مزدا چگونه توانست اولین موتور وانکل هیدروژنی و سبز را توسعه دهد؟

مزدا طی سال‌های اخیر تلاش‌های زیادی برای توسعه موتور روتاری کم‌مصرف و پاک انجام داده است. جدیدترین مدل، ترکیب موتور وانکل و فناوری هیدروژنی ارائه می‌دهد.

پیشرانه‌ی روتاری (وانکل) جمع‌وجور، سبک، کم‌صدا با قابلیت دستیابی به دورهای بسیار بالا است. حتی یک‌بار خودرویی مجهز به این موتور برنده مسابقات ۲۴ ساعته لمانز شد. مهم‌ترین ایراد موتور روتاری، مصرف سوخت بالا است. در واقع، موتورهای روتاری به شکلی بسیار عجیب تشنه‌ی مصرف سوخت هستند. اما مزدا به دنبال تغییر این شهرت است.

به گزارش اتوبلاگ، مزدا به تازگی MX-30 R-EV را روانه بازار کرده است؛ یک خودروی پلاگین هیبریدی که از موتور وانکل تولیدکننده‌ی برق بهره می‌برد. طی سال‌ها و دهه‌های متمادی قبل از تولید این کراس‌اور کوچک، خودروساز مستقر در هیروشیما تلاش می‌کرد تا رنگ موتور روتاری را سبز کند.

می‌توان استدلال کرد که از همان ابتدا کار برای کارآمدتر کردن موتور وانکل معمولی بنزینی وجود داشت، اما حتی کارآمدترین موتورهای روتاری تولیدی یعنی موتورهای رنسیس RX-8، هرگز مقتصد نبودند. موتورهای اتانولی مانند آن در کانسپت قدیمی فیورای نیز سبز نبودند. بنابراین ما به طور خاص به تلاش‌های اصلی‌تر نگاه می‌کنیم: پروژه‌های هیدروژن و افزایش شعاع حرکتی مزدا.

توسعه موتور روتاری سبز مزدا قبل از هیبریدی‌ها روی هیدروژن و فناوری خودروی هیدروژنی متمرکز بود. در اوایل سال ۱۹۹۱، مزدا خودروی مفهومی به نام HR-X را به نمایش گذاشت که در اینجا نشان داده شده است. شکل این خودرو در آن زمان بسیار بنیادی و بی‌ثبات بود، به ویژه که مزدا بدون شک قرار بود بهترین فرصت را برای کارآمدی موتور هیدروژنی در اختیار آن قرار دهد.

در سال ۱۹۹۳ نسخه‌ی دوم HR-X2 با ظاهری کمی مربع‌تر تولید شد. هر دوی آن‌ها از موتورهای وانکل موجود که به مدل هیدروژنی تبدیل شده بودند، استفاده می‌کردند. مزدا همچنین در سال ۱۹۹۳ نمونه اولیه میاتا را با یکی از همان موتورهای هیدروژنی داشت و در سال ۱۹۹۵ آزمایش چند دستگاه استیشن‌واگن Capella Cargo (مزدا ۶۲۶) را با آن‌ها آغاز کرد.

بخشی از دلیلی که مزدا فناوری هیدروژن را در موتورهای روتاری آزمایش می‌کرد، این بود که آن‌ها نسبت به موتورهای پیستونی در هنگام سوزاندن هیدروژن مزیت ذاتی دارند. هیدروژن به راحتی (گاهی اوقات خیلی راحت)‌ مشتعل می‌شود، بنابراین پیش اشتعال مسئله واقعی است.

اگر اشتعال به اندازه کافی زود باشد، می‌تواند منجر به عواقب معکوس در موتور پیستونی رفت و برگشتی شود. این احتمال در مورد روتورهایی که به جای عقب و جلو شدن، دائماً در یک جهت می‌چرخند، کمتر است. علاوه بر این، از آنجا که طراحی موتور وانکل به این معنی است که احتراق تنها در یک بخش از محفظه روتور اتفاق می‌افتد، ناحیه ورودی بسیار خنک‌تر نگه داشته می‌شود و خطر پیش‌اشتعال را کاهش می‌دهد؛ زیرا هیدروژن وارد ترکیب هوا و سوخت می‌شود.

