طراحی موتور نیاز به دانش و تخصص بسیار بالایی دارد، زیرا پیچیده‌ترین بخش طراحی یک خودرو، همین بخش است. از زمانی‌که کشور ما در صف خودروسازان قرار گرفت، همواره سوالی مطرح است که آیا توان علمی کشور ما در حدی است که بتواند موتور خودرو طراحی کند؟
به گزارش اخبارخودرو، علم طراحی موتور یا پیشرانه خودرو در دنیا در سیطره چند کمپانی است که تعدادشان از تعداد انگشتان دست کم‌تر است و به همین منظور اغلب کمپانی‌های خودروسازی برای محصولات‌شان به این کمپانی‌ها سفارش طراحی موتور می‌دهند. باید این نکته را در نظر داشت که طراحی موتور نیاز به دانش و تخصص بسیار بالایی دارد، زیرا پیچیده‌ترین بخش طراحی یک خودرو، همین بخش است. از زمانی‌که کشور ما در صف خودروسازان قرار گرفت، همواره سوالی مطرح است که آیا توان علمی کشور ما در حدی است که بتواند موتور خودرو طراحی کند؟ برای یافتن پاسخ، گفت‌وگویی انجام دادیم با مهندس مهدی خرازان، استاد دانشگاه و مولف کتاب‌های تخصصی دانشگاهی در زمینه مکانیک خودرو که در زیر آن‌را می‌خوانید.
عموما در مقاله‌های علمی گفته می‌شود طراحی موتور خودرو باید متناسب با آب‌وهوای همان جغرافیا باشد. دلیل این امر چیست؟
ورودی‌های فیزیکی موتور، هوا و سوخت است. واضح است کیفیت هوای ورودی و مشخصه‌های آن از قبیل دما، میزان رطوبت، مقدار گردوغبار و موارد دیگر مستقیما روی عملکرد موتور اثرگذار است. به‌طور مثال، بالا بودن دمای هوای ورودی، می‌تواند باعث پدیده خود‌سوزی یا Auto ignition شود. زیرا هر چقدر دمای هوای ورودی بیشتر باشد، هوای ورودی زودتر به دمای اشتعال می‌رسد. میزان رطوبت هوا و گردوغبار آن نیز بر کیفیت احتراق اثرگذار است. بنابراین در نظر گرفتن شرایط آب‌و‌هوایی محیطی که قرار است موتور در آن کار کند، می‌تواند باعث عملکرد بهتر موتور شود.
گفته می‌شود بعد از طراحی بدنه خودرو، طراحی موتور گران‌ترین بخش ساخت خودرو است. این گفته صحت دارد؟
موتور تشکیل یافته از تعداد زیادی قطعه متحرک است که تلورانس‌های ابعادی دقیقی دارند. قطعاتی چون رینگ پیستون‌ها و یاتاقان‌ها دارای تلورانس‌های ابعادی بسیار دقیقی در حد ده هزارم میلی‌متر هستند. هر چقدر تلورانس ابعاد قطعه دقیق‌تر باشد، فرآیند ساخت آن نیز پرهزینه‌تر می‌شود. دلیل دیگر گران بودن قیمت موتور، اهمیت کیفیت جنس و آلیاژ آن است. اگر جنس آلیاژ قطعاتی همچون پیستون، یاتاقان‌ها، میل‌لنگ و… مناسب نباشد، نمی‌توانند وظیفه خود را به‌خوبی انجام دهند.
طراحی موتور چگونه انجام می‌شود؟ اگر امکانش است به‌صورت خلاصه این مطلب را بیان کنید.
