دلایل ناک زدن موتور خودروهای هیبریدی و راهکارهای حل آن

وویا فری، یک کراس‌اوور هیبریدی بردافزا است که در سال‌های اخیر، به بازار خودروی کشورمان وارد شد و به واسطه ظاهر جذاب، امکانات به‌روز و قابلیت‌های فنی‌اش، توانست نظر بخش قابل توجهی از متقاضیان این سگمنت را جلب کند. اما  در روزهای اخیر، مسئله ناک زدن وویا فری و بحث ناسازگاری این خودرو با بنزین، در فضای مجازی بسیار داغ شده و نگرانی‌های بسیاری را برای مالکان و متقاضیان این خودرو و دیگر خودروهای هیبریدی و EREV ایجاد کرده است. 

در این میان، صحبت‌های مختلفی مطرح شده که بعضاً با یکدیگر تعارض دارند و موجب سردرگمی مالکان و مخاطبان حوزه خودرو شده است. از این سو، بد نیست به بررسی ابعاد مختلف این مسئله بپردازیم.

ناک؛ یک نباید مهم!

در یک موتور بنزینی، پس از جرقه شمع، شعله باید به‌صورت یکنواخت و کنترل‌شده در محفظه احتراق حرکت کند. این فرآیند به گونه‌ای طراحی شده که فشار داخل سیلندر به‌آرامی افزایش پیدا کند و پیستون را به پایین هدایت کند.

اما گاهی بخشی از مخلوط هوا و سوخت، پیش از رسیدن شعله اصلی و تنها بر اثر فشار و دمای زیاد، به‌طور ناگهانی منفجر می‌شود. نتیجه این اتفاق، ایجاد موج ضربه‌ای بسیار شدیدی در داخل سیلندر است؛ پدیده‌ای که آن را Knock یا احتراق انفجاری می‌نامند.

این موج ضربه‌ای همان صدای تق‌تق فلزی معروف را ایجاد می‌کند که به صدای برهم‌خوردن قاشق و چنگال شباهت دارد. اما اهمیت ناک تنها به صدا محدود نمی‌شود؛ تکرار این پدیده می‌تواند فشارهای بسیار شدیدی به پیستون، شاتون، یاتاقان‌ها، سوپاپ‌ها و حتی واشر سرسیلندر وارد کند و در بلندمدت به کاهش عمر موتور منجر شود.

به همین دلیل تقریباً تمام موتورهای مدرن امروزی به سنسور ناک (Knock Sensor) مجهز هستند. این سنسور ارتعاشات ناشی از احتراق غیرعادی را تشخیص می‌دهد و اطلاعات را به ECU ارسال می‌کند. سپس واحد کنترل موتور با عقب انداختن زمان جرقه، تغییر نسبت سوخت به هوا یا کاهش فشار توربو، تلاش می‌کند احتراق را دوباره به شرایط عادی بازگرداند. البته این محافظت، هزینه‌ هم دارد؛ کاهش توان موتور، افزایش مصرف سوخت و افت راندمان.

البته نکته مهمی که باید در نظر گرفت، این است که سنسور ناک قرار نیست مانع ایجاد ناک شود؛ قرار است بعد از تشخیص ناک، شدت آن را کم کند.

ناک ناشی از احتراق زودرس یا Pre-Ignition Knock

پدیده دیگری نیز در موتورهای مدرن وجود دارد که می‌تواند آسیب‌های بسیار جدی‌تری به پیشرانه وارد کند. این پدیده با نام LSPI (Low-Speed Pre-Ignition)  یا احتراق زودرس در دور پایین شناخته می‌شود که معمولاً در دور موتور پایین و تحت بار زیاد رخ می‌دهد. LSPI طی سال‌های اخیر به یکی از دغدغه‌های اصلی خودروسازان تبدیل شده است.

احتراق زودرس زمانی اتفاق می‌افتد که مخلوط هوا و سوخت پیش از جرقه زدن شمع و بر اثر وجود یک نقطه داغ در محفظه احتراق مانند رسوبات کربنی، فشار بالای محفظه احتراف و یا شمع بیش از حد داغ یا دمای بالای قطعات داخلی، مشتعل شود. در این حالت، احتراق زمانی آغاز می‌شود که پیستون هنوز در حال بالا آمدن و متراکم کردن مخلوط است و همین موضوع فشارهای بسیار شدیدی به مجموعه داخلی سیلندر، پیستون، شاتون و میل‌لنگ وارد می‌کند.

