به گزارش «اخبار خودرو»،باید گفت پیشرانه‌های احتراق داخلی موسوم به ICی (Internal Combustion Engine) به اوج تکامل خود رسیده‌اند. البته این اتفاق را باید مرهون چند پارامتر دانست ازجمله تحول اساسی در سیستم سوخت‌رسانی پس از دهه 70 میلادی، ورودی سیستم‌های پرخوران برای بهبود راندمان و درنهایت ورود علم الکترونیک و کنترلرهای هوشمند برای قطعات و بخش‌های مکانیکی. اگرچه می‌توان‌ گفت سیر تکامل موتورهای درون‌سوز به اوج خود رسیده است اما این موضوع به معنای توقف پیشرفت و عدم ارائه سیستم‌های نوین و جدید برای این نوع از قوای محرکه‌ نیست. زیرا به‌تازگی کمپانی کامنز ایالات‌متحده موفق به ابداع پیشرانه‌ای دیزلی شده‌ که دارای چهارسیلندر و هشت پیستون است. اگر بخواهیم به این عبارت تخصصی‌تر و فنی نگاه کنیم، طراحی آن ساختارشکن و تاحدودی غیرممکن به‌نظر می‌رسد. اما مهندسان مکانیک قوای محرکه کامنز، با حذف برخی قطعات دوار مکانیکی مهم، موفق به تولید چنین پیشرانه‌ای شده‌اند که تا 1000اسب‌بخار توان خروجی را امکان‌پذیر می‌کند. در ادامه، با ما همراه باشید تا بدانیم مهندسان کامنز چه تدابیری اندیشنده‌اند که بتوانند دنیای درون‌سوزها را متحول کنند. 

1.نگاهی کوتاه به موتور دیزلی

سال 1878 یک مهندس مکانیک و دانش‌آموخته دانشگاه پلی‌تکنیک‌ مونیخ، با مطالعه دقیق سیکل ترمودینامیکی کارنو موفق شد یک موتور احتراق داخلی را به صورت تئوری و در چند مقاله به جهان معرفی کند. این مهندس مکانیک آلمانی همان را دولف دیزل است و در سال 1892 موفق به ثبت اختراع ایده جالب و شگفت‌انگیز خود شد. 
ازآنجاکه برای تولید یک نمونه از پیشرانه‌ جدید دیزل به سرمایه‌گذاری بسیاری نیاز بود، وی در سال 1892 با سرمایه‌گذاری موریتز شِرویتِر(Moritz Schröter) و مکس گوترموت 
(Max Gutermuth) موفق شد در تابستان 1893 یک نمونه از موتور جدید خود را بسازد. این قوای محرکه جدید از نظر ساختار و حتی سکیل کاری مشابه اتو بود(که بعدها با نام موتور بنزینی شناخته شد) که فقط در زمان احتراق و البته فشرده‌سازی هوا با یکدیگر تفاوت داشتند. 
البته پس از مرگ رادولف دیزل، این موتور را به یاد و افتخارات او با نام «دیزل» می‌شناسند. پیشرانه دیزل بزرگ‌ترین تحول در تاریخ موتورهای احتراق داخلی است. هرچند دارای معایبی ازجمله دور پایین و راندمان ‌نه‌چندان مناسب بود اما این مشکلات توسط روبرت بوش با طراحی یک پمپ انژکتور برای سیستم سوخت‌رسانی برطرف و همین امر سبب شد توجه‌ها به این پیشرانه بیشتر جلب شود و تا امروز در صنایع گوناگون از خودروسازی، کشتی، نیروگاه‌ها گرفته تا حتی ماشین‌آلات کشاورزی و صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

