چرا موتورهای ۶ و ۸ سیلندر نرم تر و بی صداتر از موتورهای کوچک تر هستند؟
در این مطلب می خواهیم بدانیم که چرا بی صدایی و نرمی موتورهای ۶ و ۸ سیلندر از موتورهایی با تعداد سیلندر کمتر، بیشتر است.
مقدمه
وقتی صحبت از نرمی و لذت رانندگی می‌شود همیشه نام موتورهای ۶ یا ۸ سیلندر بر سر زبان‌هاست. بسیاری از علاقه‌مندان خودرو می‌پرسند مگر نباید موتورهای کوچکتر، آرام‌تر، کم‌صدا‌تر و کم‌ارتعاش‌تر باشند؟ پس چرا در عمل برعکس است و وقتی پشت فرمان یک خودروی شش یا هشت سیلندر می‌نشینیم حس آرامش و نرمی بیشتری به ما منتقل می‌شود؟ پاسخ این پرسش در علم دینامیک موتور، نحوه توزیع نیروهای رفت‌وبرگشتی، ترتیب احتراق، و تاریخچه تکامل طراحی پیشرانه‌ها نهفته است.
در این مقاله تخصصی و جامع قصد داریم راز نرمی موتورهای چندسیلندر را به صورت کامل بررسی کنیم؛ از اصول فیزیکی حرکت پیستون‌ها و نقش میل‌لنگ گرفته تا تفاوت میان موتورهای خطی و V شکل و حتی راهکارهای مهندسان برای کاهش ارتعاش در موتورهای کوچکتر. همچنین نگاهی به سیر تحول موتورهای در طول تاریخ خواهیم داشت تا ببینیم چرا همچنان بسیاری از خودروسازان معتبر، موتورهای ۶ و ۸ سیلندر را به‌عنوان نماد نرمی و اصالت نگه داشته‌اند.
این مطلب نه‌تنها برای علاقه‌مندان به خودرو جذاب خواهد بود بلکه برای کسانی که می‌خواهند از منظر فنی و علمی بدانند چرا تعداد سیلندر روی تجربه رانندگی تأثیر مستقیم دارد یک راهنمای کامل است. پس با ما همراه باشید تا راز نرمی موتورهای ۶ و ۸ سیلندر را کشف کنیم.
مبانی فیزیکی: پیستون، شاتون، میل‌لنگ — منشا ارتعاشات
هر موتور احتراق داخلی واقعی مجموعه‌ای از جرم‌های رفت‌وبرگشتی (پیستون‌ها و شاتون‌ها) و جرم‌های دورانی (میل‌لنگ، فلای‌ویل) است. وقتی پیستون به بالا و پایین می‌رود، حرکت خطی به‌وسیله شاتون به میل‌لنگ منتقل می‌شود و آن را می‌چرخاند. این جابه‌جایی جرم رفت‌وبرگشتی در هر سیلندر نیرویی تولید می‌کند که به بلوک موتور منتقل می‌شود؛ این نیروها بر اساس فرکانس (RPM) و شتاب/شتاب‌گیر پیستون مقدار و فرکانس متفاوتی دارند. از منظر دینامیک، این نیروها به دو دسته‌ی عمده تقسیم می‌شوند: نیروهای اولیه (با فرکانس دور موتور) و نیروهای ثانویه (با دو برابر فرکانس دور موتور). ترکیب این نیروها، نحوه توزیع سیلندرها و ترتیب احتراق تعیین می‌کند که آیا مجموعه به‌صورت خالصاً متعادل عمل می‌کند یا خیر.
نیروهای اولیه ناشی از شتاب/کند شدن جرم رفت‌وبرگشتی هنگام بالا و پایین رفتن پیستون‌اند. اگر این نیروها در لحظات مناسب از یکدیگر خنثی شوند (مثلاً یک پیستون در حال بالا آمدن جبران کننده‌ی نیروی پیستون دیگر در حال پایین رفتن باشد) مجموعه متعادل خواهد بود. نیروهای ثانویه اما از هندسه شاتون-میل‌لنگ و غیرخطی بودن حرکت پیستون پدید می‌آیند و اغلب با فرکانس دو برابر RPM ظاهر می‌شوند؛ این‌ها در برخی آرایش‌ها به‌خودی‌خود خنثی نمی‌شوند و نیاز به طراحی خاص (مثلاً توزیع زاویه یا اضافه کردن بالانس‌شافت) دارند.
