الكاتب:محرر الموقع نشر الوقت: 2025-12-29 المنشأ:محرر الموقع
عندما تسأل ما هي المحركات رباعية الدورات التي تختلط مع الغاز، فالإجابة دقيقة: فهي تخلط الهواء (الأكسجين) مع الوقود أثناء عملية الاحتراق، وليس الزيت أبدًا. على عكس نظرائه ثنائي الشوط، يقوم محرك دورة رباعي الأشواط بفصل نظام التشحيم الخاص به عن غرفة الاحتراق بشكل صارم. يوجد الزيت في حوض مخصص أو علبة المرافق، ويتم توزيعه فقط لتليين الأجزاء المتحركة دون أن يحترق أبدًا كجزء من دورة الطاقة.
يخلق هذا الفصل التمييز الحاسم بين أنواع المحركات. ومن خلال عزل حرق الوقود عن مواد التشحيم، تحقق هذه المحركات كفاءة حرارية أعلى وانبعاثات أنظف. بالنسبة لمديري الأساطيل والميكانيكيين ومشتري المعدات، فهذه ليست مجرد تفاصيل ميكانيكية. إنها تمثل حالة عمل أساسية لاختيار التكنولوجيا التي تعطي الأولوية لطول العمر والاقتصاد في استهلاك الوقود على نسبة القوة إلى الوزن الخام لبدائل المحرك ثنائي الشوط . في هذا الدليل، نستكشف المنطق الهندسي وراء هذه الدورة ولماذا يظل الخيار السائد لتطبيقات الخدمة الشاقة.
الخليط: 4 ضربات تحرق الوقود الخام والهواء؛ يتم توزيع الزيت بشكل منفصل للتشحيم.
الكفاءة: توفر كفاءة حرارية بنسبة 30% تقريبًا (مقابل أقل بالنسبة لضربتين) بسبب التحكم الدقيق في الصمام.
طول العمر: يقلل التشحيم المنفصل من التآكل، مما يجعلها معيارًا للاستخدامات الثقيلة والتطبيقات طويلة المدى.
المفاضلة: وزن أولي أعلى وتعقيد (صمام) مقارنة بضربتين، ولكن تكاليف متغيرة أقل (الوقود / الزيت).
لفهم أداء المحرك، يجب علينا أولاً تحليل الكيمياء داخل الأسطوانة. غرفة الاحتراق عبارة عن بيئة مغلقة حيث تتحول الطاقة الكيميائية الكامنة إلى طاقة ميكانيكية حركية. في نظام رباعي الأشواط، تعتبر نقاء هذا الخليط أمرًا بالغ الأهمية.
تتكون الشحنة التي تدخل الاسطوانة من مكونات محددة حسب طريقة الاشتعال. نحن نعرّف عمومًا خليط الهواء والوقود بأنه النسبة الدقيقة للمؤكسد (الهواء) إلى المواد القابلة للاحتراق (الوقود). ويجب أن تظل هذه النسبة ضمن حد القابلية للاشتعال حتى تشتعل بنجاح.
بالنسبة لنظام الإشعال بالشرارة (SI) ، مثل محرك البنزين القياسي رباعي الأشواط ، يفتح صمام السحب للسماح بشحنة مختلطة مسبقًا من الهواء والبنزين. تعمل أنظمة حقن الوقود الحديثة على تفتيت البنزين إلى قطرات مجهرية، مما يضمن تبخره بسرعة عند اختلاطه بالهواء الوارد. وهذا يخلق خليطًا متجانسًا جاهزًا للشرارة.
على العكس من ذلك، في نظام الإشعال بالضغط (CI) ، مثل محرك الديزل رباعي الأشواط ، يسمح صمام السحب بالهواء فقط . يقوم المكبس بضغط هذا الهواء حتى يصبح شديد السخونة. يتم حقن الوقود مباشرة في الأسطوانة في اللحظة الأخيرة، ويشتعل تلقائيًا عند ملامسته للهواء الساخن. في كلا السيناريوهين، يغيب الزيت بشكل ملحوظ عن وصفة الاحتراق.
