چگونه مشکلات موتورهای «هیوندای» حل شدند؟

با توجه به استانداردهای سخت‌گیرانه آلایندگی که بر فعالیت خودروسازان تأثیر گذاشته، این شرکت‌ها ناگزیرند تا با استفاده از فناوری‌های نوین، طراحی و تولید پیشرانه‌های کم‌حجم و با آلایندگی پایین و راندمان بالا را در اولویت قرار دهند. در این راستا، کمپانی هیوندای نسل جدیدی از موتورهای احتراق داخلی به نام خانواده اسمارت استریم (Smartstream) را معرفی کرده است. در ادامه، به بررسی ساختار مهندسی و ویژگی‌های فنی این خانواده از موتورهای هیوندای خواهیم پرداخت.

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 پاسخ مهندسی داده است. این پیشرانه‌ها شامل دامنه وسیعی از حجم موتور ۹۹۸ سی‌سی تا ۳۴۷۰ سی‌سی و از ۳ سیلندر تا ۴ و ۶ سیلندر خطی و ۶ سیلندر وی-شکل می‌باشد. این خانواده از پیشرانه‌ها از سال ۲۰۱۸ میلادی بر روی محصولات این کمپانی کره‌ای نصب و جایگزین موتورهای لامبدا، تتا، Nu و گاما شده است. هیوندای ادعا می‌کند که خانواده اسمارت استریم بر پایه سه اصل کلیدی بهینه‌سازی اتاق احتراق، کاهش اصطکاک مکانیکی و مدیریت هوشمند حرارت توسعه یافته است.

اسمارت استریم در سه نسخه ۳ سیلندر، ۴ سیلندر و ۶ سیلندر خطی و همچنین یک نسخه وی-شکل طراحی و ساخته شده است. در واقع، بلوک سیلندر یا بدنه سیلندر در سه نسخه خطی دارای آرایش خطی و در یک نسخه ۶ سیلندر آرایش وی-شکل دارد. جالب است بدانید که در تمامی نسخه‌ها، بلوک سیلندر (بدنه) از آلومینیوم ساخته شده و سرسیلندر نیز از همین متریال تهیه شده است.

در تمامی مدل‌های ۳ سیلندر، ۴ سیلندر، ۶ سیلندر خطی و یک مدل ۶ سیلندر وی-شکل، بلوک سیلندر به شکل Open-Deck (با فضای خالی میان جداره سیلندرها برای انتقال حرارت بهتر) یا Semi-Closed Deck (با فضای خالی در جداره سیلندرها برای کاهش استهلاک و اصطکاک) طراحی شده است. همچنین، اسمارت استریم تنها مختص موتورهای بنزینی نیست و پیشرانه‌های گازسوز LPG و دیزلی را نیز شامل می‌شود.

خانواده اسمارت استریم که شامل نسخه‌های ۳، ۴ و ۶ سیلندر خطی و ۶ سیلندر وی-شکل است، همگی دارای طراحی ۴ سوپاپ به ازای هر سیلندر هستند. در نسخه ۳ سیلندر با حجم موتور ۹۹۸ سی‌سی، سیستم پرخوران توربوشارژ و ۱۲ سوپاپ در سرسیلندر طراحی شده است.

نسخه ۴ سیلندر خطی با حجم موتور از ۱۱۹۷ سی‌سی تا ۲۴۹۷ سی‌سی، از ساختار اتمسفریک و توربوشارژ با سیستم پاشش سوخت مستقیم بهره می‌برد و ۱۶ سوپاپ در سرسیلندر آن طراحی شده است. در نسخه ۶ سیلندر خطی با حجم موتور ۲۹۹۶ سی‌سی، ساختار توربوشارژ و تنفس طبیعی وجود دارد و ۲۴ سوپاپ در سرسیلندر آن قرار دارد. همچنین، 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.

این مدل پیشرانه علاوه بر سیستم پاشش سوخت مستقیم، از سیستم پرخوران توربو و سیستم زمان‌بندی متغیر پیوسته هوشمند دوبل (CVVD) نیز بهره می‌برد تا راندمان و توان بالایی را ایجاد کند. سیکل کاری پیشرانه اسمارت استریم در تمامی مدل‌ها «سیکل اتکینسون» است که باعث افزایش راندمان و عملکرد بهتر می‌شود.

با توجه به تنوع 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.

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 جداره‌ها، ضمن کاهش وزن کلی پیشرانه، به بهبود 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 دورهای پایین و میانی می‌شود؛ ویژگی‌ای که برای کراس‌اوورها و سدان‌های سایز متوسط بسیار مطلوب است.

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 و 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 به ارمغان می‌آورد. 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.

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، نسبت تراکم به ۱۱.۵ تا ۱۲.۱ به یک رسیده و در نسخه تویین-توربو نسبت تراکم روی عدد ۱۱ تا ۱۱.۷ به یک قرار می‌گیرد. 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. در این شرایط، فشار پاشش به بیش از ۳۵۰ بار می‌رسد که باعث احتراق یکنواخت‌تر و افزایش راندمان حرارتی می‌شود.

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 در دور پایین اشاره کرد.

نسخه ۲.۵ توربو توانایی تولید بیش از ۲۸۰ اسب‌بخار قدرت و حدود ۴۳۰ نیوتون‌متر گشتاور را دارد؛ در حالی که در نسخه ۶ سیلندر وی-شکل V۶ توربو به محدوده 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 به خود می‌گیرد و به زیر ۲۷۰ اسب‎بخار می‌رسد.

این مساله در مورد 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 و 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.

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.

آخرین اخبار