علاوه بر این، نیروی احتراق (ضربه انفجار) خود یک پالس گشتاوری است که وقتی در سیلندر رخ می‌دهد گشتاور مقطعی تولید می‌کند. اگر فاصله زمانی بین پالس‌های گشتاور یکنواخت و کوتاه باشد خروجی گشتاور روی میل‌لنگ نرم و پیوسته احساس می‌شود؛ اما اگر پالس‌ها با فواصل نامساوی یا با دامنه‌های بزرگ باشند نوسانات گشتاور (torque ripple) حاصل شده و خودرو لرزان‌تر و «خشن‌تر» خواهد بود. تعداد سیلندر و آرایش آنها به‌صورت مستقیم روی این توزیع پالس‌های گشتاور تأثیر می‌گذارد.
در نهایت، جرم دورانی (میل‌لنگ، فلای‌ویل) تمایل دارد نوسانات گشتاور را با اینرسی خودش نرم کند؛ هرچه جرم دورانی بیشتر و توزیع جرمی مناسب‌تر باشد، تلفات ناگهانی در سرعت و لرزش کمتر خواهد بود. اما جرم دورانی زیاد با هزینه‌های دیگر همراه است: جرم اضافه، پاسخ کمتر به گاز، و مصرف سوخت بالاتر.
نقش تعداد سیلندر و حجم هر سیلندر در «نرمی» عملکرد
یک اصل کلیدی این است: یک موتور با تعداد سیلندر بیشتر (و در نتیجه هر سیلندر کوچکتر برای همان حجم کل) تولید پالس‌های احتراق با فرکانس بالاتر و دامنه‌ی هر پالس کمتر می‌کند. تصور کنید ۴ لیتر حجم کل موتور را بین چهار سیلندر تقسیم کنید: هر سیلندر یک لیتر است و هر پالس احتراق قوی خواهد بود. اگر همان ۴ لیتر را بین هشت سیلندر تقسیم کنید، هر پالس نصف شدت قبلی است و فواصل زمانی بین پالس‌ها نصف می‌شود و نتیجه کار درک انسانی از نرمی و یکنواختی در عملکرد است. بنابراین از نظر تئوری و حسی، تعداد بالاتر سیلندر باعث کاهش دامنهٔ نوسانات در هر پالس و ایجاد خروجی گشتاور پیوسته‌تر می‌شود.
این موضوع به‌ویژه هنگام کار در دور موتورهای پایین و در شرایط بار ثابت محسوس است. موتورهای پرسیلندر نظیر موتورهای ۶ و ۸ سیلندر در دور پایین گشتاور یکنواخت‌تری تولید می‌کنند و بنابراین لرزش موتور به شاسی کمتر منتقل می‌شود. به‌علاوه، سیلندرهای کوچکتر جرم رفت‌وبرگشتی کمتری دارند (پیستون سبک‌تر، شاتون متناسب) که باعث می‌شود شتاب/کاهش شتاب پیستون در هر سیکل کمتر و نرم‌تر باشد. اما این مزیت با معایب همراه است: سیلندرهای کوچکتر معمولاً برای تولید همان توان نیاز به دور بالاتر یا فشار تزریق/پرفشارتر (توربو) دارند که خودش منابع جدیدی از صدا/ارتعاش و پیچیدگی ایجاد می‌کند.
باید توجه کرد که «هرچه کوچکتر، ساکت‌تر» لزوماً درست نیست. سیلندر کوچکتر به ازای هر احتراق میزان انرژی کمتری آزاد می‌کند، ولی چون فرکانس احتراق افزایش می‌یابد، در طیف فرکانسی صدا حرکت به سمت فرکانس‌های بالاتر رخ می‌دهد که انسان آنها را «تیزتر» یا «خشن‌تر» حس می‌کند. بنابراین تجربهٔ صوتی موتور کوچک با دوربالا ممکن است در مجموع خشن‌تر یا ناهموارتر به‌نظر بیاید حتی اگر دامنهٔ نوسانات مکانیکی کمتر باشد. پس برندهٔ واقعی ترکیبی از تعداد سیلندر، حجم، دور کاری و طراحی مکانیکی است، نه صرفاً اندازهٔ سیلندر.
