جنون مهندسی در دنیای پیشرانه‌ها؛ عجیب‌ترین و جالب‌ترین موتورهای تاریخ خودرو

امروزه حرکت پیستون، انفجار سوخت و تولید نیرو به فرایندی کاملاً استاندارد و یکنواخت در صنعت خودرو تبدیل شده است و خودروسازان برای ساخت پیشرانه از فرمول‌های امتحان پس‌داده‌ای مثل آرایش خطی یا V شکل، سیستم خنک‌کاری آب خنک، بین سه تا هشت سیلندر، حجم حدود ۵۰۰ سی‌سی برای هر سیلندر و... استفاده می‌کنند. بااین‌حال، در طول تاریخ همواره خودروسازانی بوده‌اند که مسیر متفاوتی را برگزیده‌اند و دست به خلق پیشرانه‌هایی عجیب و ساختارشکن زده‌اند.

تولید خودرو همواره با محدودیت‌ها و قوانین سخت‌گیرانه‌ای همراه بوده است؛ قوانینی که حتی برندهای خاصی مانند فراری نیز مجبور به اطاعت از آن‌ها بوده‌اند. پس از بحران نفتی سال ۱۹۷۳، دولت ایتالیا مالیات ۳۸ درصدی سنگینی را برای خودروهایی با حجم موتور بالای ۲ لیتر وضع کرد. فراری برای حفظ مشتریان ایتالیایی که مایل به پرداخت این مالیات سنگین نبودند، دست‌به‌کار شد و حجم پیشرانه ۲.۹ لیتری V8 مدل 308 GT4 را به ۲ لیتر کاهش داد تا مدل دینو 208 GT4 متولد شود. این پیشرانه V8 با زاویه ۹۰ درجه، به دلیل حجم کوچک خود تنها ۱۷۰ اسب بخار قدرت تولید می‌کرد اما بسیار دوربالا و روان بود. این خودرو به حداکثر سرعت ۲۲۰ کیلومتر بر ساعت می‌رسید و تولید تنها ۸۴۰ دستگاه از آن، 208 GT4 را به یکی از خاص‌ترین فراری‌های تاریخ در دوره‌ای دشوار تبدیل کرد.

تاترا T603 با پیشرانه ۲.۵ لیتری V8 هواخنک در عقب و سقف شیب‌دار، خودرویی کاملاً برعکس جریان استاندارد طراحی بود. عادت کرده‌ایم موتورهای هواخنک را به‌صورت شش سیلندر در پورشه‌های ۹۱۱ قدیمی ببینیم و به همین دلیل حضور یک V8 هواخنک در عقب این خودرو بسیار عجیب بود. مدل T603 که در سال ۱۹۵۶ معرفی شد، به میل‌سوپاپ بالا مجهز بود و قدرتی حدود ۱۰۰ اسب بخار تولید می‌کرد که حداکثر سرعت ۱۷۷ کیلومتر بر ساعت را برای آن به ارمغان می‌آورد. بر اساس استانداردهای چکسلواکی آن دوران، این خودرو عملکرد بسیار خوبی داشت و به دلیل سادگی ساختار پیشرانه، استهلاک آن پایین بود. بدنه آیرودینامیک آن نیز از مشخصه‌های بارز تاترا محسوب می‌شد. بااین‌حال، به‌جز مقامات عالی‌رتبه اتحاد جماهیر شوروی، افراد کمی شانس تجربه این پیشرانه استثنایی را پیدا کردند.

