نگاهی به پیشرانه‌های V4 و دلیل منسوخ شدن آن‌ها در خودروها

این روزها پیشرانه‌های چهار سیلندر V شکل را در خودروها نمی‌بینیم اما این موتورهای منحصربه‌فرد تاریخچه‌ای طولانی و مزایا و معایبی دارند که در اینجا بیان خواهیم کرد.

پیشرانه‌های V4 موتورهایی جذاب و غیرمتعارف در صنعت خودروسازی محسوب می‌شوند. هرچند این پیشرانه‌ها به‌اندازهٔ نمونه‌های چهار سیلندر خطی یا تخت در خودروها مورداستفاده قرار نگرفتند اما موتور V4 جایگاهی منحصربه‌فرد در تاریخ مهندسی خودرو دارد. این نوع پیشرانه با چیدمان چهار سیلندر به‌صورت V شکل، ترکیبی از طراحی جمع‌وجور با پرفورمنس جذاب را ارائه می‌کنند. به بهانهٔ آزمایش پیشرانهٔ V4 توسط پورشه روی 911، بد نیست نگاهی به این نوع موتور غیرمتداول داشته باشیم و دریابیم که چرا چندان موردتوجه قرار نگرفته است.

پیشینهٔ موتورهای V4 به دوران ابتدایی توسعهٔ مسابقات اتومبیلرانی بازمی‌گردد. البته یکی از اولین کاربردهای این نوع پیشرانه در سال 1898 و در خودرویی موتور عقب بنام مورس ساخت فرانسه بود. پیشرانهٔ V4 به دلیل ارتعاش کمتر موردتوجه قرار گرفت و در آن زمان در بازار فروش یک مزیت محسوب می‌شد. بااین‌حال، مهندسی خودرو به‌سرعت در حال تکامل بود و در سال 1901 این V4 با یک موتور چهار سیلندر خطی معمولی جایگزین شد. در گرند پری فرانسه در سال 1907 نیز والتر کریستی با خودرویی شرکت کرد که به پیشرانهٔ 19.9 لیتری V4 مجهز بود. این پیشرانه به‌صورت عرضی نصب شده و به چرخ‌های جلو نیرو می‌داد. این بزرگ‌ترین پیشرانه‌ای محسوب می‌شود که تا به امروز در مسابقات گرند پری استفاده شده است. هرچند این خودرو در همان اوایل از مسابقه کناره‌گیری کرد اما بعداً رکورد سرعت 164 کیلومتر بر ساعت را بنام خود ثبت کرد و پتانسیل پیشرانه‌های V4 را در کاربری‌های پرفورمنس بالا نشان داد.

انتقال پیشرانه‌های V4 از مسابقه به خودروهای تولیدی نقطهٔ عطف مهمی بود. اولین حرکت قابل‌توجه در این عرصه، لانچیا لامبدا بود که در سال 1922 با موتور V4 به بازار آمد. این پیشرانه‌ای با زاویهٔ باریک تنها 20 درجه بین سیلندرها بود و یک سرسیلندر داشت. همچنین این پیشرانه با استفاده از آلومینیوم در بلوک و سرسیلندر، از زمان خود جلوتر بود. لانچیا تا سال 1976 به تولید پیشرانه‌های V4 ادامه داد و بعداً آن‌ها را با نمونه‌های چهار سیلندر تخت جایگزین کرد. در اواسط قرن بیستم، استفاده از پیشرانه‌های V4 در کاربردهای مختلف متداول‌تر شد. این موتورها به دلیل اندازهٔ جمع‌وجور، برای خودروهای کوچک‌تر مناسب بودند و فورد تاونوس و ساب سونت نمونه‌های قابل‌توجهی بودند که از این نوع پیشرانه استفاده می‌کردند. حتی جنرال موتورز هم در زمانی که بحران نفت و مقررات آلایندگی باعث کوچک شدن پیشرانه‌ها شد به توسعهٔ یک موتور V4 جمع‌وجور پرداخت.

هرچند این روزها موتورهای V4 را در خودروهای مدرن نمی‌بینیم اما طی سال‌ها خودروهای قابل‌توجهی از این نوع پیشرانه استفاده می‌کردند.

فورد تاونوس سال‌های 1962 تا 1981

این پیشرانهٔ V4 که توسط فورد آلمان توسعه پیدا کرد، موتوری کم‌حجم بود که در خودروهای مختلفی از تاونوس و کاپری گرفته تا ترانزیت استفاده شد. زاویهٔ 60 درجه و سیستم ‌خنک‌کنندهٔ آب خنک، این پیشرانه را به گزینه‌ای کاربردی برای محصولات مختلف فورد تبدیل کرده بود.

لانچیا لامبدا سال 1922

این یکی از اولین خودروهای تولیدی بود که از پیشرانهٔ V4 استفاده کرد. همان‌طور که اشاره شد، این پیشرانه بین سیلندرهای خود زاویهٔ باریک 20 درجه داشت.

ساب سونت سال‌های 1970 تا 1974

سونت یک خودروی اسپرت دونفره با پیشرانهٔ V4 بود که به‌صورت طولی نصب شده بود. این موتور پرفورمنس اسپرتی را برای سونت فراهم کرد و یکی از ویژگی‌های اصلی آن بود.

