پیشرانه Hot V چیست و چه مزایایی دارد؟

مقدمه

یکی از برجسته‌ترین خودروهای عصر مدرن به نام کونیگزگ جمرا از موتور ۸ سیلندر نوع Hot vee استفاده می‌کند. اما موتور هات‌وی چیست و چه مزیت و اهمیتی دارد که در ابرخودرویی همچون جمرا به‌کاررفته است؟ برای درک پیشرانه Hot V می‌بایست مروری بر اصول توربوشارژ داشت و آن را روی یک موتور V شکل پیاده کرد.

در اساس، یک موتور ۶ سیلندر یا ۸ سیلندر V شکل توئین توربو طرح‌بندی مشابهی با پیشرانه ۸ سیلندر تنفس طبیعی دارد، از این لحاظ که منیفولد ورودی در بالای بلوک و مابین گودی یا همان vee دو بانک سیلندر قرار می‌گیرد. پیشرانه ۶ سیلندر وی‌شکل Nettuno در خودروی مازراتی MC20 بدین شکل پیکربندی شده است. منیفولد خروجی جایی خارج از بانک‌های سیلندر قرار دارد. برای مدت‌ها، این چیدمان بهترین راه‌حل ممکن به نظر می‌رسید. ولی همچون باقی تکنولوژی‌ها، پیشرانه‌ها نیز باگذشت زمان دچار تحول شدند و با ظهور هات توربوها (Hot Turbos) نگاه ما به پیشرانه‌های V8 سوپر شارژ برای همیشه تغییر پیدا کرد.

پیشرانه Hot Vee با فراری و فرمول ۱ شناخته شد

اوایل دهه ۸۰ میلادی، شرکت فراری از نخستین خودرو فرمول ۱ توربوشارژ خود به نام 126C رونمایی کرد. پیشرانه جدیدی به نام Tipo 021/1 جای موتور ۱۲ سیلندر تخت را گرفت که در آن زمان دیگر منسوخ شده بود. فراری 126C در ابتدا قرار بود القای اجباری خود را به‌وسیله سوپر شارژ موج فشار Comprex (روتور موج) دریافت کند، اما این تکنولوژی مشکلات متعددی به همراه داشت هرگز در این فرم مورد استفاده قرار نگرفت.

به سبب همین مشکلات که از جمله آن‌ها می‌توان به ارتفاع موتور سوپر شارژ و ترکیب گازهای ورودی و خروجی اشاره کرد، فراری تصمیم گرفت به‌جای سوپر شارژ از یک جفت توربوشارژ KKK برای تقویت موتور استفاده کند و بدین ترتیب، نخستین پیشرانه توئین توربوشارژ Hot-vee ‌ به وجود آمد. این پیشرانه، قابلیت و شایستگی خود را در بالاترین شکل موتور اسپرت به اثبات رساند و اگرچه به‌عنوان یک نمونه اولیه به اصلاحات متعدد احتیاج داشت، اما زاییده ذهن مهندسان فراری بود و به همین خاطر می‌توان گفت فراری، خالق پیشرانه Hot-V است.

البته نخستین خودروی تولیدی مجهز به پیشرانه Hot-V، ب‌ام‌و X6 xDrive50i در سال ۲۰۰۸ بود که از موتور ۸ سیلندر N63 ‌استفاده می‌کرد. به همین خاطر برخی بر این باورند که شرکت باواریایی، خالق هات وی محسوب می‌شود. به‌هرحال، نسخه تکامل‌یافته این موتور و همتای قدرتمند آن، یعنی S68 هنوز نیز در ماشین‌های پرفورمنس بالا به کار می‌روند که از جمله آن‌ها می‌توان به سدان‌های پرسرعت X5 M و X6 M ب‌ام‌و اشاره کرد.

پیشرانه Hot Vee چیست؟

در پیشرانه‌های V8 توربوشارژ معمولی، توربوها در جایی خارج از موتور نصب می‌شوند. چنین چیدمانی با منطق جور درمی‌آید، چون با اعمال کمترین تغییرات روی موتور جهت نصب توربوشارژرها همراه است. اما در موتورهای Hot V، بانک‌های سیلندر به نحوی چرخانده می‌شوند که دریچه‌های خروجی به‌جای خارج، به داخل گودی (V) متمایل شوند. بدین ترتیب، توربوشارژرها در کنار دریچه‌های تغذیه خود قرار می‌گیرند و به همین خاطر دیگر فضای چندانی مابین بانک‌های سیلندر وجود ندارد. به سبب این چیدمان و دمای قابل‌توجه در ناحیه گودی به وجود می‌آید که به همین دلیل، نام Hot Vee برای پیشرانه انتخاب شده است. اما با تمایل منیفولدهای خروجی به سمت گودی، منیفولدهای ورودی به سمت خارج هدایت می‌شوند. به بیان بهتر، هر منیفولد ورودی به دو بخش تبدیل می‌شود و در دو طرف بانک‌ها قرار می‌گیرد؛ درست جایی که در منیفولدهای خروجی موتورهای معمولی نصب شده‌اند. با این پیکربندی، منیفولدهای ورودی از حرارت و دمای قابل‌توجه ناحیه درون V دور می‌مانند و حجم هوای بیشتری را وارد محفظه احتراق می‌کنند.

به‌طورکلی یک پیشرانه ‌هات‌وی به‌وسیله اینتر کولرهای هوا به آب دوگانه خنک‌سازی می‌شوند، چرا که در مقایسه با اینتر کولرهای هوا به هوا، اثرگذاری بیشتری نسبت به سایز خود دارند. یکی از اهداف اصلی طراحی پیشرانه‌ هات‌وی، صرفه‌جویی در فضا است. ولی این موتور مزایای متعددی به همراه دارد که در ادامه به بررسی آن‌ها می‌پردازیم.