در اواخر دهه ۱۹۵۰ و با اوج‌گیری عصر جت، خودروسازان آمریکایی المان‌های هوایی را در طراحی بدنه به کار گرفتند؛ اما کرایسلر فراتر رفت و در سال ۱۹۶۳ خودرویی با پیشرانه توربینی (جت) معرفی کرد. یک موتور درون‌سوز معمولی حدود ۳۰۰ قطعه متحرک داشت درحالی‌که توربین تنها از ۶۰ قطعه تشکیل شده بود و می‌توانست با هر سوختی از روغن بادام‌زمینی گرفته تا الکل کار کند. این پیشرانه حدود ۱۳۰ اسب بخار قدرت و ۵۷۶ نیوتن‌متر گشتاور را مستقیماً از دور درجا ۲۲ هزار rpm تولید می‌کرد. کرایسلر ۴۵ دستگاه از این خودرو را برای تست عمومی در اختیار مردم قرار داد. پس از پیمایش مجموع ۱.۷ میلیون کیلومتر، این پیشرانه نشان داد بسیار باکیفیت و با دوام است، هرچند مصرف سوخت بالایی داشت. درنهایت، تصویب قوانین سخت‌گیرانه هوای پاک باعث بایگانی شدن این پروژه شد زیرا موتور جت توانایی برآورده کردن استانداردهای جدید آلایندگی را نداشت.

وقتی فلیکس وانکل مهندس آلمانی پیشرانه دوار خود را معرفی کرد، ابتدا شرکت NSU پتانسیل آن را درک کرد؛ اما در سوی دیگر جهان، مزدا نیز به این فناوری علاقه‌مند شد و آن را در کوپه کاسمو ۱۹۶۴ به کار گرفت؛ پیشرانه‌ای با حجم تنها ۰.۹ لیتر که ۱۱۰ اسب بخار قدرت تولید می‌کرد. این اسپرت کوچک، آغازگر شیفتگی طولانی‌مدت مزدا به موتورهای وانکل بود. درحالی‌که NSU از میدان کنار رفت، مزدا با مدل‌های افسانه‌ای RX-7 و RX-8 فناوری وانکل را به اوج رساند. این پیشرانه بر پایه یک مثلث چرخان کار می‌کرد اما مصرف روغن بالا و چالش‌های استهلاکی باعث شد امروزه به گزینه‌ای نایاب در خیابان‌ها تبدیل شود.

داستان چیزتا پر از فراز و نشیب است اما پیشرانه V16 عرضی آن که در میان خودرو قرار گرفته، یک شاهکار مهندسی محسوب می‌شود. ازآنجاکه تیم مهندسی چیزتا از مهندسان سابق لامبورگینی تشکیل شده بود، فلسفه ساخت آن شباهت زیادی به محصولات سنت آگاتا داشت. درواقع این پیشرانه از اتصال دو موتور V8 لامبورگینی اوراکو به همراه دو میل‌لنگ مجزا ساخته شده بود که نیروی خود را از طریق مجموعه چرخ‌دنده‌ای در میان دو بلوک منتقل می‌کرد. به دلیل مشکلات مالی و اختلافات داخلی، تنها ۱۱ دستگاه از این خودرو ساخته شد. بااین‌حال، این آرایش عجیب توانایی تولید ۵۴۰ اسب بخار قدرت را داشت و خودرو را به حداکثر سرعت ۳۲۸ کیلومتر بر ساعت می‌رساند.

تحت مدیریت فردیناند پی‌ئک، گروه فولکس‌واگن در دهه ۲۰۰۰ فضای بسیار بازی برای نوآوری داشت. پیشرانه W16 بوگاتی به‌اندازه خودروهایی که در آن‌ها نصب شد، به شهرت جهانی رسید. طرح اولیه این موتور توسط پی‌ئک روی یک پاکت نامه در قطاری در ژاپن کشیده شد. طرح اولیه هجده سیلندر بود اما نسخه نهایی با شانزده سیلندر به تولید رسید. ابعاد کلی این موتور W16 با وجود چهار سیلندر بیشتر، بزرگ‌تر از یک موتور V12 معمولی نبود و در نسخه‌های اولیه ۱۰۰۰ اسب بخار قدرت تولید می‌کرد؛ رقمی که در مدل‌های پایانی به ۱۶۰۰ اسب بخار رسید. این پیشرانه مجهز به چهار توربوشارژر، نماد مطلق قدرت در دنیای خودرو شد.

