراق و بهبود فرآیند سوختن مخلوط شده است.

جعبه دنده‌های اسکای اکتیو
مزدا بر روی جعبه دنده های موثرتری کار می کند که در دو شکل عموم یعرضه می شوند؛ دستی و اتوماتیک. این شرکت کاهش سوخت حاصل از بکارگیری این گیربکسها را 4 تا 7 درصد ارزیابی می کند. در گیربکسهای اتوماتیک، 6 سرعته بودن مزیتی اساسی را نسبت به سایر جعبه دنده های مورد استفاده در خودروهای تولیدی مزدا ایجاد کرده است. علاوه بر آن، سیستمهای اسکای درایو داخلی محدوده وسیعی از عملکرد کلاچ های اتوماتیک و کانورتور گشتاور را ایجاد می کنند که دارای64 درصد بازده بهتر از گیربکسهای پنج سرعته فعلی شرکت است. بدین ترتیب، استفاده از رایانه ها، کنترلهای هیدرولیک، کلاچ بادوامتر و گیربکس سبکتر باعث کاهش مصرف سوخت در خودروهای تولیدی شده است.

با کمک همه امکانات ترکیبی فوق، گیربکس اسکای درایو باعث ایجاد حس رانندگی مشابه با گیربکسهای متغیر پیوسته یا CVT و عدم احساس ضربه های تعویض دنده در گیربکس اتوماتیک شده و به اهداف اساسی مزدا برای احساس لذت رانندگی”زوم-زوم” (ZOOM-ZOOM) دست پیدا می کند . اسکای اکتیو MT برنامه ای است که برای توسعه گیربکسهای دستی انجام شده و با دو نوع گشتاور 270 و 460 نیوتن متر طراحی شده است. هر دو گیربکس برای رسیدن به کیفیتی مشابه گیربکسهای خودرو مدل MX5 بدون داشتن هرگونه سنگینی در عملکرد و تعویض دنده ها طراحی شده اند. علاوه بر این، مزدا روشی ابداع کرده است که وزن گیربکسهای جدید را علاوه بر بهبود در اصطکاک داخلی و افزایش بازده، سبکتر نماید. طراحی چرخدنده های مشترک برای دنده های دو و سه و همچنین دنده یک و دنده عقب این اجازه را به مهندسین داده است که یکی از شفتهای داخل گیربکس راحذف نموده و وزن کلی را کاهش دهند.

بدنه و شاسی
کاهش وزن در بدنه و شاسی در راستای افزایش استحکام بدنه و افزایش اعضای سازه در مدل اسکای اکتیو بوده است. با تغییر ویژگیهای سازه جدید و کاهش تغییر شکل و خمیدگی در آن و پیوسته کردن عضوهای ناپیوسته، مهندسین مزدا به روشی برای سبکترکردن پلتفرم بدون کاهش ایمنی تصادف دست یافته اند. جاییکه مقاطع اتاق و سازه های فرعی در قسمت تکیه گاه سیستم تعلیق انحنا پیدا می کند (درخودروهای فعلی) طراحی اسکای اکتیو این انحناها را به سطوح مستقیم و صاف تبدیل کرده است که اغلب این قطعات اصلی در سازه تحمل کننده بارهای تصادف هستند.

مزدا همچنین یک سیستم دوتایی (ترکیب بدنه و شاسی) تعیین کرده به وجود آورده است که یک سازه دایره ای شکل ایجاد می کند و به تقویت صلب بودن سازه کلی کمک شایانی می کند. مقاطع ریل سقف با نقطه جوش به قسمت سازه عقب متصل می شود ونیزاستفاده از فولاد با استحکام کششی بالا که میزان آن از 40 درصد در مدلهای فعلی به 60 درصد رسیده است و بخش عمده ای از قطعات که یکپارچه شده اند، سازه اصلی را در مدلهای نسل بعدی اسکای اکتیو بسیار مستحکم تر می کند؛ به طوری که 30 درصد افزایش صلب بودن سازه و 100 کیلوگرم سبکی را در مقایسه با سازه های قبلی درپی داشته است. ودر بخش شاسی نیز مهندسین روشهای خاصی برای طراحی کراس ممبرهای(عضوهای عرضی سازه) شاسی ابداع کرده اند. همچنین سیستم تعلیق در نحوه اتصال به شاسی برای رانندگی بهتر مجددا مورد بازنگری قرار گرفته است.

سخن آخر
از سال آینده به مرور خودروهای مزدا با فناوریهای اسکای اکتیو 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 همه جهان بداند که هنوز سوختهای فسیلی به عنوان ثروتهایی خدادادی ارزشی بالاتر دارند.

نوشته: علی عسگری – نشریه پیام بهمن شماره 90