أنواع المحركات

تتنوع أنواع المحركات في عالم السيارات، لا سيما مع التطور المتزايد للسيارات الكهربائية التي تُحدث تحولاً جذرياً في السوق. لكن ضمن محركات الاحتراق التقليدية، توجد بالفعل قائمة ضخمة من وحدات توليد الطاقة ذات خصائص مختلفة تماماً : الديزل، والبنزين، والغاز، وحتى الكحول. منها ما هو مكبسي، ومنها ما هو دوار، ومنها ما هو رباعي الأشواط، ومنها ما هو ثنائي الأشواط. الاحتمالات لا حصر لها تقريباً.

على مرّ تاريخ صناعة السيارات، تم ابتكار أنواعٍ شتى من الأجهزة الميكانيكية . إلا أن العديد منها اندثر، تاركًا لنا الأجهزة الأكثر كفاءةً، والأكثر صداقةً للبيئة، والأقوى، أو على الأقل الأسهل تصنيعًا وصيانةً. في الواقع، تشير أحدث التوجهات، إلى جانب التحول إلى الكهرباء، إلى اختفاء المحركات متعددة الأسطوانات ذات السعة الكبيرة، وتراجع استخدام محركات الديزل تدريجيًا.

في هذه المقالة، سنستعرض الطرق المختلفة لتصنيف المحركات : عدد الأسطوانات، وترتيبها، ونوع الوقود المستخدم، وغير ذلك. كما سنتطرق إلى الفروقات بين المحركات الكهربائية والهجينة . من المهم أن نتذكر أنه قريبًا، قد يصبح التمييز بين المحرك الكهربائي المتزامن وغير المتزامن أكثر أهمية من التمييز بين المحرك التوربيني والمحرك ذي السحب الطبيعي.

محركات الاحتراق الداخلي

قبل الخوض في الحديث عن محركات الاحتراق الداخلي، والتي تُعدّ جميعها اليوم من نوع المحركات المكبسية ، لا بدّ من الإشارة إلى المحركات الدوارة أو محركات وانكل . تعمل هذه المحركات بطريقة مختلفة تمامًا، إذ تفتقر إلى الأسطوانات والمكابس التي اعتدنا عليها. وقد توقف إنتاجها منذ سنوات، ويعود ذلك جزئيًا إلى صعوبة صيانتها. ومع ذلك، تشير جميع الدلائل إلى أنها ستعود قريبًا، بفضل شركة مازدا ، وإن كان ذلك في صورة مولدات كهربائية فقط.

حسب التنسيب وعدد الاسطوانات

المحركات ذات الاسطوانات في خط (L)

بالتركيز على محركات المكابس التقليدية، نستنتج أن معظم السيارات التي نراها على الطرقات يوميًا مزودة بمحركات خطية . في هذا النوع من المحركات، تُرتّب الأسطوانات واحدة تلو الأخرى، وأكثرها شيوعًا هي محركات الأسطوانات الأربع الخطية المعروفة . قد تحتوي المركبات الأصغر حجمًا على ثلاث أسطوانات فقط. من جهة أخرى، تشتهر بي إم دبليو بمحركاتها الخطية سداسية الأسطوانات ، بينما تستخدم طرازات أخرى من فولفو وأودي محركات خطية خماسية الأسطوانات.

محركات V- اسطوانة

يُعدّ محرك V نوعًا شائعًا آخر . عادةً ما تكون هذه المحركات ذات سعة كبيرة ، على الرغم من وجود بعض الدراجات النارية التي تحتوي على نماذج ذات سعة أصغر. تتميز هذه المحركات بترتيب أسطواناتها على شكل حرف V ، مع اختلاف زاوية الميل، مما يُحدد خصائص المحرك المختلفة. يُعدّ محرك V6 الأكثر شيوعًا ، على الرغم من وجود محركات V8 وV10 وV12، وحتى محركات ذات عدد فردي من الأسطوانات مثل V5.

من أنواع هذه المحركات محركات VR، مثل محرك VR6 من مجموعة فولكس فاجن . تتميز هذه المحركات بتصميم V ضيق للغاية، يكاد يشبه المحرك الخطي التقليدي، حتى أنها تشترك معه في رأس الأسطوانة . وهناك نوع آخر هو محرك W، الذي يتكون، على سبيل المثال، من محركين V متصلين معًا، ويمكن أن يصل حجمه إلى W16، كما هو الحال في سيارة بوجاتي شيرون.

تتميز محركات VR و W و V بتوازنها ودقتها العالية، ولها صوت مميز للغاية . وتوجد عادةً في السيارات الفاخرة والنادرة، على الرغم من إمكانية وجودها أيضاً في السيارات اليومية.

