آیا استفاده از سوخت گاز در خودروها اقتصادی است؟ آیا واقعاً موتورهای گازسوز بیشتر از موتورهای بنزین‌سوز خراب می‌شوند؟ دلیل ضعف توان موتورهای گازسوز چیست؟ موتورهای پایه گازسوز در چه بخش‌هایی با موتورهای تبدیل شده تفاوت دارند؟ چه باید کرد تا موتور خودروهای گازسوز سالم بماند؟ این‌ها و البته سوال‌های بسیار دیگر، از مدت‌ها قبل در زمینه خودروهای دوگانه‌سوز مطرح بود و ما هم تلاش کردیم در مطالب مختلف به آن‌ها پاسخ گوییم اما با توجه به حجم این سوال‌ها که همه هفته برای هفته‌نامه ارسال می‌شود، قصد داریم در سلسه مطالبی جامع، به بررسی ابعاد مختلف مشکلات ناشی از گازسوز کردن خودروها و البته راه حل‌های آن‌ها بپردازیم. این هفته به مشکلات فنی موتور خودروها خواهیم پرداخت و در شماره‌های بعدی مشکلات مرتبط با سامانه سوخت، ECU و ... را مرور می‌کنیم:
خودروهای گازسوز هر چند به شکل گسترده‌ای در جاده‌ها و شهرهای کشور در حال رفت و آمد هستند، اما در سال‌هایی که از عرضه آن‌ها می‌گذرد، خریداران با مشکلات متعددی مواجه شده‌اند و معمولاً هم علت آن‌ها، پایه گازسوز نبودن این خودروها عنوان می‌شود چرا که تمامی این خودروها انواع بنزین‌سوز هستند که به گازسوز تبدیل شده‌اند و معمولاً هم این کار با کمترین تغییرات در موتور انجام می‌شود و همین مسأله است که مشکلات موتور را به دنبال دارد. مشکلات مرتبط با موتور عمده‌ترین این مشکلات است اما تقریباً تمامی مشکلات موتورهای گازسوز راه حل‌هایی کاملاً در دسترس دارد. در ادامه این مشکلات و راه حل‌های آن را مرور می‌کنیم.
خرابی‌های مکانیکی موتور خودرو
در میان مشکلاتی که مالکین خودروهای دوگانه‌سوز با آن مواجه می‌شوند، بدون شک مهم‌ترین مسأله در درازمدت خرابی‌های مکانیکی است که برای موتور خودرو پیش می‌آید. این خرابی‌ها معمولاً به صورت دوره‌ای بروز می‌کنند و هزینه تعمیر و نگهداری موتور این خودروها را بالا می‌برند تا جایی که عملاً هزینه تعمیرات و نگهداری خودروها از سود ناشی از اختلاف قیمت گاز طبیعی با بنزین نیز پیشی می‌گیرد و در نهایت توجیه اقتصادی استفاده از خودروهای دوگانه‌سوز را از میان می‌برد. در ادامه مهم‌ترین مشکلاتی که در خودروهای دوگانه‌سوز برای موتور رخ می‌دهد را مرور می‌کنیم:
- سایش شدید سیت و سوپاپ: مهم‌ترین دلایل این خرابی را باید در سه عامل فشار و دمای زیاد احتراق، انتقال حرارت زیاد به سرسیلندر و در نهایت خشک بودن گاز دید که در مجموع منجر به آسیب‌های شدید به سوپاپ‌ها می‌شود که به دنبال آن عدم آب‌بندی مناسب موتور و کاهش توان رخ خواهد داد. خوشبختانه راه حل‌های رفع این مشکلات عموماً در دسترس هستند و به همین دلیل این مشکل به راحتی در خودروهای پایه گازسوز قابل رفع است. فشار و دمای زیاد احتراق گاز نسبت به بنزین را نمی‌توان کاهش داد اما می‌توان با تقویت سرسیلندر خودرو از آسیب‌دیدگی این قطعه در جریان کارکرد موتور جلوگیری کرد. برای این منظور راه حل پیشنهادی از سوی خودروسازان اضافه کردن عملیات حرارتی بر روی قطعه خام سرسیلندر است تا از این طریق سرسیلندر مستحکم‌تری حاصل شود. در حال حاضر این کار بر روی خودروهای دوگانه‌سوز تبدیلی کارخانه‌ای انجام می‌شود و به همین دلیل سرسیلندر خودروهای دوگانه‌سوز گاهی با کد قطعه متفاوت و قیمت بالاتری به فروش می‌رسد.
برای برطرف کردن مشکل انتقال حرارت زیاد به سرسیلندر، استفاده از جنس‌های سخت‌تر برای سیت پیشنهاد شده است. این راه حل هر چند عملی است اما پیش از این کمتر در خودروهای تولید انبوه بنزینی مورد استفاده قرار گرفته است و به همین دلیل برای خودروسازان کمی ناآشنا است هر چند دستیابی به آن چندان دشوار نیست. در نهایت برای رفع مشکلات سوپاپ‌ها با گاز خشک، استفاده از سامانه هیدرولیکی محرک سوپاپ‌ها پیشنهاد شده است. این سیستم بر روی بسیاری از خودروها نصب شده است و به همین دلیل فناوری کاملاً در دسترسی است و استفاده از آن می‌تواند تا حدود زیادی مشکلات ناشی از خشک بودن گاز را بر طرف کند.
