ضعف موتورهای «هیوندای» چگونه برطرف شد؟
اقتصاد ایران: پیشرانه خودرو بهعنوان قلب تپنده آن، از تکنولوژی بسیار منحصربهفردی برخوردار است.
ﺑﻪ ﮔﺰارش ﺧﺒﺮﮔﺰاری اﻗﺘﺼﺎداﯾﺮان
درعین حال از آنجا که استانداردهای سختگیرانه آلایندگی بر فعالیت خودروسازان مطرح تا حد زیادی سایه انداخته، آنها چارهای جز آن ندارند که با تکیه بر فناوریهای نوین و جدید، طراحی و تولید پیشرانههای کمحجم، با آلایندگی پایین و درعین حال با راندمان بالا را در دستور کار خود قرار دهند. بر این اساس کمپانی هیوندای پیشرانه خانواده اسمارت استریم (Smartstream) را بهعنوان نسل نوین موتورهای احتراقداخلی ICE به جهان معرفی کرد. در ادامه، ساختار مهندسی و ویژگیهای فنی این خانواده از موتورهای هیوندای را بهصورت تفصیلی بررسی میکنیم.
آشنایی کوتاه با موتور اسمارت استریم
گروه هیوندای-کیا با خانواده اسمارت استریم به الزامات سختگیرانه آلایندگی، افزایش راندمان حرارتی و نیاز به توان خروجی بالاتر در کنار مصرف سوخت کمتر بهنوعی پاسخ مهندسی دادهاند. این پیشرانه طیف گستردهای از حجم موتور ۹۹۸ سیسی تا ۳۴۷۰ سیسی و از ۳ سیلندر تا ۴ و ۶ سیلندر خطی و ۶ سیلندر وی-شکل را در بر میگیرد. این خانواده از پیشرانههای هیوندای از سال ۲۰۱۸ میلادی روی محصولات این کمپانی کرهای نصب و جایگزین موتورهای لامبدا، تتا، Nu و گاما شده است. هیوندای مدعی است که خانواده اسمارت استریم بر پایه سه اصل کلیدی بهینهسازی اتاق احتراق، کاهش اصطکاک مکانیکی و مدیریت هوشمند حرارت توسعه یافته است.
طراحی و ساختار موتور اسمارت استریم
اسمارت استریم در سه نسخه ۳ سیلندر، ۴ سیلندر و ۶ سیلندر خطی و در یک نسخه وی-شکل طراحی و ساخته شده است. درحقیقت بلوک سیلندر یا بدنه سیلندر در سه نسخه خطی مدل طراحی سیلندر آرایش خطی داشته و در یک نسخه ۶ سیلندر آرایش وی-شکل دارد. هرچند که بد نیست بدانید در تمام نسخهها بلوک سیلندر (بدنه) سیلندر تمامآلومینیوم بوده و سرسیلندر نیز همچنان از این متریال ساخته شده است.
در تمامی مدلهای ۳ سیلندر، ۴ سیلندر، ۶ سیلندر خطی و یک مدل ۶ سیلندر وی-شکل بلوک سیلندر یا به شکل Open-Deck (میان جداره سیلندرها فضای نسبتا خالی وجود دارد تا انتقال حرارت بهخوبی شکل گیرد) یا Semi-Closed Deck (جداره سیلندرها دارای فضای خالی بوده که جهت انتقال حرارت و عدم چسبیدگی در نظر گرفته میشود تا استهلاک و اصطکاک موتور نیز کاهش یابد) است. ناگفته نماند که اسمارت استریم تنها مختص موتورهای بنزینی نبوده، بلکه پیشرانههای گازسوز LPG و دیزلی را نیز در بر میگیرد.
ساختار فنی پیشرانه اسمارت استریم
خانواده اسمارت استریم که نسخههای ۳، ۴ و ۶ سیلندر خطی و ۶ سیلندر وی-شکل را در بر میگیرد، همگی دارای طراحی ۴ سوپاپ به ازای هر سیلندر هستند. در نسخه ۳ سیلندر حجم موتور ۹۹۸ سیسی دارای سیستم پرخوران توربوشارژ بوده و ۱۲ سوپاپ در سرسیلندر در نظر گرفته شده است.
در نسخه ۴ سیلندر خطی حجم موتور از ۱۱۹۷ سیسی تا ۲۴۹۷ سیسی بوده و از ساختار اتمسفریک و توربوشارژ با ساختار سیستم پاشش سوخت مستقیم داخل سیلندرها نیز بهره میگیرد که ۱۶ سوپاپ در سرسیلندر آن طراحی شده است. در نسخه ۶ سیلندر خطی حجم موتور ۲۹۹۶ سیسی دارای ساختار توربوشارژ و تنفسطبیعی است و ۲۴ سوپاپ را در سرسیلندر جا داده است. درعین حال حجم موتور در نسخه ۶ سیلندر وی-شکل به ۳۴۷۰ سیسی میرسد و دارای ساختار اتمسفریک و تویین-توربو است و ۲۴ سوپاپ در سرسیلندر آن طراحی شده است.
