محرك V4

محرك V4 هو محرك مكبسي رباعي الأسطوانات حيث تشترك الأسطوانات في عمود مرفقي مشترك ويتم ترتيبها في شكل V.

يُعد محرك V4 أقل شيوعًا مقارنةً بمحركات الأسطوانات المستقيمة . ومع ذلك، فقد استُخدمت محركات V4 في السيارات والدراجات النارية وتطبيقات أخرى.

تحتوي بعض محركات V4 على محورين للكرنك مشتركين بين الأسطوانات المتقابلة. وعادةً ما يُدعم عمود الكرنك بثلاثة محامل رئيسية في هذا النوع من المحركات. إلا أن هذا الترتيب يؤدي إلى احتراق غير منتظم. لذا، يُفضل استخدام محاور كرنك منفصلة لضمان فترات احتراق متساوية.

بالمقارنة مع تصميم المحرك ذي الأربع أسطوانات المتتالية الأكثر شيوعًا، فإن محرك V4 أقصر بكثير. ورغم إمكانية استخدام زوايا V مختلفة، إلا أنه إذا كانت زاوية المكبسين 90 درجة مع دبابيس مرفق مشتركة، فإن المحرك يحقق توازنًا أوليًا مثاليًا ، ويُوفر ميزة إضافية تتمثل في توازن ثانوي أفضل يُقلل الاهتزاز. ^{[ 1 ]} كما أن عمود المرفق الأقصر في محرك V4 أقل عرضة لتأثيرات الاهتزاز الالتوائي نظرًا لصلابته العالية، فضلًا عن انخفاض فقد الاحتكاك بسبب قلة الدعامات.

تشمل عيوب محركات V4 تصميمها الأعرض بطبيعته مقارنةً بمحركات الأسطوانات الأربع المتتالية، بالإضافة إلى حاجتها إلى مشعبَي عادم، ورأسَي أسطوانات، ونظامَي صمامات (مما يستلزم مجموعتين من أعمدة الكامات لمحركات الكامات العلوية) بدلاً من رأس أسطوانة واحد، ومشعب واحد، ونظام صمامات واحد، ومجموعة واحدة من أعمدة الكامات لمحرك الأسطوانات الأربع المتتالية. ^{[ 2 ]} إن وجود مجموعتين منفصلتين من المكونات يزيد من التكلفة والتعقيد مقارنةً بمحركات الأسطوانات الأربع المتتالية.

نظرًا لأن محركات V4 أعرض من محركات الأسطوانات الأربع المتتالية، فإن دمج أنظمة الدفع المساعدة وأنظمة السحب والعادم مع الحفاظ على حجم صغير بشكل عام قد يكون أكثر صعوبة، كما هو الحال في محركات V الأخرى. ولتقليل العرض، يمكن استخدام زاوية V أضيق، مثل 60 درجة. على الرغم من أن محرك V4 بزاوية 60 درجة أصغر حجمًا من محرك V4 بزاوية 90 درجة، إلا أن تصميم 60 درجة لا يحقق توازنًا أوليًا مثاليًا (إذا لم تكن دبابيس المرفق منفصلة)، وبالتالي، غالبًا ما يتطلب عمود توازن لتقليل الاهتزازات، على غرار محركات V6 . بالإضافة إلى ذلك، فإن أي محرك V4 (رباعي الأشواط) بدبابيس مرفق مشتركة سيعمل بشكل غير منتظم، مما يؤدي إلى مزيد من الاهتزازات، وقد يتطلب دولاب موازنة أثقل. استخدام دبابيس مرفق منفصلة في محرك V4 بزاوية 60 درجة، كما هو الحال في محركي فورد إسيكس V4 وفورد تاونوس V4 ، ينتج عنه ترتيب احتراق منتظم.

استُخدمت محركات V4 لأول مرة في سيارات سباق الجائزة الكبرى (التي سُميت لاحقًا "فورمولا 1"). وكان من بين المحركات الرائدة محرك V4 الموجود في سيارة مورس ذات المحرك الخلفي التي صُنعت في فرنسا عام 1898. ^{[ 3 ] [ 4 ]} في ذلك الوقت، كان انعدام الاهتزازات في محرك V4 ميزةً رئيسيةً في تسويقه. ^{[ 5 ]} مع ذلك، استُبدل محرك V4 في السيارة بمحرك رباعي الأسطوانات تقليدي بحلول عام 1901.

