چرا موتور چهار سیلندر ۲ لیتری به انتخاب محبوب خودروسازان تبدیل شده است؟

پس از بحران‌های نفتی دهه ۱۹۷۰، اولویت‌های صنعت خودرو به سمت افزایش بهره‌وری و کاهش مصرف سوخت تغییر کرد و دیگر خبری از روزهای خودروهای پرمصرف با مصرف قابل‌توجه نبود. حجم موتورها کاهش پیدا کرد و تقریباً در همین محدوده باقی ماند؛ موضوعی که با توجه به بزرگ‌تر شدن خودروها طی سه دهه گذشته و پدیده‌ای که به بزرگ‌تر شدن خودروها معروف شده، کمی عجیب به نظر می‌رسد.

با این حال، موتورهای امروزی ظاهراً به یک نقطه تعادل رسیده‌اند: حجم ۲ لیتر با چهار سیلندر. اگر مدل‌های موجود در بازار آمریکا را بررسی کنید، بیش از ۵۰ مدل از محصولات برندهایی مانند هیوندای تا لندروور در حال حاضر از موتور چهار سیلندر توربوشارژ ۲ لیتری استفاده می‌کنند. دلیل این موضوع کاملاً مشخص است.

دو لیتر معادل تقریباً ۲ هزار سانتی‌متر مکعب است. اگر این حجم را بین چهار سیلندر تقسیم کنیم، حجم هر سیلندر حدود ۵۰۰ سی‌سی خواهد بود. این عدد تقریباً در نقطه‌ای قرار می‌گیرد که موتور می‌تواند از هر قطره سوخت، کار مفیدی زیادی دریافت کند، بدون اینکه قدرت آن بیش از حد کاهش پیدا کند. شکل سیلندرها نیز اهمیت زیادی دارد، زیرا قطر سیلندر و کورس پیستون را تعیین می‌کند و این دو عامل تأثیر مستقیمی بر ویژگی‌های عملکردی موتور دارند.

قطر سیلندر به عرض داخلی سیلندر گفته می‌شود و کورس فاصله‌ای است که پیستون در داخل سیلندر به سمت بالا و پایین حرکت می‌کند. بیشتر سیلندرهای ۵۰۰ سی‌سی نسبتاً باریک و بلند هستند و نه عریض و کم‌عمق؛ این ساختار می‌تواند به افزایش بازده موتور کمک کند. اما چرا دقیقاً چهار سیلندر؟ یکی از دلایل این است که معمولاً حجم ۲ لیتر را تقریباً کوچک‌ترین حجم مناسب برای تأمین نیروی مورد نیاز یک سدان خانوادگی بنزینی می‌دانند؛ بدون اینکه موتور مجبور باشد برای جابه‌جایی خودرو بیش از حد تحت فشار قرار بگیرد.

اگر یکی از سیلندرها را حذف کنیم، به موتوری ۱.۵ لیتری می‌رسیم که برای بسیاری از خودروهای امروزی قدرت کافی ندارد؛ مگر اینکه به توربوشارژر مجهز شود که در ادامه به آن می‌پردازیم. اضافه کردن یک سیلندر نیز ما را به موتور پنج سیلندر ۲.۵ لیتری می‌رساند؛ آرایشی که به دلایل مختلف چندان رایج نیست، هرچند موتورهای چهار سیلندر ۲.۵ لیتری در بازار حضور دارند. صرف‌نظر از ابعاد فیزیکی، عوامل دیگری نیز در این موضوع نقش دارند که یکی از مهم‌ترین آنها مقررات آلایندگی و مصرف سوخت است.

برای مثال، قوانین آمریکا در آوریل ۲۰۱۰ نهایی شدند و خودروسازان را ملزم کردند تا سال ۲۰۱۶ به میانگین مصرف سوخت 6.6 لیتر در صد کیلومتر در کل سبد محصولات خود برسند. این هدف در اوت ۲۰۱۲ برای سال ۲۰۲۵ به 4.3 لیتر در صد کیلومتر کاهش پیدا کرد.

