موتور ۲ لیتری توربوشارژ متانولی با راندمان تبدیل انرژی ۴۷ درصدی
شرکت Horse Powertrain از یک قوای محرکه جدید برای خودروهای برقی مجهز به افزایشدهنده برد رونمایی کرده است. این سیستم که Horse D20 Methanol نام دارد، از یک موتور ۲ لیتری توربوشارژ با قابلیت استفاده از سوخت متانول خالص یا M100 در کنار یک موتور-ژنراتور با شار محوری استفاده میکند. هدف اصلی این مجموعه، افزایش راندمان و کاهش آلایندگی خودروهای برقی در بازارهایی است که همچنان سوختهای مایع نقش مهمی در حملونقل دارند.
متانول؛ سوخت جایگزین برای خودروهای برقی
اگرچه در سالهای اخیر تمرکز صنعت خودرو بیش از هر زمان دیگری بر خودروهای تمامبرقی قرار گرفته است، اما استفاده از سوختهای مایع همچنان در بسیاری از بازارها اهمیت بالایی دارد. چین در این زمینه یکی از مهمترین بازارهای جهان محسوب میشود و حدود ۶۰ درصد متانول جهان را تولید میکند.
البته بخش قابلتوجهی از متانول تولیدشده در چین همچنان از زغالسنگ به دست میآید، اما این کشور سرمایهگذاری روی تولید e-Methanol یا متانول الکترونیکی را نیز افزایش داده است. چین از سال ۲۰۱۹ استفاده از سوخت M100، یعنی متانول ۱۰۰ درصد خالص، در خودروها را مورد حمایت قرار داده و اکنون بزرگترین بازار خودروهای متانولی جهان به شمار میرود.
Horse D20 Methanol چگونه کار میکند؟
سیستم جدید هورس برای استفاده بهعنوان Range Extender یا افزایشدهنده برد خودروهای برقی طراحی شده است. در این معماری، موتور احتراقی متانولی مستقیماً وظیفه حرکت چرخها را بر عهده ندارد، بلکه انرژی مورد نیاز برای تولید برق را فراهم میکند تا باتری و موتور الکتریکی خودرو بتوانند به فعالیت خود ادامه دهند.
قلب این سیستم یک موتور ۲ لیتری توربوشارژ است که برای احتراق متانول خالص M100 بهینه شده است. در کنار آن نیز یک موتور-ژنراتور الکتریکی با فناوری Axial-Flux قرار گرفته که وظیفه تبدیل انرژی مکانیکی موتور احتراقی به انرژی الکتریکی را بر عهده دارد.
موتور الکتریکی شار محوری با چگالی توان بالا
موتور مورد استفاده در Horse D20 از نوع شار محوری یا Axial-Flux است. این موتورها برخلاف موتورهای شعاعی متداول، قطر بیشتری دارند اما طول محوری آنها کمتر است و به همین دلیل میتوانند در فضای محدودتری نصب شوند.
هورس اعلام کرده است که طول موتور شار محوری مورد استفاده در D20 تقریباً نصف یک موتور شار شعاعی با توان مشابه است و چگالی انرژی آن نیز حدود ۶۳ درصد بیشتر است. این ویژگی باعث میشود موتور بتواند به ازای حجم اشغالشده، توان بیشتری تولید کند.
طراحی بدون یوک برای کاهش وزن
یکی دیگر از ویژگیهای این موتور، استفاده از معماری Yokeless است. در موتورهای الکتریکی معمولی، استاتور به یک بخش فلزی بزرگ و نسبتاً سنگین موسوم به یوک متکی است، اما در طراحی بدون یوک تلاش شده این ساختار سنگین حذف و با مواد سبکتر و طراحی متفاوت جایگزین شود.
این رویکرد به کاهش وزن و ابعاد مجموعه موتور-ژنراتور کمک میکند و در خودروهای برقی مجهز به افزایشدهنده برد اهمیت زیادی دارد؛ چرا که کاهش وزن مجموعه قوای محرکه میتواند به بهبود مصرف انرژی خودرو نیز منجر شود.
راندمان الکتریکی ۹۶.۴ درصدی
هورس اعلام کرده است که راندمان الکتریکی موتور-ژنراتور D20 به ۹۶.۴ درصد میرسد. استفاده از یک ماژول قدرت مبتنی بر سیلیکون کاربید یا SiC نیز یکی از عوامل مؤثر در کاهش تلفات الکتریکی این سیستم عنوان شده است.
