داستان موتور بدون میللنگ فورد، پیشرنهای عجیب با یک سیلندر و دو پیستون!
هر موتور درونسوزی که میشناسید را فراموش کنید. تصور کنید موتوری وجود داشته باشد که میللنگ، یکی از حیاتیترین قطعات مکانیکی، در آن حذف شده باشد. این یک داستان علمی تخیلی نیست؛ این دقیقاً همان کاری است که فورد در دهه ۱۹۵۰ انجام داد و نتیجهاش را روی یک تراکتور پیاده کرد. این ماشین عجیب، تراکتور تایفون نام داشت؛ یک هیولای مکانیکی که قلب تپندهاش نه یک موتور معمولی، بلکه یک نیروگاه پیچیده با یک سیلندر، دو پیستون و یک توربین بود. این طراحی که به «موتور پیستون آزاد» شهرت داشت، در آن زمان بهعنوان «موتور فردا» توصیف میشد زیرا وعدهٔ هزینهٔ کمتر، قطعات متحرک کمتر و قابلیت کار با هر نوع سوخت قابل اشتعالی را میداد.
داستان این موتور شگفتانگیز در یک آزمایشگاه پیشرفته متولد نشد. در سال ۱۹۵۴، مهندسی به نام پاول کلوتش ایده خود را با مدیران فورد در میان گذاشت اما با بیاعتنایی آنها مواجه شد. کلوتش تسلیم نشد؛ او به همراه سه دستیارش به یک آلونک متروکه و بدون سیستم گرمایشی در محوطه فورد پناه برد و در تاریکی و سرما، اولین پروتوتایپ را ساخت. این یک پیشرانهٔ کوچک ۱۰ اسب بخاری بود که مدیران را متقاعد کرد این پروژه ارزش سرمایهگذاری را دارد. سرانجام در مارس ۱۹۵۷، فورد این موتور را در تراکتوری بنام تایفون رونمایی کرد. موتوری که زیر کاپوت آن قرار داشت، شبیه هیچ چیز دیگری روی زمین نبود.
ساختار اصلی موتور شبیه یک دمبل بود. در مرکز این سیلندر افقی، دو پیستون در جهت مخالف یکدیگر حرکت میکردند. در ابتدا، پیستونها توسط استارت هوای فشرده، به سمت هم رانده میشدند و سوخت به هوای فوقالعاده داغ بین پیستونها تزریق میشد. انفجار حاصل، پیستونها را با قدرت به سمت بیرون پرتاب میکرد اما هیچ میللنگی برای تبدیل این حرکت خطی به چرخشی وجود نداشت. در عوض، پیستونها به بالشتکهایی از هوای فشرده در دو انتهای سیلندر برخورد کرده و دوباره به سمت مرکز بازمیگشتند تا چرخهٔ بعدی آغاز شود اما قدرت چگونه به چرخها میرسید؟
پیستونها در حین حرکت، هوای فشرده را به محفظهای در اطراف سیلندر پمپاژ میکردند. این هوا با گازهای داغ خروجی از احتراق مخلوط شده و به سمت یک مخزن متعادلکننده هدایت میشد. این جریان یکنواخت از گاز داغ، به سمت یک توربین ۱۳ سانتیمتری شلیک میشد. این توربین که در حالت درجا با سرعت ۱۰ هزار rpm و زیر بار تا ۴۵ هزار rpm میچرخید، از طریق مجموعهای از چرخدندهها، قدرت را به چرخهای تراکتور منتقل میکرد. درواقع، موتور پیستونی فقط یک مولد گاز برای به حرکت درآوردن توربین بود.
نبوغ طراحی فورد در یک نکتهٔ ظریف نهفته بود. مخلوط کردن هوای فشرده با گازهای داغ خروجی، دمای آن را به حدود ۵۱۰ درجه سانتیگراد کاهش میداد. این دما بهاندازهای پایین بود که فورد میتوانست بجای آلیاژهای گرانقیمت و کمیابی که در موتورهای توربینهای گازی معمولی استفاده میشد، توربین را از فولاد ضدزنگ معمولی بسازد. این کار هزینههای ساخت را بهشدت کاهش میداد تا جایی که پاول کلوتش تخمین زده بود در تولید انبوه، هزینه ساخت هر توربین میتواند به تنها ۱۸ دلار برسد. این رقم در مقایسه با هزینه یک موتور پیستونی کامل، مزیت اقتصادی فوقالعادهای محسوب میشد.
مهندسان فورد این موتور را جایگزین بیرقیب پیشرانههای دیزلی سنگین و پرسروصدا میدانستند زیرا موتور تایفون سبکتر بود، قطعات متحرک بسیار کمتری داشت، شتابگیری آن حتی از موتورهای بنزینی معمولی هم سریعتر بود و به باتری برای استارت نیاز نداشت چون با فشار هوا روشن میشد. بااینحال، چند چالش بزرگ مانع از تولید انبوه این پیشرانه شد. به دلیل نبود میللنگ، قطعاتی مثل دینام یا پمپ هیدرولیک باید مستقیماً از توربین نیرو میگرفتند که طراحی را پیچیده میکرد. همچنین تنظیم دقیق کورس پیستون و نسبت تراکم در هر چرخه احتراق بسیار سخت بود زیرا هر انفجار با انفجار قبلی تفاوت جزئی داشت. علاوه بر این، با اینکه فورد مدعی بود صدای توربین فقط در حالت درجا شنیده میشود، اما لرزش و صدای احتراق دو زمانه چالشبرانگیز بود.
این مشکلات نهایتاً باعث شد پروژه موتور پیستون آزاد فورد به بنبست برسد و با وجود ساخت سه پروتوتایپ و حتی آزمایش طرحهای مشابه توسط جنرال موتورز، موتور فردا هرگز به تولید انبوه نرسید. امروزه نیز با وجود اینکه شرکتهایی مثل تویوتا همچنان روی نسخههای مدرن این پیشرانه برای تولید برق در خودروهای الکتریکی تحقیق میکنند اما تراکتور تایفون فورد بهعنوان یادگاری از دورانی باقی ماند که مهندسان معتقد بودند میتوان با حذف میللنگ، صنعت حملونقل را دگرگون کرد.
منبع: TheAutopian