محرك رباعي الأشواط

الاحتراق الرباعي هو حالة تحدث في محركات ثنائية الأشواط، حيث يحدث الاحتراق كل أربع أشواط أو أكثر، بدلاً من كل شوطين. ورغم أنه أمر طبيعي في بعض الحالات عند التباطؤ ، وعند سرعات المحرك العالية للغاية، وعند تخفيف الضغط على دواسة الوقود، إلا أن هذا الاحتراق يكون غير منتظم، ومزعجاً، وقد يتسبب في تلف المحرك في حالات الأعطال إذا استمر دون توقف.

يحدث الاحتراق الرباعي في محرك ثنائي الأشواط مضبوط بشكل صحيح عند فتح الخانق بالكامل وبدون حمل، عندما يصبح خليط الهواء والوقود غنيًا جدًا، مما يمنع المحرك من العمل بسرعة أكبر. عند هذه السرعات العالية، سيؤدي الخليط الفقير جدًا إلى زيادة سرعة دوران المحرك بشكل مفرط، بالإضافة إلى ارتفاع درجة حرارته، وفي المحركات التي تعمل بوقود مخلوط مسبقًا، سيؤدي الخليط الفقير جدًا إلى ضعف التزييت.

في تشغيل المنشار السلسلي ، حيث يمكن أن يتسبب التذبذب الطبيعي لعضة السلسلة أثناء القطع في زيادة سرعة الدوران بشكل مؤقت، يتم ضبط خليط الخانق الكامل لحدوث عملية التكسير الرباعي عند سرعة دوران عالية محددة، مما يؤدي إلى قطع سرعة المحرك وإثراء التشحيم.

تعتمد محركات الشوطين على عملية تنظيف فعّالة لضمان عملها بشكل صحيح. تعمل هذه العملية على إزالة غازات الاحتراق الناتجة عن الدورة السابقة، مما يسمح بإعادة ملء المحرك بمزيج نظيف من الهواء والوقود. في حال تعطل عملية التنظيف، قد ينتج عن مزيج غازات العادم غير القابلة للاحتراق مع المزيج الجديد شحنة غير قابلة للاشتعال. ولا تصبح هذه الشحنة قابلة للاشتعال مرة أخرى إلا بعد إضافة كمية ثانية من المزيج النظيف. وبالتالي، يبدأ المحرك بالاشتعال في كل دورة ثانية (كل أربعة أشواط)، بدلاً من الاشتعال بشكل صحيح في كل دورة. ^{[ 1 ]} يبدأ الاحتراق الرباعي تدريجياً، لذا يبدأ المحرك في البداية بالعمل بمزيج غير منتظم من دورات الشوطين والأربعة أشواط. وفي الحالات الشديدة، قد يصل الأمر إلى ستة أو ثمانية أشواط. ^{[ 1 ]}

تعتمد عملية تنظيف محركات الشوطين الصغيرة على التنظيف بالقصور الذاتي من خلال تأثير كاديناسي . عند سرعات دوران منخفضة وسرعات تدفق غاز منخفضة، يقل هذا التأثير. وبالتالي، يصبح التنظيف أقل فعالية عند التباطؤ، ولذلك، عند التباطؤ (سواء عند سرعات دوران منخفضة أو فتحة خانق منخفضة)، يصبح الاحتراق الرباعي مشكلةً محتملة. ^{[ 1 ]} يُعتبر تنظيف شنورل أو التنظيف الحلقي أقل عرضةً لمشكلة التنظيف المتقاطع الأبسط. ^{[ 1 ]}

لا ينتج الاحتراق غير المنتظم عن خليط وقود غني جدًا، كما هو شائع ، مع أن ذلك قد يزيد الأمر سوءًا. ^{[ i ]} كما أنه لا ينتج عن زيادة نسبة الزيت/الوقود في خليط التشحيم. ^{[ ii ]}

عندما يبدأ محرك رباعي الأشواط بالاشتعال، يتسبب الخليط الزائد الناتج عن شوط الاحتراق الفاشل السابق في زيادة ضغط الأسطوانة بشكل مفرط. قد يصل هذا الضغط إلى ضعف الضغط الطبيعي تقريبًا، مما يؤدي إلى ضوضاء زائدة واحتمال تلف محامل ذراع التوصيل نتيجة الحمل الزائد. ^{[ 2 ]}

يُعدّ الاحتراق رباعي الأشواط مزعجاً للغاية، خاصةً عندما يكون المحرك هادئاً نسبياً والمركبة متوقفة في وضع الخمول. في بعض الحالات، ولا سيما مع محركات ثنائية الأشواط المُستخدمة في السيارات، قد يتم تركيب كاتمات صوت إضافية للعادم للتخفيف من هذا الصوت. ^{[ 3 ]}

يُعدّ استخدام نظام الاحتراق الرباعي مشكلة عندما يكون مطلوبًا محرك هادئ وسهل التحكم، وكذلك عندما يتغير الحمل على المحرك فجأة. ^{[ 4 ]}

يُقلل تأخير توقيت الإشعال من ظاهرة الاحتراق الرباعي، إذ يُتيح وقتًا أطول لعملية تنظيف الغازات. وتكون محركات الشوطين، عند تشغيلها بقدرة منخفضة، أقل حساسية لتغييرات توقيت الإشعال من محركات الشوط الرباعي. فإذا تم تأخير التوقيت عند وضعيات الخانق المنخفضة، من حوالي 35 درجة قبل النقطة الميتة العليا عند السرعات العادية إلى النقطة الميتة العليا أو حتى 10 درجات بعدها عند التباطؤ، يعمل المحرك بكفاءة دون حدوث احتراق رباعي. ويُتيح فتح الخانق مع تقديم التوقيت في الوقت نفسه زيادة سريعة في السرعة. ويُستخدم هذا النظام على نطاق واسع في محركات القوارب الخارجية ، لا سيما عند استخدامها لسحب متزلجي الماء . ^{[ 1 ]}

قد تُحسّن المحركات ثنائية أو متعددة الأسطوانات عملية طرد الغازات عند السرعات المنخفضة في إحدى الأسطوانات عن طريق إيقاف تشغيل الأسطوانة الأخرى. يُمكن تحقيق ذلك ببساطة عن طريق قطع شرارة الإشعال عن إحدى الأسطوانتين، مما يزيد الحمل على الأسطوانة الأخرى وبالتالي الطاقة وتدفق الغاز المطلوبين. ^{[ 5 ]} إلا أن هذه الطريقة تُؤدي إلى هدر الوقود في الأسطوانة غير المُشتعلة، وقد تُعرّض شمعة الإشعال لخطر التزييت وانسداد نظام العادم. وبشكل أكثر تطورًا، كما هو الحال في بعض محركات جونسون الخارجية، يُمكن إغلاق ممر نقل الغازات لإحدى الأسطوانات بواسطة صمام خانق إضافي، مما يُؤدي إلى إيقاف تشغيل تلك الأسطوانة تمامًا وعزلها عن خليط الوقود والهواء. ^{[ 5 ]} يُجنّب هذا خطر التلوث بالزيت ويُوجّه تدفق الغاز بالكامل عبر الأسطوانة العاملة، مما يُحسّن بشكل كبير من كفاءة استهلاك الوقود.