2.کارکرد پیشرانه‌های دیزل چگونه است؟

موتور دیزل همان طور که اشاره شد، از نظر شکل ساختمانی و اجزای داخلی سیلندرها، مشابه موتور بنزینی بوده اما  زمان پاشش سوخت، نحوه تراکم و شکل‌گیری احتراق آن کاملا متفاوت است. به‌عبارت‌دیگر در مرحله نخست سیلندر، مکش را انجام می‌دهد و پس از حرکت پیستون به‌سمت نقطه مرگ بالا TDC، هوای متراکم‌شده به حدی داغ می‌شود که با پاشش سوخت به داخل آن، احتراق صورت می‌گیرد. 
پس از احتراق، پیستون به نقطه‌مرگ پایین یعنی BDC می‌رسد و بعد از آن با یک افزایش حجم و کاهش فشار، دود حاصل از احتراق به واسطه حرکت پیستون به‌سمت نقطه مرگ بالا، خارج می‌شود. بنابراین به صورت کلی می‌توان گفت سه تفاوت اساسی بین پیشرانه ساخت آقای دیزل نسبت به پیشرانه‌ اتو وارد است. نخست آن‌که احتراق در موتور دیزلی تدریجی است و هیچ انفجاری رخ نمی‌دهد، دوم‌این‌که دیگر نیازی به سیستم جرقه‌زنی برای ایجاد انفجار و وارد آمدن نیروی ناگهانی نیست و احتراق توسط پاشش سوخت و هوای متراکم شده انجام می‌شود. سوم آنکه در موتور دیزل می‌توان نسبت تراکم را بالاتر از بنزینی در نظر گرفت(یعنی بین 14 به یک تا 22 به یک)، هرچه این نسبت تراکم بیشتر باشد، دما و فشار نیز افزایش یافته و احتراق قوی‌تری ایجاد می‌شود. 
 

3.ساختار جدید کامنز

کامنز یک کمپانی آمریکایی و بیش از 101 سال است که در زمینه طراحی و تولید ژنراتورها، سلول سوختی توربوشارژ، فیلتراسیون و پیشرانه‌های خودروهای کار و تجاری فعالیت دارد. این کمپانی در آخرین اقدامات خود موفق به طراحی پیشرانه‌ دیزلی فوق‌قدرتمندی شده که نسبت به تمام قوای محرکه‌های درون‌سوز جهان متفاوت است. 
مهندسان کامنز طی همکاری با کمپانی اَکیتزپاور توانسته‌اند نسل جدیدی از یک موتور احتراق داخلی قدرتمند و کارآمدتر را برای نیروهای مسلح طراحی کنند. کامنز با حفظ تکنولوژی ACE (که مخفف Advanced Combat Engine یا همان موتور پیشرفته جنگی است) و ساختاری مشابه موتورهای دیزل اما نسبت به پیشرانه‌های دیزلی معمولی که همه ما آن را می‌شناسیم، متفاوت‌تر است. البته در یک قرارداد 47.7میلیون‌دلار برای تولید آن سرمایه‌گذاری شده، اگرچه این که پیشرانه جدید دارای چهارسیلندر و 8 پیستون است و دیگر قطعه‌ای به‌نام سوپاپ در آن وجود ندارد، اما راندمان بالایی را برای چنین پیشرانه‌ای (که شاید بعدها به صنعت خودرو نیز وارد شود) به ارمغان آورده است.

4.قابلیت تجهیز به موتور الکتریکی

 جان تاسدمیر در بخش پایانی مصاحبه‌ خود از الکتریکی و هیبرید شدن این قوای محرکه‌ خبر داد و در این باره گفت: «برنامه‌های بعدی ما برقی‌سازی وسایل نقلیه نظامی خواهد بود. زیرا سیستم‌های هیبرید به دلیل امکان بدون صدا بودن به‌مدت طولانی و راندمان بالا می‌توانند گزینه مناسب‌تری باشند. همچنین از آنجاکه فضای ذخیره‌سازی بسیار مهم است، اگر با استفاده از باتری‌های ظرفیت بالا به آن دست یابیم، پیشرانه‌های جدید را نیز برای خودروهای غیرنظامی در طیف گسترده‌تری ارائه خواهیم داد.»