إضافةً إلى هذه المزايا، تتميز محركات V عمومًا بصغر حجمها الطولي مقارنةً بالمحركات الخطية. فوضع الأسطوانات خلف بعضها البعض يشغل مساحةً أفقيةً أكبر من ترتيبها في صفين على شكل حرف V. وهذا أحد أسباب احتواء أغلى عشر سيارات في العالم على محركات V أو W. وقد تُصبح المساحة مشكلةً عند استخدام محركات ذات 8 أو 12 أو حتى 16 أسطوانة.

في الفيديو التالي، يمكنك أن ترى أنواع هذه السيارات وأنواع المحركات التي تحتوي عليها:

محركات الملاكم

هذه أندر محركات المكبس . لا تزال سيارات قليلة مزودة بهذا النوع من المحركات، ومعظمها من طرازات سوبارو وبورش. توضع مكابسها أفقياً بالنسبة للأرض، لذا تتحرك للداخل والخارج بهذا الوضع غير المألوف. ومن هنا جاء اسمها "بوكسر".

محرك مكبس متعارض

لا يصف هذا التصنيف ترتيب الأسطوانات بدقة، ولكنه يُبرز سمةً مميزةً: تحتوي هذه المحركات على مكبسين لكل أسطوانة . وهذا يعني أن كل احتراق داخلي يدفع مكبسين، أحدهما في كل طرف من الأسطوانة. ولذلك، فهي تتطلب عادةً عمودَي مرفق لتحويل هذه الحركات الطولية إلى حركة دورانية.

كمثال على ذلك، يوجد محرك INNEngine . طورت هذه الشركة الإسبانية محركًا بمكابس متقابلة يستبدل عمود المرفق بعمود الكامات. علاوة على ذلك، رُتبت أسطواناته بشكل مربع لتوفير المساحة. يمكن إضافة هذا النوع إلى تصنيف المحركات بناءً على ترتيب الأسطوانات، على الرغم من أنه نادر جدًا.

أنواع المحركات حسب الوقود الذي تحرقه

محركات البنزين

محركات البنزين هي محركات احتراق داخلي، أي أنها محركات تتطلب شرارة لإشعال الوقود ، تُولّدها شمعة الإشعال . وكأي محرك احتراق، يعتمد تشغيلها على التمدد القوي لمزيج الهواء والوقود عند اشتعاله.

محركات البنزين إما رباعية الأشواط أو ثنائية الأشواط . النوع الأول هو الأكثر شيوعًا في المركبات، بينما يقتصر استخدام النوع الثاني على بعض الدراجات النارية الصغيرة والآلات الصناعية نظرًا لانبعاثاته العالية. إذا دققت النظر، ستلاحظ أن هذه المحركات تُصدر دخانًا مائلًا للزرقة قليلًا لأنها تخلط الزيت مع البنزين لتزييت المحرك.

يُطلق عليه اسم محرك رباعي الأشواط لأنه يمر بأربع مراحل أثناء تشغيله : السحب ، والضغط ، والاحتراق، والعادم . يُكمل عمود المرفق هذه المراحل مرتين. في المقابل، يقوم المحرك ثنائي الأشواط بالسحب والضغط في شوط واحد صاعد للمكبس، والاحتراق والعادم في شوط هابط. لذلك، يُكمل عمود المرفق شوطًا واحدًا فقط.

توجد ثلاثة أنواع رئيسية من دورات الاحتراق في محركات الأشواط الأربعة: أوتو ، وميلر ، وأتكينسون . ويمكن إضافة دورة بوداك للاحتراق، التي قدمتها فولكس فاجن عام ٢٠١٧، إلى هذه الأنواع. تتوافق دورة أوتو مع وصف محركات الأشواط الأربعة، بينما تُبقي دورتا ميلر وأتكينسون صمامات السحب مفتوحة لإعادة جزء من خليط الهواء والوقود إلى مدخل الهواء أثناء شوط الضغط. يُقلل هذا بشكل كبير من الجهد المطلوب لضغط الخليط، مما يزيد من كفاءتهما. لكن يعيبهما انخفاض القدرة الناتجة. كما تتضمن دورة ميلر شاحنًا توربينيًا لإضافة هواء مضغوط.

محركات الديزل

تستخدم هذه المحركات وقود الديزل للتشغيل. لا يمكن إشعال هذا الوقود بشرارة ، كما هو الحال في محركات البنزين. بدلاً من ذلك، يجب إشعال خليط الهواء والديزل باستخدام الضغط . ولهذا السبب، تكون نسبة الانضغاط في هذه المحركات أعلى بكثير من تلك الموجودة في محركات البنزين.