موتور باید متناسب با نوع خودرو و وزن آن طراحی شود. واضح است هر چقدر خودرو سنگین‌تر باشد، نیاز به موتور قوی‌تری دارد. از سوی دیگر نوع خودرو می‌تواند تعیین‌کننده مشخصات موتور موردنیاز باشد. بعضی خودروها از قبیل خودروهای سواری، نیازمند موتورهای سرعتی هستند. برعکس خودروهای کمپرسی و کشنده، نیازمند موتورهای قدرتی هستند. بعد از تعیین نوع موتور اشتعال-‌جرقه‌ای (بنزینی) یا اشتعال‌-تراکمی (دیزل) و تعیین مشخصات کلی آن از قبیل تعداد سیلندر، نحوه آرایش سیلندرها، جهت گردش و…، لازم است حجم موتور متناسب با قدرت موردنیاز طراحی شود. در نظر گرفتن محاسبات ترمودینامیکی فرآیندهای کاری موتور، در جلوگیری از وقوع پدیده خودسوزی و تعیین نسبت تراکم نقش‌آفرین است. همچنین ضرورت دارد با در نظر گرفتن محاسبات سیالاتی جریان هوا، شکل محفظه احتراق نیز طراحی شود. از سوی دیگر مکانیزم پیستون، شاتون، میل‌لنگ و مکانیزم میل‌بادامک، تایپیت، اسبک و سوپاپ‌ها نیز باید از لحاظ سینماتیکی و استحکامی طراحی شوند. در انتها لازم است سیستم خنک‌کاری، سیستم روغن‌کاری و تجهیزات جانبی موتور نیز طراحی شوند.
چرا تاکنون در کشور ما طراحی موتور خودرو صورت نگرفته است؟ آیا این امر به‌دلیل نداشتن توان علمی خودروسازان است یا دلایل دیگری دارد؟
طراحی دارای سطوح مختلفی است. اگر اصرار داشته باشیم یک طراحی کامل را انجام دهیم، از یک طرف احتمال خطا در طراحی بیشتر و از سوی دیگر، کار بسیار پیچیده و زمان‌بر می‌شود و هزینه‌ها بالا می‌رود. طولانی شدن فرآیند طراحی و هزینه بالای طراحی، باعث غیر اقتصادی شدن طرح می‌شود. بنابراین مسیر صحیح بومی‌سازی طراحی موتور، از مهندسی معکوس یا کپی‌برداری از طرح‌های دیگر و بهینه‌سازی آنها آغاز می‌شود. در این زمینه دانش فنی و پتانسیل‌های سخت‌افزاری خوبی بین قطعه‌سازان وجود دارد. اما لازمه موفقیت در این زمینه، برنامه‌ریزی، مدیریت و جهت‌دهی پتانسیل‌هاست.
کمپانی‌های خودروسازی هنگام طراحی موتور چه پارامتری را مهم‌ترین شاخص خود قرار می‌دهند؟
در وهله نخست، موتور خودرو باید متناسب با نوع خودرو و کاربرد آن طراحی شود. مهم‌ترین ویژگی‌های یک موتور، مقدار توان و گشتاوری است که در دورهای مختلف تولید می‌کند. البته با توجه به اهمیت مسائل زیست‌محیطی، امروزه حد استاندارد آلایندگی موتور که به استاندارد یورو معروف است نیز به‌عنوان یکی از شاخص‌های مهم مطرح است.
چرا مانند یک دهه گذشته کمپانی‌های خودروسازی از موتورهای با حجم و سیلندر بیشتر استفاده نمی‌کنند؟ چرا در محصولات داخلی شاهد آن نیستیم؟
در یک دهه گذشته با توجه به افزایش تعداد خودروها مخصوصا در کشور خودمان، مسائل آلودگی محیط‌زیست، مقدار مصرف سوخت و… به‌صورت جدی‌تری مطرح است. به همین دلیل سیاست‌گذاری‌های صنعت خودرو به سمت تولید خودروهای کم‌مصرف با آلایندگی کم‌تر سوق داده شده است. حتی قوانینی برای جلوگیری از تولید و شماره‌گذاری خودروهای پرمصرف با حجم بالا نیز مصوب شده است. در ادامه این جهت‌گیری سیاست‌گذاری، در آینده‌ای نزدیک شاهد توسعه بیشتر خودروهای هیبرید که مصرف سوخت ‌آنها بسیار کم است نیز خواهیم بود.
