با پیچیده ترین موتورهای درون سوز دنیا آشنا شوید

موتور های درون سوز، همچنان به عنوان پیشرانه اصلی اکثر خودرو ها، مورد استفاده قرار می گیرند. در بطن فرهنگ رانندگی، جدالی عجیب بین مسیر حرکت تکنولوژی و علاقه ی شخصی مردم در جریان است که نشان از تعلق خاطر رانندگان به موتور های درون سوز دارد. موتورهای الکتریکی گرچه به احتمالی قریب به یقین دنیا را خواهند گرفت، اما سبک و استایلی که موتور های درون سوز به تجربه و دنیای رانندگان آورده اند، شاید هیچگاه نمونه ی مشابهی پیدا نکند. به همین بهانه، در مطلب امروز دیجیاتو  با علاقه ای وافر، سراغ هیجان انگیز ترین و پیچیده ترین موتورهای درون سوز دنیا می رویم. همراه ما باشید.

چرا پیچیده؟

دنیای خودروها هرروزه در حال پیشرفت و تغییر است. وظیفه ی اصلی مهندسان، افزایش دقت و بهینه سازیِ بیشتر است. گاهی این موضوع ما را به تغییری بنیادین در زیر کاپوت می رساند که ریشه در بهینه سازی است، نظیر جایگزینی انژکتور بر کاربراتور. گاهی نیز این دقت روی هم انباشته شده که تنها ابعاد و مکانیزم را پیچیده تر کند. نظیر یک موتور 16 سیلندر. دقت کنید که این موضوع در همه ی تاریخ جدالی بی پایان بوده و هست. فکر نکنید هر چه جدید تر باشد لزوما پیچیده تر است. خیر؛ مثال 16 سیلندر بالا، مربوط به قرن بیستم است که در ادامه می بینید. نمونه ی دیگر این موضوع مقوله CVT است. با اندکی مطالعه که توصیه می کنیم حتما نگاهی به این مطلب داشته باشید، خیلی زود به این نتیجه می رسید که لزوماََ پیچیدگی، راهکار درستی نیست.

به هر حال از ابتدای شروع به کار صنعت خودروسازی دنیا، بارها شاهد آن بوده ایم که خودروسازان در پیچیده ساختن، زیاده روی داشته اند. نمونه های زیر، از برجسته ترین آنهاست. گاهی پیچیده بودنشان، تماما سرطان و دردسر است، و گاهی چیزی شبیه به یک معجزه. به هر حال تمام مورد های موجود در لیست، حتما نکته ای خاص را در تکنولوژیِ ساخت داشته اند که در اینجا آمده اند. این شما و این هم 10 موتور پیچیده ی تاریخ خودروسازی:

 10- پورشه Type 547

در تابستان 1952 ، زمانی که پورشه هنوز خودروسازی جوان بود، توانست در مسابقات لمانز سال قبل اش پیروز میدان شود. پورشه در آن مسابقه از یک موتور 1.1 با آرایش 4 سیلندر تخت استفاده کرد. اما برای مسابقه ی سال بعد که البته تنها 6 ماه فرصت آماده سازی داشت، تصمیم به ساخت موتوری جدید و حرفه ای گرفت. پورشه در آن دوران تمام تلاش خود را انجام می داد که در دنیای خودروهای مسابقه ای بهترین باشد.

نتیجه ی این تصمیم تبدیل به یک موتور قدرتمند 4 سیلندر تخت شد که مثل سایر محصولات پورشه، سیستم خنک کننده آن با هوا کار می کرد. طراح آن، دکتر ارنست فورمن، این موتور پیچیده را با 4 میل بادامک طراحی کرد که دریچه های ورودی و خروجی آن مایل بودند و درنتیجه نیاز به آرایشِ پیچیده و اریبِ چرخ دنده ها بر روی یک گیربکس منحصر به فرد داشت که بتواند درست بازدهی داشته باشد.