ضریب تراکم یکی از مهم‌ترین تصمیمات اولیه در طراحی پیشرانه است. ضریب تراکم بالاتر به معنای احتراق بهینه‌تر سوخت و هوا و درنتیجه قدرت و گشتاور بیشتر است اما مشکل ضریب تراکم بالا، خطر ناک زدن یا احتراق پیش از موعد سوخت است. نیسان با معرفی فناوری VC یا ضریب تراکم متغیر، این چالش را حل کرد. این پیشرانه در دورهای پایین ضریب تراکم را افزایش می‌دهد تا بازدهی بالاتری داشته باشد و در دورهای بالا برای جلوگیری از ناک زدن، ضریب تراکم را کاهش می‌دهد. اگرچه پیچیدگی‌های فنی این سامانه تعمیرات آن را دشوار کرده اما موفق شده قدرت فوق‌العاده‌ای از حجم‌های کوچک استخراج کند.

امروزه موتورهای دو سیلندر معمولاً در موتورسیکلت‌ها دیده می‌شوند اما پیشرانه توئین‌ایر فیات یک شاهکار مهندسی در دنیای خودروهای مدرن بود. با افزایش سرعت ترافیک، موتورهای کم‌حجم معمولی در بزرگراه‌ها تحت‌فشار قرار می‌گرفتند اما این پیشرانه کوچک با ۸۵ اسب بخار قدرت و ۱۴۵ نیوتن‌متر گشتاور، به لطف وزن بسیار سبک خود به‌راحتی از پس مسیرهای شهری و بین‌شهری برمی‌آمد. کلید موفقیت این پیشرانه، فناوری اختصاصی مالتی‌ایر فیات بود. این سیستم زمان‌بندی متغیر الکتروهیدرولیکی سوپاپ‌ها، به‌جای دریچه گاز سنتی، از سولنوئیدهای روغن برای باز کردن مستقل سوپاپ‌های ورودی استفاده می‌کرد. این نوآوری در کنار وزن تنها ۸۶ کیلوگرمی کل مجموعه، کارایی موتور را به شکل چشمگیری افزایش داد.

الدزمبیل برای ارتقای عملکرد پیشرانه ۳.۵ لیتری V8 خود در اوایل دهه ۱۹۶۰، با همکاری شرکت هانی‌ول سامانه توربوشارژر را روی مدل جت‌فایر نصب کرد و ده سال زودتر از پورشه ۹۱۱ توربو وارد این عرصه شد. چالش اصلی این فناوری نوپا، دمای بسیار بالای توربو و درنتیجه ناک زدن شدید موتور بود. مهندسان برای حل این مشکل، سامانه تزریق مخلوط آب و متانول را طراحی کردند تا دمای کاری کاهش یابد اما آن‌ها پیش‌بینی نکرده بودند که رانندگان پر کردن این مخزن مایع را فراموش می‌کنند؛ اتفاقی که باعث داغ شدن بیش‌ازحد توربو و از کار افتادن پیشرانه می‌شد.

برخی نوآوری‌ها آن‌قدر پیشرفته هستند که فناوری‌های زمانه توان همراهی آن‌ها را ندارد. کادیلاک پس از بحران نفتی، پیشرانه V8-6-4 را با قابلیت غیرفعال‌سازی سیلندرها معرفی کرد. ایده این بود که در شرایط رانندگی سبک، چند سیلندر خاموش شوند تا مصرف سوخت کاهش یابد. مشکل اینجا بود که کامپیوترهای آن زمان توانایی پردازش سریع دستورات راننده را نداشتند و باعث لرزش‌های شدید خودرو می‌شدند. این پیشرانه ۶ لیتری V8 در حالت عادی موتور خوبی بود اما سامانه غیرفعال‌سازی عملکرد آن را کاملاً خشن و ناخوشایند می‌کرد. درنهایت کار به‌جایی رسید که برخی نمایندگی‌ها این سامانه را به درخواست مشتری کاملاً از مدار خارج می‌کردند تا خودرو به‌صورت یک V8 دائمی کار کند.