نگاهی به پیشرانه‌های V4 و دلیل منسوخ شدن آن‌ها در خودروها

این روزها پیشرانه‌های چهار سیلندر V شکل را در خودروها نمی‌بینیم اما این موتورهای منحصربه‌فرد تاریخچه‌ای طولانی و مزایا و معایبی دارند که در اینجا بیان خواهیم کرد.

پیشرانه‌های V4 موتورهایی جذاب و غیرمتعارف در صنعت خودروسازی محسوب می‌شوند. هرچند این پیشرانه‌ها به‌اندازهٔ نمونه‌های چهار سیلندر خطی یا تخت در خودروها مورداستفاده قرار نگرفتند اما موتور V4 جایگاهی منحصربه‌فرد در تاریخ مهندسی خودرو دارد. این نوع پیشرانه با چیدمان چهار سیلندر به‌صورت V شکل، ترکیبی از طراحی جمع‌وجور با پرفورمنس جذاب را ارائه می‌کنند. به بهانهٔ آزمایش پیشرانهٔ V4 توسط پورشه روی ۹۱۱، بد نیست نگاهی به این نوع موتور غیرمتداول داشته باشیم و دریابیم که چرا چندان موردتوجه قرار نگرفته است.

تاریخچهٔ پیشرانه V4

پیشینهٔ موتورهای V4 به دوران ابتدایی توسعهٔ مسابقات اتومبیلرانی بازمی‌گردد. البته یکی از اولین کاربردهای این نوع پیشرانه در سال ۱۸۹۸ و در خودرویی موتور عقب بنام مورس ساخت فرانسه بود. پیشرانهٔ V4 به دلیل ارتعاش کمتر موردتوجه قرار گرفت و در آن زمان در بازار فروش یک مزیت محسوب می‌شد. بااین‌حال، مهندسی خودرو به‌سرعت در حال تکامل بود و در سال ۱۹۰۱ این V4 با یک موتور چهار سیلندر خطی معمولی جایگزین شد. در گرند پری فرانسه در سال ۱۹۰۷ نیز والتر کریستی با خودرویی شرکت کرد که به پیشرانهٔ ۱۹.۹ لیتری V4 مجهز بود. این پیشرانه به‌صورت عرضی نصب شده و به چرخ‌های جلو نیرو می‌داد. این بزرگ‌ترین پیشرانه‌ای محسوب می‌شود که تا به امروز در مسابقات گرند پری استفاده شده است. هرچند این خودرو در همان اوایل از مسابقه کناره‌گیری کرد اما بعداً رکورد سرعت ۱۶۴ کیلومتر بر ساعت را بنام خود ثبت کرد و پتانسیل پیشرانه‌های V4 را در کاربری‌های پرفورمنس بالا نشان داد.

تکامل پیشرانه V4

انتقال پیشرانه‌های V4 از مسابقه به خودروهای تولیدی نقطهٔ عطف مهمی بود. اولین حرکت قابل‌توجه در این عرصه، لانچیا لامبدا بود که در سال ۱۹۲۲ با موتور V4 به بازار آمد. این پیشرانه‌ای با زاویهٔ باریک تنها ۲۰ درجه بین سیلندرها بود و یک سرسیلندر داشت. همچنین این پیشرانه با استفاده از آلومینیوم در بلوک و سرسیلندر، از زمان خود جلوتر بود. لانچیا تا سال ۱۹۷۶ به تولید پیشرانه‌های V4 ادامه داد و بعداً آن‌ها را با نمونه‌های چهار سیلندر تخت جایگزین کرد. در اواسط قرن بیستم، استفاده از پیشرانه‌های V4 در کاربردهای مختلف متداول‌تر شد. این موتورها به دلیل اندازهٔ جمع‌وجور، برای خودروهای کوچک‌تر مناسب بودند و فورد تاونوس و ساب سونت نمونه‌های قابل‌توجهی بودند که از این نوع پیشرانه استفاده می‌کردند. حتی جنرال موتورز هم در زمانی که بحران نفت و مقررات آلایندگی باعث کوچک شدن پیشرانه‌ها شد به توسعهٔ یک موتور V4 جمع‌وجور پرداخت.

مهم‌ترین خودروها با پیشرانه V4

هرچند این روزها موتورهای V4 را در خودروهای مدرن نمی‌بینیم اما طی سال‌ها خودروهای قابل‌توجهی از این نوع پیشرانه استفاده می‌کردند.

فورد تاونوس سال‌های ۱۹۶۲ تا ۱۹۸۱

این پیشرانهٔ V4 که توسط فورد آلمان توسعه پیدا کرد، موتوری کم‌حجم بود که در خودروهای مختلفی از تاونوس و کاپری گرفته تا ترانزیت استفاده شد. زاویهٔ ۶۰ درجه و سیستم ‌خنک‌کنندهٔ آب خنک، این پیشرانه را به گزینه‌ای کاربردی برای محصولات مختلف فورد تبدیل کرده بود.

لانچیا لامبدا سال ۱۹۲۲

این یکی از اولین خودروهای تولیدی بود که از پیشرانهٔ V4 استفاده کرد. همان‌طور که اشاره شد، این پیشرانه بین سیلندرهای خود زاویهٔ باریک ۲۰ درجه داشت.

ساب سونت سال‌های ۱۹۷۰ تا ۱۹۷۴

سونت یک خودروی اسپرت دونفره با پیشرانهٔ V4 بود که به‌صورت طولی نصب شده بود. این موتور پرفورمنس اسپرتی را برای سونت فراهم کرد و یکی از ویژگی‌های اصلی آن بود.

