أثر اقتصاد الوقود الأنظمة المتعلقة بمهندسة أوتو سيكل الاستراتيجيات

وقد شهدت المشهد التنظيمي لمحركات الاحتراق الداخلي تحولا عميقا على مدى العقود القليلة الماضية، وقد اضطرت معايير اقتصاد الوقود وانبعاث غازات الدفيئة إلى إعادة التفكير في هيكل محرك دورة Otto القابلة للطي، وما كان عليه الحال في السعي المباشر إلى توليد الطاقة الكهربائية والتمزق إلى عمل متوازن بين الكفاءة والانبعاثات والأداء والتكاليف، مع تشديد ولايات دوائر البحث في أمريكا الشمالية وأوروبا

فهم مهندس أوتو سيكل

أما دورة أوتو، التي سميت بعد نيكولاس أوتو الذي براءات اختراع محرك من أربعة أرباع في عام ١٨٧٦، فإنها تظل دورة الحرارة الدينامية المهيمنة لمحركات الغازات الخفيفة، وهي في شكلها المثالي، تتألف من أربع ضربات مميزة: الاستيعاب، والضغط، والتوسع )الطاقة(، والعادم، وتعتمد الدورة على الإشعال الحراري في بدء الحملات الثابتة قرب مركز الضغط العالي، مما يؤدي إلى ارتفاع سريع في معدل الارتفاع.

وقد أدت عوامل الاحتراق الداخلي الأساسية إلى أن زيادة نسبة الضغط وتخفيض الخسائر الناجمة عن التآكل إلى تحسين الكفاءة، غير أن اتجاه البنزين إلى الإقلاع تحت درجة حرارة عالية والضغط يفرض حداً أقصى عملياً، وبالإضافة إلى ذلك، بدأت الحاجة إلى العمل على نطاق واسع من السرعة والحمولة، مما أدى إلى حدوث تنازل في توقيت الكام، وتقديم الوقود، ودفع الصدع.

دفعة تنظيمية لاقتصاد الوقود

وقد وضعت الولايات المتحدة برنامج متوسط اقتصاد الوقود في عام 1975، ولكن المعايير الأولية ظلت ثابتة نسبياً لسنوات، وبحلول أوائل عام 2000 كان متوسط الشواغل المتعلقة بأمن الطاقة وتوافق الآراء العلمي المتزايد بشأن تغير المناخ يحفز على موجة جديدة من التنظيم، وقد أدى قانون الاستقلال والأمن في عام 2007 إلى زيادة أهداف الوكالة المعنية بالغابات إلى 35 ميلاً لكل غالون بحلول عام 2020، ووضع قواعد لاحقة في مجال الحماية من آثار تغير المناخ(26).

وفي الوقت نفسه، اعتمد الاتحاد الأوروبي أهدافاً إلزامية لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون لسيارات الركاب الجديدة، حيث يبلغ متوسط الأسطول 2021 مركبة من طراز LC2/km، وهو ما يعادل نحو 57 ميغاغرام من مركبات البنزين، ويطالب مهندسو المركبات البالغ عددهم 2030 بتخفيض إضافي من خط الأساس 2021.

How Regulations Reshape Engine Design

تخفيض حجم الأسلحة وتريبها

إن أكثر النتائج وضوحاً لتنظيم اقتصاد الوقود هو التحرك على نطاق واسع نحو المحركات المخفضة والمضللة، وترميم محرك كبير مطهرة طبيعياً، ويزيد من سرعة تشغيله بمقدار ١,٥ متر، ويقلل من سرعة تشغيله من انخفاض عدد المحركات بمقدار ٣,٥ لتر، بينما يؤدي ارتفاع معدل الارتداد إلى زيادة في عدد المحركات التي تعمل بحجم أعلى من الارتفاع.

