تحركات V-hot وV-cold: التشغيل والاختلافات والمزايا والعيوب لكل نظام

لا بد أنك سمعت يوماً عن محركات V-hot، المعروفة أيضاً باسم “Hot inside V” أو، بالإسبانية، محركات “V ساخنة”. وإذا قلت لك إن الحديث عن الجانب “الساخن” أو “hot” في المحرك يعني عادةً الجانب الذي يوجد فيه نظام العادم، بينما الجانب البارد هو جانب السحب، فستبدأ بالتأكيد في تكوين فكرة واضحة.

الفروق بين محرك V-hot وV-cold

في الواقع، في المحرك على شكل V، تملك كل صفٍّ من الأسطوانات جانبه “الساخن” (hot) وجانبه “البارد” (cold) الخاص به. والأمر المعتاد، خاصةً في المحركات الطبيعية (غير المشحونة)، هو جمع الجوانب “الباردة” داخل شكل V، وترك الجوانب “الساخنة” في الخارج. وهذا يتيح استخدام مشعب سحب واحد في منتصف الشكل V، وتوجيه مشعبات العادم بسهولة نحو جانبي الشكل V باتجاه الجزء السفلي من المحرك.

هذا التكوين “V-cold” ليس حكراً على المحركات الطبيعية، إذ يمكن استخدام الشحن القسري بواسطة الشواحن التوربينية بكل سهولة، وفي هذه الحالة يكون المعتاد في هذه المحركات استخدام شاحن توربيني واحد لكل صفّ من الأسطوانات يُوضع على جانبي المحرك، أي خارج شكل V. وهناك أمثلة كثيرة على محركات V، سواء بنزين أو ديزل، تتبع هذا المخطط “V-cold”.

أتذكر بوجه خاص Audi RS 6 (جيل C6، لعام 2008)، وهي سيارة تحمل محركاً V10 TFSI. وأستحضرها لأنها كانت تعاني مشكلات جدية في تصريف الحرارة عند القيادة “بسرعة” في ظل درجات حرارة خارجية مرتفعة. ومع ذلك فالمشكلة لم تكن مرتبطة مباشرةً بتكوين الشواحن التوربينية خارج شكل V، بل بكون المحرك ضخماً جداً، وكل شيء كان متراصاً بإحكام داخل حجرة المحرك في RS 6.

والواقع أنه في الجيل التالي من RS 6، الذي قُدِّم عام 2012، جرى الانتقال من محرك V10 TFSI سعة 5 لترات إلى محرك V8 سعة 4 لترات، أكثر إحكاماً بكثير… ومع تكوين “V-hot” هذه المرة، إذ أصبحت مشعبات العادم والشواحن التوربينية داخل شكل V. لكن هذا ليس، بأي حال، اختراعاً يعود إلى Audi: إذ استُخدم بالفعل في عقد الثمانينيات من قِبل Ferrari في سياراتها الفورمولا 1. ومن أوائل محركات V-hot التي أتذكر أنني جرّبتها، أبرز محرك الـ BMW X6 xDrive 50i، وذلك حوالي عام 2008. محرك يضم شاحنين توربينيين Twin-Scroll يتغذيان بغازات العادم من مشعب واحد. ولا أنسى محركات V8 “الساخنة” الأخرى، مثل محركات Mercedes-AMG GT أو أول Porsche Panamera Turbo. وفي هذا الفيديو بالذات يمكنك مشاهدة محرك V8 الخاص بـ AMT-GT وهو يعمل.

https://www.youtube.com/watch?v=kkNKNYNFflw&t=81s

لماذا يُعد محرك “V-hot” أفضل؟

لكن، لماذا يكون تكوين V-hot أفضل عندما يتعلق الأمر بالمحركات المزودة بشواحن توربينية؟ أولاً، لأن ما يجعل الشواحن التوربينية تعمل هو غازات العادم الصادرة عن المحرك. وكلما كانت الشواحن التوربينية أقرب إلى مشعبات العادم، قلّت المسافة التي تقطعها الغازات للوصول إلى التوربين، ومن ثم تقلّ خسائر الضغط ودرجة الحرارة والسرعة، أي باختصار خسائر طاقة غازات العادم. فتتحسن كفاءة نظام الشحن القسري، ويُقلَّل بذلك تأخر الاستجابة التوربيني (turbo-lag) أو التأخر في استجابة التوربو.

هذه المزية وحدها ستكون كافية وافرة، لكن هناك مزايا أخرى ذات طبيعة فنية بل وصناعية أيضاً. محرك V-hot بشواحن توربينية في منتصف شكل V أكثر إحكاماً بكثير، ما يتيح مرونة أكبر في تركيب وحدات إضافية داخل حجرة المحرك، أو في تهيئة تصميم التوجيه والتعليق… وإضافة إلى ذلك، يُفصل الجانبان “البارد” و”الساخن” للمحرك بوضوح أكبر (وهي عبارة تنطبق هنا بحق). ومن ناحية أخرى، يسهل أيضاً، أساساً بسبب الإحكام المذكور، استخدام محرك “V-hot” في نطاق أوسع من المركبات، مقارنةً بمحرك “V-cold” ذي التوربينات خارج شكل “V”، الذي يتطلب حجرة محرك أكبر.

أما بخصوص المشكلات المحتملة المرتبطة بهذا التكوين “V-hot”، فلا شيء منها لا يمكن معالجته، كما ثبت، بمواد قادرة على تحمّل درجات حرارة مرتفعة للغاية، وبأنظمة تبريد ومبردات وسيطة (intercoolers) تعمل بالماء والزيت، تتيح التحكم الدقيق في درجة الحرارة. والنقطة السلبية الأخرى هي وضع وزن نظام الشحن القسري في موضع أعلى، وهو أمر يُعالَج عادةً باللجوء إلى أنظمة تشحيم بالكارتر الجاف.

معرض صور محركات V-hot وV-cold