پیش به سوی موتورهای کربنی!

ظهور آلیاژ‌های پیشرفته در صنایع مختلف زمینه‌ساز آغاز دوره جدیدی از پیشرفت‌ها در کاهش وزن و مصرف انرژی بوده که زنجیره این تحولات در صنعت خودرو‌سازی ملموس‌تر از سایر بخش‌ها بوده است. این روزها از شرکت لامبورگینی اخباری مبنی بر آغاز تحقیق برای طراحی موتورهای کربنی به گوش می‌رسد به‌طوری‌که قطعات اصلی در این موتور قرار است از الیاف کربن با مقاومت بالا و وزن کم ساخته شود که در نهایت کاهش مصرف انرژی و افزایش راندمان خودرو را به‌دنبال خواهد شد. از سال ۱۸۷۹ میلادی که برای اولین‌بار فیبرکربن توسط توماس ادیسون استفاده شد تا به امروز این الیاف کاربرد‌های متعددی پیدا کرده است و این روزها انواع پیشرفته‌ای از این فیبرهای کربن در بدنه و بخش‌هایی از خودروها که باید مقاومت بالایی داشته باشند استفاده می‌شود. الیاف کربن به دلیل استحکام بسیار بالایی که دارند (بین ۷ تا ۱۰ برابر فولاد ساختمانی) و چگالی کم و پایینی که دارند (حدود دو‌سوم آلومینیوم) نقش مهمی در افزایش ایمنی خودروها بر عهده گرفته‌اند و البته خودروهایی که از این کامپوزیت استفاده می‌کنند قیمت بسیار بالایی دارند. الیاف پیشرفته کربن که از نسخه‌های مرسوم موجود در بازار هم مقاومت بالاتری دارد، راه‌ خود را در صنعت خودرو‌سازی هموار کرده است و از بدنه و چرخ‌ها و رینگ‌های خودرو به داخل موتور رسوخ خواهد کرد. شرکت لامبورگینی اعلام کرده است که قصد دارد از فیبرکربن در ساخت قطعات حساس موتور سوپر‌اسپرت‌هایش استفاده کند. وزن عامل مهمی در مصرف سوخت سوپر‌اسپرت‌ها و سایر خودروها به‌شمار می‌آید، برای مثال در رابطه با آونتادور وزن این خودرو ۱۵۷۵ کیلوگرم است که استفاده از فیبرکربن در بخش‌های بیشتری از این خودرو یا نسخه‌های آینده از لامبورگینی تاثیر زیادی در عملکرد آن خواهد داشت. البته لازم به ذکر است که آونتادور با قدرت ۷۰۰ اسب بخار قدرت و ۶۹۰ نیوتن بر متر گشتاور می‌تواند در مدت ۹/ ۲ ثانیه از سرعت صفر به ۱۰۰ کیلومتر در ساعت برسد و حداکثر سرعت اعلام شده برای آن ۳۵۰ کیلومتر در ساعت تخمین زده می‌شود.

