بسم الله الرحمن الرحيم
إذا كنت تحب السيارات إذن فمن المحتمل أن تكون سمعت عن محرك الهيمي. إذا ما كُنتَ قد وُلدت في الستينات أو قبل ذلك فسوف تتذكر الظاهرة التي خلقتها محركات الهيمي من شركة كرايسلر في الخمسينات والستينات والسبعينات. إذا ما كُنتَ من المهتمين بسباقات الربع ميل أو بسيارات العضلات (muscle cars) فإنك تعرف إذاً بأن محرك الهيمي 426 محرك له شعبية بسبب إمكانياته وأدائه العالي. ومن الممكن أن تكون سمعت كذلك بمحركات الهيمي الجديدة التي تستعملها كرايسلر في شاحنات دودج و 300C والتشارجر لعام 2005.
لكن حتى لو كنت لا تعرف شيء أو تعرف القليل عن السيارات والمحركات فإن كلمة "هيمي" قد لا تزال تعني لك شيءً. هذه الكلمة أصبحت مرادفة للمحركات الكبيرة القوية.
في هذا المقال سوف تتعرف على محرك الهيمي وتتعرف لماذا المحركات التي تستعمل تصميم الهيمي مكائن رهيبة!
نشأته
محرك الهيمي للسيارات وُلدَ في عام 1951م. قدمت كرايسلر محرك الهيمي V8 بقوة 180 حصان في موديلات مختلفة. وكانت إزاحة (سعة) المحرك 331 بوصة مكعبة (5.4 لتر)، ولذلك عُرف بإسم الهيمي 331.
في هذه الأيام تبدوا 180 حصان مثل لا شيء، كمثال تستطيع الحصول على دودج نيون موديل 2003 بمحرك عادي سعة 2.0 لتر و 4 أسطوانات وبقوة 150 حصان. محرك الـ LS6 V8 والذي هو بسعة 5.7 لتر الموجود على الشفروليت كورفيت ينتج قوة تتجاوز الـ 400 حصان. ولكن في عام 1951م كانت قوة 180 حصان شيءً جديداً عليهم. وكانت كمية كبير مدهشة من القوة في ذلك الوقت ، ومن هنا بدأت أسطورة الهيمي.
استمرت كرايسلر في تطوير محرك الهيمي ، وقد تم في عام 1956م إطلاق إصدار بسعة 345 بوصة مكعبة ، وفي عام 1957م تم إطلاق آخر بسعة 392 بوصة مكعبة ، وأخيراً إصدار بسعة 426 بوصة مكعبة (7 لتر) في عام 1964م. قام محرك الـ 426 بحفر أسطورة محرك الهيمي عندما فازت بالمركز الأول والثاني والثالث في سباق Daytona 500 NASCAR في عام 1964م. خرج محرك الـ 426 للنور في عام 1956م وبقوة تصل إلى 425 حصان.
مازلت قاعدة ال345 و 426 ورؤوسه متوفرة لدى دودج إلى اليوم. إن محرك الهيمي 426 محرك له شعبية واسعة في تزود الطاقة في سباقات الربع ميل (drag racing) والفني كارز (funny cars) و سيارات العضلات (muscle cars).
أساسيات
إن الشي الذي سمح للكرايسلر هيمي من عام 1951 لإنتاج طاقة كبيرة أكثر من المحركات الموجودة في أيامها كانت كفاءة غرفة الاحتراق.
في المحرك الهيمي تكون قمة غرفة الاحتراق نصف كُروية (hemispherical) كما هو موضح في الصورة التي في الأعلى. إن منطقة الاحتراق في الرأس مصممة بشكل نصف كُروي. محرّك مثل هذا قيلَ بأنه "رؤوسه نصف كروية". في رأس محرك الهيمي تكون شمعة الاحتراق عادة في أعلى غرفة الاحتراق، وتُفتح الصمامات بالاتجاه المعاكس لغرفة الاحتراق.
معظم السيارة فيما قبل الخمسينيات استعملت ما كان يعرف بالرأس المسطح، والكثير من مكائن قطاعات العُشب ما تزال تستعمل تصميم الرأس المسطح إلى اليوم بسبب إنها ارخص للمُصنِعين. في المحرك مسطح الرأس تكون الصمامات في قاعدة المحرك بدلاً من وجوده في الرأس وتفتح في غرفة بجانب المكبس (البستم).
إن الرأس في المحرك مسطح الرأس بسيط جداً - هو عبارة عن معدن صلب مع وجود فُتُحات حُفِرت به وذلك لتثبيت شمعات الاحتراق. إن عمود الكامات الموجود في قاعدة المحرك يدفع مسامير الصمامات بشكل مباشر وذلك لتُفتح الصمامات، وذلك يزيل الحاجة إلى أذرعة الدفع (pushrods) وإلى الأذرعة الهزازة. وكل شيء بسيط في المحرك مسطح الرأس.