این موتور پورشه برای ساخت، زمان و دقت فراوانی نیاز داشت اما پس از اتمام کار، به شکل عجیبی قوی و قابل اطمینان و با دوام بود. موتور تایپ 547 پورشه ، شتاب تیز و فوق العاده ای بر سر پیچ های پیست داشت. ماحصل ساخت این خودرو برای پورشه، (با در نظر گرفتن تمام خودروهای پورشه که مجهز به این موتور بودند) به شرح زیر بود:

5 قهرمانی در مسابقات تارگا فلوریو. 16 قهرمانی در مسابقات لمانز، در مجموع بیش از 1000 پیروزی در مسابقات حرفه ای اتومبیل رانی و بیش از 2000 قهرمانی در مسابقات کلاس بندی شده.

9- اولدزموبیل Turbo Rocket

اولین موتور توربوشارژ اولدزموبیل، نسخه ای از موتور 215 V8 این شرکت بود که در سال 1962 طراحی شد. نسبت تراکم این موتور (10.25:1) بود که 5psi فشار اضافه باعث می شد در شرایطی که تا به انتهای پدال گاز، فشار وارد شود، موتور آسیب ببیند.

اولدزموبیل این مشکل را به کمک یک سیستم انژکتور آبیِ پیشرفته، که نصف آن متشکل از آب تقطیر شده، و نصف دیگر آن متانول بود، برطرف کرد. این ترکیب به مقدار اندکی، در مانیفولد ورودی هوا و بنزین اسپری می شد.

جهت اطمینان، اولدزموبیل این ترکیب را در کنار خودرو به مصرف کننده میدهد که البته برای سری های بعدی باید خود مصرف کننده آن را دوباره خریداری کند. این ترکیب که همان مخلوطی از آب و متانول است با کمی ناخالصی دیگری درون یک بطری تحت عنوان مایعِ Turbo Rocket به فروش می رسد که می توانید عکسش را در زیر ببینید.

8- موتور ساب با نسبت تراکم متغیر

در سال 1990، دوران طلایی موتور های توربو، یعنی زمانی که تازه شاهد حضور پررنگ تر موتور های توربو در کل دنیا بودیم، شرکت سوئدی ساب، با مکانیزم عجیبی به ساخت موتوری توربو پرداخت. داستان از این قرار بود که برای موتور های ساب، به دلیل فشار ورودی بالا و تراکم بالای موتور، شاهد خر خر (پدیده ی ناک) بودیم.

در اوایل قرن بیست و یکم، ساب به ایده ای جدید دست یافت. این ایده ی خلاقانه به موتور با تراکم تغییر پذیر ختم شد. این موتور از یک سر سیلندر یکپارچه تشکیل شده بود که با بلوک موتور کامل می شد. نکته متمایز این موتور در بازو های مکانیکی روی آن بود که به لطف آنها سر سیلندر در زمان تحریک، به کمک لولای روی آن تا 4 درجه کج می گردید!

این موتور در مجموع مکانیزمِ (شاید بتوان گفت بیش از حد) پیچیده ای داشت. ولی نتیجه را خودتان متوجه شدید که موتور ساب می توانست در شرایط پر فشار، میزان تراکم خودش را به کمک حرکت سر خود، کم کند و قدرت خروجیِ عجیبی داشته باشد. همچنین در شرایطی که فشار ورودی عادی است، با تراکم بیشتری کار کند.

ناگفته نماند این موتور، 5 سیلندر بود که علاوه بر همه ی این داستان ها یک سوپرشارژر دوقلوی بزرگ هم داشت! قدرت نیز به ازای هر لیتر به 150 اسب بخار می رسید. که صد البته مقدار قابل توجهی است. با همه ی این داستان ها، گرچه این موتور به عنوان یک اختراع ثبت شد و خودِ موتور تولید شد، اما هیچگاه بر مدل های ساب 5-9 که برایش برنامه ریزی شد بود، تعبیه نشد. اکنون، نیسان یک نمونه ای از این موتور را ساخته و قصد استفاده از آن را دارد.