نظم حقن الوقود المباشر والضغط العالي

وقد أصبح الحقن المباشر الجازوليني تكنولوجيا ثابتة لتحقيق أهداف اقتصاد الوقود، إذ إن الوقود المتطور مباشرة إلى غرفة الاحتراق، فإن الحرارة الكامنة في التخصيب تبرد الآن رسوم الاستيعاب، وتقمع معدلات الضغط، وتسمح بزيادة معدلات الضغط، كما أن نظام تحديد المواقع العالمية يوفر قياسا دقيقا للوقود ويتيح التشغيل المضغوط تحت حمولة خفيفة، حيث يمكن تخفيض استهلاك الوقود بنسبة تتراوح بين ١٠ و ١٥٠ في المائة.

التوقيت والسرقة المتغيران

وقد تطور توقيت الصمامات المتغيرة من متغيرات التكتل الميكانيكية إلى نظم معقدة قادرة على التحول تماماً بين عملية أوتو وأتكينسون، حيث تؤدي دورة أتكينسون إلى إغلاق الصمامات المتحصلة في وقت متأخر، مما يتيح دفع جزء من رسوم الاستلام إلى الارتداد إلى الإجهاد الفعال في إطار مجموعة النسيج المضاعف.

نسبة الضغط المتغير

أما محرك التلقيح المكثف الذي يستخدمه في تيربو فينسان، فهو أول تطبيق للضغط المتغير على آلية الضغط، إذ أن تغيير نسبة التلقيم المتعدد الوصلة بين أجهزة التحكم في الطاقة، يمكن للمحرك أن يضبط نسبة الارتفاع في مستوى الضغط من 8:1 بالنسبة للزيادة العالية والطاقة القصوى إلى 14:1 بالنسبة للكفاءة في الحملات الخفيفة، مما يتيح للمحرك الذي يحمل مثل محركات الميكانيكية الصغيرة ذات الكفاءة العالية.

التعطيل وحرق اللين - بيرن

أما إبطال مفعول المحركات غير المسببة للدواء، الذي استخدم منذ فترة طويلة في عمليات التشريد الكبيرة V8، فقد انتقل إلى محركات صغيرة من أربعة أسطوانات، بل إلى محركات ثلاثية الأسطوانات، حيث يؤدي عدم استخدام المحركات وثباتات السائل المحتوية على مواد محركية، إلى زيادة الشفافية في استخدام المحركات السائلة، مما يقلل من الخسائر في الضخ.

الإدارة الحرارية المتقدمة

وقد برزت الإدارة الحرارية بوصفها مجالا حاسما لتحقيق مكاسب اقتصاد الوقود، حيث أن متغيرات العادم المتكاملة التي تُلقى في مصب حرارة الرأس المسبب للتوتر، وتخفض الطاقة الحرارية اللازمة للوصول إلى درجة حرارة الخفيف، وتسمح أجهزة التبريد بالجملة، وأجهزة الحرارة الكهربائية بتبريد الكتلة والرأس بصورة مستقلة، وتخفض الاحتكاك، وتحسن المقاومة.

الاستراتيجية للصناعة

وقد أدى الضغط التنظيمي إلى تغيير جوهري في كيفية تخصيص مكاتب التشغيل لميزانيات البحث والتطوير، ومنذ عقد من الزمن، كانت موارد تطوير المحركات تقسم إلى حد كبير بين متغيرات الأداء والكفاءة الرئيسية، واليوم، يُحكم على كل برنامج جديد للمحركات الغازية أولا على استهلاكها من الوقود وأرقام ثاني أكسيد الكربون، مع معاملة الأداء على أنه تحد من الأمثل، وقد أدى هذا التحول إلى التعجيل بإدماج المقياس الكهربائي الذي يتناقص فيه منذ فترة طويلة كشريك في عملية الدمج.

الهجينة كجسر

وتستخدم النظم الهجينة المتوسطة )٤٨ في المائة( مبدئيا محركا ذا حزام لتوفير المساعدة في مجال النقل، واستخلاص الطاقة، وسواحل المحركات دون تكلفة تشغيل محرك مختلط كامل، حيث يمكن أن تحقق نسبة عالية من المحركات الكهربية إلى درجة الحرارة القصوى من حيث سرعة تشغيل المحركات، وهي ٥ إلى ١٠ في المائة من المحركات التي تعمل في دورة التزود بالبطاقات الكهربائية، بتكلفة إضافية متواضعة نسبيا.

