کارتل خشک در برابر کارتل تر: موتورهای قدرتمند چگونه در شتاب‌های جانبی بالا از افت فشار روغن جلوگیری می‌کنند؟

یک خودروی معمولی شهری برای جمع‌آوری روغن موتور در یک محفظه زیر میل‌لنگ به نیروی جاذبه متکی است؛ طراحی ساده‌ای که برای ترافیک‌های شهری و رانندگی در بزرگراه‌ها کاملا مناسب است. اما سیستم کارتل خشک در خودروهای قدرتمند یک تفاوت اساسی دارد: این سیستم مخزن روغن را به طور کامل از بلوک موتور جدا می‌کند و به روغن‌کاری نه به چشم یک حوضچه راکد، بلکه به عنوان یک مدار سیال چندمرحله‌ای و فعال نگاه می‌کند.[5]

برای راننده‌ای که در پیست مسابقه یک پیچ طولانی را با شتاب جانبی ۱.۲ جی طی می‌کند، همین تفاوت می‌تواند مرز بین یک دور موفقیت‌آمیز و نابودی کامل موتور باشد. در طراحی سنتی کارتل تر، نیروی گریز از مرکز، روغن را از لوله مکش دور می‌کند. اگر پمپ حتی برای چند ثانیه در دور موتور ۷۰۰۰ هوا بکشد، لایه هیدرودینامیکی که از یاتاقان‌ها محافظت می‌کند از بین رفته و قطعات فلزی مستقیما روی هم ساییده می‌شوند.[5]

شرکت مهندسی نیل براون (Neil Brown Engineering)، از سازندگان برجسته موتورهای مسابقه‌ای، در این باره می‌گوید: «مزیت اصلی سیستم کارتل خشک، تامین مطمئن روغن برای موتور در تمامی شرایط است.» این سیستم با استفاده از یک مخزن بلند و خارجی، تضمین می‌کند که پمپ فشار همیشه ستون پر و پیمانی از روغن برای مکش در اختیار دارد، فارغ از اینکه شاسی خودرو با چه شدتی تغییر مسیر می‌دهد یا شتاب می‌گیرد.

این معماری بر پایه‌ی مجموعه‌ای از پمپ‌های مکنده (معمولا سه تا شش مرحله‌ای) استوار است که مستقیما به بلوک موتور پیچ شده‌اند. این پمپ‌ها به محض افتادن روغن از یاتاقان‌ها، روغن و گازهای نشتی را از محفظه کم‌عمق جمع‌آوری، به طور فعال می‌مکند. به گفته شرکت دارت ماشینری (Dart Machinery)، این مکش تهاجمی یک خلاء نسبی در کارتر ایجاد می‌کند که نحوه عملکرد موتور زیر فشار را به طور بنیادین تغییر می‌دهد.

این خلاء مشکل دومی را که گریبان‌گیر موتورهای دور بالای کارتل تر است، حل می‌کند: پدیده مقاومت هوا و روغن. وقتی میل‌لنگ با سرعت ۸۰۰۰ دور در دقیقه در میان ابری از روغن پودرشده می‌چرخد، این سیال یک نیروی بازدارنده شدید ایجاد می‌کند. تکنسین‌های شرکت جگز (JEGS) در بررسی این سیستم توضیح می‌دهند: «این پدیده اسب بخار را می‌دزدد.» آنها اشاره می‌کنند که حذف این ابر غلیظ روغن به قطعات چرخشی اجازه می‌دهد تا آزادانه‌تر بچرخند و اغلب در موتورهای هشت سیلندر، بین ۱۰ تا ۱۵ اسب بخار قدرت بیشتر آزاد می‌کند.[1]

برای خریدار یک خودروی سوپراسپرت، ملموس‌ترین نشانه فیزیکی سیستم کارتل خشک، ارتفاع و استایل قرارگیری خودرو است. از آنجا که موتور دیگر نیازی به یک کارتل عمیق ۱۵ سانتی‌متری در زیر خود ندارد، مهندسان می‌توانند کل بلوک موتور را در ارتفاع پایین‌تری از شاسی نصب کنند. این کار مرکز ثقل خودرو را پایین می‌آورد که مستقیما به فرمان‌پذیری تیزتر و کاهش انحراف بدنه در پیچ‌ها ترجمه می‌شود.[5]

با این حال، اصطلاحاتی که در نمایشگاه‌های خودروی امروزی به کار می‌رود می‌تواند گمراه‌کننده باشد. همان‌طور که شرکت خودروهای تخصصی سی‌کوست (Seacoast Specialist Cars) در تحلیل معماری‌های پورشه توضیح می‌دهد، گذر از دوران موتورهای هواخنک به موتور آب‌خنک M96 در سال ۱۹۹۷، مفهوم «کارتل خشک یکپارچه» را معرفی کرد. برخلاف یک سیستم مسابقه‌ای واقعی که مخزن مجزا دارد، در طراحی یکپارچه، روغن در محفظه‌ای جداگانه اما درون خود بلوک موتور ذخیره می‌شود.

