طراحی موتورها بر اساس سیلندرهای نیم‌لیتری

حدود یک دهه قبل، یک تیم تحقیقاتی از دانشمندان در دانشگاه ژرمن، حجم ۵۰۰ سانتی‌متر مکعب را به‌عنوان حجم ایده‌آل برای هر سیلندر در موتورهای احتراق داخلی معرفی کردند. یک سیلندر ۵۰۰ سی‌سی با طول کورس بیشتر از قطر داخلی، موجب کمینه‌شدن نسبت سطح داخلی به حجم موتور شده و فرآیند احتراق را بهینه می‌کند. بر این اساس، سه خودروساز داخلی، شامل گروه ب‌ام‌و، مرسدس‌بنز و گروه فولکس‌واگن به‌منظور بهینه‌سازی قدرت و مصرف سوخت با موتورهای توربو، انژکتور مستقیم و محدوده حرکت پیستون بالای خود به باشگاه سیلندرهای ۵۰۰ سی‌سی پیوسته‌اند. همچنین فیات-کرایسلر، جگوار لندروور و ولوو نیز به عضویت این باشگاه درآمده‌اند. در همین حال، دیگر خودروسازان حتماً این مسیر را دنبال خواهند کرد؛‌ چراکه فواصل ۵۰۰ سی‌سی بین حجم موتورهای مختلف به‌خوبی می‌تواند با شرایط مالیاتی کنونی دنیا هماهنگ شود. در حالی که خودروهای هیبرید و الکتریکی به حرکت به سمت مصرف سوخت بهینه‌تر با آلودگی کمتر کمک می‌کنند، نمونه‌های ارتقا یافته از موتوری که اولین بار در ۱۳۹ سال قبل توسط مهندس آلمانی، نیکولاس اتو ساخته شد، با سیلندرهای نیم‌لیتری همچنان برای انجام کارهای سخت آماده هستند.

تا به اینجا، ب‌ام‌و مشتاق‌ترین هوادار سیلندرهای ۵۰۰ سی‌سی بوده و موتورهای سه، چهار و شش سیلندر بنزینی و دیزلی بر اساس سیلندرهای نیم‌لیتری در مرحله تولید قرار دارند و یا اینکه قرار است به‌زودی معرفی شوند. خانواده جدید موتورهای بنزینی ب‌ام‌و با عنوان TwinPower توربو که در مینی کوپر هاردتاپ ۲۰۱۵ ارائه شده‌اند، دارای قطر یکسان ۸۲ میلی‌متر و طول کورس پیستون ۹۴/۶ میلی‌متر و همین‌طور انژکتور سوخت مستقیم، زمان‌بندی متغیر برای سوپاپ‌های مکش و اگزوز و سیستم لیفت متغیر سوپاپ مکش هستند. این رویکرد طراحی به ب‌ام‌و کمک کرده که ۶۰ درصد قطعات در بین سه موتور بنزینی و ۳۰ تا ۴۰ درصد قطعات بین دو موتور دیزلی را به‌صورت یکسان استفاده کند.

البته این تنها حجم ۵۰۰ سی‌سی نیست که در اینجا اهمیت دارد، بلکه ابعاد سیلندر نیز مهم است. یک سیلندر با قطر داخلی کوچک‌تر از طول کورس پیستون (طراحی under-square) با رویکرد کلاسیک برای حصول بیشترین قدرت در دورموتور بالا در تضاد است؛ ولی در عین حال برخی دلایل ناگزیر، موجب استفاده از این طراحی می‌شوند. یک قطر داخلی سیلندر کوچک موجب کاهش فاصله موردنیاز برای شعله احتراق برای مصرف مخلوط سوخت و هوا می‌شود و از فروکش کردن شعله در پیرامون محفظه سیلندر می‌کاهد. با کوچک‌تر شدن تاج پیستون و کمتر شدن حجم محفظه احتراق، گرمای کمتری به سیستم خنک‌کننده انتقال می‌یابد. سیلندر با قطر داخلی کوچک‌تر، نسبت به افزایش ارتفاع، واکنش سریع‌تری انجام می‌دهد و این موضوع برای متراکم کردن نیروی موتور و تمرکز آن بسیار مفید می‌باشد.

در همین حال، یکی از مشکلاتی که علاقه‌مندان رانندگی با آن روبرو می‌شوند، اندکی کاهش در حداکثر دور موتور است. ولی در مقابل، مصرف سوخت بهینه‌تری نصیب ما می‌شود. همچنین انعطاف‌پذیری موتور با توجه به فاصله بیشتر بین پیک گشتاور و قدرت، افزایش می‌یابد. اگر رویکرد جهانی برای راندمان سوخت بالاتر را در نظر بگیریم، این کار در عمل، موجب عمر بیشتر برای موتور «اتو» شده است.

در اینجا، نگاهی به دو نوع رویکرد مختلف برای تولید قدرت داریم؛ موتور ۶/۲ لیتری AMG V8 مرسدس بنز که با شرایط قدیمی خود دست و پا می‌زند، ولی احتمالاً تا ۲۰۲۵ دوام نخواهد آورد. جایگزین آن، یک موتور ۴ لیتری V8 با دو توربوشارژر است که در خط تولید AMG استفاده خواهد شد.

در زیر، ۲۰ نمونه از موتورهای خودروسازان مختلف را مشاهده می‌کنید که بر اساس موتورهای ۵۰۰ سی‌سی ساخته می‌شوند.

• گروه ب‌ام‌و
  • ۱/۵ لیتری با ۳ سیلندر در یک ردیف
  • ۲ لیتری با ۴ سیلندر در یک ردیف
  • ۲ لیتری دیزل با ۴ سیلندر در یک ردیف
  • ۳ لیتری با ۶ سیلندر در یک ردیف
  • ۳ لیتری دیزل با ۶ سیلندر در یک ردیف
• فیات کرایسلر
  • ۳ لیتری دیزل V6
• جگوار لندروور
  • ۲ لیتری دیزل با ۴ سیلندر در یک ردیف
  • ۳ لیتری V6
• مرسدس‌بنز
  • ۲ لیتری با ۴ سیلندر در یک ردیف
  • ۳ لیتری دیزل V6
  • ۴ لیتری V8
• گروه فولکس‌واگن
  • ۲ لیتری با ۴ سیلندر در یک ردیف
  • ۲ لیتری دیزل با ۴ سیلندر در یک ردیف
  • ۳ لیتری V6
  • ۳ لیتری دیزل V6
  • ۴ لیتری V8
  • ۶ لیتری W-12
• ولوو
  • ۲ لیتری با ۴ سیلندر در یک ردیف
  • ۲/۵ لیتری با ۵ سیلندر در یک ردیف
  • ۳ لیتری با ۵ سیلندر در یک ردیف