دورة المحرك رباعية الأشواط بالتفصيل العملي: من السحب إلى العادم

أساسيات المحرك | المستوى 1 المقال 3 من 8

دورة المحرك رباعية الأشواط: رحلة الاحتراق خطوة بخطوة

فهم دقيق لما يحدث داخل الأسطوانة من لحظة دخول الهواء والوقود حتى خروج الغازات عبر العادم، مع شرح حركة الصمامات والمكبس وعمود المرفق في كل مرحلة.

في المقالين السابقين، تعلمنا المبدأ الأساسي لتحويل الطاقة والأجزاء الرئيسية للمحرك. الآن حان الوقت لربط كل هذه الأجزاء معاً لنرى كيف تعمل معاً في تناغم مذهل لإنتاج الحركة.

دورة المحرك رباعية الأشواط هي القلب النابض لأي محرك احتراق داخلي. في هذا المقال، سنسافر مع المكبس في رحلته داخل الأسطوانة، ونفهم بالضبط ماذا يحدث في كل شوط، وكيف تتحكم الصمامات في تدفق الخليط والغازات، وكم تدور الأعمدة لإكمال الدورة الكاملة.

شكل 1: الملخص الكامل للمراحل الأربع وحركة الصمامات والمكبس وعمود المرفق

⬇️ الشوط الأول: السحب (Intake Stroke)

شكل 2: شوط السحب – المكبس يتحرك للأسفل، صمام السحب مفتوح، صمام العادم مغلق

• ما يحدث: يتحرك المكبس من أعلى نقطة ميتة (TDC) إلى أسفل نقطة ميتة (BDC). يفتح صمام السحب، ويظل صمام العادم مغلقاً.
• نتيجة الحركة: يُحدث المكبس تفريغاً (تخلخلاً) داخل الأسطوانة، مما يسحب خليط الهواء والوقود (في محركات البنزين) أو الهواء النقي (في الديزل) من مجمع السحب إلى داخل الأسطوانة.
• زاوية عمود المرفق: من 0° إلى 180° (نصف دورة).

⬆️ الشوط الثاني: الضغط (Compression Stroke)

شكل 3: شوط الضغط – المكبس يتحرك للأعلى، كلا الصمامين مغلقان، يضغط الخليط

• ما يحدث: يتحرك المكبس من BDC إلى TDC. كلا الصمامين (السحب والعادم) مغلقان لإحكام غلق الأسطوانة.
• نتيجة الحركة: يضغط المكبس الخليط (أو الهواء) إلى حجم صغير جداً. يزداد الضغط بشكل كبير (يصل إلى 8-12 بار أو أكثر) وترتفع درجة الحرارة بشكل ملحوظ. هذا يهيئ الخليط للاحتراق الفعال.
• نسبة الضغط (Compression Ratio): هي النسبة بين حجم الأسطوانة عند BDC مقسوماً على حجمها عند TDC. كلما زادت النسبة، زادت الكفاءة، لكن هناك حدود بسبب خطر "الصفع" (Knock).
• زاوية عمود المرفق: من 180° إلى 360° (نصف دورة أخرى).

💥 الشوط الثالث: القدرة (Power / Combustion Stroke)

شكل 4: شوط القدرة – الشرارة تشعل الخليط، الغازات المتمددة تدفع المكبس بقوة للأسفل

• ما يحدث: قبل وصول المكبس إلى TDC بقليل (حوالي 10-30 درجة)، تُصدر شمعة الإشعال شرارة (في محركات البنزين). في محركات الديزل، يشتعل الوقود ذاتياً عند حقنه في الهواء الساخن المضغوط.
• الاحتراق: يحترق خليط الهواء والوقود بسرعة شديدة (انفجار محكوم). ترتفع درجة الحرارة إلى حوالي 2000-2500 درجة مئوية، ويرتفع الضغط داخل الأسطوانة بشكل هائل.
• نتيجة الحركة: الغازات الساخنة المتضخمة تضغط على المكبس بقوة، فندفعه إلى أسفل. هذا هو الشوط الوحيد الذي يُنتج القدرة (الطاقة) التي تُبقي المحرك دائراً.
• زاوية عمود المرفق: من 360° إلى 540° (نصف دورة ثالثة).