- خوردگی سرسیلندر: در کنار سوپاپ‌ها، ساختار کلی سرسیلندر نیز در خودروهای دوگانه‌سوز دچار خوردگی می‌شود. علت اصلی این مسأله را باید در حرارت زیاد ناشی از احتراق و انتقال آن به سرسیلندر دید. برای این منظور، استفاده از ضدیخ با افزودنی‌های پایه آلی راه حلی است که از سوی خودروسازان پیشنهاد شده است. این راه حل کاملاً در دسترس است و به همین دلیل در خودروهای پایه گازسوز مشکلی در این زمینه نیز وجود ندارد.
- سوختن واشر سرسیلندر: این مسأله احتمالاً بزرگ‌ترین گلایه دارندگان خودروهای دوگانه‌سوز است. واشر سرسیلندر بخش واسط میان بلوک سیلندر و سرسیلندر است و وظیفه آب‌بندی این دو بخش را بر عهده دارد. واشر سرسیلندر همواره در معرض دمای بالای احتراق است و به دلیل نقش مهمی که بر عهده دارد هرگونه آسیب به آن در نهایت منجر به کاهش توان و خرابی موتور می‌شود و لزوم تعویض واشر سرسیلندر را به دنبال دارد. دلیل اصلی آسیب بیشتر به واشر سرسیلندر خودروهای دوگانه‌سوز نسبت به خودروهای بنزین‌سوز، در بخش حرارت بیشتر احتراق و انتقال این حرارت به سرسیلندر و واشر سرسیلندر است. همان‌گونه که عنوان شد نمی‌توان دمای احتراق را کاهش داد اما می‌توان از انتقال این حرارت به سرسیلندر جلوگیری کرد. برای این منظور، علاوه بر تقویت سرسیلندر آن‌گونه که پیش‌تر گفتیم، مقوله تقویت سیستم خنک‌کاری خودرو و ارتقا توان سیستم در دفع حرارت در سرسیلندر نیز مطرح می‌شود. برای این منظور باید مجاری آب در سرسیلندر به گونه‌ای طراحی شوند که بتوانند حرارت اضافه تولید شده را به خوبی جذب کنند تا مانع از گرم شدن سرسیلندر و در نتیجه سوختن واشر سرسیلندر شوند. این تغییر از نظر فنی نیز پیچیدگی خاصی ندارد و می‌توان به راحتی بر روی سرسیلندر خودروهای پایه گازسوز آن را اعمال کرد.
افزایش مصرف روغن موتور به مرور زمان
به طور کلی روغن موتور مورد استفاده در موتورهای دوگانه‌سوز باید از انواعی انتخاب شود که در مقابل گرما مقاومت بیشتری از خود نشان می‌دهد اما در کنار این مسأله، یکی از مسایلی که معمولاً مالکین این خودروها با آن درگیر هستند، کاهش سطح روغن موتور به مرور زمان است. کاهش میزان بسیار اندک روغن موتور در تمامی خودروها امری قابل پذیرش است اما در خودروهای دوگانه‌سوز و به ویژه نمونه‌هایی با کارکرد بالا، این کاهش به شکل شدید بروز می‌کند و در صورت بی‌توجهی مالک می‌تواند باعث آسیب به موتور شود ضمن آنکه لزوم تعویض سریع‌تر روغن موتور را نیز به دنبال دارد.
علت اصلی این مسأله را باید در سایش شدیدتر سیت و سوپاپ در این خودروها جست‌وجو کرد که در نهایت منجر به سوختن روغن می‌شود ضمن آنکه خستگی حرارتی سرسیلندر نیز در این زمینه موثر است. برای رفع این مشکلات راه حل‌هایی که پیش از این گفته شد کاربرد دارد و به همین دلیل در مورد موتورهای پایه گازسوز، این مشکل تقریباً از میان رفته است. البته روغن موتور خودروهای گازسوز به دلیل پاک‌تر بودن این موتورها به طور معمول کمتر آلوده می‌شوند و می‌توان دوره تعویض آن‌ها را طولانی‌تر کرد.
توان و گشتاور پایین
در نگاه اول، مهم‌ترین نقطه ضعف خودروهای گازسوز نسبت به انواع بنزین‌سوز، توان و گشتاور پایین آن‌ها است. این مسأله با کاهش حجم موتور خودرو شکل حادتری نیز به خود می‌گیرد تا جایی که گاهی کشش کم خودرو راننده را ناچار به تغییر وضعیت از گازسوز به بنزین‌سوز می‌کند. عدم ارائه توان و گشتاور کافی از سوی دیگر باعث افزایش فشار بر روی موتور خودرو می‌شود و این مسأله در درازمدت یکی از عوامل آسیب به موتور است.
