دلیل دروغ بودن مصرف کمتر پیشرانه‌های توربو چیست؟!

پیشرانه‌های توربو چند سالی است که سر و صدای زیادی به پا کرده‌اند. شورولت پیشرانه‌های 1.4 لیتری اکوتکی را عرضه می‌کند که قدرت 153 اسب بخاری داشته و محصولات فیات-کرایسلر هم از پیشرانه‌هایی استفاده می‌کنند که معمولاً نیازمند قوای محرکه‌ی 2 یا 2.4 لیتری بوده‌اند. حتی می‌توانیم ببینیم که پیشرانه‌های بزرگ‌تری همچون 4 سیلندر 2.5 لیتری توربو در مزدا CX-9 جایگزین پیشرانه‌های 6 سیلندر با همان میزان قدرت شده‌اند.

اما تمامی این تغییرات به خاطر مصرف سوخت کمتر پیشرانه‌های کم‌حجم‌تر توربو در مقایسه با نسخه‌های تنفس طبیعی حجیم‌تر صورت گرفته است؛ اما چگونه؟ آیا این مصرف کمتر یک جادو است؟ نه! این یک دروغ است، یک دست‌کاری هوشمندانه‌ی صنعت خودرو برای دور زدن قوانین سخت‌گیرانه آلایندگی در بازارهایی کلیدی همچون آمریکا و اروپا؛ اما برای دانستن ساز و کار این دروغ بزرگ ما نگاهی به طرز کار پیشرانه‌ی توربو و چگونگی اندازه‌گیری مصرف سوخت آن داشته‌ایم.

محنی‌های قدرت و گشتاور

یک پیشرانه‌ی تنفس طبیعی نرمال عملکرد نسبتاً ساده‌ای دارد. قدرت این پیشرانه به حالت ساده و تکراری‌ای ارائه می‌شود. منحنی قدرت معمولاً از پایین شروع شده و با بالا رفتن دور پیشرانه به نزدیک ردلاین می‌رسد. از آنجایی که دور پیشرانه افزایش می‌یابد بنابراین جریان هوای بیشتری هم به آن می‌رسد و همه می‌دانیم که اگر خواهان شعله‌ی بیشتری باشید باید هوای بیشتری هم داشته باشید. توربوشارژرها این فرایند را پشتیبانی می‌کنند و فرایند احتراق را به هوای فشرده بهبود می‌بخشند؛ اما این فرایند زمان‌بر بوده و همیشه هم فعال نیست.

به همین خاطر پیشرانه‌های توربو دو منحنی قدرت متفاوت دارند که یکی در زمان بوست توربو و دیگری در زمان عدم بوست است. منحنی عدم بوست نشان دهنده‌ی چگونگی رفتار پیشرانه در دورهای پایین است، زمان‌هایی که پدال گاز به آرامی فشرده می‌شود و سیستم‌های مدیریت پیشرانه نیازی به حداکثر قدرت ندارند. در این شرایط توربو اصلاً فعال نیست و پیشرانه نیز به جریان هوای معمولی اتکا می‌کند و حداکثر مصرف سوخت را دارد. در خودروهایی همچون شورولت کروز مجهز به پیشرانه 1.4 لیتری توربو، مصرف سوخت مشابه یک مدل 1.4 لیتری تنفس طبیعی خواهد بود.

اما در منحنی قدرت بوست شما حداکثر قدرت را دارید و توربو در حداکثر گردش خود بوده و حداکثر هوای ممکن برای فرایند احتراق تأمین می‌شود. اینجاست که حداکثر و قدرت گشتاور (در کروز 153 اسب بخار و 239 نیوتون متر گشتاور) ارائه می‌شود؛ اما با تأمین هوای بیشتر شما سوخت بیشتری هم نیاز خواهید داشت. حسگرهای جریان هوای داخل ورودی هوای پیشرانه میزان هوای ورودی را تشخیص داده و به سیستم سوخت‌رسانی می‌گوید که میزان تأمین سوخت را تنظیم نماید. در زمانی که توربو فعال است پیشرانه برای تولید حداکثر قدرت و گشتاور سوخت بیشتری را می‌فرستد.

سوخت بیشتر برابر است با راندمان سوخت بدتر. مهم نیست که پیشرانه چقدر کوچک یا بزرگ است زیرا در زمانی که توربو فعال است و قدرت بیشتری تولید می‌شود، پیشرانه‌ی توربو همانند یک واحد بزرگ‌تر سوخت را خواهد بلعید. هوشمندانه است! یک پیشرانه با توانایی رفتار همانند دو پیشرانه‌ی کاملاً متفاوت؛ اما خودروسازان از مزیت آن استفاده کرده و اکثر تست‌های مصرف سوخت را به‌صورت ناقص انجام می‌دهند.

تست‌های مصرف سوخت چگونه انجام می‌شوند؟

تست‌ها در آمریکا منظم‌تر از اروپا به‌روز می‌شود هرچند این تست‌ها هم هنوز قدیمی می‌باشند. تست‌های مورد بحث از سه فاز تشکیل شده که همگی در محیط آزمایشگاهی و بدون هرگونه متغیر دیگر انجام می‌شود. همچنین آیتم‌هایی همچون شرایط آب و هوایی در نظر گرفته نمی‌شوند. اولین فاز تست شهری UDDS است که مصرف سوخت در محیط‌های شهری را اندازه‌گیری می‌کند. این تست که LA4 هم نامیده می‌شود برای اولین بار در سال 1972 انجام گرفت و حدود یک ساعت رانندگی در لس‌آنجلس بود. در آن زمان خودروهای بسیار کمتری در خیابان‌ها تردد می‌کردند و خودروها و پیشرانه‌ها نیز نسبت به امروز بسیار متفاوت بودند.