در نهایت برای یک حجم ثابت، افزایش تعداد سیلندر هزینه‌های ساخت، پیچیدگی و اصطکاک داخلی را بالا می‌برد. بنابراین در دنیای واقعی انتخاب تعداد سیلندر همیشه میان نرمی عملکرد، مصرف سوخت، هزینه و ملاحظات بسته‌بندی (فضای موتور) توازن درنظر گرفته می شود.
هندسه میل‌لنگ، ترتیب احتراق و اثرات تعادل (inline-6، V6، V8، فِلَت، و غیره)
آرایش سیلندرها و شکل میل‌لنگ تعیین‌کنندهٔ تعادل اولیه و ثانویهٔ موتور است. موتور خطی شش سیلندر (inline-6) یکی از خوش‌اقبال‌ترین طراحی‌ها از منظر دینامیکی است زیرا به‌صورت طبیعی تعادل اولیه و ثانویه عالی دارد: نیروهای رفت‌وبرگشتی و اکثر زوج‌های ناپایدار در آرایش خطی شش سیلندر به‌صورت متقارن خنثی می‌شوند؛ در نتیجه موتور بسیار نرم و کم‌لرزش حتی بدون بالانس‌شافت است. احتمالا به همین دلیل است که موتورهای درازِ شش سیلندر در خودروهای لوکس و وانت‌های بزرگ از محبوبیت برخوردار بوده‌اند.
آرایش V6 اما پیچیده‌تر است. یک V6 با زاویه ۶۰ درجه و میل‌لنگ مناسب می‌تواند فاصله‌های احتراق یکنواختی فراهم کند، ولی معمولاً یک «زوج ناپایدار» (rocking couple) به‌وجود می‌آید که باعث چرخش محوری یا گهواره‌ای موتور می‌شود؛ برای خنثی کردن این زوج‌ها یا از بالانس‌شافت استفاده می‌شود یا از طراحی خاص میل‌لنگ (split crankpins) بهره می‌گیرند. موتور ۶ سیلندر با زاویه ۹۰ درجه (که گاه از دل طراحی‌های V8 مشتق می‌شود) معمولاً فاصلهٔ احتراق نابرابر دارد مگر اینکه میل‌لنگ با پیچیدگی بیشتر ساخته شده و پین‌ها جداگانه تقسیم شوند. بنابراین V6 می‌تواند نرم باشد ولی معمولاً برای رسیدن به همان سطح نرمی inline-6 نیاز به ملاحظات مهندسی بیشتری دارد.
V8ها، به‌خصوص V8 کراس‌پلین (cross-plane)، مزیت بزرگ تعادل را دارند: ترکیب زاویه‌ها و ترتیب احتراق باعث می‌شود نیروهای اولیه و بسیاری از زوج‌ها خنثی شوند و توزیع گشتاور روی میل‌لنگ بسیار پیوسته شود. این یکی از دلایل تاریخی محبوبیت V8 در خودروهای لوکس و عضلانی است: توان بالا + نرمی نسبتاً خوب در دورهای پایین/متوسط. اما انواع فِلت-پلین V8 (flat-plane) که در موتورهای اسپرت برای دستیابی به دوربالا و پاسخ سریع انتخاب می‌شوند، تعادل کمتری دارند و لرزش و صدای تیزتری تولید می‌کنند هرچند در عوض قابلیت افزایش دور و وزن میل‌لنگ سبک‌تر را ممکن می‌سازند.
بوکسر یا فِلَت-۶ (flat-six) نیز هندسه‌ای عالی از دید تعادل فراهم می‌کند؛ در این آرایش سیلندرها در دو طرف میل‌لنگ قرار دارند و حرکت متقارن آنها زوج‌های ناپایدار را حذف می‌کند. به همین دلیل موتورهای بوکسر در برخی خودروهای پرستیژ و اسپرت به‌خاطر نرمی و مرکز ثقل پایین ترجیح داده می‌شوند. نتیجهٔ خلاصه این بخش این است که «تعداد سیلندر» تنها یکی از عوامل است؛ نحوهٔ قرارگیری، زاویهٔ بین بانک‌ها، ترتیب احتراق و طراحی میل‌لنگ تعیین‌کنندهٔ واقعیِ تعادل و نرمی است.
