محرك رباعي الأسطوانات مستقيم

المحرك ذو الأربع أسطوانات المستقيمة (يشار إليه أيضًا باسم المحرك ذو الأربع أسطوانات المتوازية ) هو محرك مكبسي بأربع أسطوانات حيث يتم ترتيب الأسطوانات في خط واحد على طول عمود مرفقي مشترك.

تستخدم معظم محركات السيارات رباعية الأسطوانات تصميمًا مستقيمًا رباعي الأسطوانات، ^{[ 1 ] : 13-16} ، وغالبًا ما يُستخدم مصطلح "محرك رباعي الأسطوانات" كمرادف لمحركات الأسطوانات المستقيمة. مع ذلك، توجد تصميمات أقل شيوعًا، بما في ذلك المحرك المسطح رباعي الأسطوانات ومحرك V4 ، بينما تُعرف النسخ المائلة من التصميم المستقيم أحيانًا باسم محركات الأسطوانات المائلة رباعية الأسطوانات . يُستخدم هذا التصميم أيضًا في الدراجات النارية والآلات الأخرى.

في الولايات المتحدة، ابتداءً من عام 2005، أصبحت محركات الأربع أسطوانات أكثر انتشاراً كجزء من اتجاه صناعي أوسع نحو محركات أصغر حجماً مزودة بشاحن توربيني لتلبية متطلبات كفاءة استهلاك الوقود وانبعاثات العادم . وبحلول عام 2025، كانت هذه المحركات تُستخدم في حوالي 60% من المركبات الجديدة. ^{[ 2 ]}

يحتوي محرك الأسطوانات الأربع المستقيمة رباعي الأشواط دائمًا على أسطوانة في شوط القدرة، على عكس المحركات ذات الأسطوانات الأقل حيث لا يحدث شوط القدرة في أوقات معينة. وبالمقارنة مع محرك V4 أو محرك الأسطوانات الأربع المسطحة ، فإن محرك الأسطوانات الأربع المستقيمة يحتوي على رأس أسطوانة واحد فقط ، مما يقلل من التعقيد وتكلفة الإنتاج.

نبضات في توصيل الطاقة

تستطيع محركات الاحتراق الرباعي ذات الخمس أسطوانات أو أكثر أن تعمل فيها أسطوانة واحدة على الأقل في شوط القدرة في أي لحظة. مع ذلك، تعاني هذه المحركات من فجوات في توصيل الطاقة، إذ تُكمل كل أسطوانة شوط قدرتها قبل أن يبدأ المكبس التالي شوط قدرة جديدًا. ينتج عن هذا التوصيل النبضي للطاقة اهتزازات أكثر من المحركات ذات أكثر من أربع أسطوانات.

استخدام أعمدة التوازن

يُستخدم نظام عمود التوازن أحيانًا لتقليل الاهتزازات الناتجة عن محرك رباعي الأسطوانات، وخاصةً في المحركات ذات السعات الكبيرة. اخترع نظام عمود التوازن عام ١٩١١، ويتكون من عمودين يحملان أوزانًا لا مركزية متطابقة تدور في اتجاهين متعاكسين بسرعة تساوي ضعف سرعة عمود المرفق. ^{[ ١ ] : الصفحات ٤٢-٤٤.} حصلت شركة ميتسوبيشي موتورز على براءة اختراع هذا النظام في سبعينيات القرن الماضي، وقدمته في محرك ميتسوبيشي أسترون تحت اسم "العمود الصامت"، ومنذ ذلك الحين، تستخدمه عدة شركات أخرى بموجب ترخيص. ^{[ ١٠ ] [ ١١ ]}

مع ذلك، لم تستخدم جميع محركات الأسطوانات الأربع المستقيمة ذات الإزاحة الكبيرة أعمدة التوازن. ومن أمثلة المحركات الكبيرة نسبيًا التي لا تحتوي على أعمدة توازن: محرك سيتروين DS سعة 2.4 لتر ، ومحرك أوستن هيلي 100 سعة 2.6 لتر ، ومحرك فورد موديل A (1927)  سعة 3.3 لتر ، ومحرك جي إم آيرون ديوك سعة 2.5 لتر . كما تم إنتاج محركات غاز فولغا و UAZ السوفيتية/الروسية بسعات تصل إلى 2.9 لتر بدون أعمدة توازن من خمسينيات القرن العشرين إلى تسعينياته، إلا أن هذه المحركات كانت ذات دورات منخفضة نسبيًا، مما يقلل الحاجة إلى نظام عمود التوازن. ^{[ 1 ] : الصفحات 40-44} 