عملکرد موتور چگونه است؟
در موتورهای پیستونی احتراق‌داخلی، یک بلوکه سیلندر وجود دارد که هر کدام یک بانک جداگانه‌ را تشکیل می‌دهند. هر سیلندر متشکل از یک پیستون، شاتون (دسته‌پیستون)، میل‌لنگ و در بخش بالای خود سوپاپ‌ و میل‌بادامک است. اما موتور جدید کامنز و اَکیتزپاور به جای طراحی چهار، شش یا هشت پیستون در سیلندرهای جداگانه، همه آن‌ها را پشت‌سرهم و به صورت Vشکل قرار داده که روی یک میل‌لنگ می‌چرخند و در هر سیلندر نیز دوپیستون قرار دارد. حتما شما هم تعجب کرده‌اید بله! درست متوجه شدید، در هر سیلندر دو پیستون طراحی شده به‌شکلی‌که ‌پیستون‌ها مخالف یکدیگر کار می‌کنند، البته هر سیلندر و دو پیستون نیز از یک مخلوط هوا و سوخت و دود یکسانی برخوردارند. به‌عبارت دیگر دو پیستون به صورت افقی و مخالف یکدیگر قرار دارند و زمان مکش پیش از آن که به نقطه مرگ پایین BDC برسند، انژکتور؛ سوخت را به فضای میان هر دو پیستون پاشش می‌کند و احتراق صورت می‌گیرد. 
نکته جالب در طراحی چنین پیشرانه‌ای این است که دیگر بخش بالایی و تحت‌عنوان سرسیلندر وجود ندارد و فضای میان هر دو پیستون هنگام تلاقی با یکدیگر به‌عنوان «محفظه‌احتراق» شناخته می‌شود و نیروی حاصل از احتراق؛ هر دو پیستون افقیِ مخالفِ یکدیگر را به عقب می‌راند. علاوه‌بر این موارد، اتفاق هیجان‌انگیز در چنین پیشرانه‌ای جدیدی، عدم طراحی سوپاپ است. شاید بگویید چنین چیزی غیرممکن است، اما دقیقا از ساختار شبه‌موتور وانکل(دوار) بهره می‌برد. در جداره‌های سیلندر چهار روزنه تعبیه شده است، دقیقا در جایی‌که پیستون به نقطه مرگ پایینBDC می‌رسد، حجم داخل فضای محبوس‌شده سیلندر افزایش می‌یابد، بنابراین باتوجه به اینرسی گاز و قوانین ترمودینامیکی حاکم بر موتورهای پیستونی، این دودها توسط روزنه‌ها خارج می‌شوند. هنگام مکش نیز هوای مورد نیاز به سیلندر (حدود 5درصد از دود باقیمانده در سیلندر وجود دارد) متراکم شده تا پس از پاشش هر انژکتور برای هر سیلندر و در مجموع سه انژکتور، قدرت حاصل از احتراق میل‌لنگ را به گردش در آورد. در خروجی میل‌لنگ، در هر سمت یک چرخ‌دنده قرار دارد، البته یک چرخ‌دنده متحرک (فاقد نیرو) که از ساختار چرخ‌دنده سیاره‌ای و خورشیدی بهره می‌گیرد نیز در میان آن‌ها قرار گرفته است که چرخ دنده مرکزی را به گردش درمی‌آورد. 
البته ایده موتور با پیستون‌های مخالف، طرح جدیدی نیست و پیش‌تر در دهه‌های 50 و 60 میلادی در هواپیمای جانکرز(Junkers) شاهد آن بودیم. در این زمینه جان تاسدمیر(John Tasdemir)، مدیر این پروژه به مجله دفاع‌ملی گفت: «توانستیم این ایده قدیمی را به دنیای مدرن وارد کنیم. زیرا چنین موتوری می‌تواند قدرت و راندمان بالایی داشته باشد. درزمینه اتلاف توان 90درصد راندمان دارد و به‌همین‌دلیل می‌تواند برای موتورهای تانک بسیار مناسب باشد.» یک مدل 14.3لیتری این موتور با سیستم پرخوران توربوشارژ و سوپرشارژ می‌تواند 1000اسب‌بخار قدرت را در دور 2600 دور در دقیقه تولید کند که چنین قدرتی در این دور موتور نسبتا پایین، فوق‌العاده است. 
البته یک مدل با حجم‌موتور چهارلیتری و قدرت 299 اسب‌بخار و یک نمونه با حجم موتور20 لیتری 12پیستون با قدرتی برابر 1499‌اسب‌بخار (1118 کیلووات) نیز طراحی شده است. 
همچنین مدیر این پروژه در گفت‌وگو با یک مجله خودرویی بیان کرد:«‌کامنز و اَکیتزپاور درحال تولید یک نمونه 2.7لیتری غیرنظامی با قدرت 269.5اسب‌بخار (201 کیلووات) و 650‌نیوتون‌متری برای فورد F-150 است. این پیشرانه‌های بدون سوپاپ با  دوسیلندر مخالف، نسبت‌به موتورهای دیزلی معمولی 25درصد راندمان بالاتر و حتی 15 درصد آلاینده کمتری تولید می‌کنند و همچنین امکان طراحی بهتری برای محفظه احتراق را د اختیار ما می‌گذارند. زیرا ساختار پیستون‌های مخالف می‌تواند به دانسیته موثر بر چگالی موتور و قدرت بیشتر کمک بسزایی کند.» همچنین یک موتور با حجم 10.6لیتری نیز برای کامیون‌ها در نظر گرفته شده است که توانایی 449اسب‌بخار (335کیلووات) و 2372‌نیوتون‌متر گشتاور را دارد، اما مطابق آنچه اَکیتزپاور  اعلام کرده است به 9میلیون‌دلار سرمایه‌ نیاز دارد تا در خودروهای غیرنظامی نیز از آن استفاده شود.