الجزء العلوي من المحرك: ما وظيفة رأس الأسطوانة؟
إذا شُبّه المحرك بقلب السيارة، فإن رأس الأسطوانة هو المكون الأساسي لهذا القلب. فهو يعمل بتناغم مع الجزء السفلي من المحرك - كتلة الأسطوانات - لتشكيل غرفة الاحتراق حيث يحترق الوقود، وهو عنصر رئيسي لضمان التشغيل السليم للمحرك. يؤثر تصميم رأس الأسطوانة بدقة، وجودة المواد المستخدمة، وتركيبه بشكل صحيح، تأثيرًا مباشرًا على قوة السيارة، واستهلاك الوقود، وعمر المحرك. إن فهم وظيفة رأس الأسطوانة يُسهّل عملية الصيانة اليومية للسيارة وتشخيص الأعطال.
1. أغلق ورشة الاحتراق بإحكام لمنع انقطاع التيار الكهربائي
عند تشغيل المحرك، يمر بأربع مراحل رئيسية في غرفة الاحتراق: السحب، والضغط، والاحتراق، والعادم (المعروفة بدورة الأشواط الأربعة). خلال هذه العملية، قد تصل درجة الحرارة في غرفة الاحتراق إلى مئات أو حتى آلاف الدرجات المئوية، ويكون الضغط مرتفعًا للغاية. تتمثل المهمة الأساسية لرأس الأسطوانة في التوافق التام مع كتلة الأسطوانات عبر حشية الأسطوانة الوسيطة، وذلك لإحكام إغلاق غرفة الاحتراق ذات درجة الحرارة والضغط العاليين ومنع تسرب الغاز. إذا تعرض رأس الأسطوانة للكسر أو التشوه بفعل قوة خارجية، فسيفشل مانع التسرب، مما يؤدي إلى تسرب الهواء والغاز. يشبه هذا الأمر بالونًا مثقوبًا؛ حيث لا يمكن الاحتفاظ بالضغط الداخلي، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في قدرة المحرك وزيادة استهلاك الوقود. في الحالات الشديدة، سيختلط سائل التبريد المستخدم للتبريد مع زيت المحرك المستخدم للتشحيم، مما سيؤدي إلى تلف مكونات أكثر أهمية مثل المكابس وعمود المرفق.
2. مزود بصمامات سحب وعادم لضمان تنفس سلس للمحرك
يشبه الجزء الداخلي لرأس الأسطوانة غرفة محرك صغيرة، مُجهزة بمكونات أساسية ضرورية لعملية تنفس المحرك، مثل الصمامات التي تتحكم في السحب والعادم، وموجهات الصمامات التي توجه حركة الصمامات، ونوابض الصمامات التي تعيد ضبط الصمامات تلقائيًا، وعمود الكامات الذي يتحكم في توقيت فتح وإغلاق الصمامات. تتعاون هذه المكونات بسلاسة للتحكم بدقة في أوقات فتح وإغلاق صمامات السحب والعادم: أثناء السحب، يُفتح صمام السحب لسحب خليط البنزين والهواء إلى غرفة الاحتراق؛ أثناء شوطي الضغط والقدرة، يُغلق كلا الصمامين لضمان ضغط احتراق كافٍ؛ أثناء العادم، يُفتح صمام العادم مرة أخرى لإخراج غاز العادم المحترق. تعتمد كمية الغاز التي يمكن للمحرك استيعابها وكفاءة الاحتراق كليًا على دقة التحكم في هذه المكونات، ويعمل رأس الأسطوانة كقاعدة تثبيت لها، والتي يجب أن توفر دعمًا مستقرًا لضمان سير عملية التنفس بأكملها بسلاسة.
3. تحمل معدات رئيسية متعددة ودمج وظائف المحرك الأساسية
بالإضافة إلى نظام الصمامات، يضم رأس الأسطوانة مكونات رئيسية وهياكل وظيفية مثل شمعات الإشعال (لمحركات البنزين) أو حاقنات الوقود (لمحركات الديزل)، ووصلات مشعب السحب والعادم، وقنوات التبريد، وقنوات تزييت زيت المحرك. ويجعل تكامل هذه المكونات والقنوات من رأس الأسطوانة مركزًا محوريًا يربط بين العديد من الأنظمة الأساسية للمحرك؛ حيث يقوم نظام تزويد الوقود بإشعال/حقن الوقود عبر حاقنات الوقود أو شمعات الإشعال، بينما يقوم نظام التبريد بتبريد رأس الأسطوانة وغرفة الاحتراق من خلال قنوات التبريد، ويوفر نظام التزييت التزييت اللازم للمكونات المتحركة مثل نظام الصمامات عبر قنوات زيت المحرك. ويمكن القول إن وظيفة التكامل في رأس الأسطوانة تُمكّن من التشغيل المتناسق لمختلف أنظمة المحرك، مما يضمن كفاءة واستقرار العمل بشكل عام.