تتراوح سعة معظم محركات الأسطوانات الأربع المستقيمة الحديثة المستخدمة في السيارات بين 1.5 و2.5 لتر (92-153 بوصة مكعبة) . أصغر محرك أسطوانات أربع مستقيمة للسيارات كان مستخدمًا في شاحنة هوندا T360 الصغيرة (1963-1967) بسعة 356 سم مكعب (21.7 بوصة مكعبة ) ، بينما أكبر محرك أسطوانات أربع مستقيمة تم إنتاجه بكميات كبيرة هو محرك الديزل ميتسوبيشي 4M41 (1999-2019 ) المستخدم في سيارة ميتسوبيشي باجيرو بسعة 3.2 لتر (195 بوصة مكعبة ) . ^{[ 12 ] [ 13 ]}         

تشمل محركات السيارات ذات الأربع أسطوانات المستقيمة المهمة ما يلي:

• محرك ألفا روميو ثنائي الكامات (1954-1994) : أحد أوائل محركات الكامات المزدوجة التي تم إنتاجها بكميات كبيرة. ^{[ 14 ]} في عام 1990، أصبح أول محرك إنتاجي مزود بتوقيت صمامات متغير . ^{[ 15 ]}
• محرك فورد موديل تي 1908-1941 : أحد أكثر المحركات إنتاجًا على نطاق واسع في العالم.
• محرك BMC من سلسلة A 1951-2000 : أول محرك يتم استخدامه في سيارة ذات محرك عرضي ودفع أمامي للإنتاج الضخم.
• محرك فيات توين كام 1966-2000 : أحد أوائل محركات توين كام التي تم إنتاجها بكميات كبيرة، وتم إنتاجها من عام 1959.
• محرك Triumph Slant-4 من عام 1968 إلى عام 1981 : محرك متعدد الصمامات مبكر شكل أساس محركات Saab الأولى المزودة بشاحن توربيني.
• محرك هوندا F20C من عام 2000 إلى عام 2009 : أنتج أعلى إنتاجية نوعية لمحرك يعمل بسحب الهواء الطبيعي في ذلك الوقت.

استخدمت العديد من سيارات السباق المبكرة محركات رباعية الأسطوانات، إلا أن محرك بيجو الذي فاز بسباق إنديانابوليس 500 عام 1913 كان محركًا ذا تأثير بالغ. صممه إرنست هنري ، وكان مزودًا بعمودي كامات علويين (DOHC) وأربعة صمامات لكل أسطوانة، وهو تصميم أصبح المعيار حتى اليوم لمحركات السباق رباعية الأسطوانات. ^{[ 16 ] : ص 14-17}

من بين المحركات المستوحاة من تصميم بيجو، كان محرك ميلر ، الذي حقق نجاحًا كبيرًا في سباقات السيارات خلال عشرينيات وثلاثينيات القرن العشرين. تطور محرك ميلر لاحقًا إلى محرك أوفنهاوزر الذي حقق نجاحًا باهرًا امتد من عام 1933 حتى عام 1981، بما في ذلك خمسة انتصارات متتالية في سباق إنديانابوليس 500 من عام 1971 إلى عام 1976. ^{[ 16 ] : ص 182-185}

استخدمت العديد من السيارات التي صُنعت لفئة سباقات الجائزة الكبرى للسيارات الصغيرة قبل الحرب العالمية الثانية محركات رباعية الأسطوانات متتالية. وشُيّدت محركات سعة 1.5 لتر مزودة بشاحن توربيني في سيارات مثل مازيراتي 4CL والعديد من طرازات شركة إنجلش ريسينغ أوتوموبيلز (ERA). أُعيد إحياء هذه المحركات بعد الحرب، وشكّلت أساس ما أصبح لاحقًا سباقات الفورمولا 1 ، على الرغم من أن سيارات ألفيتا ذات الثماني أسطوانات المتتالية والمزودة بشاحن توربيني هيمنت على السنوات الأولى من الفورمولا 1. 

من المحركات الأخرى التي لعبت دورًا هامًا في تاريخ سباقات السيارات محرك فيراري رباعي الأسطوانات المستقيمة الذي صممه أوريليو لامبريدي . صُمم هذا المحرك في الأصل بسعة 2  لتر لسباقات الفورمولا 2 لسيارة فيراري 500، ثم طُوّر إلى 2.5  لتر للمنافسة في سباقات الفورمولا 1 بسيارة فيراري 625. ^{[ 16 ] : الصفحات 78-81، 86-89.} أما في سباقات السيارات الرياضية ، فقد زادت سعته إلى 3.4  لتر لسيارة فيراري 860 مونزا.

