۱۰ نکته از موتور V-8 موستانگ در فورد شلبی GT350

موتور ۵/۲ لیتری V-8 موجود در فورد شلبی GT350 موستانگ مدل ۲۰۱۶ یک موتور کاملاً جدید است. این موتور با حجمی برابر ۵۱۶۳ سانتی‌متر مکعب در دور موتور ۷۵۰۰، قدرتی برابر ۵۲۶ اسب‌بخار تولید می‌کند و حداکثر گشتاور آن در دور موتور ۴۷۵۰ تا ۸۲۵۰ دور بر دقیقه برابر ۵۸۱ نیوتن‌متر است. در نتیجه، این موتور بالاترین دور موتورهای V-8 فورد و بیشترین خروجی بین موتورهای تنفس طبیعی این کمپانی را دارد.

البته این قدرت کمتر از خروجی موتور ۴/۵ لیتری V-8 فراری است، ولی از گشتاور بالاتری برخوردار است. موتور V-8 فراری دارای قدرت ۵۶۲ اسب‌بخار در ۹۰۰۰ دور بر دقیقه و ۵۳۹ نیوتن‌متر در ۶۰۰۰ دور بر دقیقه است. البته مسلماً فورد به دنبال ساخت یک رقیب جدی برای یک ۴۵۸ نبوده است، بلکه هدف ساخت آماده‌ترین موستانگ برای حضور در پیست مسابقه بوده است. بنابراین طراحی و مهندسی این موتور V-8 را از ابتدا در «آلن پارک» میشیگان امریکا شروع کرده و توجه اندکی به افزایش اسب‌بخار آن داشته است. در ادامه ۱۰ نکته از این پیشرانه خارق‌العاده و جدید «فورد پرفورمنس» را مرور می‌کنیم.

۱) طراحی متفاوت میل‌لنگ
طراحی این میل‌لنگ تخت است، ولی در همین حال، سه نوع طراحی برای میل‌لنگ‌های تخت وجود دارد. اگر یک میل‌لنگ را بر روی یک میز بگذارید، دسته پیستون‌ها می‌توانند به حالت «بالا-پایین-پایین-بالا» (مشابه موتور فراری و بسیاری از میل‌لنگ‌های موتورهای چهار سیلندر)، «بالا-بالا-پایین-پایین» یا «بالا-پایین-بالا-پایین» قرار داشته باشند. فورد برای طراحی میل‌لنگ، تمام این سه نوع طراحی را مورد تحلیل گسترده کامپیوتری قرار داده است و قبل از نتیجه‌گیری در مورد بهترین حالت، دو نمونه اولیه نیز تهیه کرده است. بهترین حالت به صورت بالا-پایین-بالا-پایین یا UDUD برای این موتور تنفس طبیعی به دست آمده است. یکی از عوامل تعیین‌کننده در طراحی میل‌لنگ تخت، تولید حداکثر جریان هوا بوده است که در عین حال، باعث بهینه‌سازی جریان گاز اگزوز نیز می‌شود؛ زیرا در این حالت، هیچگاه دو سیلندر در یک طرف در حالت انفجار ندارید که زاویه ۹۰ درجه میل‌لنگ با یکدیگر داشته باشند. این موضوع باعث ایجاد ترافیک شدیدی در خروجی اگزوز می‌شود؛ مگر آن که لوله‌های خروجی در فاصله‌ای دور از موتور متصل کرده باشید که در این حالت، استفاده از کاتالیست تقریباً‌ غیرممکن می‌شود. در همین حال، فراری هر کدام از بخش‌های کناری موتور را به عنوان یک موتور جداگانه I-4 با فضای مکش مخصوص به خودش درنظر می‌گیرد. بنابراین طراحی بالا-پایین-پایین-بالا یا UDDU برای فراری مؤثرتر واقع می‌شود. این در حالی است که فورد یک فضای مکش بزرگ برای کل موتور دارد و بنابراین، طراحی UDUD میل‌لنگ شرایط بهتری برای جریان هوا ایجاد خواهد کرد.