7- لانچیا Abarth Triflux

وقتی قدرت زیاد می خواهید اما مجاز هستید که حداکثر تا 1.8 لیتر برای حجم موتور در نظر بگیرید، چه می کنید؟ توصیه ی ما سر زدن به یک مهندس ایتالیایی است. نمونه ی بارز آنها خودروی لانچیا ECV است که تنها با 1.8 لیتر حجم موتور 600 اسب بخار قدرت داشت! این محصول برای مسابقات رالی طراحی شد.

قلب لانچیا ECV موتور عجیب و غریب آن بود که از دو توربوشارژر بهره می برد. نقطه عطف این موتور ورود و خروج تفکیک شده ی آن بود. موتور Abarth Triflux طوری طراحی شده بود که هر توربوشارژر آن از یک مانیفولد جدا تغذیه می شد. مکانیزم مانیفولد ها و جزئیات بیشتر این موتور را می توانید در عکس زیر ببینید. (فقط من حس می کنم شبیهِ رباته؟!)

6- کادیلاک V-8-6-4

تغییر تعداد سیلندر ها با توجه به شرایط مورد نظر، اصلاََ ایده جدیدی نیست. شاید باورتان نشود ولی این ایده به سال ۱۹۰۵ بر می گردد زمانی که خودرو سازان موفق به پیاده سازی آن نشدند اما ۱۲ سال بعد یعنی سال ۱۹۱۷ توانستند مدلی برای آن طراحی کنند. اما تکنولوژی موجود باعث شد که مهندسان سراغ پیاده‌سازی این ایده نروند چرا که اگر هدف داشتن قدرت در عین کم کردن مصرف سوخت است، تبدیل حالت های مختلف سیلندر نیازمند یک تکنولوژی سریع و سنسورهای حساسی است که در آن زمان ممکن نبود.

خلاصه ماجرا این که کادیلاک در سال ۱۹۸۱ برای اولین بار این سیستم را راهی خیابان ها کرد. همانطوری که از نام موتور پیداست، این موتور کادیلاک می تواند V8، V6 و یا V4 باشد. نحوه عملکرد موتور کاملا کامپیوتری است. یعنی توسط سنسورها، شرایط درک شده، به کامپیوتر فرستاده و پس از آن فرمان از دور خارج شدن 2 یا 4 سیلندر صادر می شود.

در مجموع اگرچه کادیلاک برای اولین بار توانست این ایده را در دهه ۸۰ میلادی طوری پیاده سازی کند که خودروهای مجهز به این مدل موتور به خیابان ها برسند، اما ضعف تکنولوژی در آن زمان، آنقدری فرمان های کامپیوتر را کند می کرد، که تقریباً تمامی مالکان کادیلاک در آن دوران، این سیستم را خودشان برای همیشه غیر فعال کردند. به هر حال قرار بود، بودن یا نبودن 2 یا 4 سیلندر اضافه توسط شرایط موجود یعنی میزان دمای موتور، میزان فشار وارده بر موتور، سرعت خودرو و عوامل این چنینی تعیین شود نه به دست شخصِ مالک!

5- فولکس واگن W8

وقتی صحبت از طراحی و ساخت موتور خودرو می شود فولکس واگن به عنوان یک اسطوره خودنمایی می‌کند. تجربه‌ای که VW در ساخت انواع و اقسام موتور ها دارد هیچ خودروساز دیگری ندارد. یکی از بهترین موتور هایی که فولکس واگن طراحی کرده، موتور های W8 هستند که در سال‌های ۲۰۰۱ تا ۲۰۰۴ بر روی مدل های پاسات استفاده شدند.

موتورهای W12 که بر روی فولکس واگن فائتون پیاده سازی شدند نیز از همین طراحی برخوردارند. این موتور، در واقع به نوعی دو موتور VR4 با زاویه ی 15 درجه است که بلوک سیلندر های این دو موتور با 72 درجه زاویه با هم جفت شده اند. فوق العاده ترین قسمت ماجرا به تک میل لنگ بودن این موتور بر می گردد که باعث شده موتور دقیقا به فرم یک مکعب مربع دربیاید و علی رغم W8 بودن و 8 سیلندر داشتن، فضایی به اندازه یک موتور V6 را اشغال کند.

