بلوک سیلندر باز یا بسته؛ بررسی عملکرد، تفاوت و دوام موتور خودرو
برخی پیکربندیهای موتور حتی برای کسانی که علاقه چندانی به مکانیک ندارند، آشنا هستند. برای نمونه، اکثر افراد میدانند چه چیزی موتورهای V شکل را تعریف میکند و حتی تفاوت میان موتورهای خطی و تخت را میشناسند.
اما یکی از ویژگیهای طراحی موتور که شاید کمتر شناختهشده باشد، هرچند باز هم به بلوک موتور مربوط میشود، نه به نحوه چیدمان سیلندرها، بلکه به نحوه نگهداری و خنکسازی آنها مرتبط است. وقتی به این بُعد از طراحی موتور نگاه میکنیم، در واقع سه نوع اصلی بلوک موتور وجود دارد. در دو سر این طیف، بلوکهای بسته و باز قرار دارند و برخی موتورهای مدرن نیز رویکردی میانه با طراحی نیمه بسته اتخاذ کردهاند.
بهتر است ابتدا با تعریف سطح بلوک موتور کار را شروع کنیم. بهطور خلاصه، سطح بلوک موتور همان بخشی از بلوک است که واشر سر سیلندر روی آن قرار میگیرد و سر سیلندر به آن متصل میشود. به این ترتیب یک موتور خطی با یک ردیف سیلندر، تنها یک سطح خواهد داشت، درحالیکه یک موتور V شکل با دو ردیف سیلندر، دو سطح خواهد داشت.
حالا که این موضوع را فهمیدیم، میتوانیم به بررسی تفاوت میان بلوکهای باز و بسته بپردازیم. در موتور با بلوک باز، فضای خالی در اطراف بالای سیلندرها وجود دارد که اجازه میدهد مایع خنککننده با آزادی بیشتری در گردش باشد. در طراحی بلوک بسته، همانطور که احتمالاً تا الان متوجه شدهاید، سطح بلوک دارای مواد اضافی است که خنکسازی کمتری ارائه میدهد، اما پایداری بیشتری به سیلندرها میبخشد. حالا بیایید سر سیلندر را باز کنیم و نگاهی دقیقتر به این نوع بلوکهای موتور و دلیل اهمیت آنها داشته باشیم.
از منظر سازندگان موتور، طراحی بلوک باز مزایای مشخصی دارد؛ هزینه ساخت آن در مقایسه با موتورهای بلوک بسته کمتر است و با در معرض قرار دادن سطح بیشتری از سیلندر در برابر مایع خنککننده، موتور را خنکتر نگه میدارد.
با این حال اگرچه تمام این فضای باز اطراف سیلندرها از نظر خنکسازی و سادگی ساخت بسیار مفید است، اما وقتی به سایر جنبههای بلوکهای بسته نگاه میکنیم، ترکهایی شروع به نمایان شدن میکنند. اگرچه منصفانه نیست که موتورهای بلوک باز را صرفاً غیرقابلاعتماد بدانیم و موضوع را همینجا تمام کنیم، اما این طراحی نیز با اما و اگرهایی همراه است که در شرایط پرفورمنس بالا بیشتر نمایان میشوند.
بهطور خلاصه، نبود ماده کافی در بالای سطح بلوک موتور به این معناست که موتور دقیقاً در همان نقطهای که با برخی از شدیدترین نیروهایی که موتورها باید با آنها کنار بیایند مواجه میشود -یعنی نقطه احتراق در بالای سیلندر- از استحکام ساختاری کمتری برخوردار است.
اگر سر سیلندر را از یک طراحی بلوک باز خارج و به سطح آن نگاه کنید، این ضعف ساختاری بهوضوح قابل مشاهده است. از این زاویه، سیلندرها به نظر میرسد از باقی بلوک موتور جدا هستند و فاصله میان آنها برای عبور مایع خنککننده استفاده میشود، چراکه برخی طراحیهای بلوک باز در دو انتهای ردیف سیلندرها تکیهگاه محدودی دارند. اگرچه این موضوع فضای بیشتری برای حرکت آزادانه مایع خنککننده فراهم میکند، اما عیب چنین طرحی این است که همین فضا، حرکت سیلندر را نیز ممکن میسازد. با گذر زمان، حتی حرکتهای محدود سیلندرها میتواند واشر سر سیلندر را تضعیف کند و تمام مشکلاتی که معمولاً با خرابی این قطعه همراه است را به وجود آورد.
بلوکهای موتور باز برای بهینهسازی خنک کاری و کارایی موتور تولید طراحی شدهاند؛ اما اگر این پیکربندی را در یک موتور توربوشارژ پرقدرت و دور بالا به کار ببرید، نتیجه میتواند بسیار ناخوشایند باشد. به همین دلیل، چنین موتورهایی معمولاً از پیکربندی بلوک بسته استفاده میکنند.
در یک موتور بلوک بسته، فضاهای باز اطراف سیلندرها که در بلوک باز وجود دارد، با ماده اضافی پر میشود. بدیهی است که حذف این فضا و انعطافی که به سیلندرها میبخشد، استحکام بلوک موتور را بهطور قابلتوجهی افزایش میدهد. به همین دلیل برخی افراد بلوک موتور را با مواد خاصی پر میکنند؛ این کار انعطافی را که حضور محفظههای خنککننده ایجاد میکند، از بین میبرد. این موضوع بهویژه برای موتورهای با پرفورمنس بالا اهمیت دارد، اما اگر بگوییم این روش برای خودروی خانوادگی روزمره بیش از حد لازم است، اغراق نکردهایم.
با این حال اگرچه همه متخصصان تا الان به این نکته رسیدهاند که پر کردن حفرههای خنککننده موتور با ماده میتواند استحکام را افزایش دهد، اما این کار به قیمت کاهش کارایی خنکسازی تمام میشود. به همین دلیل بسیاری از موتورهای توربوشارژ مدرن یا موتورهای با پرفورمنس بالاتر، از طراحی میانهای بهنام بلوک نیمه بسته استفاده میکنند.
بلوکهای نیمه بسته طراحی میانهای هستند که با افزودن نقاط تکیهگاه بیشتر، استحکام بیشتری به سیلندرها میبخشند. این تکیهگاهها معمولاً در بالای سیلندر قرار دارند. برای نمونه، اگرچه موتور جدید سوبارو مزایا و معایب خود را دارد اما این شرکت نسخهای از آن را با بلوک نیمه بسته و چهار نقطه تکیهگاه اضافی عرضه کرد که این کار احتمال تغییر شکل سیلندر را کاهش میدهد. در نهایت باید گفت بلوکهای موتور باز و بسته بازتاب تصمیمات طراحی هستند که بر اساس نیازهایی که از موتور انتظار میرود، اتخاذ میشوند.