چرایی ادراک صدا: طیف فرکانسی، هارمونی‌ها و روان‌شناسی شنیداری
صدا و ارتعاش دو جنبهٔ متفاوت اما مرتبط هستند. ارتعاش مکانی است که به شاسی و قسمت‌های داخلی منتقل می‌شود؛ صدا امواج فشاری در هواست که به گوش می‌رسد. در موتورهای چندسیلندر نظیر موتورهای ۶ و ۸ سیلندر با پالس‌های بیشتر، هر پالس کوچکتر و در نتیجه انرژی صوتی در یک بازهٔ فرکانسی وسیع‌تر توزیع می‌شود. اگر این انرژی در بازه‌های فرکانسی پایین (زیر ~۲۰۰ هرتز) متمرکز باشد، انسان آن را به‌صورت «کُلفت» یا «زمخت» حس می‌کند؛ اگر در بازهٔ میدرنج یا های‌فرِکوئنسی پخش شود، حس آن «تیز» یا «خشن» خواهد بود. پس موتور به‌ظاهر «نرم» لزوماً کم‌صدا نیست؛ بلکه طیف صدایش ممکن است دلپذیرتر و موزون‌تر باشد.
یک موتور با تعداد سیلندر زیاد، چون پالس‌های گشتاوری و احتراق فاصلهٔ زمانی کوتاه‌تری دارند، تمایل دارد صدا را به فرکانس‌های بالاتر بکشد که بسته به طراحی اگزوز می‌تواند خوشایند یا ناخوشایند شود. از سوی دیگر، موتورهای با پالس‌های بزرگ و کمتر مثل یک V8 شش لیتری با سیلندرهای بزرگ صدای بم و حجیمی تولید می‌کنند که برای بسیاری از شنوندگان لذتبخش و «لوکس» به‌نظر می‌رسد. این نکته اهمیت طراحی اگزوز و اتاق خودرو را نشان می‌دهد: مهندسان می‌توانند برخی فرکانس‌ها را جذب کنند، برخی را تقویت و برخی را فیلتر نمایند تا صدای خروجی مطلوب به‌دست آید.
در نهایت، ادراک نرمی شامل تعامل بین ارتعاشات بدنه و صدای داخل کابین است. لرزش‌هایی که به صندلی و داشبورد منتقل می‌شوند بسیار ملموس‌ترند و باعث حس «خشن بودن» می‌شوند، حتی اگر صدا خوشایند باشد. به همین دلیل مهندسان NVH (Noise, Vibration, Harshness) نه‌تنها روی خود موتور، بلکه روی اتصالات موتور به بدنه، نقاط کوپلینگ، و مواد جذب‌کننده صدا کار می‌کنند تا تجربهٔ سواری نهایی روان و دلپذیر شود.
ترفندهای مهندسی برای کاهش ارتعاش و صدا — بالانس‌شافت، دمپر، کوپلینگ و مدیریت احتراق
وقتی آرایش موتور ذاتاً متعادل نیست یا وقتی عملکردهای دیگر (مثل حجم کوچکتر به‌خاطر مصرف سوخت) لازم است، مهندسان از ترکیبی از ابزارهای فعال و منفعل برای کاهش NVH بهره می‌برند. بالانس‌شافت‌ها (balance shafts) یکی از مشهورترین راهکارها هستند: شفت‌هایی با جرم‌های نامتقارن که با سرعت و جهت دقیق می‌چرخند تا نیروهای نامتعادل رفت‌وبرگشتی را خنثی کنند. این راهکار مخصوصاً برای موتورهای ۴ سیلندر رایج است که دارای نیروی ثانویه برجسته‌اند. قرار دادن بالانس‌شافت‌ها در موتور هزینه و اصطکاک را افزایش می‌دهد اما در ازای آن سطح نرمی را بالا می‌برد.
