را‌ز مرسدس بنز برای رسیدن به بیشترین توان در نسل آینده موتورهای توربوشارژر چیست

این واقعیت برای کسی پوشیده نیست که مرسدس بنز، همواره به دنبال خودروهایی با شتاب‌ و قدرت فراتر از استاندارد بوده است؛ سطحی از عملکرد که فقط با یک افزایش ساده در فشار بوست به دست نمی‌آید. در ظاهر شاید تصور شود که برای قدرتمندتر شدن موتورهای توربوشارژر کافی است فشار بوست توربو بالا برود، اما در دنیای مهندسی واقعی، بهینه‌سازی پیشرانه چیزی فراتر از همین نگاه ابتدایی است.

در طراحی موتورهای امروزی، همه چیز روی محور «تعادل» می‌چرخد. بوست بیشتر یعنی ورود هوای بیشتر به سیلندرها؛ اما هوای اضافی همواره سوخت بیشتری را می‌طلبد تا احتراق کامل شکل بگیرد. در نتیجه، ترکیب سوخت‌ و هوای غلیظ‌تر می‌تواند انفجار قوی‌تری ایجاد کند؛ انفجاری که تنها به همان لحظه محدود نمی‌ماند و فشار و بار حرارتی مضاعفی را به سایر بخش‌های موتور منتقل می‌کند. این چرخه تا زمانی که موتور در حال کار است، ادامه پیدا می‌کند و کوچک‌ترین تغییر در یک نقطه، روی کل سامانه اثر می‌گذارد.

در جریان رقابت دائمی خودروسازها برای رسیدن به اسب‌بخار بیشتر، توربوشارژرها به یک اهرم مهم تبدیل شده‌اند؛ اما در این مسیر، گرما نقش «دشمن اصلی» را بازی می‌کند. حرارتِ بیش از حد می‌تواند سبب تخریب روان‌کارها (روغن‌ها) شود، به قطعات حیاتی آسیب بزند و حتی در برخی شرایط به ذوب شدن بخش‌هایی از موتور منجر شود. از سوی دیگر، بالا رفتن دما باعث گسترش و رقیق‌تر شدن هوا می‌شود و بدین ترتیب، کیفیت و حجم هوای مؤثر ورودی به موتور افت می‌کند؛ افتی که نهایتاً به کاهش قدرت می‌انجامد. به همین دلیل است که شرکت‌های مختلف، راهکارهای گوناگونی برای مهار گرما در موتورهای توربوشارژدار ارائه می‌کنند. با این حال، مرسدس بنز این بار طرح تازه‌ای را ثبت کرده که با روشی متفاوت و جالب، به جنگ با گرما در قلب موتور می‌رود.

ورود هوا و سوخت، خروج دود؛ اما با یک ترفند تازه

فارغ از اینکه موتور چه نوع طراحی یا چه معماری‌ای داشته باشد، منطق کار همه پیشرانه‌های درون‌سوز یکسان است: هوا و سوخت وارد موتور می‌شوند، ترکیب آن‌ها مشتعل شده و در قالب احتراق به انرژی تبدیل می‌گردد، سپس گازهای حاصل از احتراق از مسیر اگزوز خارج می‌شوند. هرچه این چرخه سریع‌تر و کارآمدتر انجام شود، توان بیشتری تولید خواهد شد. در این میان، قطعاتی مثل توربوشارژر یا سوپرشارژر وظیفه دارند با فشار هوای بیشتری را به موتور تحمیل کنند؛ اما اگر موتور نتواند گازهای خروجی—همان دود—را با سرعت و کیفیت مناسب تخلیه کند، تلاش برای افزایش بوست و توان نیز بی‌اثر می‌شود یا دست‌کم به شکل کامل به نتیجه نمی‌رسد.

