چرا بهینه سازی مصرف سوخت موتور با استفاده از توربو، دروغی بیش نیست؟

کاهش مصرف سوخت با توربوشارژ کردن موتور خودرو، فریبی بیش نیست. شرکت های خودروسازی کلاه بزرگی بر سرمان گذاشته اند. شورولت 153 اسب بخار را با یک موتور 1.4 لیتری توربو اکوتِک تولید می کنند.

در حالی که روشن است همچین قدرتی حداقل یک موتور 2 لیتری نیاز دارد. دقیقا همین سناریو را در خودرو فیات-کرایسلر می بینیم که بدون توربوشارژ، موتوری با حجم 2 تا 2.4 لیتر لازم است.

جالب تر اینکه مسئله در خودروهای با موتور بزرگ تر هم صدق می کند. مثلا مزدا CX-9، بدون استفاده از موتور V6، تنها با موتوری 2.5 لیتر 4 سیلندر توربو، به همان قدرت می رسد.

سوالی که مطرح می شود: مشکل چیست؟ مشکل این است که همه خودروسازان بدون استثنا وقتی از موتور توربو به جای موتوری سنگین تر و با حجم بیشتر استفاده می کنند، ادعای کاهش مصرف سوخت را دارند.

اما چگونه؟ لزوما کاهش حجم موتور یعنی کاهش مصرف؟ در اینجاست که به یک دروغ بزرگ و یک کلاهبرداری بسیار روان و جامع از جانب خودروسازان می رسیم.

البته ظرافت صنعت خودروسازی جهان، در انجام مراحل مختلفی که به آن خواهیم پرداخت، در راستای تحقق این دروغ که بخصوص بازار آمریکا و اروپا را نشانه گرفته، بس ناجوانمردانه است!

به عبارت دیگر، این دروغ، به هیچ عنوان دروغ صادقانه ای نیست! برای اثبات این بحث، لازم است قبل از هرچیزی نگاه دوباره ای به نحوه عملکرد توربو، و همچنین بررسی دقیق تری از نحوه تست مصرف سوخت، داشته باشیم.

منحنی های توان و گشتاور

عملکرد یک موتور تنفس طبیعی بسیار ساده است. تولید توان، در یک قید منظم و تکراری اتفاق می افتد. در اکثر خودرو ها منحنی توان از میزان کم شروع می شود، با افزایش دور موتور (RPM)، و حرکت آمپر به سمت خطوط قرمز، توان بیشتر و بیشتر می شود.

بدیهی است که افزایش سرعت موتور، یعنی افزایش میزان احتراق. از مثلث آتش، می دانیم که احتراق بیشتر، هوا (اکسیژن) بیشتری را می طلبد. این قسمت، دقیقا زمانی است که توربوشارژر ها با فشرده سازی هوا و وارد کردن آن به موتور فرایند احتراق را تشدید می کنند. به دو نکته باید اشاره کرد.

اول اینکه این پروسه کمی زمان بر است. شاید با تاخیر زمانی بسیار ناچیز اما واضح است که به شکل آنی و دقیقا مانند احتراق تنفس طبیعی نیست و تجربه رانندگی را کمی متفاوت می کند و نکته دوم اینکه توربوشارژرها همیشه فعال نیستند و زمانی که لازم باشد (میزان فشار آوردن راننده بر پدال گاز، میزان بارگذاری، تحت فشار بودن موتور، سربالایی ها و ...) وارد عمل می شوند.

به همین دلیل موتور های توربو 2 منحنی توان تولیدی دارند. در زمانی که موتور نیازی به توربو نمی بیند، و کلا توربوشارژر ها غیرفعال اند، خودرو به شکل طبیعی و عادی عمل می کند و مصرف سوخت در کمترین حالت خود قرار دارد. در اینجا یعنی شورولت کروز توربو، دقیقا به مثابه یک خودرو 1.4 لیتری تنفس طبیعی عمل می کند.

حال در حالت فعال بودن توربوشارژرها، یعنی زمانی که توربو با سرعت در حال چرخیدن است و حجم زیادی هوای فشرده را وارد موتور می کند، منحنی دوم، با توان بیشتر و در حداکثر گشتاور قرار دارد.

