به نقل از مجله تخت گاز هم‌زمان با روند افزایش قیمت سوخت و قوانین سخت‌گیرانه زیست‌محیطی در جهان، روند طراحی پیشرانه‌های احتراق داخلی در سال‌های اخیر مسیر متفاوتی را طی کرده است. با نگاهی گذرا به رویکرد خودروسازان بزرگ در به‌کارگیری پیشرانه‌های کم‌حجم و پرقدرت در خودروهای جدید، در خواهیم یافت که صنعت خودرو به […]
هم‌زمان با روند افزایش قیمت سوخت و قوانین سخت‌گیرانه زیست‌محیطی در جهان، روند طراحی پیشرانه‌های احتراق داخلی در سال‌های اخیر مسیر متفاوتی را طی کرده است. با نگاهی گذرا به رویکرد خودروسازان بزرگ در به‌کارگیری پیشرانه‌های کم‌حجم و پرقدرت در خودروهای جدید، در خواهیم یافت که صنعت خودرو به سمت كوچك‌سازي پيشرانه، کاهش مصرف سوخت و افزایش بازدهي نسبت به حجم حرکت می‌کند. از این‌رو استفاده از سامانه‌های پرخوران (سوپرشارژ و توربوشارژ ) به امری ناگزیر در طراحی پیشرانه‌ها بدل شده است. در این راه، خودروسازان بزرگی هم‌چون مرسدس‌بنز، ب‌ام‌و، فورد و… پیش‌گام بوده‌اند و بسیاری از ساخته‌های این برندهای معتبر در حال حاضر میهمان خیابان‌های کشور ما نیز هستند. فورد در سال 2013 با تولید یک پیشرانه حدود یک لیتری 3 سیلندر مجهز به توربوشارژر توانست جایزه بهترین موتور سال را به‌دست بیاورد. هم‌چنین پیشرانه 1.5 لیتری توربوشارژ 4 سیلندر ب‌ام‌و که در مدل آي8 مورد استفاده قرار می‌گیرد، در سال 2015 توانست به سلطه پیشرانه فورد به عنوان بهترین موتور سال پایان دهد.
از جمله موضوعاتی که در پیشرانه‌های اتمسفریک یا تنفس طبیعی وجود دارد، افت قدرت و گشتاور پیشرانه در مکان‌های مختلف به نسبت ارتفاع از سطح دریاست؛ به‌طور مثال در شهری مثل تهران که به‌صورت میانگین ارتفاع 1200 متری از سطح دریا وجود دارد، پیشرانه خودرو با افت قدرتی حدود 12 تا 15 درصد روبه‌رو می‌شود. این افت قدرت به دلیل کاهش چگالی هوا اتفاق می‌افتد. در واقع باید گفت هر قدر ارتفاع از سطح دریا بیشتر باشد، فاصله مولکول‌های هوا و به‌طور خاص اکسیژن از یکدیگر بیشتر می‌شود؛ در نتیجه، تعداد کم‌تری از این مولکول‌ها را می‌تواند در یک فضای خاص جای داد. این امر به دلیل ایجاد افت قدرت در پیشرانه باعث می‌شود راننده فشار بیشتری بر پدال گاز اعمال کند و دور موتور را بالا ببرد. ناگفته پیداست که افزایش دور موتور همراه با افزایش مصرف سوخت، استهلاک و آلایندگی بیشتری خواهد بود.
درست همین‌جاست که توربوشارژرها و در کل سیستم‌های پرخوران، نسخه‌ای مناسب برای دوای این درد هستند. این سامانه‌ها با سازوكارهای حرکتی مختلف فقط یک هدف را دنبال می‌کنند و آن افزایش بازدهي حجمی پیشرانه است. به بیانی ساده‌تر، با استفاده از سیستم‌های پرخوران می‌توان در حجمی مشخص، چندین برابر هوا را به نسبت پیشرانه‌های اتمسفریک جای داد. وقتی اکسیژن بیشتری برای سوختن در سیلندر داشته باشیم، ئي‌سي‌يو میزان سوخت مورد نیاز پیشرانه را تخمین می‌زند و نسبت هوا به سوخت را (14.7 هوا به یک سوخت) تنظیم می‌کند تا بیشترین قدرت حاصل شود، ضمن این‌که در کشوری مثل ایران که خودروها در شهر‌های مختلف با ارتفاع و دمای متفاوت تردد می‌کنند، دمای هوای ورودی به سیلندر می‌تواند نقش بسیار مهمی در تولید قدرت کافی داشته باشد. زیرا دما نقش مهمی در افزایش و یا کاهش بازدهي حجمی پیشرانه و در نتیجه افزایش یا کاهش قدرت تولید شده دارد. در شهری مثل اهواز که در روزهای گرم سال دمایش حتی تا بیش از 50 درجه هم افزایش می‌یابد، فاصله مولکول‌های هوا از یکدیگر بیشتر می‌شود. اما در شهرهایی که حتی در روزهای گرم سال نیز دمای مناسبی نسبت به اهواز دارند، فاصله مولکول‌های هوا (اکسیژن) از یکدیگر کم‌تر است.