مراقبة المهندسين المعينينة

وتدير وحدات التحكم الحديثة للمحركات مجموعة من المحركات المتحركة من المحركات المتحركة، من محركات التطوير المتغيرة، ومن صمامات إعادة تركيب الغازات العادمة، إلى مضخات المياه الكهربائية ومضخات النفط، وتزيد من التكتل القائم على نماذج أجهزة التحكم، وقدرة على تحقيق الحد الأمثل من الانبعاثات الناجمة عن تغير المناخ، والوقود، والمسارات الجوية.

الوزن الخفيف وعلوم المواد

كما أن البنايات المحركة، والرؤوس المسننة، وحتى المحركات المتحركة قد انتقلت من الحديد الطبقي إلى السبيكة الألومنيوم، وفي بعض الحالات إلى المغنيزيوم أو المواد المركبة، لتقليل كتلة المركبات. ويستخدم تصنيع متعدد الألياف الاصطناعية (الطباعة) في الأجزاء الأولية والإنتاج المنخفض الحجم من الجيولوجيا المعقدة، مثل قنوات التبريد المتكاملة وأقواس وزن الفول.

دراسات الحالة: Pioneering Otto Cycle Innovations

A few production motors stand out for the way they embody the regulatory-driven RD shift. Toyota Dynamic Force family, launched in 2017, boasts a 2.5-liter naturally aspirated four-cylinder with a 40 percent maximum therction seats on gasoline and 41 percent in hybrid form.

The Mazda Skyactiv-X] is an extraordinary response to the regulatory challenge. It uses spark-controlled compression ignition (SPCCI) to exploit the efficiency of a lean, compression-ignition-like combustion while retaining a spark plug as a trigger. This motor delivers diesel-like economy cherky and fuel

(أ) إذا كان المحركات ذات الحجم المرتفع أو التي تُستخدم في إطار نظام " محركات الارتفاع " ، فإن هذه المادة تُستخدم في إطار نظام " أو " محرك " متغير " (BorgWarner) (C-BOrner) (C-BO) (A888) للغاز المستخرج من الكتلة، في هذا الجزء، وتخفض الضغط الاحتياطي وتُوضح الاستجابة المنخفضة في الوقت الذي يُعدّدّدّد فيه دورة " محركات " مُسرّة الأولى " مُنُنُنُنُنُنُنُنُنُنُنُنُنُنُنُنُنُنُحُكُكُنُنُنُنُنُنُنُنُنُنُنُنُنُصُنُنُنُحُهُهُهُهُهُنُوُهُنُنُهُهُهُهُهُهُوُنُهُهُهُه

(أ) [(FLT:0]Nissan’s VC-Turbo], mentioned earlier, is a productionmark in variability. While the take rate has been modest, it proves that mechanismal VCR is viable and could be refined for wider use. Research into alternative VCR mechanisms, such as eccentric piston bearings or hydraulic mitoder heads.

التحديات والمفاضلات

ولا تترتب على الابتكار القائم على النظام تكاليف، إذ أن محركات الحقن المباشرة، رغم كفايتها، تنتج مادة جزيئية تستلزم مرشحات جزيئية الغازية، وتضيف الإجهاد والوزن والمصروفات، كما أن ارتفاع معدلات الضغط والنواتج المحددة يزيد من الضغط الحراري ويحتاج إلى وقود أقساط في حالات كثيرة، ويوسع الفجوة بين التصديق ومستهلكي الضوضاء العالية يمكن أن يُستخدما فعليا.

كما أن هناك تبايناً مستمراً بين أعداد اقتصاد الوقود المختبري والسيارات العالمية الحقيقية، فالنظام العالمي للوقود يمثل أكثر من النظام القديم للحركة الوطنية للتلوث، ولكن الدراسات التي أجراها المجلس الدولي للنقل النظيف (ICCT) تبين أن استهلاك الوقود في العالم الحقيقي لا يزال يتجاوز القيم المتوافقة من حيث النوع بنسبة تتراوح بين 10 و20 في المائة في المتوسط، وهذا الفارق يعرِّض للخطر القانوني لنظم الوقود الحادية المحتملة.