اگرچه سیستم‌های یکپارچه از چندین پمپ مکنده برای کشیدن روغن از سرسیلندرها استفاده می‌کنند، اما همچنان محفظه مشترکی با کارتر دارند. این رویکرد ترکیبی باعث صرفه‌جویی در هزینه‌های تولید و کاهش پیچیدگی لوله‌کشی‌های خارجی می‌شود، اما نمی‌تواند در استفاده‌های طولانی‌مدت در پیست با لاستیک‌های چسبنده مسابقه‌ای، محافظت صددرصدی در برابر افت فشار روغن ارائه دهد.

پیچیدگی یک سیستم کارتل خشک واقعی، ملاحظات نگهداری قابل‌توجهی را برای مالک به همراه دارد. تعویض روغن در یک سیستم استاندارد کارتل تر ممکن است تنها به حدود ۵ لیتر روغن و باز کردن یک پیچ تخلیه نیاز داشته باشد. در مقابل، یک سیستم کارتل خشک اغلب بین ۱۱ تا ۱۵ لیتر روغن در خود جای می‌دهد تا از خنک‌کاری و هواگیری مناسب اطمینان حاصل شود؛ به همین دلیل مکانیک‌ها باید مخزن خارجی و بلوک موتور را به صورت جداگانه تخلیه کنند.[5]

بررسی سطح روغن نیز نیازمند روشی خاص و گاهی برخلاف عادت است. از آنجا که وقتی خودرو خاموش است روغن در بلوک موتور ته‌نشین می‌شود، چک کردن گیج روغن روی موتور سرد، به اشتباه سطح روغن را پایین نشان می‌دهد. مالکان باید اجازه دهند دمای روغن به حد نرمال کارکرد برسد و در حالی که موتور درجا کار می‌کند آن را بررسی کنند تا مطمئن شوند پمپ‌های مکنده، روغن را به مخزن برگردانده‌اند.[5]

سابقه تاریخی استفاده از این سیستم‌ها در خودروهای اسپرت سبک‌وزن بسیار طولانی است. الانتریک‌بیتس (Elantrikbits)، که یک مرجع اطلاعاتی برای خودروهای لوتوس است، مستند کرده که چگونه سازندگان اولیه لوتوس الان در دهه ۱۹۶۰، سیستم‌های کارتل خشک را با خودروهای خود تطبیق دادند تا شاسی‌های ارتفاع‌پایین خود را در رقابت نگه دارند. با وجود بهبود دقت ماشین‌کاری پمپ‌ها، فیزیک بنیادی نگه داشتن روغن در لوله مکش در شصت سال گذشته تغییری نکرده است.

هواگرفتگی روغن همچنان دشمن پنهان یاتاقان‌های موتور است و مخزن کارتل خشک به عنوان یک سانتریفیوژ اختصاصی برای مبارزه با آن عمل می‌کند. هنگامی که پمپ‌های مکنده مخلوطی کف‌آلود از روغن و هوا را به مخزن برمی‌گردانند، این سیال در امتداد دیواره‌های داخلی خمیده هدایت می‌شود. مجله موتور آتوریتی (Motor Authority) تاکید می‌کند که این حرکت چرخشی، روغن سنگین‌تر را به سمت بیرون می‌راند در حالی که هوا از طریق یک هواکش در بالا خارج می‌شود و تضمین می‌کند که پمپ فشار فقط سیال خالص و غیرقابل‌تراکم را دریافت کند.[3]

برای تیونرها و سازندگان قطعات افترمارکت، تصمیم برای ارتقای سیستم کاملا به نوع استفاده بستگی دارد. شرکت قطعات خودروی وودا (Woda Auto Parts) تاکید می‌کند که صرف هزاران دلار برای یک پمپ روغن ماشین‌کاری‌شده، کارتل سفارشی، لوله‌های حصیری و یک مخزن مجزا، روی یک خودروی خیابانی که هرگز در جاده‌های عمومی از شتاب جانبی ۰.۸ جی فراتر نمی‌رود، هدر دادن پول است. یک کارتل تر با طراحی خوب و دارای دیواره‌های موج‌گیر، برای رانندگی‌های پرهیجان در جاده‌های کوهستانی کاملا کفایت می‌کند.[4]

با این حال، با پیشرفت تکنولوژی لاستیک‌ها، آستانه نیاز به کارتل خشک در حال کاهش است. لاستیک‌های مدرن پیست با شاخص سایش ۲۰۰، سطحی از چسبندگی را ایجاد می‌کنند که یک دهه پیش تنها مختص لاستیک‌های صاف مسابقه‌ای بود. پایگاه مکانیکال گاید هاب (Mechanical Guide Hub) اشاره می‌کند که وقتی یک خودروی اسپرت سنگین و مدرن در یک پیست شیب‌دار شتاب جانبی ۱.۳ جی تولید می‌کند، روغن در یک کارتل تر از دیواره بلوک بالا می‌رود و لوله مکش را کاملا خالی از روغن می‌گذارد.[2]

معماری سیستم روغن‌کاری در واقع سقف توانایی‌های عملیاتی موتور را تعیین می‌کند. در حالی که کارتل تر نماد موفقیت در سادگی، مقرون‌به‌صرفه بودن و استفاده از نیروی جاذبه است، کارتل خشک اوج مهندسی را به نمایش می‌گذارد: یک تضمین مکانیکی و چندمرحله‌ای برای اینکه فارغ از دور موتور، دما یا نیروی جانبی، حیاتی‌ترین قطعات موتور هرگز خشک کار نخواهند کرد.[5]