۲) ایجاد حداکثر جریان هوا
جریان هوا یکی از جهت‌گیری‌های اصلی تیم توسعه این موتور بوده است. اگر یک مولکول هوا را درنظر بگیریم، این مولکول از طریق یک المان بزرگ تمیزکننده هوا وارد می‌شود و در یک مجرای ۸۷ میلی‌متری جریان می‌یابد. سپس وارد مانیفولد مکش که قبلاً به آن اشاره شد، می‌شود. این مانیفلود دارای مجراهای طولانی مشابه موتور ۵ لیتری V-8 است که البته سطح مقطع بسیار بزرگتری دارند. همچنین این مجراها از پره‌هایی استفاده می‌کنند که باعث افزایش حالت گردابه‌ای و در نتیجه بهینه‌سازی بیشتر در سرعت‌های کم خودرو می‌شود. مقصد بعدی مولکول‌های هوا، محفظه احتراق است که از طریق سوپاپ‌ها به آن وارد می‌شوند. قطر سوپاپ‌ها در این موتور به میزان قابل‌توجهی ضخیم‌تر است و در کمال تعجب می‌توانند تا ۱۴ میلی‌متر حرکت داشته باشند. این دامنه حرکت برای موتوری که برای وضعیت ایمن در ۹۰۰۰ دور بر دقیقه همراه با لیفترهای هیدرولیکی طراحی شده است، واقعاً زیاد است. ویژگی «پایین‌آمدنِ نرم» در بادامک‌ها باعث شده تا از نویز اضافی در موتور جلوگیری شود و همچنین در دور موتورهای نزدیک به خط قرمز، سوپاپ‌ها اندکی بیشتر باز می‌شوند و شرایط برای تنفس موتور بهتر از قبل می‌گردد. طراحی سرسیلندرها همگام با محفظه احتراق و پورت‌ها به گونه‌ای بوده که از وزن کلی آنها نسبت به موتور ۵ لیتری قبلی، ۶ درصد کاسته شده است. ۳) این موتور در کنار موتور ۵ لیتری ساخته می‌شود.
ابعاد مشابه باعث شده‌اند که این موتور بتواند در کنار موتورهای ۵ لیتری در «ویندسور» اونتاریو ساخته شود. در عین حال، برای انطباق با شرایط سوپاپ‌های بزرگ و با تنفس آزاد موتور جدید، با بهر‌ه‌گیری از تکنولوژی پلاسمایی بوش سیلندر به جای بوش‌های آهنی، محفظه سیلندر ۹۴ میلی‌متر افزایش یافته است.

۴) میل‌لنگ سوراخ‌هایی به قطر لوله یک تفنگ دارد.
میل‌لنگ در بخش‌های وزنه‌های تعادل خود، سوراخ‌های بزرگی دارد که با کمک آنها، جریان هوای آزادانه‌تری بین دو محفظه جلو و دو محفظه عقب برقرار می‌شود و در نتیجه، از میزان نیروی مکش کاسته می‌شود. در همین حال، این حفره‌ها باعث کاهش وزن میل‌لنگ نیز می‌‌شوند و در موتور جدید، اینرسی میل‌لنگ به‌ اندازه ۱۵ درصد از میل‌لنگ موتور ۵ لیتری کمتر است. این ویژگی باعث می‌شود که شرایط برای افزایش دور موتور راحت‌تر شود.

۵) تراشکاری ویژه سیلندرها برای کاهش بیشتر اصطکاک
تراش سیلندرها به شیوه deck-plane، شامل استفاده از سطحی می‌شود که شرایط سرسیلندر را برای قرار‌گیری نهایی سیلندرها شبیه‌سازی می‌کند. این کار باعث ایجاد شکل کامل‌تر استوانه‌ای در سیلندرها شده که در نهایت منجره به کاهش تنش رینگ‌های پیستون و همین‌طور اصطکاک داخلی سیلندر می‌شود؛ چیزی که معمولاً‌ حدود ۲۰ درصد اصطکاک داخلی کل یک موتور را ایجاد می‌کند.

