الصمامات (Valves)

الصمامات بوّابات دقيقة التوقيت تتحكّم في تدفّق الغازات إلى أسطوانات المحرك ومنها، فتفتح لإدخال خليط الهواء والوقود النقي ولطرد العادم المستهلك، ثم تُحكم الإغلاق ليجري الاحتراق تحت ضغط. وهي ركن أساسي في الدورة رباعية الأشواط: فبلا عملها الدقيق المتكرّر لا يستطيع المحرك أن يستنشق الشحنة التي يحتاجها ولا أن يطرد الغازات المحترقة التي كانت ستخنقه. ولكل أسطوانة صمام سحب واحد وصمام عادم واحد على الأقل، وسلوكها محوري في كيفية أداء المحرك.

الصمام القمعي النموذجي مكوّن بهيئة فطر برأس مسطّح أو مخروطي وساق طويلة. يجلس رأسه على حلقة مشغولة في رأس الأسطوانة ليشكّل إحكاماً مانعاً لتسرّب الغاز عند الإغلاق. ويتم الفتح بواسطة عمود الكامات: تدفع الفصوص الدوّارة الصمام، مباشرة أو عبر تابعات وأذرع ترجيح ومرفعات، فتدفعه إلى أسفل داخل الأسطوانة ضد مقاومة. ويتولّى الإغلاق نابض صمام قوي يعيد الصمام بحزم إلى مجلسه لحظة ابتعاد فص الكام. ويُعشَّق توقيت هذه الأحداث بدقة مع عمود المرفق ليفتح الصمام ويغلق عند النقطة الصحيحة تماماً في كل دورة.

يشكّل عدد الصمامات وحجمها وتوقيتها طابع المحرك بقوة. فمزيد من الصمامات لكل أسطوانة — وأربعة هي الخيار الحديث الشائع، صمامان للسحب وصمامان للعادم — يوفّر مساحة فتح كلية أكبر لقطر تجويف معيّن، فيتنفّس المحرك بحرّية أكبر ويطوّر قدرة أعلى، لا سيما عند السرعة. ويحدّد توقيتها والمدة التي تبقى فيها مفتوحة ما إذا كان المحرك يحابي عزم الدوران المنخفض أو القدرة في القمة. ولذا يضبط المهندسون عدد الصمامات ورفعها وتوقيتها بعناية لموازنة الأداء والكفاءة والانبعاثات بحسب الاستعمال المقصود.

تتحمّل صمامات العادم خاصة ظروفاً قاسية. فهي تتعرّض مراراً لغازات احتراق قد تتجاوز 700 إلى 800 درجة مئوية، مع فرصة ضئيلة نسبياً للتخلّص من الحرارة إلا عبر مجالسها وسيقانها. تُصنع من سبائك مقاومة للحرارة، وبعضها مملوء بالصوديوم لتوصيل الحرارة بعيداً عن الرأس، أو مزوّد بمجالس مقسّاة وموانع تسرّب للساق. وتعمل صمامات السحب أبرد، بمعونة الشحنة الداخلة، لكن على كل الصمامات أن تُحكم الإغلاق بدقة آلاف المرّات في الدقيقة طوال عمر المحرك.

تترتّب على هذا الواجب الشاق اعتبارات عملية. فيجب أن تكون خلوصات الصمامات صحيحة — فالضيق المفرط قد يمنع الصمام من الجلوس فيحترق، والاتساع المفرط يجعل مجموعة الصمامات صاخبة ومتآكلة — ولهذا تستعمل محركات كثيرة مضبّطات هيدروليكية للحفاظ على الخلوص آلياً. وقد تُضعف رواسب الكربون وتراجع المجالس وضعف النوابض الإحكام مع الوقت. وتعمل الصمامات على نحو وثيق مع عمود الكامات، وتبني تصاميم التوقيت المتغيّر للصمامات والصمامات المتعددة الحديثة مباشرة على مبدئها الأساسي لانتزاع مزيد من الكفاءة والمرونة من المحرك.