محرك ثماني الأسطوانات

محرك الثماني أسطوانات المستقيم ( المعروف أيضًا باسم محرك الثماني أسطوانات المتتالية ؛ ويُختصر بـ I8) هو محرك احتراق داخلي ثماني الأسطوانات، حيث تُركّب جميع الأسطوانات الثماني في خط مستقيم على طول علبة المرافق . وقد تم إنتاج هذا النوع بتكوينات مختلفة ، منها الصمامات الجانبية ، والصمامات العلوية ، والصمامات الأسطوانية ، وعمود الكامات العلوي .

يمكن ضبط توقيت محرك ثماني الأسطوانات المتتالية لتحقيق توازن أساسي وثانوي متأصل ، دون وجود قوى أو عزم غير متوازن في أي منهما. مع ذلك، فإن اهتزاز الالتواء في عمود المرفق ، الموجود بدرجة ما في جميع المحركات، كافٍ لاستدعاء استخدام مخمد توافقي عند طرف عمود المرفق المتصل بالملحقات. وبدون هذا التخميد، قد يحدث تشقق ناتج عن الإجهاد بالقرب من محور المحمل الرئيسي الخلفي ، مما يؤدي إلى تعطل المحرك.

على الرغم من إمكانية ضبط توقيت محرك الست أسطوانات المتتالية لتحقيق التوازن الأساسي والثانوي، إلا أن محرك الثماني أسطوانات المتتالية يُنتج عددًا أكبر من أشواط القدرة لكل دورة، وبالتالي يعمل بسلاسة أكبر تحت الحمل مقارنةً بمحرك الست أسطوانات المتتالية. كما أن محرك الثماني أسطوانات المتتالية، نظرًا لعدد أشواط القدرة الزوجي لكل دورة، لا يُنتج اهتزازات توافقية فردية مزعجة في نظام نقل الحركة عند سرعات المحرك المنخفضة.

ساهمت خصائص التشغيل السلسة لمحرك الثماني أسطوانات المستقيمة في انتشاره في سيارات الفخامة والسباقات في الماضي. إلا أن طول المحرك استلزم استخدام حجرة محرك طويلة، مما جعل التصميم الأساسي غير مقبول في السيارات الحديثة. ^{[ 1 ]} كما أن طول المحرك قد يؤدي إلى اهتزازات التوائية في كل من عمود المرفق وعمود الكامات، مما قد يؤثر سلبًا على الموثوقية والأداء عند السرعات العالية. وعلى وجه الخصوص، فإن ظاهرة تُعرف باسم "اهتزاز عمود المرفق"، والناتجة عن تأثير قوة الطرد المركزي على أذرع المرفق عند دورات المحرك العالية ، قد تتسبب في احتكاك مادي بين أذرع التوصيل وجدران علبة المرافق ، مما يؤدي إلى تلف المحرك. ونتيجة لذلك، تم استبدال هذا التصميم بشكل شبه كامل بمحرك V8 الأقصر .

تم تصميم أول محرك ثماني الأسطوانات مستقيم من قبل شركة شارون، جيراردو وفويغت (CGV) عام 1903، لكنه لم يُصنع قط. ^{[ 2 ]} وشهدت صناعة المحركات تطورًا كبيرًا خلال الحرب العالمية الأولى ، حيث أنتجت مرسيدس محركات طائرات ثمانية الأسطوانات مستقيمة مثل مرسيدس D.IV. ومن مزايا هذا المحرك في تطبيقات الطائرات الكفاءة الديناميكية الهوائية لتصميمه الطويل والضيق، والتوازن الذاتي للمحرك الذي يُغني عن استخدام أثقال موازنة على عمود المرفق. ولم تُؤخذ عيوب التواء عمود المرفق وعمود الكامات في الحسبان آنذاك، لأن محركات الطائرات في ذلك الوقت كانت تعمل بسرعات منخفضة للحفاظ على سرعة طرف المروحة أقل من سرعة الصوت.

على عكس تكوين محرك V8، الذي تم استخدام أمثلة منه في سيارات دي ديون-بوتون ، وسكريبس-بوث ، وكاديلاك بحلول عام 1914، لم يتم استخدام أي محركات ثمانية مستقيمة في سيارات الإنتاج قبل عام 1920.

بعد الحرب العالمية الثانية ، أدت التغيرات في سوق السيارات إلى تراجع محرك الثماني أسطوانات المستقيمة، ثم انقراضه نهائياً. وكان المستخدمون الرئيسيون لهذا المحرك هم السيارات الأمريكية الفاخرة والمتميزة التي استمر استخدامها قبل الحرب. كما استخدمت حافلة فليكسيبل بين المدن محرك بويك ذو الثماني أسطوانات المستقيمة.

