چطور هوندا با تغییر شکل پیستون قوانین مسابقات را دور زد

اواخر دهه ۱۹۷۰، مسابقات ۵۰۰ سی‌سی گرندپری جایی برای نمایش قدرت به شمار می‌رفت. یاماها و سوزوکی با موتورهای دوزمانه، سبک و بسیار قدرتمند خود بر پیست‌ها حکومت می‌کردند و هوندا پس از سال‌ها غیبت تصمیم گرفته بود به بالاترین سطح مسابقات جاده‌ای بازگردد اما با یک انتخاب عجیب: یک موتور چهارزمانه.

مشکل از همین‌جا آغاز می‌شد. رقبای دوزمانه در آن روزگار حدود ۱۲۰ اسب‌بخار، قدرت تولید می‌کردند. طبق محاسبات مهندسان هوندا، مدل مسابقه‌ای NR500 برای رقابت واقعی باید حدود ۱۳۰ اسب‌بخار قدرت می‌داشت؛ اما قوانین کلاس ۵۰۰ سی‌سی تعداد سیلندرها را به چهار عدد محدود می‌کرد. پس مهندسان هوندا با چالشی تقریبا غیرممکن روبه‌رو شدند: چگونه می‌توان قدرت و دورگیری یک موتور قدرتمندتر را در قالب یک موتور چهارسیلندر به دست آورد؟

پاسخ، یکی از عجیب‌ترین موتورهای تاریخ موتورسیکلت را متولد کرد؛ موتوری که پیستون‌هایش به جای دایره، بیضی بودند!

هوندا در سال ۱۹۷۷ تصمیم گرفت با یک موتور چهارزمانه به مسابقات گرندپری بازگردد. انتخابی که در نگاه اول بیشتر شبیه یک خودزنی مهندسی محسوب می‌شد تا استراتژی پیروزی چون موتورهای دوزمانه در کلاس ۵۰۰ سی‌سی مزیت قابل‌توجهی داشتند. هوندا برای رسیدن به قدرتی برابر ۱۳۰ اسب‌بخار، به موتوری نیاز داشت که بتواند نزدیک به ۲۰ هزار دور بر دقیقه بچرخد. یک موتور چهارزمانه معمولی با چهار سیلندر در چنین دوری با محدودیتی بزرگ مواجه می‌شد: اندازه سوپاپ‌ها.

در موتور چهارزمانه، سوپاپ‌ها باید در زمان بسیار کوتاهی عمل کنند. اگر قطر سوپاپ‌ها بیش از حد بزرگ باشد، سیستم فنربندی و مکانیزم سوپاپ در دورهای فوق‌العاده بالا دیگر نمی‌تواند به‌درستی با حرکت آن‌ها همراه شود. محاسبات هوندا نشان می‌داد که با دو سوپاپ ورودی در هر سیلندر، قطر هر سوپاپ باید حدود ۲۸ میلی‌متر باشد؛ ابعادی که فناوری آن زمان برای کار در ۲۰ هزار دور بر دقیقه عملا تحملش را نداشت.

راه‌حل، افزایش تعداد سوپاپ‌ها بود. اما یک مشکل تازه وجود داشت: چطور هشت سوپاپ را روی یک سیلندر معمولی جا بدهند؟

مهندسان هوندا به جای چهار سیلندر معمولی، به چیزی شبیه یک V8 فشرده‌شده در قالب V4 فکر می‌کردند. اگر هر سیلندر را به شکلی طراحی می‌کردند که عملا فضای دو سیلندر معمولی را در اختیار داشته باشد، می‌توانستند برای هر محفظه احتراق چهار سوپاپ ورودی و چهار سوپاپ خروجی قرار دهند. نتیجه، چهار سیلندر با مجموع ۳۲ سوپاپ بود؛ دقیقا همان چیزی که برای افزایش جریان هوا و رسیدن به دور موتور بسیار بالا نیاز داشتند.

اما برای انجام این کار، یک پیستون دایره‌ای دیگر جواب نمی‌داد. بنابراین مهندسان چیزی را تغییر دادند که تقریبا از ابتدای تاریخ موتورهای احتراق داخلی دست‌نخورده مانده بود: شکل پیستون.

هوندا دو سیلندر را در یک ساختار به هم پیوند داد و با تبدیل مقطع دایره‌ای به بیضی، فضای لازم را برای آرایش هشت سوپاپ در هر محفظه ایجاد کرد. خود هوندا بعدها NR را از نظر مفهومی «نسخه چهارسیلندر یک موتور V8» توصیف کرد.

به این ترتیب بود که هوندا قوانین را دور زد! قوانین به هوندا اجازه نمی‌دادند یک V8 واقعی را وارد کلاس ۵۰۰ سی‌سی کنند؛ بنابراین مهندسانش تلاش کردند مزایای یک موتور هشت‌سیلندر را بدون ساختن هشت سیلندر واقعی به دست بیاورند. از نظر مقررات، چهار محفظه احتراق وجود داشت؛ اما هر محفظه از نظر سطح پیستون، تعداد سوپاپ‌ها و تنفس، رفتاری نزدیک به ترکیب دو سیلندر معمولی داشت.

راز اصلی تنها در عجیب بودن شکل پیستون نبود؛ هر چند که یکی از راه‌های افزایش توان موتور، افزایش دور موتور است اما هرچه دور بیشتر شود، زمان دردسترس برای ورود مخلوط هوا و سوخت و خروج گازهای احتراق کمتر خواهد شد. بنابراین موتور باید بتواند در زمان بسیار کوتاه، حجم بیشتری از گاز را جابه‌جا کند. هشت سوپاپ برای هر سیلندر، نسبت به آرایش متعارف، سطح عبور بسیار بیشتری را برای این هدف فراهم می‌کرد. از سوی دیگر، کوچک‌تر بودن هر سوپاپ باعث می‌شد جرم آن کمتر باشد و سیستم سوپاپ در دورهای بالا شانس بیشتری برای دنبال کردن پروفیل میل‌بادامک داشته باشد.