۶) استفاده از یک کارتل کمپوزیت
در این طراحی جدید یک دریچه کمپوزیت که منحرف‌کننده روغن، لوله برداشت و محفظه هوادهی را در بر می‌گیرد، ظرفیت روغن را به اندازه ۲ کوارت یا ۱/۸۹ لیتر افزایش داده و در همین حال، ۲۰ درصد نسبت به موتور ۵ لیتری وزن کمتری دارد. ۷) کمترین فشار اگزوز یک موستانگ با داشتن شرایط قانونی حضور در جاده‌ها
اگر دوباره به سراغ مولکول هوای خودمان برگردیم، به جایی می‌رسیم که با سوخت پورت انژکتورها ترکیب شده، نسبت فشردگی ۱۲:۱ پیدا کرده (افزایش نسبت به مقدار ۱۱:۱ در موتور ۵ لیتری) و سپس با یک جرقه نسبتاً پیشرفته برای یک نرخ آهسته سوختن، آتش گرفته است. در نظر داشته باشید که مقاومت در برابر حرکت در این موتور، فوق‌العاده کم است. سپس گاز خروجی از موتور توسط سوپاپ‌های اگزوز که آنها هم همان ابعاد بزرگ را دارند و تا ۱۴ میلی‌متر نیز باز می‌شوند، به بیرون هدایت می‌شود. این گاز به مانیفولد سر سیلندر که به صورت TIG دستی جوش داده شده، جریان می‌یابد. مانیفلود سرسیلندر از یک طراحی «چهار به سه به یک» بهره می‌برد. البته استفاده از طراحی «چهار-دو-یک» ایده‌آل خواهد بود؛ ولی طراحی سیستم فرمان، مهندسان فورد را مجبور به انجام چنین کاری کرده است.

۸) توسعه این موتور تنها ۳ سال به طول انجامیده است.
ابزارهای کامپیوتری مهندسی شرایطی را فراهم کرده‌اند که این موتور در زمان نسبتاً کوتاهی توسعه داده شود و در اولین نمونه‌های فیزیکی خود که در طول یک هفته تولید شده بودند، قدرتی به اندازه ۵۰۰ اسب‌بخار تولید کند. طبیعتاً این موتور از گارانتی ۵ ساله یا ۶۰ هزار مایل فورد بهره‌مند خواهد شد.

۹) انژکتور مستقیم ندارد.
آدام کریستین (Adam Christian) متخصص مکش-احتراق-اگزوز در این رابطه توضیح می‌دهد که در حالی که انژکتور مستقیم یک عنصر کلید برای موتورهای دارای توربوشارژر است، ولی باعث اضافه‌شدن هزینه، وزن، نویز و پیچیدگی می‌شود. در همین حال، امکان اضافه‌کردن نسبت فشردگی برای بهره‌گیری کامل از تکنولوژی خنک‌کننده سیلندر، می‌تواند بر بسیاری از فاکتورهای دیگر تأثیر بگذارد. موتور ۵/۲ لیتری با تنظیمات کنونی فشار حداکثر ۱۴ ایجاد می‌کند و قدرت و گشتاوری به ترتیب برابر ۵۲۶ اسب‌بخار و ۵۸۱ نیوتن‌متر دارد و به نظر نیازی به صرف هزینه و نیروی اضافی ندارد.

۱۰) موتوری که در F-150 استفاده نخواهد شد
از «آدام کریستین» در مورد راه پیدا کردن این موتور به تراک‌های پیکاپ نیز سؤال شد که وی در این باره به قدرت اندک این موتور در بازه ۱۰۰۰ تا ۲۰۰۰ دور بر دقیقه اشاره کرد؛ بازه‌ای از دور موتور که صاحبان پیکاپ‌ها معمولاً‌ بیشتر وقت رانندگی خود را در آن می‌گذرانند.