خلال الحرب العالمية الثانية، أدت التحسينات في تكنولوجيا تكرير وقود الطائرات إلى توفر كميات كبيرة من البنزين عالي الأوكتان الرخيص . وأصبح بالإمكان تصميم محركات بنسب انضغاط أعلى للاستفادة من هذا النوع من البنزين. وقد أدى ذلك إلى محركات ذات قدرة تحمل أعلى، مما فاقم من قيود عمود المرفق وعمود الكامات الطويلين في محركات الثماني أسطوانات المستقيمة.

استبدلت أولدزموبيل محركها ذو الثماني أسطوانات المستقيمة بمحركها الشهير روكيت V8 ذي الصمامات العلوية عام 1949. واستبدلت كرايسلر محركها ذو الثماني أسطوانات المستقيمة بمحركها الشهير هيمي V8 عام 1951. وتوقفت هدسون عن إنتاج محركها ذو الثماني أسطوانات المستقيمة في نهاية عام 1952. وقدمت بويك محرك V8 سعة 5.3 لتر (322 بوصة مكعبة ) عام 1953، بسعة مماثلة لمحركها ذي الثماني أسطوانات المستقيمة سعة 5.2 لتر (320.2 بوصة مكعبة) ، والذي استمر إنتاجه حتى نهاية عام 1953. وواصلت بونتياك إنتاج محركها ذو الثماني أسطوانات المستقيمة، بالإضافة إلى محرك سداسي الأسطوانات ذي الصمامات الجانبية، حتى نهاية عام 1954، وبعدها أصبح محرك V8 هو المحرك القياسي. وأنهت باكارد إنتاج محركها المميز ذي الثماني أسطوانات المستقيمة في نهاية عام 1954، واستبدلته بمحرك V8 ذي الصمامات العلوية. ^{[ 10 ] [ 11 ]}      

بحلول نهاية سبعينيات القرن العشرين، كانت محركات V8 ذات الصمامات العلوية تُشغّل 80% من السيارات المصنعة في الولايات المتحدة، بينما كانت معظم السيارات المتبقية مزودة بمحركات سداسية الأسطوانات. ^{[ 6 ] : الصفحات 99-103، 116-117}

في أوروبا، دُمِّرت العديد من مصانع السيارات خلال الحرب العالمية الثانية، واستغرق الأمر سنوات عديدة قبل أن تتعافى الاقتصادات المنكوبة بالحرب بما يكفي لجعل السيارات الكبيرة شائعة مرة أخرى. أدى التغيير في تصميم السيارات من حجرة محرك طويلة بين رفرفين منفصلين إلى التصميم الحديث ذي حجرة المحرك الأقصر إلى زوال محرك الثماني أسطوانات المستقيمة. ونتيجة لذلك، وارتفاع أسعار البنزين عدة أضعاف مقارنةً بالولايات المتحدة، أصبحت محركات الأربع والست أسطوانات تُشغِّل غالبية السيارات في أوروبا، أما السيارات القليلة ذات الثماني أسطوانات فكانت من طراز V8. ^{[ 6 ] : ص 99-113، 119-135}

على الرغم من عيوب محرك الثماني أسطوانات المستقيمة، كالطول والوزن واحتكاك المحامل والاهتزازات الالتوائية، التي أدت إلى اندثاره بعد الحرب، إلا أنه ظلّ تصميم المحرك الأمثل للأداء العالي من أواخر عشرينيات القرن العشرين إلى أواخر أربعينياته، واستمرّ في التفوّق في رياضة السيارات حتى منتصف خمسينياته. وقد قامت شركات بوغاتي، ودوزنبرغ، وألفا روميو ، ومرسيدس-بنز ، وميلر بتصنيع سيارات سباق ناجحة مزوّدة بمحركات عالية الأداء من نوع الثماني أسطوانات المستقيمة ذات عمودَي كامة علويين في عشرينيات وثلاثينيات القرن العشرين.

قدّم الأخوان دوسنبرغ أول محرك سباق ناجح بثماني أسطوانات متتالية عام 1920، عندما حلّ محركهما سعة 3 لترات في المراكز الثالث والرابع والسادس في سباق إنديانابوليس 500. وفي العام التالي ، فازت إحدى سياراتهما بالجائزة الكبرى الفرنسية ، بينما حلت سيارتان أخريان في المركزين الرابع والسادس. واستنادًا إلى أعمال الشركة على محركات الطائرات ذات 16 أسطوانة خلال الحرب العالمية الأولى ، أنتج المحرك ذو عمود الكامات العلوي وثلاثة صمامات لكل أسطوانة 115 حصانًا (86 كيلوواط ) عند 4250 دورة في الدقيقة ، وكان قادرًا على الوصول إلى سرعة دوران مذهلة (في ذلك الوقت) تبلغ 5000 دورة في الدقيقة. لم يسبق لأي محرك سباقات الجائزة الكبرى قبل الحرب أن تجاوزت سرعته القصوى 3000 دورة في الدقيقة. ^{[ 12 ] : ص 22-25}     