برگردیم به شورولت کروز. موتور این خودرو 1.4 لیتری در حالت دوم دقیقا 153 اسب بخار توان و 240 نیوتن متر گشتاور تولید می کند. (یعنی معادل توان یک موتور 2 تا 2.2 لیتری).

نکته مهم در این است که طبق مثلث آتش که گفته شد، هوای بیشتر (توسط توربو) به تنهایی نمی تواند ایجاد احتراق کند و به همان نسبت نیازمند سوخت بیشتر است.

سنسور های جریان هوا دقیقا به همین دلیل در موتور تعبیه شده اند. و در نتیجه این که، هیچ اهمیتی ندارد که حجم موتور چقدر بزرگ یا چقدر کوچک باشد، قدرت و توان بیشتر، صرفا با سوخت و هوای بیشتر سر و کار دارد. حال از ترفند توربوشارژر استفاده شود یا نه، نفسِ عمل همان است که بود!

موتور های توربو به طور هوشمندانه ای، 2 موتور متفاوت با بازده متفاوت هستند. اما هیچکدام از این 2 موتور نمی توانند تاثیری در مصرف سوخت بگذارند، به جز در یک حالت: "تستِ مصرف سوخت"!

تست های مصرف سوخت چگونه انجام می شوند؟

در آمریکا، تست های مصرف سوخت، نسبت به همتایان اروپایی، بروزرسانی بیشتری شده اند. با این وجود آن ها هم، همچنان منسوخ شده هستند. این تست ها در 3 فاز مختلف انجام می شوند.  همچنین باید اشاره کرد که در هیچکدام از مراحل سیستم تهویه مطبوع (AC) در نظر گرفته نشده.

مرحله اول دینامومتر رانندگی شهری (UDDS) نام دارد که مصرف شهری را ارزیابی می کند (البته این آزمون LA4 Test نیز نامیده می شود و که همانطور که از نامش پیداست، ریشه اش برمی گردد به تجربه رانندگی در ساعات شلوغ شهر لس آنجلس در سال 1972: تاریخی که ترافیک به هیچ عنوان با زمان حال قابل مقایسه نیست. همینطور تفاوت اتومبیل های رایج در خیابان ها شرایط متفاوتی را ایجاد می کند.)

اگر بخواهیم نگاه دقیق تری داشته باشیم باید اضافه کرد که آزمون UDDS به طور میانگین 31 دقیقه به طول می انجامد. همچنین حداکثر سرعت در این آزمون 56 مایل بر ساعت (90 کیلومتر بر ساعت) است.

این تست مجموعا 23 بار توقف کامل دارد و میانگین سرعت کل 20 مایل بر ساعت باید باشد. قسمت غیرقابل قبول مرحله اول آزمون مصرف سوخت در بررسی شتاب گیری خودرو می باشد: 12 ثانیه برای رسیدن از حالت سکون کامل تا سرعت 22.5 مایل بر ساعت (معادل 36 کیلومتر بر ساعت).

همانطور که ملاحظه می کنید ، در هر جایی در نظر بگیرید زمان 12 ثانیه به شکل روشنی غیر منطقی است. (لازم به یادآوری نیست که اوج مصرف در شتاب گیری است) همچنین ناگفته نماند که در تجربه رانندگی واقعی در ترافیک، قطعا در جا روشن ماندن خودرو پشت ترافیک در میزان مصرف سوخت تاثیرگذار است در حالی که در آزمون مصرف شهری، این مورد در نظر گرفته نمی شود و خودرو پس از توقف کامل، بلافاصله حرکت می کند.

مرحله دوم آزمون، تست مصرف سوخت رانندگی در بزرگراه (HWFET) نام دارد. بدین شکل که خودرو که موتور آن از قبل گرم شده، بدون هیچگونه توقفی با میانگین سرعت 48 مایل بر ساعت و حداکثر سرعت 60 مایل بر ساعت در یک مسیر 10 مایلی شبیه ساز سفری را تجربه می کند.