إذا كان الزيت موجودًا في علبة المرافق أسفل غرفة الاحتراق ببوصتين فقط، فما الذي يمنعه من دخول المزيج؟ الجواب يكمن في هندسة حلقات المكبس. هذه ليست مجرد أختام. إنها أدوات دقيقة تؤدي ثلاث وظائف متميزة:
إحكام الضغط: تعمل الحلقات العلوية على إغلاق ضغط غاز الاحتراق، مما يمنعه من الهروب إلى علبة المرافق (النفخ).
نقل الحرارة: تقوم بتوصيل الحرارة الشديدة من رأس المكبس إلى جدران الأسطوانة المبردة.
التحكم في الزيت: تعمل الحلقة السفلية، المعروفة باسم حلقة التحكم في الزيت، على إزالة الزيت الزائد من جدار الأسطوانة في الشوط السفلي.
تعمل وظيفة الكشط هذه على إعادة تدوير الزيت بشكل فعال إلى الحوض. إنه يضمن أن وقود المحرك رباعي الأشواط يحترق بشكل نظيف دون تلوث مواد التشحيم الثقيلة. عندما تفشل الحلقات، يظهر دخان أزرق في العادم، مما يشير إلى أن الزيت قد اخترق غرفة الاحتراق - وهي علامة واضحة على وجود عطل ميكانيكي بدلاً من التشغيل العادي.
غالبًا ما ينظر المهندسون إلى الاحتراق الداخلي من خلال مثلث المتطلبات: خليط الهواء والوقود، والضغط، والإشعال. إن إدخال الزيت في هذا المثلث، كما تفعل الضربتان عمدًا، يضر بنقاء الخليط. يخفض الزيت تصنيف الأوكتان بشكل فعال ويخلق رواسب الكربون على الصمامات وشمعات الإشعال. من خلال الحفاظ على نظافة المثلث - الهواء والوقود فقط - تحافظ المحركات رباعية الأشواط على أداء ثابت وتتطلب إزالة الكربون بشكل أقل تكرارًا.
إن فهم تسلسل الأحداث داخل المحرك يساعد في تفسير سبب كون هذه الآلات أثقل ولكن أكثر كفاءة. على الرغم من وصفه في كثير من الأحيان ببساطة بأنه 'مص، ضغط، فرقعة، نفخة'، إلا أن الواقع الهندسي يتضمن خمس مراحل متميزة لإدارة الطاقة.
نقوم بتوسيع الخطوات الأربع التقليدية لتشمل حدث الإشعال، الذي يتطلب توقيتًا دقيقًا يختلف عن الضربات نفسها.
السحب (المص): ينزل المكبس من أعلى المركز الميت (TDC). يفتح صمام السحب. تخلق هذه الحركة فراغًا، مما يؤدي إلى سحب الهواء أو شحنة الهواء والوقود إلى داخل الأسطوانة.
الضغط (الضغط): يغلق صمام السحب. يرتفع المكبس، مما يقلل من حجم الاسطوانة. يؤدي ذلك إلى ضغط الجزيئات معًا، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة. تتراوح نسب الضغط عادة من 6:1 في المحركات الصغيرة إلى أكثر من 20:1 في محركات الديزل.
حدث الإشعال: هذه مرحلة توقيت. قبل أن يصل المكبس إلى القمة (BTDC)، تنطلق الشرارة (أو يحدث الحقن). يسمح الإشعال المبكر للشعلة بالانتشار عبر الحجرة بحيث يصل الحد الأقصى من الضغط بمجرد بدء المكبس في التحرك لأسفل.
القوة (الانفجار): الغازات المتوسعة تجبر المكبس على الهبوط بقوة هائلة. هذه هي السكتة الدماغية الوحيدة التي تولد عزم الدوران وتدير العمود المرفقي.