💨 الشوط الرابع: العادم (Exhaust Stroke)

شكل 5: شوط العادم – المكبس يتحرك للأعلى، صمام العادم مفتوح، يطرد الغازات المحترقة

• ما يحدث: بعد انتهاء شوط القدرة، يتحرك المكبس من BDC إلى TDC. يفتح صمام العادم، ويظل صمام السحب مغلقاً.
• نتيجة الحركة: يدفع المكبس غازات العادم المحترقة (CO₂، H₂O، CO، HC، NOx) إلى خارج الأسطوانة عبر مجمع العادم. تبقى كمية ضئيلة جداً من الغازات داخل "حيز العادم" فوق المكبس.
• زاوية عمود المرفق: من 540° إلى 720° (نصف دورة رابعة وأخيرة).

عند 720°، يعود المكبس إلى TDC، وتكون الأسطوانة جاهزة لبدء شوط سحب جديد، وتتكرر الدورة مرة أخرى.

كيف تتحكم الصمامات في كل شوط؟ (التوقيت)

الصمامات هي بوابات المحرك، تفتح وتغلق بتوقيت دقيق جداً مرتبط بزاوية عمود المرفق. إليك جدول يلخص حالة كل صمام في كل شوط:

الشوط	حركة المكبس	صمام السحب	صمام العادم	زاوية عمود المرفق
سحب	من TDC إلى BDC (لأسفل)	مفتوح ✅	مغلق ❌	0° - 180°
ضغط	من BDC إلى TDC (لأعلى)	مغلق ❌	مغلق ❌	180° - 360°
قدرة	من TDC إلى BDC (لأسفل)	مغلق ❌	مغلق ❌	360° - 540°
عادم	من BDC إلى TDC (لأعلى)	مغلق ❌	مفتوح ✅	540° - 720°

🧠 تذكر دائماً

في محركات البنزين الحديثة، يحدث تزامن (Overlap) بين فتح صمام العادم وإغلاق صمام السحب عند نهاية شوط العادم وبداية شوط السحب، لتحسين كفاءة تعبئة الأسطوانة. هذا التوقيت المتقدم يُتحكم به بواسطة عمود الكامات (سنشرحه في المقال القادم).

ماذا يحدث عند خلل في أي شوط؟ (الجانب العملي)

فهم الدورة يساعد في تشخيص الأعطال:

• ضعف في شوط السحب: انسداد فلتر الهواء، تلف صمام السحب، تسريب في مجمع السحب → يؤدي إلى ضعف القدرة وزيادة استهلاك الوقود.
• ضعف في شوط الضغط: تآكل حلقات المكبس، تلف وجه الإحكام (كاسكيت الراس)، صمامات محترقة → يؤدي إلى صعوبة التشغيل، ضعف التسارع، وخروج دخان.
• ضعف في شوط القدرة: مشكلة في الإشعال (بوجيه، كويل)، خليط غير صحيح (غني أو فقير)، انسداد البخاخات → يؤدي إلى تقطيع (Misfire)، اهتزاز المحرك، وضعف الأداء.
• ضعف في شوط العادم: انسداد المحول الحفاز (الدبة)، تلف صمام العادم → يؤدي إلى ضعف القدرة، وزيادة حرارة المحرك، وفشل في اختبارات الانبعاثات.

توحيد المصطلحات الفنية بين الدول العربية

حرصاً على وصول المعلومة للجميع، نقدم المرادفات الشائعة لبعض المصطلحات:

الكاسكيت (Gasket) الحشية المعدنية أو المركبة التي توضع بين رأس المحرك وكتلة الأسطوانات لمنع تسريب الغازات والزيوت والماء. هذا المصطلح موحد في معظم الدول العربية (كاسكيت) وهو مشتق من الإنجليزية.