دمپر میل‌لنگ (harmonic damper) و فلای‌ویل نرم نیز به کنترل ارتعاشات پیچشی میل‌لنگ کمک می‌کنند. چون احتراق پالس‌هایی تولید می‌کند که پیچش‌هایی در طول میل‌لنگ ایجاد می‌کنند. اگر این نوسانات پیچشی به‌خوبی کنترل نشوند سرانجام به صداهای نامطبوع یا حتی شکست میل‌لنگ می‌انجامند. بنابراین یک دمپر کارا می‌تواند انرژی این نوسانات را جذب و تبدیل به گرما کند و سطح ارتعاشات به بدنه را کاهش دهد.
سایر ابزارها شامل تعویض نرم‌افزاری ترتیبات احتراق (مثلاً تغییر ترتیب‌های شمع زنی برای کاهش پیک‌گشتاور در لحظات خاص)، تزریق سوخت چندمرحله‌ای، کنترل زمان‌بندی سوپاپ (VVT) برای یکنواخت‌تر کردن توزیع گشتاور در دورموتورها و حتی فعال‌سازی سیلندر (cylinder deactivation) برای کاهش ضربات در شرایط لود پایین است. همچنین نصب موتور با پایه‌های هیدرولیکی یا الکترومغناطیسی که توانایی حذف فرکانس‌های مشخص و جداسازی بدنه از موتور را دارند، نقش مهمی در تجربهٔ نهایی ایفا می‌کند.
در مجموع حتی اگر آرایش سیلندر به‌خودی‌خود کامل نباشد ترکیب مکانیک خوب (بالانس‌شافت، دمپر)، الکترونیک (کنترل احتراق و تزریق) و طراحی اتصالات ، بوش‌ها، مواد جذب‌کننده می توانند موتورهای جمع‌وجور و نسبتاً ناهموار را به تجربه‌ای نرم و لوکس تبدیل کند اما این همه با هزینه، پیچیدگی و گاهی افزایش مصرف همراه است.
سیر تحول و تکامل موتورها: از موتورهای خطی بزرگ تا موتورهای کوچک‌ِ پرتوان مدرن
در تاریخ طراحی موتور، یک روند کلی دیده می‌شود: اوایل قرن بیستم موتورهای حجیم، کم‌دور و معمولاً با تعداد سیلندر بیشتر یا خطی بودند تا آرام و قابل اعتماد کار کنند. در آن زمان مصالح و تکنولوژی ساخت اجازهٔ ساخت بالا و دقیقِ مجموعه‌های بالانس را کمتر می‌داد لذا طراحی‌های ساده و پرحجم که ذاتی نرم بودند ترجیح داده می‌شدند. با پیشرفت در متالوژی، ماشین‌کاری و دینامیک، موتورهای پیچیده‌تر اما جمع‌وجورتر امکان‌پذیر شدند.
در دهه‌های بعدی نیاز به بهبود مصرف سوخت، کاهش آلایندگی و صرفه‌جویی در فضا منجر به کوچکتر شدن حجم‌های هر سیلندر و استفاده از توربوشارژرها و تزریق مستقیم شد. این تغییر باعث شد موتورهای کم‌حجم ولی پرفشار به‌وجود آیند که برای رسیدن به نرمی مطلوب نیازمند ملاحظات بیشتری بودند یعنی بالانس‌شفت‌ها، کنترل دقیق تزریق و سیستم‌های اگزوز پیچیده برای شکل دادن به صدا. در نتیجه عصر الکترونیک مدیریت پیشرانه از دههٔ ۱۹۸۰ به بعد به تغییرات بنیادین در نحوه کنترل NVH کمک کرد.
در دهه‌های اخیر با ورود موتورهای هیبریدی و الکتریکی معیارهای نرمی و صدا تغییر کرده‌اند. موتورهای احتراق داخلی در کنار موتورهای الکتریکی کار می‌کنند؛ الکتریک‌ها ذاتاً نرم و بی‌صدا هستند بنابراین موتور احتراق داخلی وقتی خاموش یا در دور پایین کار می‌کند باید بسیار نرم باشد تا بی‌هم‌خوانی ایجاد نشود. این موضوع فشار تازه‌ای بر مهندسی NVH وارد کرده تا موتورها در شرایط کاری متنوع بسیار روان عمل کنند. هم‌زمان تکنیک‌های جدید ساخت (فریز-فورجینگ، تراشکاری دقیق، متالوژی پیشرفته) اجازهٔ ساخت قطعات با تناسب و دقت بالاتر را می‌دهند که به نرمی بیشتر کمک می‌کنند.
