دورة الأشواط الأربعة

الهواء والوقود والشرارة & القوة

يحوّل محرك الاحتراق الداخلي الطاقة الكيميائية في الوقود إلى حركة ميكانيكية. تعتمد الغالبية العظمى من محركات البنزين على دورة الأشواط الأربعة، التي اخترعها نيكولاوس أوتو عام 1876. تكرر كل أسطوانة أربعة أشواط: شوطان إلى الأعلى وشوطان إلى الأسفل، لكل حدث قدرة.

الشوط الأول: السحب: يتحرك المكبس إلى الأسفل، فتنفتح صمام السحب، ويدخل إلى الأسطوانة خليط دقيق القياس من الهواء والوقود. تستخدم المحركات الحديثة حقن الوقود: يرش حاقن يتحكم فيه حاسوب وقودًا مرذذًا في فتحة السحب أو مباشرة داخل الأسطوانة.

الشوط الثاني: الانضغاط: يُغلق الصمامان ويتحرك المكبس إلى الأعلى، فيضغط خليط الهواء والوقود في حيز صغير أعلى الأسطوانة. تبلغ نسبة الانضغاط في محرك بنزين نموذجي نحو 10:1، أي أن الخليط ينضغط إلى عُشر حجمه الأصلي. يرفع الانضغاط درجة حرارة الخليط وضغطه، فيصبح الاحتراق أكثر كفاءة.

الشوط الثالث: القدرة (الاحتراق): عند قمة شوط الانضغاط، يشتعل شمع الإشعال. تُشعل الشرارة خليط الهواء والوقود المضغوط، فيحترق بسرعة ويتمدد، ويدفع المكبس إلى الأسفل بقوة هائلة. هذا هو الشوط الوحيد الذي ينتج قدرة: أما الأشواط الثلاثة الأخرى فتحضير وتنظيف.

الشوط الرابع: العادم: تنفتح صمامة العادم ويتحرك المكبس إلى الأعلى، فيدفع غازات الاحتراق المستهلكة خارج الأسطوانة إلى نظام العادم. ثم تتكرر الدورة.

الإزاحة هي الحجم الكلي الذي تكتسحه جميع المكابس في دورة كاملة واحدة. للمحرك سعة 2.0 لتر أسطوانات تزيح مجتمعةً 2 لتر من الحجم. تعني الإزاحة الأكبر عمومًا قدرة أكبر، لكنها تعني أيضًا استهلاكًا أكثر للوقود.

نسبة الانضغاط هي نسبة حجم الأسطوانة عند أسفل الشوط إلى حجمها عند أعلاه. تستخلص نسب الانضغاط الأعلى طاقة أكبر من الوقود، لكنها تتطلب بنزينًا بأوكتان أعلى لمنع الفرقعة: وهي انفجار غير متحكم به قد يتلف المحرك.

تشخيص خلل الاشتعال

يحضر زبون سيارة بأربع أسطوانات. يعمل المحرك بخشونة & يهتز عند وضع السكون. يضيء مصباح فحص المحرك، & يعرض جهاز التشخيص رمزًا يدل على انقطاع الاشتعال في الأسطوانة 3. يعمل المحرك بثلاث أسطوانات بدل أربع.

ناقل الحركة والقرص التفاضلي وتخطيط الدفع

إيصال القدرة إلى العجلات

ينتج المحرك قوة دورانية (عزم) عند عمود المرفق. لكن هذه القدرة الخام لا تذهب مباشرة إلى العجلات: يجب تكييفها من حيث السرعة والاتجاه والتماسك مع الطريق. هذه هي مهمة نظام نقل الحركة.

ناقل الحركة (الجيربوكس): يغيّر ناقل الحركة نسبة التروس بين المحرك والعجلات. في السرعة المنخفضة يدور المحرك بسرعة مقارنة بالعجلات: عزم عالٍ للتسارع وصعود المنحدرات. في السرعة العالية يدور المحرك ببطء مقارنة بالعجلات: قيادة اقتصادية بسرعة الطرق السريعة. تستخدم ناقلات الحركة اليدوية دبرياجًا وترسًا يختاره السائق. تستخدم ناقلات الحركة الأوتوماتيكية محوّل العزم ومجموعات تروس كوكبية تتحكم بها وحدة التحكم في ناقل الحركة (TCM).