فورد ترانزیت سال‌های ۱۹۶۵ تا ۱۹۷۷

نسل اول ترانزیت از دو خانوادهٔ مختلف موتورهای V4 فورد شامل تاونوس (از ۱.۳ تا ۱.۷ لیتر) و اسکس (از ۱.۷ تا ۲ لیتر) استفاده می‌کرد.

پورشه ۹۱۹ هیبرید سال‌های ۲۰۱۴ تا ۲۰۱۷

این خودروی مسابقه‌ای لمانز از یک پیشرانهٔ ۲ لیتری V4 توربوی ۹۰ درجه با سیستم هیبریدی استفاده می‌کرد. این موتور عملکرد چشمگیری را برای هایپرکار پورشه در مسابقات استقامتی فراهم کرد و پتانسیل موتورهای V4 را در خودروهای پرفورمنس بالا نشان داد.

انقراض پیشرانه‌های V4 در خودروها

نمونه‌هایی که در بالا دیدیم پتانسیل و تطبیق‌پذیری بالای پیشرانه‌های V4 را در خودروهای مختلف از نمونه‌های روزمره گرفته تا خودروهای مسابقه‌ای نشان می‌دهد؛ اما بااین‌وجود، رفته‌رفته استفاده از پیشرانه‌های V4 در خودروها کاهش پیدا کرد. دلیل اصلی این موضوع، فرایند ساخت پیچیده‌تر و محبوبیت طرح ساده‌تر و ارزان‌تر چهار سیلندر خطی بود. البته پیشرانه‌های V4 به‌طور کامل منقرض نشدند و به دلیل مزیت‌های ارزشمندی که دارند هنوز در موتورسیکلت‌ها استفاده می‌شوند.

مزیت‌های پیشرانه‌های V4

هرچند پیشرانه‌های V4 هرگز به‌اندازهٔ نمونه‌های خطی متداول نشدند اما مزیت‌های زیادی دارند که آن‌ها را به گزینه‌ای مناسب برای برخی کاربردهای خاص تبدیل می‌کند.

طول کمتر: این موتورها به دلیل آرایش V شکل سیلندرها، طول کمتری نسبت به نمونه‌های چهار سیلندر خطی دارند و به همین دلیل برای خودروهای کوچک و کاربردهای موتور عرضی دیفرانسیل جلو گزینه‌های مناسبی محسوب می‌شوند.

تعادل و توزیع وزن بهتر: این موتورها به دلیل اندازهٔ جمع‌وجورتر، توزیع وزن متعادل‌تری دارند. همچنین موتورهای V4 در مقایسه با خطی، در دورهای بالاتر تعادل بهتری دارند.

لرزش و ارتعاش کمتر: یکی از مزایای ذاتی موتورهای V4 ارتعاش کمتر است. به دلیل تعادل نیروی سیلندرها در چیدمان V شکل، لرزش این موتورها از نمونه‌های خطی کمتر است و سواری نرم‌تری را فراهم می‌کند.

قدرت بیشتر: این موتورها نسبت به حجم، توان خروجی بالایی دارند. برای مثال، پیشرانهٔ دوکاتی پانیکال با تنها ۱.۱ لیتر حجم، ۲۳۰ اسب بخار قدرت تولید می‌کند.

معایب پیشرانه‌های V4

پیشرانه‌های V4 علیرغم مزیت‌های زیادی که دارند، از معایب مختلفی هم رنج می‌برند که باعث کنار رفتن آن‌ها از صنعت خودروسازی شده است.

پیچیدگی تولید: این موتورها به دلیل ترکیب V شکل، فرایند طراحی و تولید پیچیده‌تری دارند که هزینه‌های تولید بالاتر را به دنبال دارد. پیشرانه‌های V4 به دو سرسیلندر و منیفولد دود نیاز دارند که وزن و هزینهٔ ساخت را افزایش می‌دهد.

تعمیر و نگهداری سخت‌تر: تعمیر و نگهداری موتور V4 می‌تواند سخت‌تر و گران‌تر از موتور چهار سیلندر خطی باشد زیرا چیدمان V شکل دسترسی به برخی قطعات را دشوارتر می‌کند که زمان و هزینهٔ تعمیر را افزایش می‌دهد.

هزینهٔ ساخت بیشتر: همان‌طور که اشاره شد، موتورهای V4 قطعات بیشتری داشته و پیچیده‌تر هستند که همین موضوع باعث می‌شود هزینهٔ ساخت این موتورها نسبت به نمونه‌های خطی بیشتر باشد.

میراث و آینده پیشرانه‌های V4

هرچند موتورهای V4 هیچ‌گاه به‌اندازهٔ نمونه‌های چهار سیلندر خطی و V6 متداول نشدند اما از جایگاه منحصربه‌فردی در تاریخ صنعت خودروسازی برخوردارند و میراث آن‌ها را در خودروهای مختلفی از لانچیا لامبدا و فورد تاونوس گرفته تا پورشه ۹۱۹ هیبریدی می‌بینیم. با توجه به اینکه صنعت خودروسازی با الکتریکی‌سازی بسرعت در حال تحول است، احتمالاً نمی‌توانیم در آیندهٔ صنعت خودروسازی جایگاهی برای این پیشرانه‌ها متصور باشیم ولی بااین‌حال، اهمیت تاریخی و فنی موتورهای V4 همچنان موردتوجه علاقه‌مندان به خودرو و مهندسان خواهد بود.