چرا موتور هفت سیلندر نداریم؟

این یکی از آن سؤال‌هایی است که احتمالاً هرگز به فکرتان خطور نکرده است اما به محض شنیدن، در ذهنتان باقی می‌ماند. خودروسازان موتورهایی با سه، چهار، پنج، شش، هشت، ده، دوازده و حتی شانزده سیلندر تولید کرده‌اند، اما درباره عدد خوش‌شانس هفت چه می‌توان گفت؟ حقیقت این است که موتورهای هفت سیلندر به‌صورت واقعی وجود دارند، هرچند هیچ‌کدام را در زیر کاپوت خودروهای تولیدی نخواهید یافت. دلیل اصلی عدم استفاده از این موتورها در خودروها، مسئله تعادل است.

به گزارش پدال، یک موتور درون‌سوز مکانیسمی پر از فعالیت‌های خشن است که در آن پیستون‌ها بالا و پایین می‌روند، میل‌لنگ فلزی با سرعت می‌چرخد و پمپ‌ها، روغن و خنک‌کننده را برای حفظ عملکرد به گردش درمی‌آورند. این حرکات مقدار زیادی ارتعاش ایجاد می‌کنند و تعادل موتور در این میان نقش کلیدی دارد. این بخش از فرآیند مهندسی و تولید اطمینان می‌دهد که برای هر نیروی خارج از محور واردشده به موتور، نیرویی متناظر برای خنثی‌سازی آن وجود داشته باشد. تعادل یک موتور خطی با تعداد سیلندر زوج بسیار آسان‌تر از موتور با تعداد سیلندر فرد است و موتورهای با چیدمان V می‌توانند از طریق دو بانک سیلندر خود متعادل شوند. در نهایت، ساخت یک موتور خطی هفت سیلندر برای خودروها پیچیدگی و دشواری‌هایی به همراه دارد و به همین خاطر خودروسازان فکر می‌کنند که ارزش صرف انرژی برای توسعه را نداشته باشد.

درس‌هایی از موتورهای سه و پنج سیلندر

برای درک بهتر اینکه چرا موتور هفت سیلندر مناسب نیست، بررسی موتورهای موجود با تعداد سیلندر فرد مفید است. به عنوان مثال، موتور سه سیلندر اغلب به‌عنوان نیمی از یک موتور خطی شش سیلندر توصیف می‌شود. این چیدمان مشکلی ذاتی را آشکار می‌کند، زیرا در لحظاتی از چرخش موتور، هیچ‌کدام از پیستون‌ها در موقعیت مناسب برای فشرده‌سازی، احتراق یا انتقال قدرت نیستند. وزن مرده در حال حرکت میل‌لنگ نامتقارن، تمایل به تکان خوردن و پیچش موتور را در حین کار ایجاد می‌کند. برای مقابله با این مشکل، مهندسان شفت تعادل چرخان نصب می‌کنند که پیچیدگی و وزن موتور را افزایش می‌دهد. موتورهای پنج سیلندر نیز با عدم تعادل مشابهی مواجه‌اند، اگرچه دو سیلندر اضافی جرم بیشتری اضافه کرده و مشکل را تشدید می‌کنند.

این مسئله تعادل یکی از دلایلی است که خودروسازان تعداد کمی موتور پنج سیلندر می‌سازند، هرچند می‌توان موتورهای خطی پنج سیلندر را در برخی مدل‌های ولوو، آئودی، فیات و لندروور یافت. مهندسان همچنین باید پدیده‌ای به نام همپوشانی احتراق و جرقه را در نظر بگیرند. یک موتور سه سیلندر در ۶۰ درجه از ۳۶۰ درجه چرخش خود هیچ سیلندری را فعال نمی‌سازد که منجر به تکان‌ها و ارتعاشات زیادی می‌شود؛ اما یک موتور پنج سیلندر با رویدادهای احتراق بیشتری در هر چرخش میل‌لنگ، قوس ۳۶ درجه‌ای از همپوشانی احتراق و جرقه دارد که تا حد زیادی اوضاع را بدتر می‌کند.

طبیعی است که تعجب کنید آیا افزودن دو سیلندر دیگر همپوشانی را بیشتر نمی‌کند، اما موانع مهندسی دیگری برای استفاده از موتورهای خطی هفت سیلندر در خودروها وجود دارد. افزودن دو سیلندر به معنای ساخت میل‌لنگی است که باید به اندازه کافی سفت و سنگین باشد تا در برابر خم شدن در حین چرخش مقاومت کند که هزینه‌بر و ناکارآمد است. همچنین، چالش دیگری در جای دادن چنین موتور بلندی در طراحی‌های شاسی موجود وجود دارد. به سادگی، یک موتور هفت سیلندر مشکلات موتورهای با تعداد سیلندر فرد را تشدید می‌کند تا جایی که هر راه‌حل مهندسی برای خودروهای سواری بیش از حد پیچیده می‌شود. برای اکثر خودروسازان، ساخت موتورهای با چیدمان V بسیار آسان‌تر بوده است.

موتورهای هفت سیلندر برای استفاده صنعتی مناسب‌ترند

موتورهای هفت سیلندر وجود دارند، اما به استفاده‌های صنعتی سنگین مانند تجهیزات کشاورزی و موتورهای بزرگ قایق‌ها محدود شده‌اند. به عنوان مثال، شرکت AGCO پاور یک موتور دیزلی خطی هفت سیلندر با حجم ۹٫۸ لیتری برای تراکتورها و کمباین‌ها تولید می‌کند. این غول برای کار در سرعت‌های پایین طراحی شده، اما می‌تواند بیش از ۴۸۹ اسب بخار قدرت تولید کند. عامل کلیدی این است که موتورهای صنعتی موردبحث با دور موتور ثابت و نسبتاً پایین کار می‌کنند.

این امر تعادل را برای مهندسان آسان‌تر می‌کند، زیرا نیازی به در نظر گرفتن شتاب و کاهش ناگهانی سرعت که یک موتور خودرو تجربه می‌کند، ندارند. هواپیماهای قدیمی نیز اغلب از موتورهای شعاعی با تعداد سیلندر فرد مانند پنج، هفت یا نه استفاده می‌کردند. در این چیدمان، سیلندرها به‌صورت دایره‌ای چیده می‌شوند که امکان استفاده از یک وزنه تعادل بزرگ را فراهم می‌کند تا کل مجموعه در حین کار متعادل بماند. با این حال، معایب زیادی برای موتورهای شعاعی وجود دارد که این چیدمان را برای خودروها غیرعملی می‌کند.