الصوفة / اللبادة (Seal) قطعة مطاطية دائرية (عادةً) تستخدم لمنع تسريب الزيت والسوائل من الأجزاء الدوارة مثل عمود المرفق (الكرنك) وعمود الكامات. في السعودية تُعرف بـ "الصوفة"، وفي الأردن تُعرف بـ "اللبادة". مثال: لبادة عمود الكرنك الخلفية (التي تمنع تسرب الزيت بين المحرك والقير).

وجه الإحكام هو المصطلح العربي الدقيق للحشية (Gasket) بشكل عام. يستخدم للدلالة على أي حشية تمنع التسريب بين سطحين معدنيين ثابتين.

خلاصة

دورة المحرك رباعية الأشواط هي عملية هندسية دقيقة تحدث آلاف المرات في الدقيقة الواحدة. تذكر دائماً:

• سحب: مكبس ⬇، صمام السحب مفتوح، يدخل الخليط.
• ضغط: مكبس ⬆، كل الصمامات مغلقة، يُضغط الخليط.
• قدرة: شرارة 🔥، مكبس ⬇، كل الصمامات مغلقة، تُنتج الحركة.
• عادم: مكبس ⬆، صمام العادم مفتوح، تُطرد الغازات.

يحتاج المحرك إلى دورتين كاملتين لعمود المرفق (720°) لإكمال دورة كاملة واحدة في كل أسطوانة. في محرك 4 أسطوانات، يحدث شوط قدرة في أسطوانة مختلفة كل 180° لضمان دوران سلس ومستمر.

➡️ المقال التالي في سلسلة أساسيات المحرك

الآن بعد أن فهمت الدورة والتحكم بالصمامات، حان الوقت لمعرفة كيف يتم توقيت فتح وغلق الصمامات بواسطة عمود الكامات، وما هو التزامن (Overlap) ولماذا هو مهم للأداء العالي.

📄 اقرأ المقال التالي: توقيت الصمامات وعمود الكامات

أسئلة شائعة حول دورة المحرك رباعية الأشواط

كم دورة كاملة لعمود المرفق يحتاجها المحرك رباعي الأشواط لإكمال دورة واحدة؟

يحتاج دورتين كاملتين (720°) لإكمال دورة كاملة واحدة (الأشواط الأربعة) في أسطوانة واحدة.

ما الفرق بين محرك رباعي الأشواط وثنائي الأشواط من حيث عدد الثورات؟

المحرك ثنائي الأشواط يكمل دورة كاملة في دورة واحدة لعمود المرفق (360°)، بينما رباعي الأشواط يحتاج دورتين. هذا يعني أن المحرك ثنائي الأشواط ينتج شوط قدرة لكل دورة، مما يمنحه قدرة أعلى لنفس الحجم، لكنه أقل كفاءة في استهلاك الوقود وأكثر تلويثاً للبيئة.

لماذا لا تستخدم جميع السيارات محركات ثنائية الأشواط؟

بسبب كفاءة الاحتراق المنخفضة واستهلاك الزيت الكبير (يخلط الزيت مع الوقود)، والانبعاثات العالية. تستخدم حالياً في الدراجات النارية الصغيرة، المناشير، ومحركات القوارب الصغيرة.

ماذا يعني "الصفع" (Knock) في شوط القدرة؟

"الصفع" هو احتراق غير مرغوب فيه يحدث عندما يشتعل الخليط قبل الأوان بسبب الحرارة والضغط الشديدين (قبل وصول الشرارة). يؤدي إلى موجات ضغط عنيفة تصطدم بجدار الأسطوانة وتُصدر صوت "طرقة" معدنية. يضر بالمحرك بشدة، ولذلك تستخدم أجهزة استشعار الصفع (Knock Sensors) لتأخير توقيت الإشعال عند اكتشافه.