مدیر‌عامل لامبورگینی اعلام کرده که در این شرکت آزمایشگاهی برای تحقیق و توسعه آلیاژها و کامپوزیت‌های ترکیبی جدیدی تدارک دیده شده است و آنها به‌دنبال ساخت مواد پیشرفته جدیدی هستند که با فرمول‌های پیچیده می‌توانند علاوه بر کاهش وزن، مقاومت بسیار بالایی در برابر ضربه از خود نشان دهند. خودروهایی در این کلاس به دلیل قدرت سرسام‌آوری که دارند فشار بسیار زیادی را تحمل می‌کنند، از این جهت آلیاژ‌های به‌کار رفته در این خودروها باید بسیار مقاوم و خاص باشند تا در برابر فشارهای وارده مقاومت کنند. لامبورگینی برای ساخت موتورهایی با وزن بسیار پایین و استحکام بالا با استفاده از نسخه‌های ارتقا یافته از فیبرکربن برنامه‌ریزی طولانی‌مدت کرده است. استفاده از فیبرکربن در ساخت شاتون تا ۵۰ درصد باعث کاهش وزن آن می‌شود و در موتورهایی با تعداد سیلندر بالا این کاهش ۵۰ درصدی از وزن خود عامل مهمی در افزایش راندمان و عملکرد خودرو خواهد شد و قدرت موتور را نیز افزایش می‌دهد. این تغییرات برای جانشین آونتادور برنامه‌ریزی شده است که اولین موتور فیبرکربنی را زیر کاپوت خود خواهد داشت و در سال‌های آینده معرفی خواهد شد. تلاش‌های قبلی لامبورگینی باعث شده است تا در سایر بخش‌های بیرونی خودرو از این کامپوزیت پیشرفته استفاده کند و در نتیجه با کاهش وزن چشمگیری در محصول نهایی مواجه شود و شتاب بالای محصولات این خودرو‌ساز حکایت از فناوری بالای ساخت آنها دارد.

در حال حاضر استفاده از فیبرکربن برای ساخت رینگ خودروها در حال طی کردن مراحل نهایی است و به‌صورت محدود خودروهایی با رینگ کربنی تولید می‌شوند اما ورود فیبرکربن به موتور می‌تواند یک تحول بزرگ در خودروسازی باشد. مشکل اصلی این است که در حال حاضر فناوری فیبرکربن به جایی رسیده که این آلیاژ را برای تحمل فشار و حرارت بسیار بالا آماده کرده است. در حالی که در موتور خودرو عامل سومی نیز وجود دارد و آن ضربه است. برای آنکه لامبورگینی بتواند ایده خود را عملی کند نیاز است که قبل از آن دانش شیمی یک گام بلند به جلو برداشته و فیبرکربنی تولید کند که علاوه بر فشار و حرارت، در برابر ضربه نیز مقاومت بالایی داشته باشد. در حال حاضر در خودروهای پیشرفته برای ساخت قطعات داخلی موتور به جای فولاد از تیتانیوم استفاده می‌کنند اما مشکل اینجاست که تیتانیوم بسیار گران است و تولید آن با سرعت و سهولت فولاد انجام نمی‌شود. ساخت کربن آلیاژی با خصوصیت ضربه‌پذیری می‌تواند این مشکل را برطرف کرده و جایگزین خوبی برای تیتانیوم در خودروسازی باشد. استفاده از فیبرکربن در خودروهای فرمول یک از سال ۱۹۸۱ توسط مک‌لارن آغاز شد که ایده‌ای انقلابی در ساخت خودروهایی محکم و سبک به نظر می‌رسید که رنگ واقعیت به خود گرفت و به‌تدریج به خودروهای دیگر سرایت کرد. همین شرکت از فیبرکربن در اواخر دهه ۹۰ میلادی در مدل شهری مک لارن F۱ استفاده کرد. این آلیاژ به دلیل قابلیت بالایی که در شکل‌پذیری داشت به سرعت از سوی دیگر خودروسازان نیز در بدنه استفاده شد. به فاصله کمی خودروسازان توانایی آن در تحمل حرارت را نیز لمس کرده از آن برای ساخت ترمزهای کربنی در خودروهای سوپراسپرت استفاده کردند. فیبرکربن با مشخصاتی که امروزه می‌شناسیم برای اولین‌بار در سال ۱۹۵۸ توسط راجر باکان، فیزیکدان آمریکایی در کلیولند اوهایو به‌صورت آزمایشگاهی ساخته شد. در حال حاضر انواع متنوعی از فیبرکربن تولید می‌شود که در صنایع مختلف کاربرد دارند. خودروسازی در حال تبدیل شدن به یکی از مهم‌ترین مصرف‌کنندگان فیبرکربن در جهان است.

پیش به سوی موتورهای کربنی!