الترس التفاضلي (Differential): عندما تنعطف السيارة، تقطع العجلة الخارجية مسارًا أطول من العجلة الداخلية. الترس التفاضلي مجموعة من التروس داخل غلاف المحور تسمح للعجلتين المحركتين بالدوران بسرعتين مختلفتين مع استمرار وصول القدرة إليهما. من دون الترس التفاضلي، تحتك الإطارات بالطريق وتنزلق في كل منعطف.

أنظمة الدفع:

- FWD (الدفع الأمامي): يقع المحرك وعلبة التروس في المقدمة، ويدفعان العجلات الأمامية. تستخدم معظم سيارات الركاب الدفع الأمامي لأنه مدمج وأخف وزنًا ويوفر ثباتًا جيدًا على الطرق في المطر والثلج الخفيف، إذ يقع وزن المحرك فوق العجلات المحركة.

- RWD (الدفع الخلفي): المحرك في المقدمة، وتنتقل القدرة عبر عمود الإدارة إلى المحور الخلفي. يوفر توزيعًا أفضل للوزن، ويتحمل قدرة حصانية أعلى، ويفضله مستخدمو الشاحنات والسيارات الرياضية وأعمال السحب. يميل إلى الانحراف الزائد للمؤخرة (oversteer) في الظروف الزلقة.

- AWD (الدفع الشامل): تصل القدرة إلى العجلات الأربع، عادةً عبر ترس تفاضلي مركزي أو علبة نقل الحركة. قد يغير حاسوب توزيع عزم الدوران بين المحورين الأمامي والخلفي بحسب قوة الالتصاق بالطريق. شائع في السيارات الكروس أوفر وسيارات الدفع الرباعي الرياضية (SUV).

- 4WD (الدفع الرباعي): نظام جزئي أو قابل للاختيار مزود بعلبة نقل حركة تقفل المحورين الأمامي والخلفي معًا. صُمم للطرق الوعرة وظروف الالتصاق المنخفض. لا ينبغي استخدامه في وضع القفل على الأسفلت الجاف لأنه يعيق نظام نقل الحركة أثناء الانعطاف.

اختيار نظام الدفع

يتسوق أحد العملاء لشراء مركبة جديدة. يعيش في مينيسوتا حيث يجلب الشتاء ثلوجًا كثيفة وجليدًا. كما يسحب كل صيف قاربًا يزن 5,000 رطل إلى البحيرة. يريد مركبة تتعامل جيدًا مع الشتاء & تسحب بموثوقية.

أنظمة 12 فولت، وناقل CAN، وOBD-II

الجهاز العصبي للمركبة

تعمل السيارة الحديثة بنظام كهربائي تيار مستمر بجهد 12 فولت، تغذيه بطارية الرصاص الحمضية، ويشحنها مولّد (دينامو) يدور بواسطة سير المحرك المتعرج.

البطارية توفر الطاقة المخزنة اللازمة لإدارة المحرك عند التشغيل. تُولّد بطارية السيارة النموذجية بين 400 و800 أمبير تشغيل على البارد (CCA) لتدوير محرك البدء (السلف)، الذي يُدير عمود المرفق في المحرك حتى يبدأ الاحتراق.

المولّد (الدينامو) مولّد كهربائي يعمل بالسير، يحوّل الطاقة الميكانيكية من المحرك إلى طاقة كهربائية. وما إن يعمل المحرك حتى يغذي المولّد جميع الأنظمة الكهربائية ويعيد شحن البطارية. وعطل المولّد يعني أن البطارية تفرغ ببطء أثناء القيادة: وفي النهاية تتوقف السيارة عن العمل.

محرك التشغيل (السلف) محرك كهربائي عالي العزم يتعشق مع الترس الحلقي لحدافة المحرك ليديره. يسحب أعلى تيار بين مكونات السيارة كلها: من 150 إلى 300 أمبير لبضع ثوانٍ.

ناقل CAN (شبكة منطقة التحكم): تحتوي المركبات الحديثة على 30 إلى 100 وحدة تحكم إلكترونية (ECU) يجب أن تتحادث فيما بينها. ناقل CAN شبكة اتصال ثنائية الأسلاك تربطها جميعًا. تتشارك وحدة التحكم بالمحرك (ECM)، ووحدة التحكم بناقل الحركة (TCM)، ووحدة مانع انغلاق المكابح (ABS)، ووحدة التحكم بالهيكل (BCM)، ودزينات غيرها البيانات عبر CAN. عندما تحتاج وحدة ECM إلى معرفة سرعة العجلة، تقرأ بيانات وحدة ABS من ناقل CAN.