العادم (النفخ): يفتح صمام العادم. يصعد المكبس مرة أخرى، دافعًا الغازات المستهلكة إلى المشعب، مما يفسح المجال للدورة التالية.
إن الإدراك الحاسم لأي مقيم هو توازن الطاقة. في نظام رباعي الدورات، تنتج شوط واحد فقط الطاقة، بينما تستهلك الثلاثة الأخرى (السحب، والضغط، والعادم) الطاقة الحركية. إنهم طفيليون.
لحل هذه المشكلة، يستخدم المهندسون دولاب الموازنة. ترتبط هذه العجلة الثقيلة بالعمود المرفقي وتخزن القصور الذاتي الدوراني. إنه يحمل المحرك خلال الأشواط الثلاثة الميتة، مما يسهل عملية توصيل الطاقة. وفي حين أن هذا يضيف وزنًا، فإن النتيجة هي توصيل ثابت وغني بعزم الدوران. وهذا يجعل الدورة رباعية الأشواط مثالية لسيناريوهات السحب - مثل الجرار الذي يسحب المحراث أو المولد الذي يحمل حمولة ثابتة - حيث يكون الحفاظ على الزخم أكثر قيمة من الصراخ السريع ذو الدورة العالية في الدقيقة لضربتين.
يعد اختيار محرك رباعي الأشواط بمثابة قبول للتعقيد الميكانيكي مقابل الموثوقية التشغيلية. تحدد هذه المقايضة مشهد المعدات الحديثة.
العيب الأساسي لهذه الدورة هو الصمامات العلوية. لفتح وإغلاق الصمامات في اللحظة المناسبة تمامًا، يتطلب المحرك عمود كامات، ورافعات، وأذرع دفع (في تصميمات OHV)، وأذرع متأرجحة، وحزام توقيت أو سلسلة.
يجب أن يدور عمود الكامات بنصف سرعة العمود المرفقي بالضبط (نسبة 1:2). تضيف هذه المزامنة عددًا كبيرًا من الأجزاء والوزن. يكون آكل الحشائش المحمول ثقيلًا بمحرك رباعي الأشواط بسبب هذه المكونات الفولاذية، في حين يظل الإصدار ثنائي الشوط خفيفًا من خلال التخلص من الصمامات بالكامل.
وعلى الرغم من الوزن الإضافي، فإن مكاسب الكفاءة لا يمكن إنكارها. غالبًا ما يستشهد التحليل الديناميكي الحراري بقاعدة 30٪. ما يقرب من 30% من الطاقة الكامنة للوقود تتحول إلى عمل ميكانيكي مفيد في محرك رباعي الأشواط عالي الجودة. ويفقد الباقي للحرارة والاحتكاك.
في حين أن نسبة 30% قد تبدو منخفضة، إلا أنها تتفوق بشكل كبير على التصميمات ثنائية الشوط، والتي غالبًا ما تفقد الوقود غير المحترق من منفذ العادم أثناء عملية الكسح. بالنسبة لمدير الأسطول، تترجم فجوة الكفاءة هذه مباشرة إلى انخفاض النفقات التشغيلية (OpEx). على مدى آلاف الساعات، يؤدي توفير الوقود لوحدة رباعية الأشواط إلى دفع سعر الشراء الأولي الأعلى.
بالإضافة إلى الكفاءة، توفر هذه المحركات الاستقرار. ونظرًا لأن عمليات السحب والعادم يتم التحكم فيها ميكانيكيًا بواسطة الصمامات بدلاً من وضع المكبس، فإن المحرك يتنفس بشكل أفضل عبر نطاق أوسع من الدورات في الدقيقة. إنها تعمل بشكل أكثر سلاسة وتتحمل تغييرات الحمل دون توقف، مما يجعلها الخيار المفضل للمولدات وماكينات جز العشب والمركبات.
