تقنيات مبتكرة لتوفير الوقود في السيارات

في ظل ارتفاع أسعار الوقود تسعى شركات السيارات العالمية إلى ابتكار العديد من التقنيات المتطورة للتوفير في استهلاك الوقود. وبينما تعتمد بعض الشركات على مفاهيم قديمة بعض الشيء، مثل الحدّافة، تلجأ شركات أخرى إلى تقنيات مبتكرة، مثل خزانات الهواء المضغوط، لتخزين الطاقة الحركية المتولدة من المحرك وإعادة استغلالها فيما بعد. ويتمثل القاسم المشترك بين هاتين التقنيتين في التوفير في استهلاك الوقود وزيادة قوة المحرك ومتعة القيادة.
وقامت بعض الشركات العالمية بإعادة اكتشاف الحدّافة في السيارات الحديثة كوحدة تخزين للطاقة، وهي الوحدة التي اعتمد عليها كارل بنز صاحب براءة اختراع العربة المزودة بمحرك رقم واحد عام 1886، وكانت هذه الحدّافة تُستخدم آنذاك لإدارة المحرك.
وأوضحت شركة فولفو السويدية أن الحدّافة تؤدي إلى زيادة قوة السيارات القياسية بمقدار 59 كيلووات/80 حصان. وتعتبر هذه الوحدة المصنوعة من الكربون، والتي يبلغ وزنها ستة كيلوغرامات فقط، جزءاً من وحدة الدفع الإضافية الميكانيكية، والتي تشتمل أيضاً على ناقل حركة CVT. وعند القيام بعمليات الكبح أو تباطؤ السيارة تعمل الطاقة المنطلقة على تدوير الحدّافة، وقد تدور الحدّافة بعدد يصل إلى 60 ألف لفة في الدقيقة.
وإذا قام السائق بالضغط على دواسة الوقود، فيتم نقل القوة إلى المحور الخلفي عن طريق ناقل الحركة، ويتم الاستفادة من هذه الطاقة في عمليات التسارع. وأوضح ميشيل شفايتزر، المتحدث الإعلامي باسم شركة فولفو، قائلاً: 'تعمل هذه الحدّافة على غرار مبدأ سيارات السحب الصغيرة، والتي يتم تدويرها عن طريق الحدّافة'.
30% توفير
وتروج الشركة السويدية لنظام الحدّافة Flywheel KERS، الذي يتم دمجه مع محرك الاحتراق الداخلي، بأنه يساعد على التوفير في معدل استهلاك الوقود بنسبة تصل إلى 30% مقارنة بمحركات التربو سداسية الأسطوانات المشابهة، نظراً لأنه يتم إيقاف محرك الاحتراق الداخلي مع كل عملية كبح للسيارة.
وأضاف ميشيل شفايتزر قائلاً: 'يمتاز هذا النظام بأنه أقل تكلفة من محركات الهجين التقليدية'. ولم يكشف المتحدث الإعلامي عن أية بيانات حول دخول نظام الدفع بالحدّافة مرحلة الإنتاج القياسي، إلا أن الشركة السويدية تستعد لطرح هذا النظام الجديد في الجيل الجديد من السيارة XC90.
وقد سلكت شركة بورشه الألمانية نفس الدرب الذي سارت عليه شركة فولفو السويدية وقامت باختبار الحدّافة كوحدة لتخزين الطاقة لنظام الدفع الهجين. وبخلاف نظام الدفع الميكانيكي من شركة فولفو يتعلق الأمر لدى شركة بورشه بنظام دفع كهربائي. وقد قامت الشركة الألمانية بتركيب هذا النظام في السيارة 911 GT3 R Hybrid الاختبارية، والتي ظهرت بالفعل في إطار مشاركة بورشه في فعاليات معرض جنيف الدولي للسيارات عام 2010.
وأوضحت الشركة الألمانية أن الحدّافة تدور بسرعة تصل إلى 40 ألف لفة في الدقيقة. وأثناء التسارع يقوم المولد الكهربائي بكبح الحدّافة وتوليد التيار الكهربائي وتشغيل اثنين من المحركات الكهربائية المركبة على المحور الأمامي، ويتمتع كل منهما بقوة 60 كيلووات/82 حصان. وتوفر هذه المحركات الكهربائية قوة دفع إضافية لمدة تصل إلى ثمان ثوان لمحرك البوكسر المركب في الخلف بقوة 353 كيلووات/480 حصان.
الهواء المضغوط
وقد اتبعت مجموعة شركات PSA بيجو وستروين الفرنسية نهجاً تقنياً مختلف تماماً لتخزين الطاقة الحركية، حيث قام الخبراء الفرنسيون بتطوير نظام دفع هجين بالهواء المضغوط. ويعتمد نظام الدفع Hybrid-Air على البنزين والهواء المضغوط كمصدر للطاقة.
وترى الشركة الفرنسية في نظام الهواء المضغوط إمكانية للتوفير في استهلاك الوقود وتكاليف الإنتاج مقارنة بأنظمة الدفع الهجين التقليدية التي تجمع ما بين محركات الاحتراق الداخلية والمحركات الكهربائية. وأوضح شتيفان لوتزينكيرشن، المتحدث الإعلامي باسم شركة ستروين الفرنسية، قائلاً:'تكلفة سيارة صغيرة مزودة بنظام الدفع Hybrid-Air تعادل تكلفة الموديلات الصغيرة الحالية المزودة بمحرك ديزل تقريباً'.
ومن المخطط أن يدخل هذا النظام الجديد مرحلة الإنتاج القياسي خلال عام 2016. وتؤكد الشركة الفرنسية أن معدل استهلاك الوقود سيكون أقل من 3 لتر/100 كلم وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون أقل من 70 جم/كلم'.
وشهد جناح شركة ستروين الفرنسية بمعرض فرانكفورت الدولي للسيارات إزاحة الستار عن النموذج Cactus الاختباري المزود بنظام الدفع بالهواء المضغوط Hybrid-Air، حيث تم تركيب خزان الهواء المضغوط في النفق الأوسط. وعن طريق طاقة الكبح الزائدة تقوم مضخة بضغط الهواء في الخزان ويتم إنشاء الضغط.
وإذا تم تحرير هذا الضغط فإنه يقوم بتشغيل المحرك عن طريق وحدة هيدروليكية، وبالتالي تنقل هذه القوة إلى عجلات السيارة. وعلى الرغم من أن الطاقة المتولدة من خزان الضغط تكفي لقطع مسافة 400 متر فقط، إلا إنه يتم شحن خزان الضغط بشكل أسرع من بطارية أنظمة الدفع الهجين التقليدية.