پیستون بیضی نیز دقیقا برای ایجاد فضای لازم جهت این آرایش طراحی شده بود. در موتور آزمایشی و نخستین NR500، قطر بیضی در دو محور حدود ۹۳.۴ و ۴۱ میلی‌متر بود و هر محفظه احتراق حدود ۱۲۵ سی‌سی حجم داشت.

این نبوغ در طراحی در تئوری خوب و عالی به نظر می‌رسید اما به کابوسی برای تولید تبدیل شد.

پیستون دایره‌ای یک مزیت اساسی دارد: تقریبا در تمام جهات، شکل یکسانی دارد؛ اما پیستون بیضی اینچنین نیست. فشار، انبساط حرارتی و حرکت آن باید در دو محور متفاوت کنترل می‌شد و آب‌بندی رینگ‌ها به مسئله‌ای بسیار پیچیده تبدیل می‌شد. هوندا برای هر پیستون دو شاتون در نظر گرفت. موتور چهارسیلندر NR500 در مجموع هشت شاتون داشت و هر سیلندر نیز چهار سوپاپ ورودی و چهار سوپاپ خروجی دریافت می‌کرد. حتی تعداد مسیرهای ورودی هوا و شمع‌ها نیز به گونه‌ای بود که موتور از بیرون تقریبا شبیه به پیشرانه‌ای میان یک V4 و V8 به نظر می‌رسید.

توسعه این پیشرانه از همان ابتدا پر از دشواری، شکست و چالش همراه بود. هوندا ابتدا یک نمونه تک‌سیلندر آزمایشی ساخت و سپس سراغ موتور چهارسیلندر رفت. مشکل اصلی فقط تولید قدرت نبود؛ دوام، دقت ماشین‌کاری و آب‌بندی پیستون بیضی دائما مهندسان را گرفتار می‌کردند. آزمایش‌های اولیه حتی نشان دادند که بالاتر رفتن از حدود ۱۰ هزار دور، مشکلات تاب‌اوری را آشکار می‌کند.

و این تازه آغاز ماجرا بود... .

NR500 نخستین‌بار در سال ۱۹۷۹ وارد گرندپری شد. موتور از نظر تئوری همان چیزی بود که هوندا می‌خواست: یک چهارزمانه ۵۰۰ سی‌سی با مزایای موتور هشت سیلندر. اما تست‌های واقعی روی دیگر ماجرا را نشان دادند؛ وزن بیشتر موتور چهارزمانه، پیچیدگی فوق‌العاده سیستم سوپاپ و مشکلات شاسی و قابلیت اطمینان باعث شد NR500 در برابر رقبای دوزمانه عملکرد ناامیدکننده‌ای داشته باشد. نخستین حضورش در گرندپری بریتانیا در ۱۹۷۹ نیز با بازنشستگی هر دو دستگاه هوندا همراه شد؛ اما هوندا پروژه را رها نکرد.

نسخه‌های بعدی به‌تدریج قدرت بیشتری تولید کردند. در سال ۱۹۸۲، نمونه 2X به حدود ۱۳۵ اسب‌بخار در ۱۹۵۰۰ دور بر دقیقه رسید؛ عددی که نشان می‌داد ایده روی میز طراحی از نظر تولید قدرت واقعا جواب داده است؛ هرچند که قدرت بیشتر الزاما به معنی پیروزی در گرندپری نیست.

NR500 یک شاهکار مهندسی بود، اما برای مسابقه‌ای بی‌رحم ساخته شده بود. موتور پیچیده و سنگین بود و کل موتورسیکلت در مقایسه با رقبای دوزمانه با مشکل وزن مواجه می‌شد. هوندا حتی برای کاهش وزن به سراغ موادی مانند تیتانیوم و منیزیم رفت. با وجود تمام این تلاش‌ها، NR500 در مسابقات قهرمانی جهان نتوانست به موفقیتی متناسب با فناوری خارق‌العاده‌اش برسد.

در نهایت، هوندا مسیر دیگری را انتخاب کرد و در سال ۱۹۸۲ با NS500 دوزمانه سه‌سیلندر وارد میدان شد؛ تصمیمی که نشان می‌داد گاهی در مسابقات، مهندسی هوشمندانه الزاما به معنای بهترین راه‌حل نیست.

اگر بخواهیم داستان NR500 را در یک جمله خلاصه کنیم: هوندا قانون را نشکست؛ بلکه تلاش کرد معنای مهندسی موتورهای چهار سیلندر را از نو تعریف کند. چهار پیستون بیضی، ۳۲ سوپاپ، هشت شاتون و دور موتور نزدیک به ۲۰ هزار دور، همه برای رسیدن به یک هدف ساخته شده بودند: پیروزی که به شکلی دیگر میسر شد.

به همین دلیل است که هنوز هم وقتی نام هوندا NR500 مطرح می‌شود، صحبت فقط از یک موتورسیکلت شکست‌خورده در گرندپری نیست. NR500 یادگار دورانی است که مهندسان هوندا حاضر شدند یکی از بنیادی‌ترین فرضیات موتور احتراق داخلی ــ اینکه پیستون باید دایره‌ای باشد ــ را کنار بگذارند.