بمجرد الالتزام بدورة رباعية الأشواط، فإن القرار التالي هو مصدر الوقود. يشكل الجدل بين الإشعال بالشرارة والإشعال بالضغط فائدة الآلة.
| الميزة: | بنزين رباعي الأشواط (إشعال بالشرارة) | ديزل رباعي الأشواط (إشعال بالضغط) |
|---|---|---|
| مصدر الاشتعال | ولاعة (كهربائية) | حرارة الضغط (الاشتعال الذاتي) |
| نسبة الضغط | السفلي (8:1 - 12:1) | الأعلى (14:1 - 25:1) |
| الكفاءة الحرارية | جيد (~25-30%) | ممتاز (~35-45%) |
| ملف تعريف عزم الدوران | عزم دوران معتدل، نطاق RPM أوسع | عزم دوران مرتفع ومنخفض |
| صيانة | شمعات الإشعال، ملفات الإشعال | الحاقنات، فلاتر الوقود، شمعات الإشعال |
يتوفر خيار البنزين في كل مكان في المعدات التجارية السكنية والخفيفة. وتتمثل مزاياها في الوزن المنخفض، والتشغيل الأكثر هدوءًا، وقدرات البدء البارد الأسهل. ومع ذلك، فإنه يتطلب نسبة الهواء إلى الوقود التي يتم التحكم فيها بشكل صارم. إذا كان الخليط قليل الدهن، يصبح ساخنًا؛ غني جدًا، فهو يفسد المقابس. إنه بشكل عام الاختيار الصحيح للمعدات المحمولة والجزازات السكنية والمضخات الخفيفة.
ويهيمن نوع الديزل على القطاع الصناعي. نظرًا لأنها تعتمد على الاشتعال بالضغط، فيجب أن تكون أثقل لتحمل الضغوط الداخلية الهائلة للأسطوانة. وهذا يؤدي إلى طول العمر الشديد. غالبًا ما يتفوق محرك الديزل على محرك البنزين بمعامل اثنين أو ثلاثة. إن عزم الدوران العالي الناتج يجعله مثاليًا للمولدات والآلات الثقيلة حيث يعمل المحرك بسرعة ثابتة تحت الحمل الثقيل.
عند الاختيار، ضع في اعتبارك دورة العمل. إذا كانت المعدات تعمل من حين لآخر أو تتطلب إمكانية النقل، فإن البنزين هو الأفضل. إذا كانت الماكينة تعمل يوميًا لساعات متواصلة (دورة الخدمة العالية)، فإن كفاءة استهلاك الوقود ومتانة الديزل توفر تكلفة إجمالية أفضل للملكية.
يتطلب تقييم المحرك رباعي الأشواط النظر إلى ما هو أبعد من سعر الملصق. يتضمن الواقع التشغيلي طقوس صيانة محددة تختلف عن محركات الغاز المختلط.
الفرق الأكثر وضوحًا في الصيانة هو تغيير الزيت. يجب عليك تصريف زيت علبة المرافق واستبداله على فترات زمنية محددة (على سبيل المثال، كل 50 أو 100 ساعة). على الرغم من أن هذا يتطلب عمالة، إلا أنه غالبًا ما يكون أرخص من التكلفة المستمرة لشراء زيت حقن متخصص ثنائي الدورة للحرق.
التكلفة الخفية هي Valve Lash. مع مرور الوقت، يؤدي الضرب المستمر للصمامات على المقاعد إلى تراجعها، مما يؤدي إلى تشديد الخلوص. إذا لم يتم ضبطها، فقد تفشل الصمامات في الإغلاق بالكامل، مما يؤدي إلى حرق الصمامات وفقدان الضغط. يعد هذا بند صيانة فريدًا للبنية رباعية الأشواط.
