موتورهای کامیون و کشنده به سوی آیندهای پاکتر حرکت میکنند
موتورهای دیزلی سنگین همچنان به عنوان بخش اصلی حملونقل جادهای در بسیاری از نقاط جهان شناخته میشوند؛ اما فشارهای زیستمحیطی و قوانین سختگیرانهتر موجب شدهاند که توسعه این موتورها تنها بر افزایش قدرت، گشتاور و دوام متمرکز نباشد. اکنون تولیدکنندگان کامیون و کشنده باید به طور همزمان موتورهایی با مصرف سوخت کمتر، آلایندگی کمتر و دوام بیشتر تولید کنند؛ موتورهایی که قادر باشند در شرایط واقعی کار، از مسیرهای شهری تا حملونقل طولانیمدت، میزان انتشار اکسیدهای نیتروژن، ذرات معلق و گازهای گلخانهای را کاهش دهند.
به گزارش خبرنگار پایگاه خبری موتورمگ، در اروپا، مقررات «یورو ۷» افق جدیدی برای خودروهای سنگین ترسیم کرده است. این مقررات از اواخر ماه مه ۲۰۲۸ برای مدلهای جدید و از اواخر ماه مه ۲۰۲۹ برای تمامی خودروهای سنگین به اجرا درخواهد آمد و علاوه بر آزمایشهای استاندارد، به آلایندگی در شرایط رانندگی واقعی و دوام سامانههای کنترل آلایندگی نیز توجه خواهد کرد. بنابراین، آنچه در صنعت کامیون و کشنده در حال وقوع است، صرفاً تغییر نوع سوخت نیست؛ بلکه بازطراحی کل موتور، سامانه سوخترسانی، مدیریت حرارتی، سامانه بازگردانی گازهای خروجی و تجهیزات تصفیه دود را شامل میشود.
با وجود پیشرفت کامیونهای برقی و توسعه سوختهایی نظیر هیدروژن، موتور دیزل هنوز برای بخش قابل توجهی از حملونقل سنگین اهمیت دارد. دلیل این امر واضح است: چگالی بالای انرژی سوخت، امکان پیمایش طولانی، سرعت سوختگیری و زیرساخت گسترده سوخترسانی. بنابراین، راهبرد بسیاری از تولیدکنندگان در کوتاهمدت، کنار گذاشتن موتور دیزل نیست؛ بلکه تمرکز بر افزایش بازده و کاهش آلایندگی آن است.
نخستین مرحله این تحول از خود موتور آغاز میشود. تزریق دقیقتر سوخت، فشار بالاتر تزریق، کنترل الکترونیکی دقیقتر، افزایش بازده توربوشارژر، مدیریت بهتر نسبت هوا و سوخت و کنترل دقیق زمان احتراق، موجب میشود که مقدار بیشتری از انرژی سوخت به حرکت تبدیل شود و انرژی کمتری به شکل گرما و آلایندگی از موتور خارج گردد. این موضوع برای کامیونها اهمیت دوچندانی دارد؛ زیرا خودروهای سنگین معمولاً هزاران کیلومتر در ماه پیمایش دارند. حتی کاهش اندک مصرف سوخت در هر کیلومتر، در مقیاس ناوگان میتواند به صرفهجویی قابل توجهی منجر شود.
کاهش آلایندگی تنها با موتور جدید امکانپذیر نیست. یکی از مهمترین تغییرات فنی در موتورهای دیزلی جدید، توسعه سامانه تصفیه گازهای خروجی است. موتور باید از یک سو آلایندگی خام کمتری تولید کند و از سوی دیگر، آلایندههای باقیمانده پیش از خروج از اگزوز تصفیه شوند. در این میان، فیلتر ذرات دیزل برای به دام انداختن ذرات معلق و سامانه کاهش انتخابی برای کاهش اکسیدهای نیتروژن اهمیت زیادی دارند. در فناوریهای جدید، این سامانهها پیچیدهتر و بزرگتر شدهاند. مطالعات فنی مرتبط با الزامات یورو ۷ نشان میدهد برای رسیدن به سطح مورد انتظار کاهش اکسیدهای نیتروژن، توسعه و افزایش ظرفیت سامانههای تصفیه گاز خروجی ضروری است. سامانه کاهش انتخابی با استفاده از مادهای واکنشپذیر، اکسیدهای نیتروژن را به ترکیبات کمضررتر تبدیل میکند. اما این فناوری تنها زمانی عملکرد مناسبی دارد که دما، مقدار تزریق، ترکیب گاز خروجی و وضعیت کاتالیست بهصورت دقیق کنترل شود.
