محرك الأربع أسطوانات المستقيم (Straight-Four Engine)

يُعد محرك الأربع أسطوانات المستقيم (أو المحرك الرباعي المتوازي) أحد أكثر تصاميم المحركات شيوعاً في صناعة السيارات الحديثة. يتكون هذا المحرك من أربع أسطوانات مرتبة في خط واحد على طول عمود مرفقي مشترك، مما يجعله خياراً مثالياً للعديد من المركبات نظراً لبساطته وكفاءته.

التصميم والمميزات الهندسية

في محركات الأشواط الأربعة ذات الأربع أسطوانات، تكون هناك دائماً أسطوانة في شوط القدرة، على عكس المحركات ذات الأسطوانات الأقل. وبالمقارنة مع محركات V4 أو المحركات المسطحة (Flat-four)، يتميز المحرك المستقيم بامتلاكه رأس أسطوانة واحد فقط، مما يقلل من التعقيد وتكاليف الإنتاج بشكل كبير.

سعة المحرك (Displacement)

تتراوح سعة محركات البنزين ذات الأربع أسطوانات في السيارات الحديثة عادةً بين 1.3 و 2.5 لتر. ومع ذلك، كانت هناك استثناءات تاريخية مثل سيارة بنتلي 4.5 لتر (1927-1931). وفي العصر الحديث، استخدمت بورش 944 و 968 محركات بسعة 3.0 لتر.

أما محركات الديزل، فقد تم إنتاجها بسعات أكبر؛ حيث استخدمت ميتسوبيشي محركاً توربينياً بسعة 3.2 لتر في سيارات باجيرو، بينما استخدمت تويوتا محركاً بسعة 3.0 لتر. وفي الشاحنات الأوروبية والآسيوية، تشيع المحركات التي تصل سعتها إلى 5 لترات.

التوازن الأولي والثانوي

تتمتع محركات الأربع أسطوانات المستقيم بتوازن أولي مثالي لأن المكبسين يتحركان في أزواج؛ حيث يتحرك زوج من المكبس للأعلى بينما يتحرك الزوج الآخر للأسفل في نفس الوقت.

ومع ذلك، تعاني هذه المحركات من عدم توازن ثانوي. يحدث هذا بسبب اختلاف تسارع المكبس في النصف العلوي من دوران عمود المرفق مقارنة بالنصف السفلي، مما يؤدي إلى اهتزازات عمودية تحدث بضعف سرعة عمود المرفق. تزداد هذه الاهتزازات بشكل تربيعي مع زيادة سرعة المحرك (RPM).

توصيل القدرة وأعمدة التوازن

على عكس المحركات ذات الخمس أسطوانات أو أكثر، توجد فجوات في توصيل القدرة في محركات الأربع أسطوانات، حيث يكمل كل مكبس شوط القدرة الخاص به قبل أن يبدأ المكبس التالي، مما يؤدي إلى توصيل "نابض" للقدرة واهتزازات أكثر وضوحاً.

استخدام أعمدة التوازن (Balance Shafts)

لتقليل هذه الاهتزازات، خاصة في المحركات ذات السعات الكبيرة، يتم استخدام نظام أعمدة التوازن. يتكون هذا النظام من عمودين يحملان أوزاناً لا مركزية تدور في اتجاهات متعاكسة بضعف سرعة عمود المرفق. وقد اشتهرت ميتسوبيشي بهذا النظام تحت اسم "Silent Shaft" في السبعينيات.

الاستخدام في السيارات الإنتاجية

أصبحت محركات الأربع أسطوانات أكثر انتشاراً منذ عام 2005 نتيجة التوجه نحو المحركات الأصغر المزودة بشواحن توربينية (Turbocharged) لتلبية متطلبات كفاءة استهلاك الوقود وتقليل الانبعاثات. وبحلول عام 2025، كانت هذه المحركات مستخدمة في حوالي 60% من المركبات الجديدة.