أنواع المحركات وبنيتها

اليوم أود أن أتحدث إليك عن الفروق بين المحركات، فرغم أن كثيرين يرون أن الأمر كله سواء وأنها تختلف فقط بحسب نوع الوقود المستخدم، بنزين أو ديزل، فإن هذا الموضوع يتيح الكثير من التفاصيل، إذ إن هناك بنى عديدة ولكل منها خصوصياتها في التصميم وتطبيقاتها

ونظراً لهذا، وإن كان ذلك أسرع مما أود، أريد اليوم أن أقدم لك ملخصاً صغيراً نتحدث فيه عن مختلف أنواع البنى والمحركات، لأنه رغم أنه لا يبدو كذلك، فإن محرك البنزين لا يُبنى كما يُبنى محرك الديزل، ولا محرك الشوطين كمحرك الأشواط الأربعة، ولا محرك الغاز الطبيعي أو المحرك الكهربائي…

كما ترى، الأمر يزداد تعقيداً إلى حد كبير، ولهذا سأحاول تلخيص هذا الموضوع قليلاً لكي يصبح أكثر وضوحاً. أولاً، وكما لا يمكن أن يكون غير ذلك، لا يمكننا فعل ذلك دون أن نرى شيئاً قليلاً من التاريخ، وهو موضوع يراه كثيرون مملاً، لكنه سيكون بالتأكيد مثيراً للاهتمام بفضل بعض الطرائف.

ومن المثير للاهتمام أن أولى المحركات التي ظهرت كانت كتلاً كهربائية، لكنها أُهملت في النهاية لأن المحركات التي تعمل بالبنزين كانت أكثر أداءً وأسهل في التنفيذ. ومن بين الذين ظهروا في البداية، تبرز المحركات التي بناها في الوقت نفسه تقريباً كارل بنز وغوتليب دايملر، واللذان وضعا الأسس للميكانيكا التي نراها اليوم.

وبفضل هذه الكتل الأولى نجد ميكانيكيات مختلفة تماماً بحسب موقعها داخل السيارة أو بحسب بنيتها. فبحسب موقعها، وفي معظم الحالات باستثناء السيارات الرياضية الفاخرة التي يكون محركها في الوسط خلفاً، نجد الكتل مثبتة في المقدمة بشكل عرضي أو طولي.

وهذا يعني أن كتلتنا يمكن أن تكون مثبتة بشكل عرضي، وهي الطريقة الأكثر استخداماً اليوم بسبب الاتجاه نحو جعل مقدمات السيارات أقصر ما يمكن وتقديم داخلية أوسع ما يمكن، بينما إذا تحدثنا عن المحركات الطولية، فنحن نتحدث عن محركات تُستخدم عادة في المركبات ذات الدفع الخلفي، رغم أنها استُخدمت أيضاً في مركبات ذات دفع أمامي.

وبعد أن نعرف نوعية المحركات الأكثر شيوعاً، حان الوقت للحديث عن بنيتها، التي تُصنف حالياً بشكل أساسي إلى محركات ذات أسطوانات مصفوفة في خط، ومحركات ذات أسطوانات على شكل V، ومحركات ذات أسطوانات متقابلة أفقياً. وكما ترى، فالخيارات واسعة.

محرك الخط: يتميز هذا النوع من المحركات بأن أسطواناته مرتبة في خط عمودي. ويمكن أن تُصنع هذه الكتل بأسطوانتين وحتى ثماني أسطوانات، رغم أن الكتلة ذات الأربع أسطوانات هي الأكثر استخداماً اليوم. ومن المثير للاهتمام أن هذه هي البنية الأسهل في التصنيع والإصلاح، ولهذا ليس غريباً أن تكون الأكثر استخداماً.

محرك على شكل V: توزع الأسطوانات على كتلتين متصلتين بقاعدة أو هيكل واحد مشكلتين زاوية قد تختلف في الدرجة (60 درجة، 90 درجة، …). ويُستخدم عادة في الكتل ذات 6 أسطوانات فصاعداً. وبفضل هذه البنية نحصل على كتل أكثر إحكاماً، مما يتيح وجود أجزاء مثل عمود المرافق أقصر، وهذا بدوره ميزة. ومع الأسف، تعاني هذه البنية أيضاً من بعض العيوب، مثل أنها تحتاج إلى ضعف عدد أعمدة الكامات مقارنة بالمحرك الخطي، مما يصعّب تطويرها وتصنيعها وصيانتها.

محرك بأسطوانات متقابلة أفقياً: هذه حالة خاصة جداً من المحرك على شكل V، إذ تكون كتلتاه مرتبتين بزاوية 180 درجة. وتجدر الإشارة أولاً إلى أنه يُسمى محرك بوكسر، وهو المحرك الذي تستخدمه اليوم طرازات مثل 911 من Porsche أو Subaru في نسخها الأكثر أداءً. ومن أهم مزاياه أنه يقلل ارتفاع المحرك، مما يسهل تركيبه في جميع أنواع المركبات التي تتميز بعرض كبير لكنها لا تملك الارتفاع اللازم.

محرك فانكل: وأخيراً، لا يمكنني أن أودعك دون الحديث عن محرك فانكل، وهي كتلة تحمل اسم مبتكرها المهندس فيلكس فانكل، الذي صمم تصميماً ثورياً في زمانه يستخدم دواراً مثلث الفصوص داخل حجرة بيضاوية بدلاً من الأسطوانات والمكبس المعروفين.

وهو محرك غير تقليدي للغاية، قادر بحجم سعة صغير جداً على تقديم الأداء نفسه الذي يقدمه نظيره ذو الست أسطوانات سواء كان على شكل V أو خطياً. وفي هذا النوع من المحركات، يُسحب خليط الوقود والهواء عبر فتحة سحب ويُحتجز بين أحد وجهي الدوار وجدار الحجرة. ويؤدي دوران الدوار إلى ضغط الخليط، الذي يُشعل بواسطة شمعة. وتُطرد الغازات عبر فتحة العادم مع حركة الدوار. وتحدث الدورة مرة واحدة على كل وجه من وجوه الدوار، مما ينتج ثلاث مراحل قدرة في كل دورة.

ومن المؤسف أن التقنيات الحديثة قد أنهت هذا النوع من المحركات في النهاية، باستثناء بعض الطرازات التي كان آخرها، إن لم تخني الذاكرة، Mazda RX8، وقد كانت تركب هذا النوع من المحركات. ومن عيوبه ربما يمكن ذكر مشكلات متانته.