بنابراین تکامل موتورها نه‌تنها به سمت کوچکتر شدن سیلندرها رفته بلکه همراه با آن لایه‌های جدیدی از فناوری برای حفظ یا افزایش نرمی اضافه شده است. نتیجهٔ نهایی ترکیبی از انتخاب‌های معماری (مثلاً V6 یا inline-6) فناوری‌های کنترلی و مصالح پیشرفته است که به خودروسازان اجازه می‌دهد حتی موتورهای کوچک را تا حد زیادی نرم و دلپذیر سازند.
مثال‌های واقعی و مقایسه‌های شناخته‌شده
برای ملموس‌تر کردن بحث بد نیست چند مثال واقعی را مرور کنیم. موتورهای inline-6 کلاسیک بی‌ام‌و نمونهٔ برجسته‌ای از تعادل ذاتی هستند؛ حتی نمونه‌های غیربالانس‌دار از لحاظ لرزش به موتورها و طراحی‌های V کوچکتر ارجحیت داشتند به همین دلیل بی‌ام‌و برای دهه‌ها روی شش سیلندر خطی سرمایه‌گذاری کرده است. این موتورها در دورهای پایین و متوسط نرم و یکنواخت‌اند و به‌خاطر توزیع پالس گشتاوری مناسب، حس «لوکسی» در رانندگی ایجاد می‌کنند.
در سمت دیگر، V8های آمریکایی کراس‌پلین در دور پایین گشتاور حجیم و صدایی بم تولید می‌کنند که برای بسیاری نماد قدرت و نرمی است مخصوصاً وقتی که شتاب‌گیری یکنواخت و ضربات سبک در کابین مدنظر است. در مقابل، موتورهای فلت-پلین V8 که در برخی خودروهای مسابقه‌ای و ابرخودروها استفاده می‌شوند، صدای تیزتر و لرزش بیشتری دارند اما بازدهٔ بالاتر در دورهای بالا و پاسخ سریع‌تر را ارائه می‌دهند یعنی طراحی براساس اولویت‌ها فرق می‌کند: نرمی یا پاسخ/دورگیری بالا.
موتورهای چهارسیلندر مدرن (با بالانس‌شافت، تزریق مستقیم، توربو) را هم ببینید: اگرچه تعداد سیلندر کمتر است اما با استفاده از بالانس‌شافت، نرم‌افزار مدیریت پیشرانه و فلای‌ویل مناسب می‌توانند تجربهٔ بدون لرزش و خوشایندی در مصرف سوخت بالا ارائه دهند. این نمونه‌ها نشان می‌دهند که تعداد سیلندر تنها یک ورودی در سیستم است؛ ابزارهای دیگر (الکترونیک و مکانیک تکمیلی) می‌توانند نتیجهٔ نهایی را بهبود دهند.
این مطالعات موردی به ما می‌گوید که اگر به دنبال حداکثر نرمی هستید و دغدغه فضایی/هزینه‌ای کم است، inline-6 یا V8 کراس‌پلین گزینه‌های طبیعی‌اند. اگر محدودیت‌های هزینه، جرم و فضای موتور وجود داشته باشد، ترکیب یک چهار یا سه سیلندر با فناوری‌های NVH می‌تواند همخوانی مطلوبی ارائه دهد.