بشكل عام، تُعدّ محركات الاحتراق الداخلي أكثر كفاءة من محركات البنزين ، على الرغم من أنها تتطلب أنظمة متطورة وفعّالة للحد من الانبعاثات لتجنب التلوث المفرط. وفي هذا السياق، تُصدر هذه المحركات كميات أكبر من جزيئات أكاسيد النيتروجين مقارنةً بمحركات البنزين، بالإضافة إلى توليد كميات أكبر من السخام . لذا، ورغم أنظمة مكافحة التلوث المُدمجة في أحدث الطرازات، فإنها تُفرض عليها عقوبات صارمة من قِبل السلطات الحكومية.

يمكن أن تكون محركات الديزل ثنائية الأشواط أو رباعية الأشواط ، وتتشابه الأخيرة إلى حد كبير مع دورة أوتو . والفرق الرئيسي بينها وبين محركات البنزين التي تعمل بهذه الدورة، إلى جانب الاشتعال بالضغط، هو أن حقن الوقود يحدث في نهاية شوط الضغط . علاوة على ذلك، جميع سيارات الديزل الحديثة مزودة بشاحن توربيني.

محركات الغاز

يمكن لمحركات الاحتراق الداخلي استخدام الغاز بدلاً من البنزين . وعادةً ما يكون هذا الغاز هو الغاز الطبيعي المضغوط ( CNG ) أو غاز البترول المسال ( LPG ). وهي أكثر ملاءمةً للبيئة من تلك التي تستخدم البنزين فقط، خاصةً لأنها تُنتج كميات أقل بكثير من أكاسيد النيتروجين (NOx).

أكسيد النيتروجين أو "نيترو"

خلافًا للاعتقاد السائد، فإن أكاسيد النيتروجين ليست وقودًا أقوى يزيد من قدرة المحرك. بل هي جزيئات تتحلل عند تسخينها، مطلقةً المزيد من الأكسجين في غرفة الاحتراق . لذا، فهي تعمل كمؤكسد ، لا كوقود. وهذا يعني أنه مع توفر المزيد من الأكسجين، يمكن حرق كمية أكبر من البنزين ، وبالتالي توليد المزيد من الطاقة. وقد تم حظرها في إسبانيا، ويتزايد حظرها في أجزاء أخرى من العالم.

هذا نوع من أنواع الشحن التوربيني، ولكن بدلاً من استخدام شاحن توربيني لزيادة ضغط الهواء، يتم إدخال غاز يُطلق الأكسجين عند تسخينه. يجب تعديل المحركات المُجهزة لاستخدام أكسيد النيتروز بعدة طرق. عادةً ما تتطلب هذه المحركات قطع غيار ذات مقاومة حرارية أعلى، وتغييرات في الدوائر الإلكترونية لتكييف عملها عند حقن أكسيد النيتروز. على سبيل المثال، قد يلزم ضبط توقيت الإشعال ، وزيادة كمية الوقود. تذكر أن هذه التقنية تعمل لبضع ثوانٍ فقط، وبعدها يعود المحرك إلى حرق البنزين مع الأكسجين الموجود في الهواء.

محرك الغلاف الجوي مقابل محرك توربو

يكمن الفرق بين المحركات ذات السحب الطبيعي والمحركات المزودة بشاحن توربيني في أن الأولى تعمل باستخدام الهواء عند الضغط الجوي ، بينما تُدخل الثانية ضغطًا أكبر من خلال الحقن القسري . وبفضل زيادة الأكسجين، تستطيع المحركات المزودة بشاحن توربيني حرق كمية أكبر من الوقود في غرفة احتراق بنفس الحجم أو حتى أصغر. وهذا لا يسمح فقط بزيادة القدرة الناتجة، عند الرغبة، بل يوفر أيضًا استجابة أفضل في نطاقي السرعة المنخفضة والمتوسطة . وهذا ما تفتقر إليه المحركات ذات السحب الطبيعي عادةً، وحتى لو تمكنت من التعويض عن ذلك، فإنها لا تزال بعيدة عن قدرات المحركات المزودة بشاحن توربيني.

في السيارات التقليدية المزودة بشاحن توربيني، يُستخدم عادةً ضغط تعزيز يتراوح بين 0,7 و0,9 بار . تُضاف هذه القيم إلى ضغط الهواء المحيط البالغ 1 بار، ما ينتج عنه ضغط فعلي داخل غرف الاحتراق يتراوح بين 1,7 و1,9 بار . مع ذلك، قد تكون هذه القيم أعلى بكثير في السيارات عالية الأداء ، لتصل إلى 6 بار ، على سبيل المثال.