وفي معظم الحالات، فإن رأس المال الهائل اللازم لتطوير محركات الاحتراق الداخلي الأكثر تطوراً يخضع للتدقيق نظراً لضغط حملة الأسهم ودفع السياسة العامة نحو الكهربة، وقد أعلن بعض الصانعين أنهم لن يطوروا بعد الآن أسراً جديدة لمحركات الاحتراق الداخلي، ويختارون بدلاً من ذلك أن يرتدون محركات البنى الموجودة، بينما يعيدون توجيه الموارد إلى مركبات البطاريات الكهربائية، مما يؤدي إلى تشكيل أفرقة الاضطرابات القائمة القائمة في إطار عملية الانتقال، وهي أكثر من حيث الكفاءة.

رأس الطريق: دورة أوتو في عالم مُنزَّع الكربون

إن المسار التنظيمي غير قابل للتعديل، إذ أن مجموعة " من أجل 55 " التي قدمها الاتحاد الأوروبي تقترح هدفا لتخفيض ثاني أكسيد الكربون بنسبة 100 في المائة للسيارات الجديدة بحلول عام 2035، يحظر فعليا بيع مركبات جديدة غير انبعاثات زائيرة، وفي حين أن الأسطول التركيبي والوقود الأحيائي قد يوفران قفزة، فإن الطريق الرئيسي هو الكهرباء، بل وحتى الولايات المتحدة، في إطار متوسط المبيعات المتعددة الأقطابع التي تتراوح بين 2027 و32.

ومن المحتمل أن يكون المستقبل، بالنسبة لمحركات دورة العمليات، دور من دور التقلص ولكن لا يختفي، إذ أن المحركات المتحركة والمزلاجة ستبقي محركات الغازولين على الطريق في الأربعينات، ولا سيما في الأسواق التي لا توجد فيها هياكل أساسية كافية أو أنماط ثقيلة من الحركة، مع استمرار المهندسين في دفع الكفاءة الحرارية إلى 45 في المائة وما بعد استخدام وسائل الاحتراق المتقدمة.

ويحقق بعض الصانعين في محركات الحرق الهيدروجينية المكرَّسة كتحديث من حيث عدم انبعاثات الكربون في هيكل دورة أوتو، وقد يظل نطاق قابلية الارتحال الواسعة للارتطام لدى الهيدروجين ورقم الأوكتانين العالي يسمح بإجراء عمليات ذات كفاءة عالية مع انبعاثات ثاني أكسيد الكربون التي تناهز الصفر، رغم أن التركيز النيجيري بعد المعالجة والتخزين لا يزال مثار قلق.

خاتمة

وقد أعادت أنظمة اقتصاد الوقود تشكيل محرك دورة أوتو من جهاز بسيط نسبياً ومجهز بالكلفة إلى عرض هندسة دقيقة، حيث أن التخريب والحقن المباشر والاختراع بالصمامات المتغيرة والضغط المتغير والتهجين العميق قد تم دفع كل ذلك من الأفكار الجاهزة إلى تعميم الضرورات من خلال وزن الولايات القانونية، والتحول بعيد عن الفجوة في المحركات:

ومع انتقال العالم نحو مستقبل مكهرب، لن يتم التخلي عن الاستراتيجيات المصاغة تحت ضغط اقتصاد الوقود، أما المواد، وأجهزة التحكم، والمقاييس، والمعرفة الاحتراقية التي توضع لمحركات دورة العمليات المتقدمة، فإن هذه الاستراتيجيات ستبلغ تصميم محركات الارتداد، وضبط الطاقة الهجينية، وربما محركات الاحتراق الهيدروجينية، وسيؤدي ذلك إلى تحديد محرك التعبئة التقنية في العقد الثاني إلى العمل المتعلق بحرق ثاني أكسيد الكربون.