سپس رقم مایل بر گالن به دست آمده برای آزمون شهری 10% و برای آزمون بزرگراه 20% به دلیل موارد پیش بینی نشده طبق قراردادی که در سال 1984 مشخص شده، پایین تر اعلام می شوند. بیشتر از عجیب بودن، مسخره به نظر می رسد که با وجود این حجم از تغییرات در صنعت خودرو، همچنان معیار های 30 سال گذشته اعمال می شود.

از سال 2008، EPA یک روش جدید تست را مطرح کرد تا که شبیه سازی بهتری از میزان مصرف در رانندگی واقعی باشد. اداره فدرال بررسی تکمیلی تست سوخت (SFTP) آزمونی که انجام می دهد، شامل 3 مرحله می شود.

مرحله اول، یک دور 8 مایلی با میانگین و حداکثر سرعت به ترتیب 48 و 80 مایل بر ساعت که باید در 10 دقیقه طی شود، انجام می شود که همانطور که ملاحظه می کنید سرعت بالاتر و همچنین شتاب گیری های سریع تری را در بر می گیرد. به عبارت دیگر این آزمون، بررسی سختگیرانه تری است و توربوشارژر ها را بیشتر به کار می اندازد.

مرحله دوم در یک مسیر 3.3 مایلی، میزان تاثیر تهویه مطبوع را می سنجد و در نهایت مرحله سوم که همان آزمون شهری قبلی ولی اینبار در شرایط دمایی سردتر است، میزان مصرف شهری را اعلام می کند.

SFTP نشان داد که تقریبا هیچکدام از ارقام اعلام شده کارخانه ها با میزان واقعی همخوانی ندارد! اعدادی که کارخانه های خودروسازی اعلام کردند، از شرایط بسیار متفاوت و ایده آلی بدست آمده که با تجربه واقعی رانندگی، فاصله قابل توجهی دارد. EPA شرایط را کمی بهتر کرد ولی همچنان یک اما بزرگی باقی مانده که مشکل را به قوت خود رها می کند...

بررسی محدود

EPA گنجایش بررسی محدودی دارد: حدود 200 تا 250 خودرو در سال. این مقدار  تنها  15 درصد خودروهای مطرح تولیدی را در بر می گیرد. اگر از تنوع فاکتورهای مختلف فروش مثل ایرودینامیک متفاوت بدنه، انواع و سایز های مختلف لاستیک و عوامل این چنینی هم بگذریم، همچنان مشکل تست کلی پا بر جاست.

به عبارت دیگر EPA  به شکل کاملا تصادفی دست بر شرکت های مختلف خودروسازی می گذارد تا آن ها را مجبور به صداقت کند!

جمع بندی

در ابتدا گفتیم که عملکرد و مصرف موتورهای مجهز به توربوشارژ به چه شکلی است و چه تفاوت هایی دارد. سپس نحوه بررسی و تست های مصرف را که با روش های 30، 40 سال گذشته انجام می شدند را بررسی کردیم و شرح دادیم که نواقص موجود در تست به هیچ عنوان نمی تواند ارزیابی درستی برای خودرو های توربوشارژ باشد.

در حال حاضر هیچ کسی در لس آنجلس 1972 زندگی نمی کند. هیچ کسی همیشه بدون تهویه مطبوع و با شیشه های بالا، بدون روشن کردن چراغ ها و بدون رادیو برای همیشه رانندگی نمی کند.

پدربزرگ ترین راننده ها هم، با CX-9، در کمتر از 12 ثانیه به 36 کیلومتر بر ساعت می رسند! دروغی که می توانست حداقل اندکی صادقانه تر باشد! اعلام کردن اعداد قدرت و توان و شتاب و حداکثر سرعت، وقتی توربو در حداکثر عمل خود قرار دارد، و سپس میزان مصرف سوخت زمانی که در بیشتر حالت های تست، توربوشارژرها غیر فعال اند، عملی بس ناجوانمردانه است!

و سخن آخر اینکه اگر همچنان به کاهش مصرف سوخت توسط توربوشارژر ها نسبت به یک موتور تنفس طبیعی با همان توان اعتقاد دارید، حداقل اعداد اعلام شده کارخانه ها برای خودروهای توربوشارژ خود را باور نکنید.