4- بی آر ام H16

داستان ساخت موتور H16 به برداشته شدن محدودیت موتور های V8 در مسابقات فرمول 1 بر می گردد. در دهه ۶۰ میلادی تیم بی آر ام، یک موتور ۴۸ سوپاپ ۱۲ سیلندر را طراحی کرد که پس از آن با آرایش H مانند به ۱۶ سیلندر آن را ارتقا داد. ابن موتور و طراحی جاه طلبانه ی آن، به غایت شبیه به یک فاجعه بود!

در واقع بی آر ام ، موتور V8 خودش را تبدیل به یک موتور ۸ سیلندر با آرایشی تخت کرد، سپس یکی دیگر از آنها را بر روی آن گذاشت و به فرم H درآورد! برای اینکه موتور ۱۶ سیلندر بتواند به خوبی کار کند هر کدام از این دو موتور 8 سیلندرِ تخت، نیاز به سیستم انژکتور ، واتر پمپ و رادیات جداگانه داشتند.

علاوه بر آن، میل لنگ بسیار سنگین و پیچیده آن نیز حتی برای یک موتور مسابقه ای بسیار وحشی و پر لرزه بود. اگر چه نتیجه بیش از ۴۰۰ اسب بخار توان در  1000 دور بر دقیقه به نظر جذاب می آید، اما مشکلات آن، نظیر بالا بودن مرکز ثقل و یا الزامی بودنِ چهار خروجی اگزوز جداگانه و نظیر اینها، از پیشرفت این موتور جلوگیری کرد و آن را به یکی از بدترین موتور های تاریخ بدل نمود.

موتور بسیار سنگین H16، در خودروی لوتوس که توسط راننده حرفه ایِ بریتانیاییِ مسابقاتِ فرمول یک، جکی استوارت، رانده می شد مورد استفاده قرار گرفت. این موتور هیچگاه افتخاری نیاورد و به قول استوارت بیشتر شبیه به یک لنگر قایق است تا موتور!

3- سیزتا V16

یکی از کم ترین موتور های دنیا V16 ها هستند. که حتی نمی توان به آنها نسبت انگشت شمار را داد. (دقت کنید که W16 داریم اما V16 داستان متفاوتی دارد).

سیزتای 16 سیلندر، ماحصل سرمایه گذاری مشترک یک مهندس خودرو، کلادیو زامپولی ، با یک تهیه کننده موسیقی، جورجو مورودر، است. این دو تلاش داشتند یک خودرو کپی شده از لامبورگینی بسازند. بدیهی بود که V12 کاملا مناسب داستان بود اما همانطوری که می توانید حدس بزنید، اصرارشان به قرار گرفتن در تیتر روزنامه ها، آنها را به سمت استفاده از یک موتور V16 سوق داد. در مجموع طراحی خودرو و موتورش به طرز احمقانه ای پایان یافت.

موتور آن نیز هیچ هویت مستقل و مشخصی نداشت. بلکه از کنار هم قرار دادن دو موتور 8 سیلندر لامبورگینی اوراکو ساخته شد. تنها قسمت موتور که زامپولی خودش ساخت، بلوک آلومینیوم آن بود که به موتور لامبورگینی اضافه شده بود!

2- بوگاتی W16

موتورِ بوگاتی که مد نظر ماست موتور شیرون است نه ویرون. هزینه ی وحشتناک شیرون نشان از میزان پیچیدگی و صد البته ماندگاری بسیار بالای این خودرو دارد. برای درک جدیدترین موتور بوگاتی، باید برگردیم به قسمت موتور فولکس واگن. در واقع وقتی از دور به موتور شیرون نگاه می کنیم، انگار 2 موتور فولکس واگن به هم چسبیده اند. با این تفاوت که موتور شیرون 64 تا سوپاپ، 4 عدد توربوشارژر، و حجم زیادی مهندسی هیجان انگیز دیگری را نیز در خود جای داده. موتور بوگاتی از همان سیستم VR فولکس واگن بهره می برد که به کمک این تکنولوژی وزن آن تا حد زیادی کاهش می یابد. این موتور از 2 ردیف موتور 8 سیلندر تشکیل شده که با زاویه ی 90 درجه با هم ست شده اند. بر خلاف موتور VW ، در بوگاتی 2 میل بادامک بکار رفته. یکی در اختیار 8 سیلندر اول، دیگری برای 8 سیلندر کناری.