جنبه‌های پیچیده‌تر: گشتاور ضربانی، ارتعاشات پیچشی و تأثیر زمان‌بندی
یک لایهٔ مهم که اغلب دست‌کم گرفته می‌شود ارتعاشات پیچشی میل‌لنگ و اثر گشتاور ضربانی است. هر شلیک (احتراق) گشتاوری ناگهانی به میل‌لنگ وارد می‌کند و چون میل‌لنگ یک عضو کشسان است، این گشتاور به‌صورت موج‌های پیچشی در طول آن حرکت می‌کند. مقاومت و مدهای ارتعاشی میل‌لنگ و نحوهٔ اتصال آن به فلای‌ویل و گیربکس تعیین می‌کند که آیا این امواج به شاسی و کابین منتقل شوند یا در دمپر و قطعات وسطی جذب گردند. بنابراین طراحی میل‌لنگ (جرم، مودالیتی، سختی) یکی از عوامل کلیدی نرمی است.
ترتیب احتراق (firing order) و فاصلهٔ زمانی بین احتراق‌ها نیز نقش بسیار مهمی دارند. ترتیب احتراق خوب می‌تواند ضربات گشتاور را طوری پخش کند که نه تنها پالس‌ها یکنواخت باشند، بلکه مودهای طبیعی پیچشی میل‌لنگ نیز تحمیل نشوند. مهندسان با شبیه‌سازی مودال و تحلیل طیف فرکانسی، ترتیب‌های احتراقی را انتخاب می‌کنند که تعاملات نامطلوب را کمینه کند. در موتورهای با تعداد سیلندر بیشتر، فضای طراحی بیشتری برای یافتن ترتیب احتراق مطلوب وجود دارد.
علاوه بر آن عدم تطابق کوچک بین سیلندرها مثلاً تفاوت‌های کوچک در دبی تزریق، فشار فشرده‌سازی، یا زاویهٔ میل‌لنگ می‌تواند باعث «چنگال زدن» (beat) در تولید گشتاور شده و در نتیجه لرزش‌های کم‌دامنه اما آزاردهنده‌ای ایجاد کند. در موتورهای چندسیلندر نظیر موتورهای ۶ و ۸ سیلندر، میانگین‌گیریِ خطاها ساده‌تر است؛ چندین سیلندر با هم کار می‌کنند و خطاهای کوچک هر یک به‌نوعی در مجموع کمتر احساس می‌شوند. این خاصیت آماری یکی از دلایل دیگری است که موتورها با سیلندرهای بیشتر احساس نرم‌تری دارند.
در نهایت، کنترل الکترونیک مدرن قادر است با اندازه‌گیری‌های بلادرنگ و تنظیم تزریق و اشتعال، بسیاری از این عدم‌تعادل‌های لحظه‌ای را کمینه کند. اما اجرای چنین کنترلی نیازمند حسگرها، پردازش و اکچویتورهای سریع است که هزینه و پیچیدگی را بالا می‌برد.
ملاحظات عملی و انتخاب برای طراحی خودرو
وقتیطراح خودرو یا مهندس نیروگاه تصمیم می‌گیرد بین موتور ۴، ۶ یا ۸ سیلندر انتخاب کند، مجموعه‌ای از معیارها را در نظر می‌گیرد: نرمی و NVH، هزینه ساخت و نگهداری، مصرف سوخت و انتشار آلاینده، حجم و بسته‌بندی در زیر کاپوت، و خواسته‌های بازار (مثلاً طرفداران صدای V8). موتورهای شش و هشت سیلندر معمولاً در خودروهای لوکس و پرفورمنس برتری دارند از لحاظ نرمی و حس رانندگی، اما قیمت و مصرف سوخت بالاتری دارند. تولیدکنندگان برای بازارهای مختلف استراتژی‌های متفاوتی دارند: برخی شش سیلندر را برای کلاس لوکس نگه می‌دارند و در کلاس‌های ارزان‌تر از چهارسیلندرهای پیشرفته بهره می‌گیرند.
برای کاربردهای خاص مثل خودروهای شهری یا خودروهای با اولویت مصرف، طراحی به سمت موتورهای کوچکتر و توربو آمده است که با وجود پیچیدگی، مصرف بهینه‌تری ارائه می‌دهند. در این موارد مهندسان باید بیشتر روی NVH کار کنند: نصب پایه‌های موتور هیدرولیکی، بالانس‌شافت، کنترل دقیق تزریق و اصلاح اگزوز برای شکل‌دهی صدای خروجی. این یعنی ما می‌توانیم با هزینهٔ مهندسی و فناوری، تجربهٔ نرمی نزدیک به موتورهای چندسیلندر بزرگ‌تر را از موتورهای کوچکتر بگیریم اما همیشه محدودیت‌هایی از لحاظ پاسخ دینامیکی و احساسی وجود دارد.