OBD-II (التشخيص المدمج الثاني): منذ عام 1996، تحمل كل سيارة تُباع في الولايات المتحدة منفذ تشخيص موحدًا بستة عشر طرفًا تحت لوحة العدادات. توصل أداة الفحص بالمنفذ فتقرأ رموز أعطال التشخيص (DTC) التي سجّلتها أي وحدة تحكم على الشبكة. يعني الرمز P0301 رصد تعطل اشتعال في الأسطوانة 1. ويعني الرمز P0420 أن كفاءة المحول الحفاز دون الحد المطلوب. OBD-II هي اللغة الموحدة لتشخيص السيارات.

التشخيص الكهربائي

سيارة أحد الزبائن لا تعمل. عندما يدير المفتاح، يسمع صوت طقطقة سريعة لكن المحرك لا يدور. المصابيح الأمامية خافتة، وتزداد خفوتًا حين يحاول تشغيل السيارة. عمر البطارية ثلاث سنوات.

التوقف والتحكم

الفرامل القرصية ونظام ABS وهندسة نظام التعليق

يحوّل نظام الفرامل الطاقة الحركية (الحركة) إلى طاقة حرارية (حرارة) عبر الاحتكاك. عندما تضغط على دواسة الفرامل، تدفع سائل الفرامل الهيدروليكي عبر خطوط الفرامل إلى الملاقط عند كل عجلة.

الفرامل القرصية: يدور قرص مصنوع من حديد الزهر أو من مادة مركّبة مع العجلة. يحيط ملقط بالقرص ويضغط وسادات الفرامل عليه عند تطبيق الضغط الهيدروليكي. يبطّئ الاحتكاك القرص والعجلة. تتعامل الفرامل القرصية مع الحرارة بكفاءة، وتقاوم فقدان الفعالية الناتج عن السخونة (التلاشي)، وتنظّف نفسها ذاتيًا. تستخدم معظم السيارات الحديثة الفرامل القرصية على العجلات الأربع كلها.

الفرامل الأسطوانية (الطنبورية): تضغط أحذية الفرامل إلى الخارج على السطح الداخلي لأسطوانة دوّارة. تقلّ كلفة تصنيعها، وما زالت تُستخدم على المحور الخلفي في بعض السيارات الاقتصادية والشاحنات. تحتفظ الأسطوانات بالحرارة والماء، فتصبح أكثر عرضة لتلاشي الفعالية عند الكبح الشديد وأقل كفاءة في الأجواء الرطبة.

نظام المكابح المانعة للانغلاق (ABS): تُبلغ حساسات سرعة العجلات الموجودة عند كل ركن وحدةَ ABS بسرعة كل عجلة. إذا انغلقت عجلة أثناء الكبح الشديد، تنبض وحدة ABS بالضغط الهيدروليكي المتجه إلى تلك العجلة بسرعة: تُحرر المكبح وتعيد تطبيقه عشرات المرات في الثانية. يمنع ذلك الإطار من الانزلاق، ويتيح للسائق الاحتفاظ بالتحكم في التوجيه أثناء التوقف الطارئ. لا يقصّر نظام ABS مسافة التوقف على الأسفلت الجاف: بل يحافظ على القدرة على التوجيه.

دعامات ماكفرسون (MacPherson struts): أكثر تصاميم التعليق الأمامي شيوعًا في سيارات الركاب. يجمع مجموعٌ واحد بين ممتص الصدمات والنابض الحلزوني ومفصل التوجيه في وحدة مدمجة واحدة. يُثبَّت أعلى الدعامة بمسامير في برج الدعامة في هيكل السيارة، ويتصل أسفلها بمفصل التوجيه وذراع التحكم السفلي.

محاذاة العجلات: تشير المحاذاة إلى زوايا العجلات بالنسبة إلى هيكل المركبة وسطح الطريق. الزوايا الأساسية الثلاث هي الميلان (camber، أي ميل العجلة إلى الداخل أو الخارج عند النظر من الأمام)، والكاستر (caster، أي ميل محور التوجيه عند النظر من الجانب)، والتقارب (toe، أي هل تتجه مقدمتا الإطارين إلى الداخل أو الخارج عند النظر من الأعلى). تسبب المحاذاة الخاطئة تآكلًا غير متساوٍ في الإطارات، وانحراف السيارة إلى جانب واحد، وضعفًا في التحكم.