ریشه اصلی این مشکلات نه در موتور خودرو، که در سوخت گاز نهفته است اما برای رفع آن باید تغییراتی در موتور خودرو ایجاد کرد. علت اصلی این مشکلات را می‌توان در سه عامل اصلی گازی بودن سوخت، نسبت کم جرم سوخت به هوا و در نهایت سرعت شعله کم جست‌وجو کرد. راه حل‌های مختلفی برای رفع این مشکلات وجود دارد اما در مجموع در تمامی آن‌ها سازندگان موتور به دنبال افزایش توان هستند و به همین دلیل راه حل‌هایی که پیش‌تر برای افزایش توان موتور، بر روی موتورهای بنزینی دیده‌ایم بر روی این خودروها هم کاربرد دارد.
برای سوخت مورد استفاده، بهره‌گیری از چهار سوپاپ در سرسیلندر توصیه شده است. این تکنولوژی از چند سال قبل بر روی خودروها مورد استفاده قرار گرفته است و خودروسازان از دانش کافی برای استفاده از آن برخوردارند. برای کاهش اثر نسبت جرمی کم هوا به سوخت، استفاده از تکنولوژی زمان‌بندی متغیر سوپاپ‌ها پیشنهاد شده است. این تکنولوژی دیگر چندان جدید نیست اما دانش بهره‌گیری از آن در اختیار شرکت‌های معدودی است. هزینه طراحی و توسعه یک سیستم زمان‌بندی متغیر سوپاپ‌ها از ابتدا بسیار بالا است و به همین دلیل شرکت‌های خودروسازی گاهی ناچارند این تکنولوژی را از شرکت‌های بزرگ‌تر خریداری کنند اما در نهایت دستیابی به آن چندان دشوار نیست.
برای رفع مشکل سرعت شعله کمتر، اصلی‌ترین راه حل بهره‌گیری از موتوری با ضریب تراکم بالاتر است. گاز طبیعی عدد اکتانی بیش از 100 دارد و همین مسأله به طراحان موتور این امکان را می‌دهد که ضریب تراکم موتور را بدون احتمال بروز پدیده خود اشتعالی بالا ببرند هر چند این ضریب تراکم بالا در زمان به کارگیری بنزین می‌تواند مشکل‌ساز شود. راه حل دیگر در این زمینه بهره‌گیری از سیستم‌های پرخوران و به ویژه توربوشارژر است. در نهایت با چنین راهکارهایی، سازندگان خودرو توانسته‌اند موتورهایی بسازند که در حالت گازسوز، قدرتی بسیار نزدیک به حالت بنزین‌سوز داشته باشند و افت توان کمی در آن‌ها رخ دهد.
روشن نشدن خودرو با سوخت گاز
معمولاً خودروهای دوگانه‌سوز را نمی‌توان با سوخت گاز روشن کرد. البته این مسأله عمومیت ندارد چرا که خودروهای دوگانه‌سوز کارخانه‌ای با توجه به وجود یک ECU برنامه‌ریزی شده ویژه برای گاز، این توانایی را دارند که با توجه به دمای موتور و سایر پارامترها، خودرو را با سوخت گاز روشن کنند هر چند در مورد موتورهای سرد معمولاً خودرو با بنزین روشن می‌شود. در مورد موتورهای تبدیلی کارگاهی به طور معمول نمی‌توان خودرو را با سوخت گاز روشن کرد و باید حتماً به صورت دستی وضعیت از گاز به بنزین تبدیل شود. یکی از دلایل اصلی این مشکل، ضریب تراکم پایین موتور برای استفاده در وضعیت گازسوز است اما در کنار این، عدم نصب افشانه‌های گاز در موقعیت بهینه و عدم طراحی مناسب ورودی‌های هوای موتور از دیگر دلایل ناتوانی موتور در روشن شدن با سوخت گاز است.
راه حل هر سه مشکل گفته شده کاملاً در دسترس است و اکنون نیز در بعضی از موتورهای دوگانه‌سوز کارخانه‌ای و البته موتورهای پایه گازسوز به کار گرفته شده است. برای رفع این مشکلات از یک سو باید ضریب تراکم موتور را بالا برد و از سوی دیگر در زمان نصب افشانه‌های مربوط به گاز، موقعیت مناسب را در نظر گرفت.
در نهایت با طراحی دقیق راهکارهای ورودی هوا و البته شکل محفظه احتراق، به تولید جریان‌های چرخشی و عمودی در محفظه احتراق کمک می‌شود و از این طریق موتور می‌تواند با سوخت گاز نیز آغاز به کار کند. البته عدم روشن موتور با سوخت گاز را نمی‌توان یک ضعف عمده دانست چرا که در سیستم‌های هوشمند که تنظیمات ECU به درستی برای استفاده از گاز انجام شده است، موتور به راحتی با بنزین روشن می‌شود و در صورتی که شرایط مناسب باشد به صورت خودکار و کمترین زمان ممکن به وضعت گازسوز می‌رود بدون آنکه نیاز به دخالت راننده باشد.
دنیای‌خودرو ... مهندس بابک وفایی