بنابراین کامیون جدید عملاً یک «موتور» ساده نیست؛ بلکه مجموعهای از موتور، حسگر، واحد کنترل و تجهیزات تصفیه آلایندگی است که باید به صورت هماهنگ کار کنند. یکی دیگر از فناوریهای مهم، بازگردانی بخشی از گازهای خروجی به مسیر ورودی موتور است. هدف اصلی این سامانه کاهش دمای احتراق و در نتیجه کاهش تشکیل اکسیدهای نیتروژن است. اما استفاده از این فناوری نیز یک موازنه فنی ایجاد میکند. اگر میزان گاز بازگرداندهشده بیش از حد باشد، میتواند روی بازده موتور، دمای احتراق و حتی تشکیل برخی آلایندههای دیگر اثر منفی بگذارد.
به همین دلیل، نسل جدید موتورهای سنگین به مدیریت دقیقتر این فرآیند نیاز دارد. سامانه کنترل موتور باید بر اساس بار موتور، سرعت خودرو، دمای موتور، فشار هوا و وضعیت سامانه تصفیه دود تصمیم بگیرد که چه مقدار گاز بازگردانده شود. در واقع، کاهش آلایندگی در موتورهای جدید بیش از گذشته به نرمافزار و کنترل الکترونیکی وابسته شده است. یکی از چالشهای اصلی کاهش آلایندگی در کامیونها، کنترل دمای موتور و سامانه تصفیه گازهای خروجی است. سامانههای تصفیه آلایندگی در دمای مناسب عملکرد مطلوبتری دارند. در مسیرهای طولانی و بار سنگین، رسیدن به این دما معمولاً مشکل بزرگی نیست، اما در مسیرهای کوتاه، حرکت با بار کم یا توقف و حرکتهای مکرر، شرایط متفاوت است.
به همین دلیل سازندگان به سمت مدیریت هوشمند دمای موتور و اگزوز رفتهاند. کنترل جریان مایع خنککننده، مدیریت دمای روغن، کنترل توربوشارژر و حتی طراحی مسیر گازهای خروجی، همگی برای آن انجام میشود که موتور و سامانه تصفیه در محدوده مناسب کار کنند. این مساله نشان میدهد که کاهش آلایندگی دیگر یک تجهیز جداگانه در انتهای اگزوز نیست؛ کل موتور باید برای تولید و کنترل آلایندگی به صورت یکپارچه طراحی شود. در کنار اکسیدهای نیتروژن، ذرات معلق نیز یکی از مهمترین آلایندههای موتورهای دیزلی هستند. فیلتر ذرات دیزل برای همین منظور توسعه یافته است.
این فیلتر ذرات تولیدشده در فرآیند احتراق را بهدام میاندازد، اما ظرفیت آن محدود است و باید در فرآیندی موسوم به بازسازی، ذرات جمعشده را بسوزاند. اینجاست که کیفیت سوخت و روغنموتور اهمیت پیدا میکند. سوخت نامناسب، روغن نامتناسب یا خرابی سامانه تزریق میتواند عملکرد فیلتر را مختل کند و هزینه تعمیرات را افزایش دهد. بنابراین دستیابی به کامیون کمآلاینده تنها به خرید یک موتور جدید وابسته نیست. کیفیت سوخت، روغن، قطعاتیدکی و نگهداری دورهای نیز بخشی از زنجیره کاهش آلایندگی هستند.