اگر به‌طور مثال یک پیشرانه 1.6 لیتری را در دمای 50 درجه‌ای اهواز آزمایش کنید و سپس آن‌را در شهری با دمای حدود 30 درجه بالاي صفر مورد آزمایش مجدد قرار دهید، خواهید دید که قدرت و گشتاوری که این موتور در شهر دوم تولید می‌کند چند درصد بیشتر از خروجي همین پیشرانه در اهواز است، پس باید توجه داشت که حتی دمای هوای ورودی به سیلندر نیز اهمیت زیادی در تولید قدرت پیشرانه دارد. در دهه‌های گذشته به منظور جبران این افت قدرت، طراحان اقدام به افزایش حجم پیشرانه‌ها می‌کردند. اما همان‌طور که در بالا نیز اشاره شد این ترفند باعث افزایش آلایندگی و مصرف سوخت می‌شود.
اما نسخه‌ای که متخصصان با توربوشارژر برای این درد پیچیدند، نسخه‌ای کارآمد است که بدون افزایش مصرف سوخت، حتی تا 50 درصد (بسته به نحوه طراحی پیشرانه) بازده حجمی پیشرانه را افزایش می‌دهد و این در شرایطی است که مصرف سوخت ثابت مانده و حتی کاهش می‌یابد؛ با این‌حال، ظرفيت پیشرانه افزایش نیافته است و به راحتی می‌توان آن‌را در پلت‌فرم‌های کوچک نیز به‌کارگرفت.
در این راستا کارشناسان داخلی صنعت خودرو نظراتی شنیدنی دارند. مهندس کیوان وزیری مدیر طراحی و تولید پلت‌فرم گروه صنعتی ایران‌خودرو در خصوص سازوكار حرکتی سیستم‌های توربوشارژ می‌گوید: «سیستم‌های توربوشارژ دارای چند قطعه مختلف هستند که توربو یونیت، یکی از آنهاست. در واقع حرکت سیستم توربو توسط این بخش تامین می‌شود، زیرا پره‌های یکی از توربین‌های توربو یونیت در مسیر گازهای خروجی از پیشرانه در اگزوز قرار دارد و گازهای خروجی موتور که سرعت بسیار بالایی دارند با پره‌های توربین برخورد کرده و این توربین را با سرعت حدودا 160 تا 200 هزار دوربردقیقه به گردش در می‌آورند. این گردش از طریق بخشی دیگر در توربو یونیت به توربین دمنده‌ای در ورودی سیلندر انتقال می‌یابد؛ به این ترتیب، توربین دوم نقش دمنده هوا را با فشار بالا به پیشرانه بازی می‌کند.» وزیری اضافه می‌کند: «اما برای کاهش دمای هوای ورودی به موتور هم از قطعه‌ای استفاده می‌شود که خنك‌كن مياني يا اینترکولر نام دارد و همانند رادیاتور که کارش کاهش دمای آب است، دمای هوا را با استفاده از عبور دادن آن از شبکه‌هایش کاهش می‌دهد؛ به این ترتیب، بازدهي حجمی پیشرانه افزایش خواهد یافت.»