از سوی دیگر، موتور احتراقی این مجموعه قادر است به راندمان تبدیل انرژی سوخت ۴۷ درصد دست پیدا کند؛ رقمی قابلتوجه برای یک موتور احتراق داخلی که با سوخت متانول کار میکند.
احتراق فوقرقیق برای افزایش راندمان متانول
یکی از فناوریهای کلیدی Horse D20، سیستم جرقهزنی با انرژی بالا است. این سیستم امکان احتراق مخلوط بسیار رقیق متانول را فراهم میکند و در نتیجه موتور میتواند با مصرف بهینهتر سوخت، انرژی بیشتری از متانول استخراج کند.
استفاده از چنین فناوریای اهمیت ویژهای دارد؛ چرا که متانول در مقایسه با بنزین ویژگیهای متفاوتی در زمینه احتراق دارد و مدیریت دقیق فرآیند روشن شدن و احتراق آن برای دستیابی به راندمان بالا ضروری است.
روشن شدن موتور در دمای منفی ۳۵ درجه
یکی از چالشهای شناختهشده سوخت متانول، دشواری در استارت سرد است. هورس برای حل این مشکل، سیستم جرقهزنی جدید خود را بهگونهای طراحی کرده که موتور بتواند حتی در دمای منفی ۳۵ درجه سانتیگراد نیز روشن شود.
این قابلیت میتواند امکان استفاده از قوای محرکه متانولی را در مناطق سردسیر افزایش دهد و یکی از محدودیتهای مهم این سوخت را کاهش دهد.
آلایندگی مطابق استانداردهای سختگیرانه
Horse اعلام کرده است که میزان انتشار اکسیدهای نیتروژن یا NOx در موتور D20 با استاندارد CN6b چین مطابقت دارد. میزان اعلامشده برای این سیستم ۳۵ میلیگرم بر کیلوواتساعت است.
این مجموعه همچنین با حد تعیینشده برای استاندارد Euro 7 اروپا که ۶۰ میلیگرم بر کیلومتر اعلام شده، مطابقت دارد. البته میزان واقعی آلایندگی در خودرو به نحوه استفاده، کالیبراسیون سیستم و شرایط رانندگی نیز وابسته خواهد بود.
آیا متانول میتواند آینده حملونقل را تغییر دهد؟
ایده استفاده از متانول در حملونقل موضوع جدیدی نیست. در سال ۱۹۹۹، شرکت دایملر کرایسلر نمونه Necar 4 را بر پایه مرسدسبنز کلاس A معرفی کرد که یک خودروی سلول سوختی هیدروژنی بود و هیدروژن مورد نیاز خود را از متانول در داخل خودرو تولید میکرد.
چند سال بعد، در سال ۲۰۰۵، جورج اولاه، شیمیدان برنده جایزه نوبل، نیز در مقالهای ایده اقتصادی مبتنی بر متانول تولیدشده از هیدروژن یا CO2 را مطرح کرد. هرچند چنین سناریویی هنوز به شکل گسترده محقق نشده است، اما توسعه فناوریهایی مانند Horse D20 نشان میدهد که متانول همچنان میتواند در مسیر کاهش آلایندگی حملونقل نقش داشته باشد.
Horse D20؛ گزینهای متفاوت در مسیر برقیسازی خودروها
قوای محرکه Horse D20 Methanol نشان میدهد که مسیر کاهش آلایندگی خودروها لزوماً به استفاده از باتریهای بزرگ و خودروهای تمامبرقی محدود نمیشود. ترکیب یک موتور متانولی بسیار کممصرف با یک موتور-ژنراتور شار محوری میتواند راهکاری برای افزایش برد خودروهای برقی و کاهش وابستگی آنها به باتریهای بسیار حجیم باشد.
البته میزان موفقیت این فناوری در کاهش واقعی انتشار کربن، به منبع تولید متانول نیز وابسته است. اگر متانول از منابع تجدیدپذیر و با استفاده از هیدروژن سبز یا CO2 بازیافتی تولید شود، پتانسیل زیستمحیطی این فناوری بسیار بیشتر خواهد بود؛ موضوعی که میتواند متانول را به یکی از سوختهای مکمل مهم در آینده صنعت خودرو تبدیل کند.