فورد ترانزیت سال‌های 1965 تا 1977

نسل اول ترانزیت از دو خانوادهٔ مختلف موتورهای V4 فورد شامل تاونوس (از 1.3 تا 1.7 لیتر) و اسکس (از 1.7 تا 2 لیتر) استفاده می‌کرد.

پورشه 919 هیبرید سال‌های 2014 تا 2017

این خودروی مسابقه‌ای لمانز از یک پیشرانهٔ 2 لیتری V4 توربوی 90 درجه با سیستم هیبریدی استفاده می‌کرد. این موتور عملکرد چشمگیری را برای هایپرکار پورشه در مسابقات استقامتی فراهم کرد و پتانسیل موتورهای V4 را در خودروهای پرفورمنس بالا نشان داد.

نمونه‌هایی که در بالا دیدیم پتانسیل و تطبیق‌پذیری بالای پیشرانه‌های V4 را در خودروهای مختلف از نمونه‌های روزمره گرفته تا خودروهای مسابقه‌ای نشان می‌دهد؛ اما بااین‌وجود، رفته‌رفته استفاده از پیشرانه‌های V4 در خودروها کاهش پیدا کرد. دلیل اصلی این موضوع، فرایند ساخت پیچیده‌تر و محبوبیت طرح ساده‌تر و ارزان‌تر چهار سیلندر خطی بود. البته پیشرانه‌های V4 به‌طور کامل منقرض نشدند و به دلیل مزیت‌های ارزشمندی که دارند هنوز در موتورسیکلت‌ها استفاده می‌شوند.

هرچند پیشرانه‌های V4 هرگز به‌اندازهٔ نمونه‌های خطی متداول نشدند اما مزیت‌های زیادی دارند که آن‌ها را به گزینه‌ای مناسب برای برخی کاربردهای خاص تبدیل می‌کند.

طول کمتر: این موتورها به دلیل آرایش V شکل سیلندرها، طول کمتری نسبت به نمونه‌های چهار سیلندر خطی دارند و به همین دلیل برای خودروهای کوچک و کاربردهای موتور عرضی دیفرانسیل جلو گزینه‌های مناسبی محسوب می‌شوند.

تعادل و توزیع وزن بهتر: این موتورها به دلیل اندازهٔ جمع‌وجورتر، توزیع وزن متعادل‌تری دارند. همچنین موتورهای V4 در مقایسه با خطی، در دورهای بالاتر تعادل بهتری دارند.

لرزش و ارتعاش کمتر: یکی از مزایای ذاتی موتورهای V4 ارتعاش کمتر است. به دلیل تعادل نیروی سیلندرها در چیدمان V شکل، لرزش این موتورها از نمونه‌های خطی کمتر است و سواری نرم‌تری را فراهم می‌کند.

قدرت بیشتر: این موتورها نسبت به حجم، توان خروجی بالایی دارند. برای مثال، پیشرانهٔ دوکاتی پانیکال با تنها 1.1 لیتر حجم، 230 اسب بخار قدرت تولید می‌کند.

پیشرانه‌های V4 علیرغم مزیت‌های زیادی که دارند، از معایب مختلفی هم رنج می‌برند که باعث کنار رفتن آن‌ها از صنعت خودروسازی شده است.

پیچیدگی تولید: این موتورها به دلیل ترکیب V شکل، فرایند طراحی و تولید پیچیده‌تری دارند که هزینه‌های تولید بالاتر را به دنبال دارد. پیشرانه‌های V4 به دو سرسیلندر و منیفولد دود نیاز دارند که وزن و هزینهٔ ساخت را افزایش می‌دهد.

تعمیر و نگهداری سخت‌تر: تعمیر و نگهداری موتور V4 می‌تواند سخت‌تر و گران‌تر از موتور چهار سیلندر خطی باشد زیرا چیدمان V شکل دسترسی به برخی قطعات را دشوارتر می‌کند که زمان و هزینهٔ تعمیر را افزایش می‌دهد.

هزینهٔ ساخت بیشتر: همان‌طور که اشاره شد، موتورهای V4 قطعات بیشتری داشته و پیچیده‌تر هستند که همین موضوع باعث می‌شود هزینهٔ ساخت این موتورها نسبت به نمونه‌های خطی بیشتر باشد.

هرچند موتورهای V4 هیچ‌گاه به‌اندازهٔ نمونه‌های چهار سیلندر خطی و V6 متداول نشدند اما از جایگاه منحصربه‌فردی در تاریخ صنعت خودروسازی برخوردارند و میراث آن‌ها را در خودروهای مختلفی از لانچیا لامبدا و فورد تاونوس گرفته تا پورشه 919 هیبریدی می‌بینیم. با توجه به اینکه صنعت خودروسازی با الکتریکی‌سازی بسرعت در حال تحول است، احتمالاً نمی‌توانیم در آیندهٔ صنعت خودروسازی جایگاهی برای این پیشرانه‌ها متصور باشیم ولی بااین‌حال، اهمیت تاریخی و فنی موتورهای V4 همچنان موردتوجه علاقه‌مندان به خودرو و مهندسان خواهد بود.