نقطه عطف بزرگ بعدی برای حرکت به سمت استفاده از فناوری هیدروژن در اواسط دهه ۲۰۰۰ میلادی رخ داد. مزدا آخرین نسخه از مدل بنزینی رنسیس (Renesis) را معرفی کرده بود و بار دیگر مدلی هیدروژنی را توسعه داد. چیزی که در مورد این موتور بسیار زیبا به نظر می‌رسد، این است که برای کار کردن با هیدروژن و بنزین مهندسی شده بود.

تلاش‌های مزدا به مدل مفهومی پر زرق و برق نیز محدود نشد. موتور یادشده اولین بار در سال ۲۰۰۳ به نمایش درآمد و سپس در چند خودرو از جمله RX-8 و پریمسی (مزدا۵) در سال ۲۰۰۵ ظاهر شد. مدل RX-8 نیز فقط یک خودروی نمایشی نبود، زیرا از سال ۲۰۰۶ برای اجاره در دسترس بود. حتی تعداد کمی از آن برای استفاده ناوگان برخی شرکت‌ها به نروژ فرستاده شدند.

در RX-8، پیشرانه تفاوت چندانی با RX-8 اتوماتیک معمولی نداشت. در واقع، قدرت پیشرانه ۲۰۷ اسب بخاری که از بنزین استفاده می‌کرد، تنها چند اسب بخار قدرت با نسخه‌ معمولی فاصله داشت (نسخه اتوماتیک معمولی ۲۱۲ اسب بخار قدرت داشت). تفاوت بزرگ این بود که چهار انژکتور (دو انژکتور برای هر روتور) در بالای محفظه‌های روتور برای کار روی هیدروژن اضافه شده بود. انژکتورهای دوگانه برای تامین هیدروژن کافی به منظور ایجاد قدرت کافی، ضروری بودند. بگذارید روی کلمه‌ی «کافی» تاکید کنیم، زیرا کار با هیدروژن قدرت پیشرانه را به ۱۰۸ اسب بخار کاهش داد.

با وجود داشتن مخزن بنزین و مخازن فشار بالا برای هیدروژن، RX-8 هم‌چنان هر چهار صندلی سرنشین را حفظ کرد. با این حال، تقریباً تمام فضای بار خود را به خاطر مخازن هیدروژن از دست داد. شعاع حرکتی خودرو تقریباً کوتاه و فقط در حدود ۱۰۰ کیلومتر (به طور دقیق ۶۰ مایل) بود. احتمالاً ترکیبی از چگالی انرژی کم هیدروژن و مخازن است که توسط بسته نسبتاً کوچک RX-8 محدود شده و مجبور بود فضای کمی برای بنزین ذخیره کند.

مزدا پریمسی در ابتدا با همین موتور به نمایش در آمد، اما با اضافه شدن موتور الکتریکی ۴۰ اسب بخاری برای تبدیل آن به مدل هیبریدی، شرایط تغییر کرد. در کنار مزایای آشکار کارایی کار کردن جزئی با انرژی برق، موتور الکتریکی احتمالاً به عملکرد خودرو در هنگام خاموش کردن موتور اصلی کمک کرده است، زیرا موتورهای روتاری به‌طور عجیبی فاقد گشتاور هستند.

در مزدا پریمسی کل قوای محرکه به صورت عرضی نصب شده بود و موتور مانند مدل‌های استاندارد به چرخ‌های جلو نیرو می‌داد. بسته باتری لیتیوم یونی زیر ردیف دوم صندلی‌ها قرار داشت و مخزن هیدروژن پشت ردیف سوم قرار گرفته بود. اگرچه بعداً مزدا آن را به سادگی به صورت دو ردیفه با مخازن پشت ردیف دوم و فضای بار در پشت هر دو تولید کرد. پریمسی آزمایش جاده‌ای را در سال ۲۰۰۸ آغاز کرد و در سال ۲۰۰۹ وارد مرحله تولید و استفاده عمومی شد. شعاع حرکتی آن با هیدروژن حدود ۱۹۳ کیلومتر (۱۲۰ مایل) بود.