همچنین در این مدل پیشرانه علاوهبر سیستم پاشش سوخت مستقیم داخل سیلندرها، از سیستم پرخوران توربو همراه با سیستم زمانبندی متغیر پیوسته هوشمند دوبل (CVVD) نیز بهره گرفته شده تا راندمان و توان بالایی را ایجاد کند. سیکل کاری پیشرانه اسمارت استریم در تمامی مدلها «سیکل اتکینسون» است تا راندمان بالاتر و عملکرد بهتری داشته باشد.
۴ و ۶ سیلندر باکیفیت و کماستهلاک
باتوجه به گسترده بودن خانواده اسمارت استریم، در این بخش تنها نسخه ۴ سیلندر ۲ لیتری و ۲.۵ لیتری و در نسخه ۶ سیلندر نیز تنها پیشرانه با حجم ۳.۵ لیتری مورد بررسی قرار گرفته است.
۴ سیلندرهای خطی اسمارت استریم
موتورهای ۴ سیلندر این خانواده، مانند G۲.۰، G۲.۵ و نسخههای توربوشارژ T-GDi، بر پایه بلوک آلومینیومی سبک با ساختار Open-Deck یا Semi-Closed Deck توسعه یافتهاند. استفاده از آلومینیوم ریختهگریشده با تقویت در بخش جداره ها، ضمن کاهش وزن کلی پیشرانه، بهبهبود انتقال حرارت و جلوگیری از نقاط داغ احتراق کمک میکند.
در نمونه ۲.۵ لیتری، قطر سیلندر ۸۸.۵ میلیمتر و کورس پیستون ۱۰۱.۵ میلیمتر است که نشاندهنده طراحی کورس بلندتر یا Long-Stroke است. این معماری باعث افزایش طول مکانیکی میللنگ و در نتیجه تولید گشتاور بالاتر در دورههای پایین و میانی میشود؛ ویژگیای که برای کراساوورها و سدانهای سایز متوسط بسیار مطلوب است.
۶ سیلندر اسمارت استریم
در مقابل، موتورهای ۶ سیلندر مانند Smartstream G۳.۵ V۶ و G۳.۵ T-GDi از آرایش V با زاویه ۶۰ درجه بهره میبرند. این زاویه بهعنوان بهترین تعادل میان ابعاد فیزیکی، بالانس دینامیکی و نرمی عملکرد شناخته میشود.
بلوک و سرسیلندر آلومینیومی، میللنگ فورجشده و یاتاقانهای تقویتشده از جمله خصوصیات آن است. بر این اساس موتور اسمارت استریم ۶ سیلندر وی-شکل برای تحمل فشارهای بالا و احتراق بهویژه در نسخههای توربو طراحی و تولید شده است.
طراحی کورس کوتاهتر نسبت به قطر سیلندر، ماهیت Oversquare بهتری ایجاد میکند که به تنفس بهتر در دورهای بالا کمک میکند. چراکه قطر سیلندر ۹۲ میلیمتر و ۸۷ میلیمتر است.
این اعداد بهمنظور ایجاد فضای احتراق بهتر و در نتیجه افزایش توان در نظر گرفته شده است. در زمینه کاهش اصطکاک و بهینهسازی مکانیکی مهندسان هیوندای برای کاهش اتلاف انرژی مکانیکی اقدامات متعددی انجام دادهاند که از مهمترین آنها میتوان به پوشش DLC (پوشش الماس کربن) روی پین پیستون، رینگهای کماصطکاک، یاتاقانهای بهینهشده، اویلپمپ (پمپ روغن) با دبی متغیر اشاره کرد.
بهطور کلی طراحی دقیق و با نوسانات کمتر میللنگ راندمان مکانیکی را تا چند درصد افزایش داده است. یکی از تکنولوژیهای خاص در اسمارت استریم استفاده از CVVD یا Continuously Variable Valve Duration است که افزایش توان ۴ درصدی، کاهش مصرف سوخت ۵ درصد و کاهش آلایندگی ۱۲ درصدی را در موتورهای وی-شکل ۶ سیلندر انجام میدهد. همچنین موتورهای اسمارت استریم از زنجیر تایم با کشنده هیدرولیکی استفاده میکنند که دوام بالاتری نسبت به تسمه دارد. همچنین فلایویلهای دوجرمی در نسخههای V۶ برای کاهش لرزش پیچشی بهکار رفتهاند. در موتورهای ۴ سیلندر، استفاده از Balance Shaft دوبل لرزشهای مرتبه دوم را خنثی میکند. در مدل ۶ سیلندر وی-شکل بهدلیل ذات متعادل آرایش ۶۰ درجه، نیاز به شفت بالانس کمتر است.
نسبت تراکم و سیستم سوخترسانی
در موتورهای ۴ سیلندر اسمارت استریم تنفسطبیعی ۲ لیتری و ۲.۵ لیتری بهدلیل نسبت کورس پیستون به قطر سیلندر و کاهش فضای اتاق احتراق، نسبت تراکم به ۱۰.۵ تا ۱۱.۲ به یک میرسد.