تست UDDS حدود 31 دقیقه بوده و با حداکثر سرعت 90 کیلومتر در ساعت انجام می‌شود. این تست شامل 23 بار توقف و سرعت متوسط 32 کیلومتر در ساعت بوده اما شتاب گیری‌های چندباره باعث می‌شوند این تست واقع‌بینانه‌تر باشد. برای مثال شاهد شتاب گیری 12 ثانیه از سکون تا سرعت 36 کیلومتر در ساعت هستیم. همچنین چندین بار توقف برای شبیه‌سازی ترافیک انجام می‌شود.

فاز دوم تست‌ها که HWFET نام دارد مصرف سوخت بزرگراهی را اندازه می‌گیرد. در اینجا از پیشرانه‌ای که قبلاً گرم شده استفاده می‌شود و توقفی هم نیست. سرعت متوسط خودرو 77 کیلومتر در ساعت بوده و حداکثر سرعت به 96 کیلومتر در ساعت می‌رسد. این تست نیز یک سفر 16 کیلومتری را شبیه‌سازی می‌کند.

سپس اعداد مربوط به مصرف سوخت با درصدهای پیش بینی شده (10 درصد برای شهر و 22 درصد برای بزرگراه) و بر پایه‌ی محاسبات سال 1984 تنظیم می‌شوند. این اعداد بیش از 30 سال است که تغییری نکرده‌اند. از سال 2008 به بعد EPA تست سومی را نیز برای شبیه‌سازی بهتر شرایط واقعی انجام داد. تست SFTP دارای سه سیکل است. اولین آن‌ها 10 دقیقه طول کشیده و مسافت 12.8 کیلومتری را شامل شده و سرعت متوسط خودرو نیز 77 کیلومتر در ساعت است. حداکثر سرعت خودرو در این سیکل به 128.7 کیلومتر در ساعت می‌رسد. این تست شرایط پرسرعت و مهم‌تر از آن شتاب گیری‌های سریع را شبیه‌سازی می‌کند. این جزئیات حیاتی نشان دهنده‌ی فشار بیشتر بر پیشرانه و نشان دهنده‌ی همان منحنی قدرتی هستند که نیازمند سوخت بیشتر می‌باشد.

سیکل دوم مسافت 5.3 کیلومتری را شامل شده و با کولر روشن انجام می‌شود. نهایتاً در سیکل آخری هم حالت تردد شهری در دماهای پایین تست می‌شود. اگرچه SFTP مصرف سوخت واقعی‌تر و دقیق‌تری را تخمین می‌زند اما بازهم نتایج به دست آمده تحت تأثیر تست‌های دیگر قرار داشته و رفتار دنیای واقعی را نشان نمی‌دهند. البته یک مشکل کلیدی دیگر هم وجود دارد…

تست محدود – حداکثر اعتماد

EPA ظرفیت تست محدودی داشته و در سال 2010 تنها حدود 200 تا 250 خودرو را تست کرده است. این رقم در آن سال تنها حدود 15 درصد خودروهای جدید در حال فروش را شامل می‌شد چراکه هر خودرو دارای تریم ها و نسخه‌های گوناگون بوده و پیشرانه‌ها و رینگ و لاستیک‌های متفاوتی برای مدل‌ها در دسترس بوده است. EPA اکثر اوقات از داده‌های خودروسازان استفاده کرده و تست‌های تصادفی برای سنجش صداقت خودروسازان انجام می‌دهد. این موضوع مخصوصاً در زمانی که شکایاتی از مصرف‌کنندگان به دست EPA می‌رسد پررنگ‌تر می‌شود.

نهایتاً باید گفت فاکتورهای کلیدی در تخمین مصرف سوخت ناقص هستند. اعتماد به خودروسازانی که تلاش دارند بهترین عملکرد خود را نشان دهند یک روش با ریسک بالا بوده اما زمانی که خود تست‌ها بر مبنای داده‌های 30 یا 40 سال پیش انجام می‌شوند و پیشرانه‌ها را هم خیلی تحت‌فشار نمی‌گذارند بنابراین این موضوع ساده را نادیده می‌گیرند که تمامی پیشرانه‌های توربو در زمان بوست بالا هوای زیادی را به محفظه‌های احتراق می‌فرستند و همین زمان سوخت زیادی نیز فرستاده می‌شود تا قدرت خودرو در بالاترین حد ممکن باشد.

هیچ‌کسی همانند تست‌های EPA خودرو را نمی‌راند. هیچ‌کسی خودروی خود را بدون رادیو، کولر و یا بدون روشن کردن چراغ‌های جلو نمی‌راند. هیچ‌کسی دیگر خودروی خود را در خیابان‌های لس‌آنجلس 1972 نمی‌راند بنابراین چرا باید به اعداد اعلامی توسط این تست‌ها اعتماد کرد؟ تا زمانی که تست‌های واقعی برای سنجش مصرف سوخت پیشرانه‌های توربو انجام نشوند، مصرف سوخت کم پیشرانه‌های توربو را همچنان یک دروغ بزرگ خواهیم دانست…