مزایای پیشرانه ‌هات وی چیست؟

همان‌طور که گفته شد، هات‌وی‌ها فضای کمتری اشغال می‌کنند. اما در خودروی هیولاواری همچون فورد اسکورپیون با موتور ۶.۷ لیتری ۸ سیلندر دیزلی، نگرانی خاصی در مورد فضا وجود نداشت. پس چرا شرکت آمریکایی موتور هات‌وی را روی خودرو سوار کرد؟ بدون شک مزایای این نوع پیشرانه به موارد دیگری نیز مربوط می‌شود که در ادامه به آن‌ها اشاره می‌کنیم.

اندازه

یکی از بزرگ‌ترین مزایای موتور Hot Vee پیکربندی فشرده است که جای کمتری را اشغال می‌کند. ماشین‌های امروزی به فناوری‌های متعددی مجهز هستند، هرچند پیاده‌سازی این فناوری‌ها با کاربرد سنسورها و دسته سیم‌های فراوان همراه است و این موضوع باعث شده فضای قابل‌استفاده برای جاسازی موتور روزبه‌روز کوچک‌تر شود. نصب توربوشارژها در داخل گودی، فضای خارجی بلوک موتور را آزاد می‌کند. طول منیفولدهای خروجی نیز کوتاه‌تر می‌شود و حتی می‌توان طول دو منیفولد کوچکی که در قسمت بیرونی موتور قرار می‌گیرند را نیز کاهش داد.

وزن

اجزای کمتر و لوله‌کشی‌های کوتاه‌تر به کاهش وزن و هزینه کمک می‌کند، اما مزیت اصلی توزیع وزن بهتر است. در خودرویی مثل مرسدس AMG GT بلوک موتور در پشت محور جلو نصب می‌شود. یعنی آام‌گ GT یک ماشین موتور وسط روبه‌جلو به‌حساب می‌آید. بدون پیکربندی Hot Vee، منیفولدهای خروجی فضای زیادی را اشغال می‌کنند و توزیع وزن خودرو را برهم می‌زنند. اما به سبب کاربرد پیشرانه هات‌وی، وزن به نحو بهتری توزیع شده و هندلینگ ماشین بدون اعمال هیچ‌گونه تغییر روی سیستم تعلیق، تایرها یا شاسی، بهبود پیدا کرده است.

ناگفته نماند که موتورهای هات‌وی در حالت کلی ارتفاع بیشتری نسبت به موتورهای معمولی دارند که این موضوع اثر منفی روی مرکز ثقل موتور می‌گذارد. بااین‌حال، عرض فشرده پیشرانه با لوله‌های ورودی و خروجی کوتاه‌تر، امکان نصب موتور در هر جایی از خودرو را فراهم می‌آورد. با تعبیه موتور در جای مناسب، تعادل وزنی جانبی و طولی به‌طورکلی بهبود پیدا می‌کند. به‌علاوه، تعویض یا ارتقای توربوها نیز به ساده‌ترین شیوه ممکن انجام می‌شود.

پرفورمنس

توربوشارژرها دمای بسیار بالایی به وجود می‌آورند، مخصوصاً اگر در کنار یکدیگر قرار گیرند. این ویژگی برای توربوها مؤثر ولی برای ورودی‌ها نامطلوب است. هر چه توربوها زودتر گرم شوند، سریع‌تر به عملکرد بهینه می‌رسند، چرا که هوای گرم، مایه حیات یک توربو است. با افزایش دما، فشار هوا کاهش پیدا کرده و تمایل آن جهت رسیدن به حداکثر سرعت افزایش می‌یابد. البته این احتمال وجود دارد که توربوها به سبب زمان‌بندی و تقویت افراطی بیش از حد داغ شده و از کار بیفتند، اما این مسئله به تیونینگ نامناسب مربوط می‌شود.

دمای ناشی از توربوها همچنین به مبدل کاتالیستی می‌رسد که معمولاً در مسیر خروج گازها و در میانه سیستم اگزوز قرار دارد. هرچه این قطعه زودتر گرم شود، سریع‌تر می‌تواند وظیفه خود را انجام دهد.

ازاین‌گذشته، فناوری هات‌وی باعث می‌شود منیفولدهای ورودی در پایین موتور قرار گیرند؛ جایی که گرما به آن‌ها نمی‌رسد. هر ورودی نوید شارژ خنک‌تری را می‌دهد و به‌طورکلی عیب‌یابی موتور آسان‌تر می‌شود.

به‌علاوه، ترتیب احتراق در یک موتور V شکل کنترل توربوها را دشوار می‌سازد، چون سرعت پروانه‌ها در طول عملیات موتور به طور پیوسته تغییر می‌کند. برای حل این مشکل به لوله‌کشی‌های اضافی احتیاج است تا فشار هوای پمپ شده به توربوها را به نحوی پایدار سازد که قابل‌پیش‌بینی‌تر بوده و باعث احتراق بهتر شود. چنین نیازی در چیدمان Hot Vee وجود ندارد، چون به دلیل نزدیکی توربوها به موتور، کنترل دقیق‌تری روی آنها صورت می‌گیرد و درعین‌حال، اثربخشی و کارایی موتور بهبود پیدا می‌کند، چون احتمال ناک زدن و انفجار زودرس به طور قابل‌توجهی کاهش می‌یابد.

از دیگر مزایای مهم هات‌وی می‌توان به پاسخ‌دهی بهتر دریچه گاز اشاره کرد. نزدیک بودن توربوها به محفظه احتراق به این معنی است که با فشردن پدال گاز توسط راننده، توربوها سریع‌تر کار می‌کنند و با افزایش راندمان موتور، ماشین زودتر به‌سرعت مورد انتظار می‌رسد.