هرچقدر موتور کامیون سوخت کمتری برای پیمایش مشخص مصرف کند، انتشار دیاکسیدکربن نیز کاهش مییابد. به همین دلیل سازندگان همزمان با کاهش آلایندههای خروجی، روی افزایش بازده موتور تمرکز کردهاند. افزایش نسبت تراکم، بهبود احتراق، کاهش اصطکاک داخلی، استفاده از توربوشارژرهای کارآمدتر و مدیریت دقیقتر انرژی از جمله مسیرهایی هستند که برای این هدف دنبال میشوند. اما موتور تنها عامل مصرف سوخت نیست. وزن خودرو، طراحی کابین، مقاومت غلتشی لاستیک، شکل آیرودینامیکی کشنده و نوع جعبهدنده نیز تاثیر زیادی بر مصرف دارند.
به همین دلیل، کامیون کممصرف آینده حاصل بهینهسازی یک قطعه نخواهد بود؛ بلکه باید موتور، جعبهدنده، لاستیک، بدنه و سامانه مدیریت انرژی به صورت یک مجموعه واحد طراحی شوند. یکی از مسیرهایی که در توسعه کامیونهای سنگین مورد توجه قرار گرفته، استفاده از قوای محرکه ترکیبی است. در این خودروها موتور احتراقی همچنان وظیفه اصلی تولید توان را برعهده دارد، اما موتور برقی در زمانهایی مانند شروع حرکت، شتابگیری یا شرایطی که موتور دیزلی بازده پایینی دارد، کمک میکند.
در زمان کاهش سرعت نیز بخشی از انرژی جنبشی خودرو میتواند بازیابی و در باتری ذخیره شود. این فناوری بهویژه برای خودروهایی که در مسیرهای شهری یا مسیرهای دارای توقفهای مکرر فعالیت میکنند، جذابتر است. با این حال، برای کشندههای بینشهری باید وزن باتری، قیمت، ظرفیت حمل بار و امکان شارژ نیز در نظر گرفته شود. بنابراین هیبرید در کامیونهای سنگین را نباید یک نسخه یکسان برای تمام کاربردها دانست. گاز طبیعی نیز همچنان یکی از گزینههای مورد توجه برای کاهش برخی آلایندههاست.
بررسیهای چرخه عمر منتشرشده در سال جاری نشان میدهد سوختهای مختلف برای خودروهای سنگین، مزایا و محدودیتهای متفاوتی دارند و گاز طبیعی میتواند اکسیدهای نیتروژن و دیاکسیدکربن را در برخی شرایط کاهش دهد، اما انتشار متان یکی از چالشهای مهم آن است. بنابراین نمیتوان صرفاً با تغییر سوخت، مساله آلایندگی را حلشده دانست. موتور، سامانه احتراق، کیفیت سوخت و کنترل انتشار متان همگی اهمیت دارند. در سال جاری تحقیقات زیادی نیز درباره استفاده از هیدروژن در موتورهای سنگین انجام شده است. ترکیب هیدروژن و گازوئیل میتواند مصرف سوخت فسیلی و انتشار کربن را کاهش دهد؛ اما چالشهایی مانند افزایش احتمالی اکسیدهای نیتروژن، کنترل احتراق و زیرساخت سوخترسانی همچنان پابرجاست.
یک بررسی علمی منتشرشده در سال ۲۰۲۶ نشان میدهد استفاده ترکیبی هیدروژن و گازوئیل میتواند در شرایط مشخص بازده حرارتی را افزایش دهد، اما کنترل اکسیدهای نیتروژن همچنان ضرورت دارد. بنابراین هیدروژن برای موتورهای سنگین هنوز بیشتر در مرحله توسعه و آزمایش فناوری قرار دارد و نمیتوان آن را راهکار فوری برای تمام ناوگان دانست. برای صنعت خودروهای سنگین ایران، بحث کاهش آلایندگی یک مساله پیچیدهتر است. ارتقای موتور بدون توجه به کیفیت گازوئیل، شبکه خدمات، تجهیزات تشخیص عیب و کیفیت قطعات یدکی نمیتواند نتیجه مطلوبی ایجاد کند.