در این شرایط بود که توسعه موتور وانکل هیدروژنی مزدا، حداقل به طور عمومی به اوج خود رسید. در طول سال‌ها شایعاتی درباره‌ی کار این شرکت روی موتورهای روتاری هیدروژنی مدرن‌تر منتشر شده، اما واقعاً چیزی معرفی و ظاهر نشده است. برخی از این شایعات مربوط به استفاده از موتور به عنوان افزایش‌دهنده شعاع حرکتی بود و در حالی که فناوری هیدروژن هنوز کاملا وارد موتورها نشده، مزدا قطعاً ایده افزایش شعاع حرکتی را آزمایش کرده است.

در سال ۲۰۱۳، مزدا خودروی الکتریکی مزدا۲ را با موتور وانکل کوچک به نمایش گذاشت که پس از تخلیه باتری آن، برق را تامین می‌کرد. منظور ما موتور بسیار کوچک است، زیرا تنها ۳۳۰ سی‌سی حجم دارد، یعنی نیمی از حجمی که برای خودروهای کوچک ژاپنی در کلاس kei مجاز است. این موتور تنها ۳۰ اسب بخار قدرت داشت، اما تنها کاری که باید انجام می‌داد، تولید برق بود.

نیروی محرکه واقعی مزدا۲ از موتور الکتریکی ۱۰۰ اسب بخاری به چرخ‌های جلو می‌آمد که تقریباً به همان میزان قدرت مزدا۲ معمولی بود. باتری مزدا ۲ برقی دارای شعاع حرکتی بیش از ۲۰۰ کیلومتر (۱۲۴ مایل) بود. موتور دوار کوچک با مخزن بنزین ۱۰ لیتری (۲/۶ گالن) آن تا حدود ۴۰۰ کیلومتر (۲۵۰ مایل) برد دارد. با توجه به محاسبات ریاضی ما، این بدان معنا خواهد بود که مصرف سوخت موتور بنزینی به حدود ۴/۹ لیتر بر صد کیلومتر (۴۸ مایل بر گالن) رسیده است.

بیایید به امروز بیاییم و مزدا MX-30 R-EV را با مزدا ۲ چند سال پیش مقایسه کنیم. تعادل استفاده از برق نسبت به بنزین در مدل مزدا ۲ با شعاع حرکتی بیشتر، تمایل بیشتری نسبت به بنزین دارد. باتری ۱۷/۸ کیلووات ساعتی آن نصف باتری معمولی برقی است و حدود ۸۰ کیلومتر (۵۰ مایل) شعاع حرکتی دارد. اما فضای باقیمانده جا را برای مخزن بنزین ۵۰ لیتری (۱۳/۲ گالن) باز می‌کند. با این حال، ایده اصلی در هر دو یکسان است. موتور الکتریکی ۱۶۸ اسب بخاری تمام نیروی محرکه رو به جلو را تامین می‌کند و موتور تک روتور ۸۳۰ سی‌سی با قدرت ۷۵ اسب بخار برق را در صورت نیاز تولید خواهد کرد. موتور روتاری مانند موتور رنسیس RX-8 از درگاه‌های ورودی و خروجی جانبی بهره می‌برد، اما از محفظه روتور آلومینیومی و تزریق مستقیم سوخت استفاده می‌کند.

سخت است که بخواهیم درباره‌ی آینده موتور روتاری صحبت کنیم. خودروهای تمام الکتریکی به طور پیوسته در حال شتاب گرفتن هستند و آینده موتورهای احتراق داخلی را تاریک جلوه می‌دهند. با این حال، خودروسازانی وجود دارند که به دنبال استفاده از هیدروژن، حتی در موتورهای احتراق داخلی هستند. این احتمالاً بهترین حالت برای موتور وانکل است که احتمالاً به عنوان ژنراتور برق مانند MX-30، یا شاید برای مدل‌های علاقه‌مند به تولید محدود مورد استفاده قرار گیرد. اما اگر شرکتی بتواند آینده‌ای برای موتور روتاری پیدا کند، قطغا آن مزدا است.