برای خودروهای هیبریدی و الکتریکی، اولویت‌ها باز هم تغییر می‌کنند: پیشرانهٔ احتراق داخلی ممکن است در شرایطی خاموش باشد و بازگشت به کار باید بدون تکان یا صدای نامطلوب صورت گیرد. بنابراین طراح باید المنت‌های جدیدی مانند هماهنگی با موتور الکتریکی و کنترل هوشمند را نیز در نظر بگیرد. در نهایت، انتخاب معماری موتور باید مطابق با مأموریت خودرو و تجربه‌ای که خریدار انتظار دارد باشد.
جمع‌بندی نهایی
پاسخ خلاصه و دقیق به سؤال شما این است که موتورهای ۶ یا ۸ سیلندر به‌دلیل ترکیبی از عوامل فیزیکی و مهندسی مثل فراوانی پالس‌های احتراق با دامنه‌های کوچکتر، امکان ترتیب احتراق یکنواخت‌تر، تعادل بهتر نیروهای اولیه/ثانویه در برخی آرایش‌ها و توزیع خطاهای احتراق روی چند سیلندر به‌طور طبیعی گشتاور و نیروهای وارد بر شاسی را نرم‌تر و یکنواخت‌تر تولید می‌کنند. اما این به‌معنی این نیست که «هرچه موتور کوچکتر باشد صدایش کمتر یا ارتعاش آن کمتر است»؛ چون کوچکتر بودن سیلندر معمولاً باعث افزایش فرکانس‌ها، لزوم استفاده از فشارهای بالاتر (توربو) و تولید صدای با طیف متفاوت می‌شود که ممکن است برای انسان ناخوشایند به‌نظر برسد.
علاوه بر این، مهندسی مدرن ابزارهایی را در اختیار طراحان می‌گذارد تا موتورهای جمع‌وجور و حتی سه یا چهار سیلندر را بسیار نرم و ساکت کنند؛ اما این کار هزینه، پیچیدگی و گاهی افزایش مصرف را به دنبال دارد. بنابراین انتخاب بین تعداد سیلندرها همیشه یک موازنهٔ پیچیده است: نرمی و حس رانندگی در مقابل هزینه، مصرف، وزن و فضای بسته‌بندی.
اگر بخواهیم به شما توصیهٔ عملی بدهیم: اگر هدف شما حداکثر نرمی و حس لوکس است و محدودیت فضا/هزینه کم است، موتور خطی شش سیلندر یا V8 کراس‌پلین بهترین گزینه‌ها هستند. اگر اولویت مصرف سوخت و فضای موتور است، چهار سیلندرهای پیشرفته با بالانس‌شافت و مدیریت الکترونیکی می‌توانند تجربه‌ای بسیار خوب ارائه دهند، اما لزوماً با «احساس» یک V8 برابر نیستند. هر انتخابی مستلزم درک و تطبیق با نیازهای بازار و خواسته‌های راننده است.
دقیقا درست است‌درایران هم خودروهایی مانند هیوندا آزارا به دلیل موتورشیش سیلندر ونوع ارایش موتور بسیار نرم هستند وپرقدرت.
با سلام،
خیلی ممنون از مقاله ارزشمند و عالی شما. کاش بیشتر در ویرایش دقت شود زیرا این مقاله ارزشمند در برخی جمله‌ها روان نیست، نشانه‌های نگارشی مثل کاما در جای خود قرار ندارند و یکی دو جمله هم کاملاً نامفهوم اند.
در کل مقاله استخواندار و پرمحتوایی بود. زحمت زیادی برای آن صرف شده
پراید هم خیلی نرمه مگه چند سیلندره😂😂😂
تشکر از مقاله ی خوب تون.
ای کاش به راز نرمی و بی صدایی و بدون ارتعاش موتور های رولزرویس هم اشاره می‌کردید.
چرا که دومی ندارند…
موتور ها برای صرفه جویی نصف شده