عادةً ما يصل عائد الاستثمار (ROI) إلى حوالي 500 ساعة للمستخدمين التجاريين. إن توفير الوقود المتراكم من خلال عدم إخراج الوقود غير المحترق من العادم يؤدي في النهاية إلى تجاوز التكلفة الأولية المرتفعة للمحرك رباعي الأشواط. بالنسبة إلى شركة تعمل في مجال تنسيق الحدائق والتي تقوم بتشغيل جزازات العشب لمدة 8 ساعات يوميًا، يعد هذا التوفير كبيرًا.
ربما تكون الضغوط التنظيمية هي المحرك الأقوى لهذه التكنولوجيا. تعمل وكالات البيئة في جميع أنحاء العالم على تشديد معايير الانبعاثات. يكافح المحرك ثنائي الشوط، مع نظام التشحيم ذو الخسارة الكاملة، للوفاء بهذه المعايير دون تعديل باهظ الثمن. يعد الاستثمار في المعدات رباعية الأشواط بمثابة استراتيجية مقاومة للمستقبل، مما يضمن بقاء قيمة إعادة البيع مرتفعة حيث أن اللوائح تستبعد التقنيات القديمة والأقذر.
لتلخيص ذلك، تقوم المحركات رباعية الدورات بخلط الهواء والغاز لتوليد الطاقة، مع الحفاظ على فصل الزيت بشكل صارم في علبة المرافق للحماية. هذا الفصل هو الأساس الهندسي الذي يسمح بالكفاءة الحرارية الفائقة والمتانة.
في حين أن الدورة رباعية الأشواط تقدم تعقيدًا ميكانيكيًا ووزنًا واحتياجات صيانة محددة مثل تعديلات الصمامات، فإن الفوائد تفوق تكاليف معظم التطبيقات. سواء اخترت نوع البنزين أو الديزل، فإن المحرك رباعي الأشواط يوفر حلاً أنظف وأطول أمدًا وأكثر كفاءة في استهلاك الوقود من البدائل. بالنسبة لأي تطبيق تقريبًا خارج الأدوات المحمولة خفيفة الوزن للغاية، فهو الخيار الحكيم والمهني.
ج: تستخدم المحركات رباعية الدورات نظام تشحيم مخصص مع حوض أو علبة المرافق. تعمل مضخة الزيت أو نظام الرش على توزيع الزيت على الأجزاء المتحركة بشكل مستقل. إن خلط الزيت مع الغاز من شأنه أن يغير معدل الأوكتان للوقود، ويقلل من كفاءة الاحتراق، ويتسبب في تراكم الكربون على الصمامات وشمعات الإشعال، مما يؤدي في النهاية إلى إتلاف المحرك.
ج: بشكل عام، لن يؤدي ذلك إلى تدمير المحرك على الفور. ومع ذلك، فإن الزيت الموجود في الغاز سوف يتسبب في دخان المحرك بشكل كبير وتشغيله بشكل سيء. بمرور الوقت، سيؤدي ذلك إلى إتلاف شمعة الإشعال وسد حاقن الوقود أو نفاثات المكربن. إذا حدث ذلك، قم بتصريف الخزان وإعادة ملئه بالبنزين الطازج.
ج: ليس بالضرورة بالوزن. يعمل المحرك ثنائي الشوط في كل دورة، مما يمنحه نسبة أعلى من القوة إلى الوزن. ومع ذلك، فإن المحرك رباعي الأشواط ينتج عزم دوران أكبر عند عدد دورات أقل في الدقيقة ويوفر الطاقة بسلاسة أكبر. إنها قوية من حيث القدرة على السحب أو الرفع المستمر، بدلاً من التسارع السريع.
ج: التسلسل هو السحب والضغط والطاقة والعادم. من الوسائل المساعدة المفيدة في الذاكرة هي المص، والضغط، والضرب، والنفخ. يحدث حدث الإشعال من الناحية الفنية بين ضربات الضغط والطاقة لبدء الاحتراق.