وزیری در مورد قطعات مورد استفاده در سیستم‌های توربوشارژ می‌گوید: «فناوري ساخت این قطعات به دلیل دقت بالا و متالوژی مواد خاص به‌خصوص در بخش توربین‌ها، در اختیار تولیدکنندگان کمی در دنیا قرار دارد، از این‌رو طراحان پیشرانه معمولا با استفاده از قطعات تولیدشده توسط سازندگان معتبر، پیشرانه‌هایشان را مجهز به سیستم پرخوران می‌کنند. خوشبختانه در ایران نیز روند استفاده از پیشرانه‌های توربوشارژ در حال سرعت گرفتن است. به‌طوری که مثلا ایران‌خودرو توانسته پیشرانه ئي‌اف7 ملی با حجم 1.7 لیتر را به توربو مجهز کند و قدرت پیشرانه را از 107 اسب‌بخار در حالت اتمسفریک (تنفس طبیعی) به 150 اسب بخار برساند. هر چند نمودار تولید قدرت این پیشرانه می‌تواند حتی تا 175 اسب بخار نیز بالا برود اما با توجه به کیفیت سوخت موجود در کشور و چند عامل دیگر، پیشرانه طوری تنظیم شده که قدرت از 150 اسب بخار بالاتر نرود.»
همان‌طور که می‌دانید، توربوشارژرها وقتی وارد مدار هوارسانی می‌شوند که دور توربین در آنها، به حدی خاص (بسته به اندازه و طراحی توربو) برسد. در این حالت پره‌های توربین با سرعتی بسیار بالا گردش کرده و توربین دوم را وادار به تزریق هوا با فشار بالا به موتور می‌کنند. حال اگر اندازه توربوی مورداستفاده کوچک باشد، توربین زودتر به دور مورد نیاز رسیده و توربین دمنده را وارد مدار می‌کند. در پیشرانه 7/1ليتري EF7 ساخت ایران‌خودرو، توربوشارژر قبل از رسیدن دور موتور به 2300 دوربردقیقه وارد مدار شده و موجب افزایش بازدهي پیشرانه می‌شود. عملکرد توربوشارژر در این پیشرانه طوری تنظیم شده که تا قبل از رسیدن دور موتور به عدد 5000 هزار دوربردقیقه، بیشترین بازدهي را در اختیار راننده قرار بدهد. از جمله محاسن دیگر این پیشرانه پرخوران، می‌توان به افزایش گشتاور تا مرز 210 نیوتن‌متر اشاره کرد؛ این در حالی است که همین پیشرانه بدون استفاده از توربوشارژر نمی‌تواند بیش از 155 نیوتن‌متر گشتاور تولید کند. نکته مثبت و مهم ديگر این‌که گشتاور در بازه‌ای گسترده از دور موتور بین 2300 تا بیش از 5000 دور در اختیار راننده قرار دارد و به این ترتیب شتاب‌گيري ثانویه خودرو مجهز به این پیشرانه – مثلا در هنگام سبقت گرفتن – بسيار درخور توجه است.
شنیده‌ها از ایران‌خودرو حاکی از آن است که پیشرانه EF7 توربو با همكاري شركت آلمانی شکل گرفته است و از جمله امتیازات مثبت قطعات به‌كاررفته در اين موتور، باید به کیفیت و دقت ساخت بالای آنها اشاره کرد. هم‌چنین قطعاتی مثل سوپاپ تخلیه فشار اضافی و خنك‌كن مياني توسط سازندگان بنام خارجی تامین می‌شوند که در آینده ایران‌خودرو قصد دارد با انتقال تکنولوژی ساخت و طراحی آنها به داخل، این قطعات را با کمک قطعه‌سازان توانمند داخلی بومی‌سازی کند. پیشرانه ئی‌اف7 توربو در حال حاضر روی پلت‌فرم سمند به‌کارگرفته می‌شود و سمند‌های مجهز به این پیشرانه حدود 200 هزار کیلومتر آزمون‌های دوام و کیفیت را با موفقیت پشت سر گذاشته‌اند.
تنظیمات این پیشرانه و سیستم توربوشارژر آن به‌گونه‌ای صورت گرفته که با کیفیت سوخت موجود در کشور مطابق باشد و از این بابت نیز خیال خریداران راحت خواهد بود. به نظر می‌رسد با ورود سورن توربوشارژ به بازار، این خودرو می‌تواند در رده نیمه‌لوکس بازار با خودروهای وارداتی رقابت کند زیرا قدرت پیشرانه آن به صورت چشم‌گیری افزایش خواهد یافت و به دلیل وزن پایین‌اش نسبت به رقیبان، می‌تواند عملکردی مناسب داشته باشد. در هر حال تحلیل‌های کارشناسان صنعت خودرو حاکی از آن است که در 5 سال آینده، بیش از 80 درصد از پیشرانه‌های ساخته‌شده درون‌سوز در جهان، به سیستم توربو یا سوپرشارژ مجهز خواهند شد.
دیدگاه خود را بنویسید