اما در نسخه ۶ سیلندر وی-شکل ۳.۵ لیتری اتمسفریک به ۱۱.۵ تا ۱۲.۱ به یک رسیده تا در نسخه تویین-توربو نسبت تراکم روی عدد ۱۱ تا ۱۱.۷ به یک قرار گیرد. همچنین ناگفته نماند که در زمینه سیستم سوخترسانی از دو ساختار چند نقطهای MPi و پاشش مستقیم درون سیلندر GDi و MPi یعنی تزریق دوگانه بهره گرفته شده است.
از مزایای تزریق دوگانه یا Dual Injection اسمارت استریم میتوان به اتمیزه شدن بهتر سوخت در بارهای سنگین (دورموتورهای بالا)، کاهش تشکیل ذرات معلق در سیلندر، شستوشوی سوپاپهای ورودی و جلوگیری از رسوب کربن، کاهش ناک احتراقی (ضربه ناشی از احتراق ناقص) و فشار بالای پاشش در نسخههای توربو اشاره کرد و در این شرایط فشار پاشش بهبیش از ۳۵۰ بار میرسد که باعث احتراق یکنواختتر و افزایش راندمان حرارتی میشود.
قدرت و گشتاور مبتنی بر دیاگرام
در موتورهای ۴ سیلندر ۲ لیتری و ۲.۵ لیتری و ۶ سیلندر وی-شکل ۳.۵ لیتری از فناوری تویین-توربو یا تک توربو اسکرول بهره گرفته شده است. این مدل پیشرانه با پسوند T-GDi شناخته میشود و با اینترکولر هوا به هوا همراه است. از مهمترین ویژگیهای کاربردی این نوع پرخوران توربوشارژ میتوان به منیفولد اگزوز یکپارچه در سرسیلندر، کاهش لگ توربو، افزایش پاسخ به موقع دریچهگاز و بهبود گشتاور دور پایین اشاره کرد.
نسخه ۲.۵ توربو توانایی تولید بیش از ۲۸۰ اسببخار قدرت و حدود ۴۳۰ نیوتونمتر گشتاور را دارد؛ درحالی که در نسخه ۶ سیلندر وی-شکل V۶ توربو بهمحدوده ۳۷۵ تا ۴۰۰ اسببخار میرسد. جالب است بدانید که در نسخه ۲.۵ لیتری T-GDi در دور ۶۰۰۰ آرپیام (دور در دقیقه) ۲۷۷ اسببخار قدرت و در دور ۴۰۰۰ آرپیام ۴۲۲ نیوتونمتر گشتاور تولید میشود. این بهمعنای افزایش صعودی توان با افزایش دورموتور است و بهمحض ورود به دور ۶۰۰۰ آرپیام توان، روند نزولی بهخود میگیرد و به زیر ۲۷۰ اسببخار میرسد.
این مساله درمورد گشتاور نیز صادق است و به ۴۲۲ نیوتونمتر میرسد. اما در نسخه ۶ سیلندر وی-شکل تویین-توربو ۳.۵ لیتری قدرت ۳۸۰ اسببخاری در دور ۶۰۰۰ آرپیام (دور در دقیقه) بهدست آمده که بهدلیل تعداد بالاتر سیلندرها بوده که منجر به توان نسبتا خطی تا ۶۵۰۰ آرپیام میشود و پس از آن روند نزولی پیدا میکند. اما در زمینه گشتاور تا ۴۵۰۰ آرپیام گشتاور به یکباره به ۵۳۰ نیوتونمتر رسیده که به محض ورود به ۵۰۰۰ آرپیام کمی روند نزولی پیدا میکند.
جالب است بدانید که موتور ۴ سیلندر روی محصولاتی مانند هیوندای سوناتا، هیوندای توسان، کیا اسپورتیج و کیا سورنتو نصب شده است. موتور ۶ سیلندر نیز در هیوندای پالیسید، کیا تلوراید، جنسیس GV۸۰، جنسیس G۸۰، جنسیس G۹۰ و کیا K۹ بهکار گرفته شده است.
سیستم خنککننده و کنترل دما
از سایر اصلاحات اسمارت استریم میتوان به بهبود مسیرهای روغنکاری، خنککاری پیستون و طراحی جدید رینگها اشاره کرد که باعث افزایش عمر مفید پیشرانه شده است.
همچنین رسوب سوپاپ مشکل رایج GDi با تزریق دوگانه کاهش یافته است. در زمینه مدیریت حرارتی پیشرفته، یکی از نقاط قوت اسمارت استریم، سیستم مدیریت حرارتی چندمداره است که مهمترین آن خنککاری مجزای بلوک و سرسیلندر، ترموستات الکترونیکی، واترپمپ (پمپ آب) برقی متغیر و گرمکن سریع روغنموتور است. این سیستم باعث میشود موتور سریعتر به دمای بهینه برسد و درعین حال از احتراق زودرس (ناک) جلوگیری شود.