تشخيص المكابح

يشتكي عميل من أن عجلة القيادة تهتز & دواسة المكابح تنبض تحت قدمه عندما يكبح بقوة. يزول الاهتزاز أثناء الكبح اللطيف العادي. تحتوي السيارة على مكابح قرصية في العجلات الأربع، & عمرها خمس سنوات، وقطعت 60,000 ميل.

المشهد المهني في قطاع السيارات

إلى أين تأخذك المعرفة بالسيارات

توظف صناعة السيارات أكثر من 4 ملايين شخص في الولايات المتحدة وحدها. ويفوق الطلب على الفنيين المؤهلين العرض باستمرار: فالوكالات والورش المستقلة تجد صعوبة في ملء الوظائف.

شهادة ASE (التميز في خدمة السيارات): الاعتماد المعياري في الصناعة. تمنح ASE شهادات في مجالات محددة: إصلاح المحرك (A1)، وناقل الحركة الأوتوماتيكي (A2)، وناقل الحركة اليدوي (A3)، والتعليق والتوجيه (A4)، والفرامل (A5)، والأنظمة الكهربائية (A6)، والتدفئة والتهوية وتكييف الهواء (A7)، وأداء المحرك (A8). وعند اجتياز الشهادات الثماني كلها تحصل على لقب فني رئيسي معتمد من ASE. تتطلب كل شهادة اجتياز اختبار كتابي وإثبات سنتين من الخبرة العملية ذات الصلة.

فني الوكالة: يعمل على علامة تجارية محددة (فورد، تويوتا، بي إم دبليو، وغيرها) ويتلقى تدريبًا من المصنّع على تلك المركبات. تدفع الوكالات الأجر وفق نظام الأجر بالمعدل الثابت: لكل مهمة وقت مخصص، ويحصل الفني على أجر الساعات المخصصة بغض النظر عن المدة التي استغرقتها فعليًا. ويمكن للفنيين السريعين والماهرين أن يكسبوا أكثر بكثير. وتوفر الوكالات تدرجًا وظيفيًا منظمًا، من فني تشحيم إلى فني رئيسي.

فني ورشة مستقلة: يعمل على جميع الماركات والطرازات. يتطلب معرفة أوسع ومهارات تشخيص أقوى لأنك ترى كل أنواع السيارات. قد تدفع الورش المستقلة بالساعة أو بنظام الأجر الثابت للمهمة. حرية أكبر، وتدريب أقل خاصًا بعلامة تجارية بعينها.

التخصص في السيارات الكهربائية: السيارات الكهربائية هي القطاع الأسرع نموًا. يعمل فنيو السيارات الكهربائية مع حزم بطاريات عالية الجهد (400-800 فولت)، ومحركات دفع كهربائية، وأنظمة الكبح التجديدي، وإدارة الحرارة. شهادة السلامة من الجهد العالي إلزامية: فالجهود في حزمة بطارية السيارة الكهربائية قاتلة. تبني شركات مثل تسلا وريفيان ولوسيد شبكات خدمة خاصة بها وتوظف فنيين حاصلين على تدريب خاص بالسيارات الكهربائية.

فني الديزل: يعمل على الشاحنات التجارية والحافلات والمعدات الثقيلة والمحركات البحرية. تستخدم محركات الديزل الإشعال بالضغط (بلا شمعات إشعال) وتعمل عند ضغوط ودرجات حرارة أعلى بكثير من محركات البنزين. يزداد الطلب على فنيي الديزل في النقل بالشاحنات والبناء والزراعة. يكسب كثير من فنيي الديزل أكثر من 70,000 دولار سنويًا، ويمكن لفنيي المعدات الثقيلة المتخصصين كسب أكثر.

البداية: برامج السيارات في الكليات المجتمعية (من سنة إلى سنتين)، وبرامج التدريب التي ترعاها الشركات المصنعة (UTI وLincoln Tech، أو برامج الشركات الأصلية مثل Toyota T-TEN وFord ASSET)، والتدريب المهني في الوكالات والورش، وهي نقاط الدخول الرئيسية.

تخطيط مسارك

اربط معرفتك بالسيارات بمستقبلك

فهمتَ الآن أساسيات الاحتراق الداخلي، وأنظمة نقل الحركة، والتشخيص الكهربائي، والمكابح والتعليق: الأنظمة الأساسية التي يجب على كل فني سيارات أن يتقنها.