حرکت از موتورهای V8 به V6 و سپس چهار سیلندر، به خودروسازان کمک کرد تا به این اهداف در کل سبد محصولات خود نزدیک شوند. یکی از دلایل مهم نیز تعداد سیلندرهاست. موتوری مانند V6 سیلندرهای بیشتری دارد و در نتیجه قطعات متحرک و سطوح بیشتری در آن درگیر هستند. اصطکاک بیشتر میان این قطعات باعث افزایش اتلاف انرژی و در نهایت مصرف سوخت بیشتر می‌شود. کاهش تعداد سیلندرها می‌تواند این اصطکاک را کاهش دهد. البته موتورهای V6 همچنان محبوب هستند، اما نسبت به حدود یک دهه قبل سهم کمتری در بازار دارند.

عامل مهم دیگر، صرفه اقتصادی در طراحی و تولید قطعات است. برای مثال، مرسدس بنز موتورهای چهار سیلندر، شش سیلندر خطی و V8 خود را بر پایه سیلندرهایی با حجم حدود ۵۰۰ سی‌سی طراحی کرده است. زمانی که یک خودروساز بتواند طراحی یک سیلندر ۵۰۰ سی‌سی را به‌خوبی توسعه دهد، می‌تواند از همان پایه در آرایش‌های مختلف موتوری استفاده کند.

موضوع مهم دیگر به ابعاد و نحوه قرارگیری موتور در خودرو مربوط می‌شود. یک موتور چهار سیلندر خطی فضای کمتری در محفظه موتور اشغال می‌کند و در مقایسه با موتوری مانند V6، به فضای کمتری نیاز دارد؛ چراکه V6 دارای دو ردیف سیلندر است.

فضای کمتر اشغال‌شده توسط موتور می‌تواند برای افزایش فضای کابین و صندوق‌عقب مورد استفاده قرار گیرد؛ موضوعی که در بازار آمریکا اهمیت زیادی دارد. ابعاد جمع‌وجور موتور چهار سیلندر همچنین باعث می‌شود یک پیشرانه بتواند در خودروهای دیفرانسیل جلو به‌صورت عرضی و در خودروهای دیفرانسیل عقب به‌صورت طولی نصب شود. در نتیجه، یک موتور می‌تواند در طیف گسترده‌ای از محصولات یک خودروساز مورد استفاده قرار گیرد.

از طرف دیگر، استفاده گسترده از توربوشارژر باعث شده موتورهای چهار سیلندر ۲ لیتری بتوانند از نظر قدرت و گشتاور با موتورهای حجیم‌تر رقابت کنند. اگر موتورهای چهار سیلندر جدید قرار بود نسبت به V6 هایی که جایگزین آنها شدند، صرفاً کندتر و کم‌توان‌تر باشند، استقبال چندانی از آنها نمی‌شد.

هیوندای نمونه خوبی در این زمینه است. این شرکت در سال ۲۰۱۱ موتور V6 سوناتا را کنار گذاشت و یک موتور ۲ لیتری توربوشارژ را جایگزین آن کرد. موتور V6 قدیمی حداکثر گشتاور خود را در دور موتور ۴۵۰۰ دور بر دقیقه ارائه می‌کرد، درحالی‌که موتور ۲ لیتری توربوشارژ می‌توانست حداکثر گشتاور خود را تنها از ۱۷۵۰ دور بر دقیقه در اختیار راننده قرار دهد.

توربوشارژر همچنین باعث شده موتورهای ۱.۵ لیتری بتوانند در خودروهای نسبتاً بزرگ‌تر، مانند فورد اسکیپ، عملکرد قابل قبولی داشته باشند. علاوه بر این، موتورهای چهار سیلندر ۲ لیتری و ۱.۵ لیتری امروزی در بسیاری از خودروها با موتورهای برقی ترکیب می‌شوند. این موتورهای برقی علاوه بر افزایش قدرت، می‌توانند به کاهش مصرف سوخت نیز کمک کنند.