از همین رو، در بسیاری از پروژه‌های ارتقای قدرت، بهبود بخش اگزوز معمولاً نخستین محسوب می‌شود. با این حال، این مسئله فقط به قطر لوله‌ها یا سایز مسیر محدود نیست. بدون ورود به جزئیات پیچیده فنی، می‌توان گفت که نحوه چینش، ترکیب و هدایت جریان گازهای خروجی می‌تواند خروج آن‌ها را به طرز قابل‌توجهی کارآمدتر کند؛ همان چیزی که در اگزوزهای افترمارکت با نام‌هایی مانند «لوله X» یا «هدرزهای با طول برابر» شناخته می‌شود. مرسدس بنز در پتنت جدید خود دقیقاً روی همین ایده متمرکز شده است.

اما تفاوت مهم کار مرسدس دقیقاً از همین‌جا آغاز می‌شود: در طرح آن‌ها، این همگرایی و هدایت گازها در میانه راه یا انتهای مسیر اگزوز رخ نمی‌دهد؛ بلکه درست روی خودِ بلوک موتور اتفاق می‌افتد. در این سیستم، مجموعه‌ای از کانال‌های انشعابی طراحی شده که گازهای خروجی را از چند مسیر متفاوت جمع‌آوری کرده و آن‌ها را به یکدیگر می‌رساند. پس از این مرحله، گازها وارد منیفولدها می‌شوند و روند عادی تخلیه را ادامه می‌دهند؛ با این تفاوت که در همین فرآیند، توربوشارژرها نیز فرصت بیشتری پیدا می‌کنند تا با پمپاژ هوای بیشتر، موتور را در مسیر تولید توان بالاتر همراهی کنند.

دمای کمتر، پیچیدگی کمتر، قدرت بیشتر برای موتورهای توربوشارژرِ مرسدس بنز

طبق اطلاعات موجود در این پتنت، فلسفه اصلی این طراحی چیزی فراتر از تنظیم و بهینه‌سازی صرفِ جریان هواست. هدف بنیادین مهندسان مرسدس، پایین آوردن دمای گازهای خروجی است. همان‌طور که گفته شد، گرما دشمن موتور محسوب می‌شود؛ بنابراین با معرفی این کانال‌های جریان و چیدمان خاص آن‌ها، می‌توان دما را کنترل کرد و در نتیجه، امکان تولید توان بالاتر را فراهم ساخت.

در مقایسه با راهکارهای رایج برای تخلیه دود، این اختراع مرسدس بنز باعث کاهش دمای گازهای خروجی می‌شود. در چنین شرایطی، مهندسان مرسدس می‌توانند پیشرانه را در وضعیت «لامبدا-۱» نگه دارند؛ حالتی که در آن نسبت استوکیومتریِ سوخت و هوا در حالت ایده‌آل قرار می‌گیرد. نکته مهم این است که رسیدن به چنین نتیجه‌ای نیازی به افزودن فناوری‌های اضافی و دشوار ندارد. به بیان دیگر، سیستم جدید می‌تواند هم‌زمان با تولید قدرت بالا، سطح آلایندگی بسیار پایینی هم ارائه دهد؛ بدون آنکه پای سیستم‌های کمکیِ متعدد و دردسرساز به ماجرا باز شود.

در پایان، یک نکته کلیدی بیش از همه اهمیت پیدا می‌کند. خودروسازان، به‌خصوص برندهای آلمانی، مدت‌هاست زیر ذره‌بین انتقاد قرار دارند؛ چرا که برای ساخت خودروهای قدرتمند، اغلب سراغ افزودن فناوری‌های بسیار پیچیده‌ای می‌روند؛ فناوری‌هایی مثل سامانه‌های هیبریدی سنگین که وزن خودرو را بالا می‌برد. با این طراحی جدید، مرسدس قصد دارد راهی پیدا کند که بدون اضافه کردن فناوری‌های سنگین و پیچیده، هم راندمان بالاتر به دست بیاید و هم قدرت افزایش پیدا کند. البته شاید با دیدن ساختار چندکاناله و به‌ظاهر پیچیده آن، این نگرانی به ذهن بیاید که آیا نشتی در اگزوز ممکن خواهد بود یا نه؛ اما دست‌کم می‌توان امیدوار بود که این سیستم قرار نیست وزن اضافی قابل توجهی به خودرو تحمیل کند.