بدأ بوغاتي تجاربه على محركات الثماني أسطوانات المستقيمة عام 1922، وفي عام 1924، قدّم سيارة بوغاتي تايب 35 سعة  2 لتر ، إحدى أنجح سيارات السباق على مرّ التاريخ، والتي فازت بأكثر من 1000 سباق. وكما هو الحال مع دوسنبرغ، استلهم بوغاتي أفكاره من صناعة محركات الطائرات خلال الحرب العالمية الأولى، ومثلها، كان محركه وحدة ذات عمود كامات علوي عالي الدوران بثلاثة صمامات لكل أسطوانة. كان يُنتج 100 حصان (75 كيلوواط) عند 5000 دورة في الدقيقة، ويمكن رفع عدد دوراته إلى أكثر من 6000 دورة في الدقيقة. تم إنتاج ما يقرب من 400 سيارة من طراز تايب 35 ومشتقاتها، وهو رقم قياسي في سباقات الجائزة الكبرى للسيارات . ^{[ 12 ] : ص 26-29}    

كانت ألفا روميو أول من استجاب للمشاكل الهندسية لمحرك الثماني أسطوانات المستقيمة: ففي محركات سيارات السباق الخاصة بها من طرازي P2 و P3 ، وفي سيارات ألفا روميو 8C 2300/2600/2900 الرياضية الشهيرة في سباقي ميلي ميليا ولو مان، تم نقل نظام إدارة عمود الكامات إلى مركز المحرك، بين الأسطوانتين الرابعة والخامسة، مما قلل من القيود المذكورة سابقًا. في الواقع، صُمم محرك الثماني أسطوانات المستقيمة كزوج متناظر من محركات الأربع أسطوانات المستقيمة المتصلة في المنتصف بمجموعات تروس مشتركة لعمودي الكامات والشواحن التوربينية. كان يحتوي على عمودين كامات علويين، ولكن صمامين فقط لكل أسطوانة. ^{[ 12 ] : ص 34-37}

عادت سيارة ألفا روميو ذات المحرك ذي الثماني أسطوانات المستقيمة بعد الحرب العالمية الثانية لتسيطر على الموسم الأول من سباقات الفورمولا 1 عام 1950، ولتفوز بالموسم الثاني متفوقةً على سيارة فيراري ذات محرك V12 عام 1951. صُممت سيارة ألفا روميو 158/159 ألفيتا في الأصل عام 1937، وفازت بـ 47 سباقًا من أصل 54 سباقًا للجائزة الكبرى شاركت فيها بين عامي 1938 و1951 (مع انقطاع دام ست سنوات في المنتصف بسبب الحرب). بحلول عام 1951، كانت محركاتها سعة 1.5  لتر المزودة بشاحن توربيني قادرة على إنتاج 425 حصانًا (317 كيلوواط) عند 9300 دورة في الدقيقة، ويمكنها الوصول إلى سرعة دوران قصوى تبلغ 10500 دورة في الدقيقة. مع ذلك، كانت هذه المحركات قد وصلت إلى أقصى إمكانياتها، وجعلت التغييرات في قوانين موسم 1952 سيارات ألفيتا قديمة الطراز. ^{[ 12 ] : ص 67-69}    

أنتجت مرسيدس-بنز آخر سيارات السباق ذات المحركات الثمانية المستقيمة البارزة عام 1955، وهي سيارة W196 للفورمولا 1 التي فازت بالبطولة، وسيارة 300SLR الرياضية. اشتهرت 300SLR بفوز ستيرلينغ موس ودينيس جينكينسون في سباق ميلي ميليا عام 1955 ، لكنها اشتهرت أيضاً بحادث بيير ليفيج المميت في سباق لومان 24 ساعة عام 1955. كانت 300SLR التطوير الأخير لتصميم ألفا روميو الذي ظهر في أوائل ثلاثينيات القرن العشرين، حيث لم يعد عمود الكامات فقط هو الذي يُدار من مركز المحرك، بل أصبح صندوق التروس أيضاً كذلك. وقد حسب المهندسون أن إجهادات الالتواء ستكون مرتفعة للغاية إذا تم نقل الطاقة من نهاية عمود المرفق الطويل، لذا وضعوا مجموعة تروس مركزية في المنتصف (والتي كانت تُشغل أيضاً عمودي الكامات المزدوجين، والمغناطيسين المزدوجين، وغيرها من الملحقات) ووصلوا عمود إدارة إلى علبة القابض في الخلف. ^{[ 12 ] : الصفحات 94-97}

• قائمة محركات جنرال موتورز