تزداد شعبية الشواحن التوربينية منخفضة الضغط ، لأنها لا تهدف إلى زيادة القدرة بشكل كبير، بل تركز على تحسين استجابة المحرك في نطاق السرعات المتوسطة لتحقيق توازن أفضل بين الأداء وكفاءة استهلاك الوقود. في هذه الحالة، يتراوح ضغط الشحن عادةً بين 0,2 و0,5 بار . والهدف الأساسي هو تحسين الكفاءة . ولأن المحرك يستجيب بشكل أفضل عند دورات منخفضة، فإنه يحتاج إلى دورات أقل لتحقيق نفس أداء المحرك ذي السحب الطبيعي. وغالبًا ما يقترن ذلك بتقليل حجم المحرك، بل وحتى إزالة بعض الأسطوانات.

على الرغم من مزايا المحركات التوربينية، لا يزال بعض المصنّعين يفضّلون المحركات ذات السحب الطبيعي . وينطبق هذا على علامات تجارية مثل تويوتا ، بمحركاتها المستخدمة في سياراتها الهجينة؛ وسوبارو، ببعض محركاتها من نوع بوكسر ؛ ومازدا، بمحركاتها ذات نسبة الانضغاط العالية. ويُضاف إلى هذه القائمة محركات Skyactiv-X التي طوّرتها هذه العلامة التجارية اليابانية مؤخرًا. وبفضل نظام الإشعال الشبيه بنظام الديزل، وغيره من الابتكارات التقنية، يُتوقع أن يحقق هذا المحرك نسبة استهلاك وقود إلى أداء مماثلة لمحركات الديزل.

أنواع المحركات الكهربائية

يشهد التنقل الكهربائي نموًا سريعًا على مستوى العالم. وتُسهم التطورات في مجال البطاريات والمحركات الكهربائية تدريجيًا في جعلها خيارات عملية للعديد من الأشخاص. لذا، ليس من المستغرب أن تصبح معرفة المحركات الكهربائية، مع مرور الوقت، أكثر أهمية من معرفة محركات الاحتراق الداخلي، على الأقل بالنسبة للمستخدمين المتقدمين الذين يرغبون في اتخاذ قرارات شراء مدروسة.

تُعدّ المحركات الكهربائية أبسط بكثير من محركات الاحتراق التقليدية. فمكوناتها الأساسية هي الجزء الثابت والجزء الدوار ، وهما عنصران موجودان دائمًا بغض النظر عن نوع المحرك. علاوة على ذلك، ولأنها أكثر إحكامًا وتولّد حركة دورانية (مما يُغني عن الحاجة إلى عمود المرفق )، فإنها تُتيح توفيرًا كبيرًا في نظام نقل الحركة في سيارات محركات الاحتراق الداخلي التقليدية .

غالبًا ما يُوصف هذا النوع من المحركات بأنه يوفر تسارعًا قويًا من الصفر دورة في الدقيقة، أي من لحظة الضغط على دواسة الوقود. ويُقال أيضًا إنه قادر على توفير تسارع قوي حتى نطاق دورات مرتفع جدًا، لذا فهو لا يحتاج بالضرورة إلى تروس. مع ذلك، ليس هذا هو الحال دائمًا، إذ توجد أنواع عديدة من المحركات الكهربائية ذات خصائص مختلفة . ويمكن تقسيمها إلى ثلاث فئات:

• مغناطيس دائم متزامن
• تبديل التردد متزامن
• غير متزامن أو تحريض

إذا كنت ترغب في معرفة المزيد عنها، فننصحك بقراءة المقال التالي الذي نشرح فيه كل واحدة منها بالتفصيل :

المحركات الهجينة

كما ترون، لا يُطلق على هذا القسم اسم المحركات الهجينة. نستخدم مصطلح "نظام الدفع" لأن المحركات الهجينة بحد ذاتها غير موجودة. ما هو موجود هو مزيج من محركات الاحتراق الداخلي والمحركات الكهربائية ، مما ينتج عنه أنظمة دفع هجينة.

ما يجب معرفته عن هذا النوع من التنقل هو أن محركات الاحتراق المستخدمة عادةً مُصممة خصيصًا لهذا الغرض. على سبيل المثال، تُعد محركات دورة أتكينسون الأكثر شيوعًا في السيارات الهجينة الحالية نظرًا لكفاءتها العالية. وتُعوض الطاقة الإضافية التي يوفرها المحرك الكهربائي عند الحاجة عن انخفاض كفاءتها.

توجد طرق عديدة لدمج محركات الاحتراق الداخلي والمحركات الكهربائية . يمكن تشغيل كل محور على حدة، أو دمج محرك كهربائي في ناقل الحركة، أو حتى استخدام عدة محركات كهربائية في مواقع مختلفة. إذا كنت ترغب في معرفة المزيد عن هذا النوع من وسائل النقل، فننصحك بقراءة المقال التالي:

الصور: جيمس هارلاند ، جان بيكيندورف ، The NRMA ، Urduñako udala ، feschesheli