برخلاف ناک معمولی که سنسور ناک می‌تواند آن را تشخیص داده و ECU با عقب انداختن زمان جرقه شدت آن را کاهش دهد، احتراق زودرس معمولاً پیش از آن رخ می‌دهد که سیستم مدیریت موتور فرصتی برای واکنش داشته باشد. به همین دلیل، پیشگیری از این پدیده بیش از هر چیز به طراحی موتور، کیفیت و نوع روغن موتوذ، سلامت سیستم خنک‌کاری و کالیبراسیون صحیح موتور وابسته است. خوشبختانه در اغلب خودروهای استاندارد، رعایت توصیه‌های سازنده درباره سوخت، روغن‌موتور و سرویس‌های دوره‌ای، احتمال بروز آن را به حداقل می‌رساند.

ناک در وویا فری

نخستین موردی که باید درباره وویا فری‌های موجود در بازار خودروی کشورمان دانست، این است که مدل‌های مختلف این خودرو، مشخصات فنی یکسانی ندارند. نمونه‌های 2023 این خودرو، از فناوری پاشش غیرمستقیم سوخت بهره می‌برند؛ در حالی که پاشش سوخت در موتور احتراق داخلی مدل‌های 2025 و 2026، به صورت مستقیم است. بین مدل‌های 2025 و 2026 نیز در زمان‌بندی متغیر سوپاپ تفاوت‌هایی وجود دارد. این نکته بدین معناست که برای رفع چالش این خودرو، هر مدل، نقشه خود را می‌خواهد و نمی‌توان یک نسخه یکسان را برای همه مدل‌ها تعریف کرد.

نکات دیگری که درباره مشخصات فنی وویا فری در نسخه‌های 2025 و 2026 شایان توجه است، نسبت تراکم 15 به 1 این موتور و استفاده‌اش از چرخه میلر است؛ چرخه جدید و پیشرفته‌ای که آن را می‌توان نسخه پیشرفته‌تر و بهینه‌تر چرخه اتکینسون دانست.

آن‌چه در وویا فری و بسیاری دیگر از خودروهای های‌تک بازار مشاهده می‌شود، نه ناک عادی، که پدیده LSPI است. از این سو داشتن دانش کافی درباره ساختار و نحوه نگهداری این خودروها، اهمیت زیادی دارد.

مختصری درباره چرخه‌های اتکینسون و میلر

در موتورهای معمولی، سوپاپ ورودی تقریباً هم‌زمان با پایان مرحله مکش بسته می‌شود. اما در چرخه اتکینسون، سوپاپ ورودی کمی دیرتر بسته می‌شود و بخشی از هوای واردشده دوباره به منیفولد بازمی‌گردد. در نتیجه، میزان تراکم واقعی مخلوط سوخت و هوا کاهش پیدا می‌کند، اما مرحله انبساط همچنان کامل باقی می‌ماند. این روش باعث می‌شود موتور راندمان حرارتی بالاتری داشته باشد و احتمال ناک نیز کاهش پیدا کند.

به همین دلیل، تقریباً تمام خودروهای هیبریدی تویوتا و بسیاری از خودروهای هیبریدی جدید از چرخه اتکینسون استفاده می‌کنند.

چرخه میلر از نظر عملکرد، شباهت زیادی به اتکینسون دارد. در این روش نیز تراکم مؤثر کاهش پیدا می‌کند، اما به کمک سیستم‌هایی از جمله زمان‌بندی متغیر سوپاپ، کاهش هوای ورودی و افت توان تا حد زیادی جبران می‌شود و موتور می‌تواند همزمان راندمان بالا و توان مناسبی تولید کند.

نقش ظرفیت باتری در ناک زدن موتور

هنگامی که ظرفیت باتری، به 20 درصد یا کم‌تر می‌رسد، بر اساس فرمان ECU، موتور احتراق داخلی با حداکثر بازده و توان وارد مدار می‌شود تا بتواند سرعت شارژدهی به باتری‌ها را افزایش دهد.