كان محرك كوفنتري كليماكس ذو الأربع أسطوانات المستقيمة محرك سباق ناجحًا للغاية، بدأ  كمحرك فورمولا 2 بسعة 1.5 لتر. تم تكبيره إلى 2.0  لتر لسباقات الفورمولا 1 في عام 1958، ثم تطور إلى محرك FPF الكبير بسعة 2495  سم مكعب الذي فاز ببطولة الفورمولا 1 في هيكل سيارة كوبر في عامي 1959 و1960. ^{[ 16 ] : الصفحات 130-133}

في سباقات الفورمولا 1، هيمنت  سيارات السباق المزودة بمحركات توربينية سعة 1500 سم مكعب على حقبة الثمانينيات. تميز محرك BMW M12/13 في تلك الحقبة بضغطه العالي وأدائه المتميز. استندت كتلة المحرك المصنوعة من الحديد الزهر إلى كتلة محرك قياسية لسيارات الطرق العادية، وقد زُوّدت به سيارات الفورمولا 1 التابعة لفرق برابهام، وأروز، وبنيتون، وفازت ببطولة العالم عام 1983. وقيل إن نسخة عام 1986 من المحرك كانت تُنتج حوالي 1300 حصان (950 كيلوواط) في ظروف التصفيات، عند ضغط توربيني يبلغ 5.5 بار. ^{[ 17 ]}  

بدأت شركة FN Herstal البلجيكية لتصنيع الأسلحة ، والتي كانت تصنع الدراجات النارية منذ عام 1901، بإنتاج أولى الدراجات النارية ذات المحركات رباعية الأسطوانات المتتالية في عام 1905. ^{[ 18 ]} كان محرك دراجة FN Four مثبتًا بشكل عمودي مع عمود المرفق طوليًا . ومن بين الشركات المصنعة الأخرى التي استخدمت هذا التصميم: بيرس ، وهندرسون ، وآيس ، وكليفلاند ، وإنديان في الولايات المتحدة، ونيمبوس في الدنمارك، وويندهوف في ألمانيا، وويلكنسون في المملكة المتحدة. ^{[ 19 ]}

كانت دراجة جيليرا 500 روندين ، التي طُرحت عام 1939، أول دراجة نارية بأربع أسطوانات مثبتة عرضيًا على هيكلها ، وقد زُوّدت بعمودي كامات علويين، وشاحن توربيني، ونظام تبريد سائل . ^{[ 20 ]} بدأت محركات الدراجات النارية الحديثة ذات الأربع أسطوانات المتتالية بالانتشار مع دراجة هوندا CB750 ذات عمود الكامات العلوي المفرد (SOHC) التي طُرحت عام 1969، وتلتها دراجات أخرى في سبعينيات القرن الماضي. ومنذ ذلك الحين، أصبح المحرك ذو الأربع أسطوانات المتتالية أحد أكثر تكوينات المحركات شيوعًا في الدراجات النارية المخصصة للطرقات. وباستثناء فئة الدراجات الكلاسيكية ، يُعدّ هذا النوع من المحركات الأكثر شيوعًا نظرًا لنسبة الأداء إلى التكلفة العالية نسبيًا. وتُقدّم جميع شركات تصنيع الدراجات النارية اليابانية الكبرى دراجات نارية مزودة بمحركات ذات أربع أسطوانات متتالية، وكذلك شركتا إم في أغوستا وبي إم دبليو . كانت دراجات بي إم دبليو السابقة ذات الأربع أسطوانات المتتالية مثبتة أفقيًا على طول الهيكل، ولكن جميع دراجات بي إم دبليو الحالية ذات الأربع أسطوانات مثبتة عرضيًا . قدمت شركة Triumph الحديثة دراجات نارية تعمل بمحركات رباعية الأسطوانات، على الرغم من توقف إنتاجها لصالح المحركات ثلاثية الأسطوانات .

تتميز دراجة ياماها R1 موديل 2009 بمحرك رباعي الأسطوانات لا يعمل بنظام احتراق منتظم بزاوية 180 درجة. بدلاً من ذلك، يستخدم عمود مرفقي متقاطع يمنع المكابس من الوصول إلى النقطة الميتة العليا في وقت واحد. ينتج عن ذلك توازن ثانوي أفضل ، وهو أمر مفيد بشكل خاص في نطاق دورات المحرك العالية، وتشير نظرية " ترتيب الاحتراق الكبير " إلى أن التوزيع غير المنتظم لعزم الدوران على الإطار الخلفي يُسهّل التحكم في الانزلاق عند المنعطفات بسرعات السباق.

تُستخدم محركات الأسطوانات الأربع المتتالية أيضًا في سباقات موتو جي بي من قِبل فريقي سوزوكي (منذ عام 2015 ) وياماها (منذ عام 2002 ). في عام 2010 ، عند إطلاق فئة موتو 2 رباعية الأشواط، كانت محركات هذه الفئة عبارة عن محرك أسطوانات أربع متتالية سعة 600 سم مكعب (36.6 بوصة مكعبة) من صنع هوندا ، مُستوحى من دراجة CBR600RR، بقوة قصوى تبلغ 110 كيلوواط (150 حصانًا) . ابتداءً من عام 2019 ، تم استبدال هذه المحركات بمحرك ثلاثي الأسطوانات من إنتاج ترايمف سعة 765 سم مكعب (46.7 بوصة مكعبة) .        

• محرك رباعي الأسطوانات مسطح
• محرك V4

• الوسائط المتعلقة بمحركات الأسطوانات الأربع المستقيمة على ويكيميديا ​​كومنز