توقيت الصمامات والإشعال

إن صورة الأشواط الأربعة المنتظمة، كلٌّ منها بزاوية 180°، مع صمامات تفتح وتغلق فجأة عند TDC وBDC تمامًا، هي تبسيط للواقع. تفتح المحركات الحقيقية صماماتها وتغلقها قبل ذلك أو بعده ببضع عشرات من الدرجات مبكرًا أو متأخرًا، لأن الهواء والغازات المحترقة لديهما قصور ذاتي: فعندما يتحركان يواصلان الحركة، والصمام الذي ينتظر المكبس سيهدر هذا التدفق.

تستخدم القائمة أدناه قيمًا نموذجية وتقريبية لمحرك بنزين عادي. تختلف المحركات الحقيقية كثيرًا، وتستخدم المحركات الرياضية توقيتًا أكثر تطرفًا.

• يفتح صمام السحب (IVO): نحو 10° قبل TDC
• يغلق صمام السحب (IVC): نحو 40° بعد BDC
• يفتح صمام العادم (EVO): نحو 40° قبل BDC
• يغلق صمام العادم (EVC): نحو 10° بعد TDC

وينتج عن ذلك أمران. أولًا، يظل كل صمام مفتوحًا لنحو 230° بدلًا من 180°. ثانيًا، بالقرب من TDC في نهاية شوط العادم وبداية شوط السحب، يكون كلا الصمامين مفتوحًا في الوقت نفسه لنحو 20° في هذا المثال. ويُسمى ذلك تراكب الصمامات. عند السرعة العالية، يمكن لغازات العادم سريعة الحركة أن تساعد على سحب الهواء النقي إلى الداخل خلفها. أما عند التباطؤ، فيسمح التراكب بعودة بعض غازات العادم إلى مجرى السحب، ولهذا يرتبط التباطؤ «المتقطع جدًا» بوجود تراكب كبير.

قد يبدو إغلاق صمام السحب بعد BDC غريبًا، لأن المكبس يكون قد بدأ بالصعود بالفعل. لكن عند السرعات المتوسطة والعالية، يتحرك الهواء الداخل بسرعة كبيرة، لذلك يواصل ملء الأسطوانة لبعض الوقت بعد أن يغير المكبس اتجاهه. ويفتح صمام العادم قبل BDC لأن الغاز لا يزال عند ضغط مرتفع في نهاية شوط القدرة؛ ويسمح تفريغ الضغط مبكرًا بأن يواجه المكبس الصاعد ضغطًا أقل يدفع ضده.

غالبًا ما تستخدم المحركات الحديثة توقيتًا متغيرًا للصمامات، فيغيّر ذلك هذه الزوايا بحسب السرعة والحمل. ويكون التوقيت الثابت دائمًا حلًا توفيقيًا بين سلاسة التشغيل عند السرعات المنخفضة والقدرة عند السرعات العالية.

والآن الشرارة. من الشائع أن يُظن أنها تحدث تمامًا عند TDC، لكنها لا تحدث عنده، بل قبله، بزاوية تُسمّى تقديم الإشعال، وتكون عادةً بين نحو 10° و40° BTDC، بحسب السرعة والحمل.

والسبب أن الاحتراق ليس فوريًا. فبعد الشرارة، يجب أن تنتشر شعلة عبر الخليط، وهذا يستغرق بضعة أجزاء من الألف من الثانية. وتكون النتيجة الأفضل عندما تبلغ الذروة بعد TDC بقليل، عادةً عند زاوية بين 10° و15° ATDC، كي يبدأ الدفع على المكبس مع بدء هبوطه. لو حدثت الشرارة عند TDC، لبلغ الضغط ذروته بعد أن يكون المكبس قد هبط كثيرًا، ولضاع الشغل.

ولأن التأخير مدة زمنية لا زاوية، تحتاج المحركات الأسرع إلى تقديم أكبر. عند 6 000 rpm، يدور عمود المرفق بمعدل 36 000° في الثانية، أي 36° لكل ميلي ثانية؛ فتأخير مقداره 1 ms يساوي 36° من دوران عمود المرفق. أما عند 1 500 rpm، فلا تساوي الميلي ثانية نفسها سوى 9°.