این موضوع، می‌تواند تأثیر بسیار مهمی روی ناک داشته باشد و از این رو، باید ظرفیت باتری را بالای 20 و ترجیحاً بالای 40 درصد نگه داشت تا حدالامکان، موتور وارد فاز شارژ حداکثری باتری نشود.

ارتباط روغن موتور و LSPI

سیستم PCV یا Positive Crankcase Ventilation وظیفه دارد بخار روغن و گازهای نشت‌کرده از کنار رینگ‌های پیستون (Blow-by) را از داخل کارتل جمع‌آوری کرده و دوباره به مسیر ورودی هوا بازگرداند تا ضمن کاهش آلایندگی، فشار داخل کارتل نیز کنترل شود. اما این بخارات، تنها شامل هوا نیستند؛ ذرات بسیار ریز روغن نیز همراه آن‌ها وارد منیفولد هوا و در نهایت محفظه احتراق می‌شوند.

در موتورهایی مانند پیشرانه‌های GDI، به دلیل آنکه سوخت مستقیماً داخل سیلندر تزریق می‌شود، سوپاپ‌های ورودی دیگر مانند موتورهای MPI توسط بنزین شسته نمی‌شوند. از سوی دیگر، ورود قطرات بسیار ریز روغن از مسیر PCV می‌تواند در شرایط خاص، به‌ویژه در دور پایین و بار زیاد، احتمال وقوع LSPI را افزایش دهد. تحقیقات خودروسازان و تولیدکنندگان روانکار نشان داده است که برخی ترکیبات شیمیایی موجود در روغن موتور، به‌ویژه افزودنی‌های حاوی کلسیم، در صورت ورود به محفظه احتراق می‌توانند به ایجاد احتراق پیش‌رس کمک کنند.

به همین دلیل، طی سال‌های اخیر فرمولاسیون روغن‌موتورهای مخصوص موتورهای توربوشارژ GDI نیز تغییر کرده است. استانداردهای جدیدی مانند API SP و ILSAC GF-6 با هدف کاهش احتمال LSPI توسعه یافته‌اند و در آن‌ها ترکیب افزودنی‌ها، پایداری حرارتی و کنترل تبخیر روغن مورد بازنگری قرار گرفته است. از این رو، استفاده از روغن‌موتور توصیه‌شده توسط سازنده، تعویض به‌موقع آن و اطمینان از عملکرد صحیح سیستم PCV، تنها به افزایش عمر موتور محدود نمی‌شود؛ بلکه می‌تواند در کاهش احتمال بروز پدیده‌های مخربی مانند LSPI نیز نقش مؤثری داشته باشد.

وضعیت وویا فری و دیگر خودروهای مدرن در بازار ایران

متأسفانه تا به امروز، نمونه‌هایی از وویا فری بوده‌اند که دچار آسیب جدی شده‌اند و موتورشان برای تعمیر باز شده است. البته این موضوع در اکثر موارد، تحت پوشش گارانتی قرار گرفته و هزینه خاصی برای مالکان در بر نداشته است. از دایره انصاف خارج است اگر بگوییم وویا فری، خودرویی بی‌کیفیت است؛ چرا که اتفاقاً این خودرو از نظر فناوری و کیفیت، سخنان جذابی برای گفتن دارد. اما مشکلات زیرساختی کشور ما، استفاده حداکثری یا حتی روزمره از همه خودروهای مدرن را با چالش مواجه کرده است.

نهایتا با رعایت مراتب درست نگهداری و استفاده آگاهانه از خودروهای بروز می‌توان تا حد زیادی جلوی آسیب های شدید را گرفت. استفاده از اکتان‌های مورد تأیید شرکت‌ عرضه‌کننده، انجام به موقع و صحیح سرویس‌های ادواری و رانندگی آگاهانه می‌تواند وضعیت را کمی بهبود دهد، اما دوای نهایی درد این کراس‌اوور هیبریدی بردافزا همانند بسیاری از هم کلاسان آن، بنزین با کیفیت است.