في سباق الجائزة الكبرى الفرنسي عام 1907 ، استخدمت السيارة التي شارك بها جيه. والتر كريستي محركًا رباعي الأسطوانات على شكل V بسعة 19,891 سم مكعب (1,214 بوصة مكعبة) ، وهو أكبر محرك استُخدم على الإطلاق في سباقات الجائزة الكبرى. ^{[ 6 ]} كان المحرك مثبتًا بشكل عرضي في مقدمة السيارة، وكانت السيارة تعمل بنظام الدفع الأمامي. انسحبت السيارة من سباق الجائزة الكبرى الفرنسي بعد أربع لفات فقط؛ ومع ذلك، فقد سجلت لاحقًا رقمًا قياسيًا في السرعة بلغ 164 كم/ساعة (102 ميل/ساعة) . ^{[ 7 ]}     

كان محرك لانشيا V4 أول محرك V4 يُستخدم في سيارات الإنتاج، وقد استُخدم لأول مرة في سيارة لانشيا لامبدا عام 1922. ^{[ 8 ]} تميز محرك لانشيا بتصميم ذي زاوية ضيقة تبلغ 20 درجة بين صفّي الأسطوانات، ورأس أسطوانة واحد مع عمود كامات علوي مشترك بين الصفّين. كما استُخدم الألومنيوم في كلٍّ من كتلة المحرك ورأس الأسطوانات، وهو أمر غير شائع في ذلك الوقت. ^{[ 9 ]} استمر إنتاج محركات لانشيا V4 حتى عام 1976، حين استُبدلت بمحركات رباعية الأسطوانات مسطحة.

سيارة زاز زابوروجيتس (ZAZ Zaporozhets) التي صُنعت بين عامي 1960 و1994 هي سيارة سوفيتية من طراز سيارات المدينة، مزودة بمحرك V4 مثبت في الخلف. ^{[ 9 ]} استند تصميم هذا المحرك إلى تصميم محرك المركبة العسكرية البرمائية لواز-967 . يتميز المحرك بنظام تبريد هوائي باستخدام كتلة من المغنيسيوم، وقد صُنع بسعات تتراوح بين 0.7 و1.2 لتر (43-73 بوصة مكعبة ) . ^{[ 10 ]}   

كان محرك AMC المبرد بالهواء سعة 108 بوصة مكعبة (1.8 لتر) محركًا تم تصنيعه بين عامي 1960 و1963 لاستخدامه في المركبة العسكرية الخفيفة M422 مايتي مايت . ^{[ 11 ] [ 12 ]} وقد طورت شركة أمريكان موتورز (AMC) في الولايات المتحدة الأمريكية المركبة M422، التي صُممت خصيصًا لنقلها بواسطة المروحية. ^{[ 13 ] [ 14 ]}   

ابتداءً من ستينيات القرن العشرين، أنتجت أقسام فورد الأوروبية محركين V4 منفصلين. ^{[ 9 ]} كان الأول محرك فورد تاونوس V4 ، الذي صُنع في ألمانيا من عام 1962 إلى عام 1981. كان تاونوس محرك V4 بزاوية 60 درجة، مزودًا بنظام تبريد مائي وصمامات علوية. صُمم في البداية للاستخدام في السيارات ذات المحرك الأمامي، واستُخدم في العديد من طرازات فورد، بالإضافة إلى طرازات ساب 95 وساب 96 وساب سونيت ذات الدفع الأمامي . كما استُخدم أيضًا في سيارة ماترا 530 الرياضية ذات المحرك الوسطي. ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]} أما محرك فورد V4 الثاني فكان محرك فورد إسيكس V4 ، الذي صُنع في المملكة المتحدة من عام 1965 إلى عام 1977، واستُخدم في العديد من طرازات فورد كورساير وكابري وكونسول وزفير وترانزيت. ^{[ 18 ]} على الرغم من تصميمها بشكل منفصل عن محرك تاونوس، إلا أن محرك إسيكس كان أيضًا محرك V4 بزاوية 60 درجة مع تبريد مائي وصمامات علوية، ومصمم للاستخدام في السيارات/الشاحنات ذات المحرك الأمامي.

استخدمت سيارة السباق بورش 919 هايبرد LMP1 المستخدمة في مواسم 2014-2017 محرك V4 سعة 2.0 لتر (122 بوصة مكعبة) بزاوية 90 درجة مزود بشاحن توربيني ومثبت في المنتصف. ^{[ 19 ]}   

كانت دراجة ماتشليس سيلفر هوك، التي صُنعت في المملكة المتحدة بين عامي 1931 و1935، من أوائل الدراجات النارية التي تعمل بمحرك V4 . ^{[ 20 ]} استخدمت سيلفر هوك محرك V4 بزاوية ضيقة تبلغ 16 درجة مع رأس أسطوانة واحد، ونظام تشغيل صمامات بقضيب دفع، وتبريد هوائي.