آینده‌ای برای طراحی موتور در کشور وجود دارد؟ اگر پاسخ شما مثبت است، آن‌را چگونه ارزیابی می‌کنید؟
در ایران تا حدی پتانسیل‌های لازم وجود دارد. اما بیشترین معضل کشور در این زمینه، عدم برنامه‌ریزی و سیاست‌گذاری‌های یکپارچه و هماهنگ است. با مدیریت صحیح توانمندی‌ها و توسعه آنها، امکان طراحی و تولید موتور در کشور وجود دارد اما با توجه به مدیریت‌های سلیقه‌ای و متناقض با یکدیگر و عدم هماهنگی بین زنجیره‌های تامین، در حال حاضر شرایط خیلی مطلوب نیست.
برای طراحی یک موتور کم‌استهلاک و دارای عمر کاری بالا چه مواردی مستلزم رعایت از سوی کمپانی و مهندسان است؟
یکی از مهم‌ترین مسائلی که در افزایش عمرکاری و کاهش استهلاک موثر است، استفاده از آلیاژهای مناسب و رعایت تلورانس‌های دقیق در فرآیند ساخت قطعات موتور و مونتاژ آن‌هاست. این موضوع هم باید توسط قطعه‌سازان رعایت شود و هم خودروسازان به آن اهمیت دهند.
نظرتان در مورد استفاده از سوخت گاز در موتورها چیست؟ چرا موتوری بر اساس این سوخت طراحی نمی‌شود؟
هرچند سوخت گاز از لحاظ ارزش حرارتی و انرژی که تولید می‌کند، نسبت به بنزین ضعیف‌تر است و خشک‌تر بودن سوخت گاز باعث کاهش عمر قطعات موتور از جمله سوپاپ‌ها و رینگ پیستون می‌شود اما با توجه به اینکه آلایندگی آن کم‌تر است و ایران دارای بیشترین ذخایر گاز در جهان است، توسعه استفاده از سوخت گاز در موتور توصیه می‌شود. هرچند یک موتور اشتعال-‌ جرقه‌ای، هم می‌تواند با سوخت گاز کار کند و هم با بنزین، اما با توجه به تفاوت‌هایی که در دمای اشتعال سوخت، خشک‌تر بودن سوخت گاز و… وجود دارد، بهتر است شکل محفظه احتراق، جنس آلیاژ قطعاتی چون سوپاپ‌ها، رینگ پیستون، پیستون و… متناسب با شرایط سوخت گاز طراحی شود. موتورهای پایه گازسوز بر این اساس طراحی شده‌اند.
برای طراحی یک موتور ملی نیاز است کمپانی‌ها از چه منابعی استفاده کنند؟ چه باید شود تا این اتفاق رخ دهد؟
یکی از مدل‌های مناسب برای این کار، ایجاد یک مثلث همکاری بین شرکت‌های خودروساز، دانشگاه‌ها و شرکت‌های خارجی دارای تجربه در این زمینه است. با این مدل همکاری هم می‌توان دانش فنی را به خودروساز انتقال داد و هم دانشگاه‌ها را در زمینه علوم کاربردی و اجرایی تقویت کرد. اگر این همکاری فقط بین شرکت‌های خارجی و خودروسازان باشد، انتقال دانش فنی به‌خوبی اتفاق نمی‌افتد. اما اگر پروژه‌های دانشگاهی کارشناسی ارشد و دکتری در این راستا جهت‌دهی شوند، می‌توان به نقش‌آفرینی دانشگاه‌ها در برقراری ارتباط با صنعت و کاربردی شدن علوم آنها کمک کرد. همچنین لازم است پتانسیل‌های قطعه‌سازان به دقت ارزیابی و حلقه‌های مفقوده زنجیره تامین، شناسایی و تکمیل شود.