موتور بوگاتی، از آنچه که فکرش را می کنید بسیار پیچیده تر است. از نحوه عملکرد و فعال شدن توربوشارژر ها گرفته تا سوپاپ الکتریکی و غیره. جهت اطلاعتان از میزان پیچیدگی این موتور، پیشنهاد می کنیم به نحوه ی ترتیب احتراق آن دقت کنید:

1-14-9-4-7-12-15-6-13-8-3-16-11-2-5-10.

1- خودروسازی کمکان Intelligent Valve Actuation

همانطور که پیش از این نیز دیدید، غیر فعال سازی سیلندر ها و یا ضریب تراکم تغییر پذیر امروزه در دنیای واقعی مورد استفاده قرار گرفته اند و خودروهای مجهز به آن‌ها نیز در خیابانها عبور و مرور می کنند. اما چیزی که این سیستمی که دقیقا به عنوان بهترین و پیچیده ترین موتور دنیا، در حال گسترش و توسعه آن است، مربوط به خودروسازی کمکان می باشد که ویژگی هایی نظیر سوپاپ های متغیر، تایمینگ تغییرپذیر و کاملا مستقل است که در حالتهای بسیار متفاوتی کار می کنند و توسط نرم افزار موتور، مدیریت می شوند.

موتوری که شرکت کمکان در بریتانیا به کمک جگوار توسعه داده، در واقع کانسپتی است که سیستم آن می تواند خودرو های با احتراق داخلی را کاملاً متحول کنند. در مجموع سیستم موتور، کاملاً الکترومکانیکی است و می‌تواند به هر کدام از سوپاپ ها دستور جداگانه‌ای بدهد.

جالب است بدانید که در این سیستم، ۸ میل بادامک وجود دارد که می توانند طول فعال موتور را تعیین کنند. به این معنی که در واقع هر سوپاپ و هر سیلندر به طور جداگانه می‌تواند توسط آن کنترل شود و با توجه به عواملی مثل شتاب، فشار موجود بر خودرو، سرعت، استفاده از کروز کنترل و عوامل این چنینی، موتور هر لحظه طبق خواست راننده تبدیل به موتوری جدید با مشخصات جدیدی شود.

اگر چه بهتر می دانید که غیر فعال شدن تعدادی از سیلندرها همانقدر می‌تواند در مصرف سوخت و بهینه سازی موتور پیشرفت بزرگی باشد که جایگزینی انژکتور ها به جای کاربراتور ها این حد از پیشرفت را ایجاد کردند. اما آنچه که تاکنون اتفاق افتاده، ما را به این نتیجه رسانده که کم هوشی و ضعیف بودن مغز متفکر موتور، تاکنون نتوانسته آن نتیجه ایده آلی را که انتظار می رود را پیاده سازی کند.

موتور کمکان دقیقا می‌تواند این مشکل را برطرف کند اما همچنان یک سوال اصلی پابرجاست: این که این حجم از پیچیدگی آیا می تواند مشکل قابل اعتماد بودن را نیز حل کند و باری دیگر دنیا را از رفتن به سمت موتورهای الکتریکی نگه دارد و یا واقعاً وقتی که نتیجه را بر روی کفه ترازو میگذاریم پیچیدگی آن و البته هزینه تولید و هزینه نگهداری بالای آن، این ایده را فلج کرده و نمی گذارد موتور کمکان را در عمل به خیابان ها بیاورد.

در هر صورت این موتور بهترین و پیچیده ترین و حرفه ای ترین موتور دنیاست. پیاده سازی آن در دنیای خودرو ها اگرچه در مجموع آماده و راحت به نظر می آید. اما باید صبر کرد و دید که عوامل تاثیر گذاری که در بالا به آن اشاره کردیم سرنوشت این موتور و در نتیجه آن، سرنوشت کل دنیای خودرو را به کدام سمت پیش خواهد برد.