صُنعت دراجة بوش P800 النارية في النمسا بين عامي 1936 و1938 للاستخدامات المدنية والعسكرية على حد سواء. ^{[ 21 ]} استخدمت دراجة P800 محركًا رباعي الأسطوانات على شكل V بزاوية 170 درجة (مما يجعلها قريبة في الشكل من محرك رباعي الأسطوانات مسطح) برأسين للأسطوانات ونظام تبريد هوائي. ^{[ 22 ]}

استُخدمت محركات V4 خلال منتصف إلى أواخر ثمانينيات القرن العشرين، وخاصة في دراجات هوندا النارية ذات المحركات العرضية التي كانت تحتوي على محرك V4 بزاوية 90 درجة مع تبريد مائي. ^{[ 23 ]}

استخدمت غالبية الشركات المصنعة لدراجات MotoGP تصميم V4 منذ عام 2020. وتشمل هذه الشركات:

• هوندا RC213V
• دوكاتي ديسموسيديسي
• KTM RC16
• أبريليا - 90° V4 لموسم 2020

يرجع ذلك إلى أنه بالمقارنة مع محركات الأسطوانات الأربع التقليدية ذات ترتيب الإشعال المتتالي، فإن محركات V4

• تكون أضيق، مما ينتج عنه دراجة نارية أضيق وأكثر انسيابية، وربما ذات مركز ثقل منخفض.
• توفر إدارة أفضل لجر العجلة الخلفية أثناء التسارع بفضل الاحتراق غير المتساوي الذي يمنح الإطار الخلفي مزيدًا من الوقت للتعافي أثناء فترات التوقف بين أشواط الطاقة.
• تتمتع بتوازن ثانوي أفضل مما ينتج عنه استجابة أفضل من المحرك خاصة عند عدد دورات مرتفع في الدقيقة
• يوفر توزيعًا أكثر توازنًا لعزم الدوران على نطاق دورات المحرك في الدقيقة

يُستخدم محرك V4 أيضاً في المحركات الخارجية للقوارب. ويُعدّ تصميم V4 شائعاً في التطبيقات البحرية الخارجية نظراً لقصر طول المحرك.

في عام 1958، طرحت كل من جونسون وإيفينرود محركات خارجية رباعية الأسطوانات على شكل V بسعة 70.7 بوصة مكعبة (1159 سم مكعب) بقوة 50 حصانًا (37 كيلوواط) ووزن 200 رطل (91 كجم) . ^{[ 24 ]} وبحلول عام 1972، كان نفس المحرك الأساسي رباعي الأسطوانات ينتج أكثر من ضعف القوة الحصانية في حالته الأصلية بفضل الخبرة التي اكتسبها المصنعون من سباقات القوارب. ^{[ 25 ]} وفي عام 1988، طرحت ياماها محركًا ثنائي الأشواط رباعي الأسطوانات على شكل V بقوة 130 حصانًا (97 كيلوواط) في السوق الأمريكية مزودًا بنظام حقن زيت يُعرف باسم "الخلطة الدقيقة". ^{[ 26 ]} معظم المحركات الخارجية عادةً ما تكون ثنائية الأشواط ومزودة بمكربن.         

في عام 1935، بدأت شركة ويسكونسن لتصنيع المحركات بإنتاج محركات V4 التي تعمل بالبنزين للاستخدامات الصناعية والزراعية والثابتة، ^{[ 27 ]} حيث استخدم العديد من مصنعي المعدات الزراعية محركات ويسكونسن V4. ^{[ 28 ]} في عام 1950، كان أكبر محرك V4 من ويسكونسن هو VR4D بسعة 255 بوصة مكعبة (4.2 لتر) وقدرة 56.5 حصان (42 كيلوواط) عند 3000 دورة في الدقيقة وعزم دوران أقصى يبلغ 162 رطل قدم (220 نيوتن متر) عند 1250 دورة في الدقيقة. ^{[ 29 ]} استمرت الشركة في إنتاج محركات V4 حتى عام 2019. ^{[ 30 ]}       

في منتصف أربعينيات القرن العشرين، أنتجت شركة تيرنر للتصنيع في المملكة المتحدة محرك ديزل رباعي الأسطوانات مبرد بالماء للاستخدامات الصناعية والبحرية. وقد استُخدم هذا المحرك في جرار تيرنر يومان الإنجليزي الذي صُنع بين عامي 1949 و1957 . ^{[ 31 ]}

قامت شركة ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة بتصنيع محرك 4ZF ، وهو محرك ديزل مبرد بالهواء يعمل على شكل V4 ويستخدم في ناقلة الجنود المدرعة من النوع 73 والمركبات العسكرية اليابانية ذات الصلة منذ عام 1973. ^{[ 32 ] [ 33 ]}

• محرك رباعي الأسطوانات مسطح
• محرك رباعي الأسطوانات مستقيم

الوسائط المتعلقة بمحركات V4 على ويكيميديا ​​كومنز