إن المشكلة في المحرك المسطح الرأس هي كفاءته الحرارية (thermal efficiency) وذلك كما سنوضح في قسم التالي.
المزايا
هناك العديد من الأجزاء المختلفة في تصميم المحرك والتي تقوم بالتحكم في كمية القوة التي بالإمكان استخراجها من كل شوط احتراق. كمثال:
- تريد احتراق كل الوقود في الأسطوانة. وإذا كان التصميم يترك بعض الوقود دون احتراق فتلك إذا طاقة غير مستغلة.
- تريد إنتاج أقصى ضغط للأسطوانة وذلك عندما يكون ذراع عمود الكرنك في الزاوية القائمة، إذا فعليك استخراج كل الطاقة من هذا الضغط.
- تريد إهدار أقل طاقة ممكنة من المحرك فعليك سحب أكبر قدر ممكن من الهواء والوقود إلى غرفة الاحتراق ومن ثم تخرج كل النواتج من الاحتراق عبر العادم.
- تريد فقد اقل كمية من الحرارة من الرؤوس ومن جدران الأسطوانة. وكما تعرف الحرارة أحد الأسباب المُكونة للضغط في الأسطوانة، إذا ففقد الحرارة يعني ضغط عالي أقل.
إن العنصر الأخير في القائمة السابقة هو أحد أهم الفوائد الرئيسية في المحرك الهيمي مقابل المحرك مسطح الرأس. المنطقة السطحية تسبب فقدان الحرارة. والوقود الذي يكون بالقرب من جدار الرأس قد يكون بارداً جداً لدرجة أنه من الممكن أن لا يحرق جيداً. في المحرك المسطح الرأس تكون نسبة المنطقة السطحية إلى نسبة حجم غرفة الاحتراق كبيرة. في محرك الهيمي تكون المنطقة السطحية اقل بكثير من تلك التي في المحرك المسطح الرأس ، لذلك فإن حرارة أقل تُفقد ويتكون لنا أعلى ضغط ممكن.
العامل الآخر الرئيسي في رأس الهيمي هو حجم الصمامات. وبما أن الصمامات تكون على الاتجاه المعاكس للرأس ، فإنه تكون لدينا مساحة أكبر للصمام. أن تصميم المحرك الذي ميز الهيمي كان غرفة الاحتراق المحشور (wedge-shaped) مع وجود الصمامات على استقامة واحدة. ترتيب الاستقامة الواحدة حدد حجم الصمام. ولذلك فأن الصمامات في المحرك الهيمي من الممكن أن تكون كبير وذلك ليكون مرور الهواء من خلال المحرك أفضل.
الدودج هيمي ماقنوم و300C والتشارجر الجديد
الدودج هيمي الجديد بُني على أساس تقاليد قوة الهيمي لتكوين محرك V8 بسعة 345 بوصة مكعبة (5.7 لتر) مع رؤوس نصف كُروية
المحرك ينتج قوة 345 حصان وينافس محركات البنزين الأخرى من نفس فئته. كمثال:
الفورد 5.4 لتر V8 وبقوة 260 حصان على 4500 دورة/دقيقة.
الجي أم سي 6.0 لتر V8 وبقوة 300 حصان على 4400 دورة/دقيقة.
الجي أم سي 8.1 لتر V8 وبقوة 340 حصان على 4200 دورة/دقيقة.
الكدلاك نورث ستار 4.6 لتر وبقوة 300 حصان
الفورد 4.6 لتر V8 وبقوة 260 حصان
لكزس 4.3 لتر وبقوة 300 حصان
انفينتي Q45 لتر وبقوة 340 حصان
مرسيدس 5.0 و 5.5 لتر وبقوة 320 – 350 حصان
بي أم دبليو 4.5 و 5.0 لتر
أودي 4.2 لتر
س>> بأختصار ما هو السر في محركات الهيمي؟؟؟
يحتوي محرك الهيمي ماقنوم على صمامين لكل أسطوانة وأيضاً شمعتي احتراق لكل أسطوانة. تساعد شمعتي الاحتراق على حل مشكلة الإنبعاثات الذي كان موجود في محركات الكرايسلر هيمي السابقة. تكون الشمعتين لساني لهب من الأمام مما يؤدي إلى عملية احتراق كاملة.
المساوئ
بما أن لدى محركات الهيمي كل هذه الميزات، إذا لماذا لا تستعمل كل المحركات رؤوس كُروية؟ وهذا بسبب أن هناك تحسينات أفضل متوفرة اليوم.
الشيء الوحيد الذي لن يستطيع تحمله الرأس النصف كُروي وهو أربع صمامات لكل أسطوانة. زوايا الصمام ستكون صعبه للغاية لدرجة أن الرأس سيكون تصميمه شبه مستحيل. ووجود صمامين لكل أسطوانة ليست بالمشكلة في سيارة الربع ميل وسيارات الناسكار (NASCAR) بسبب أن محركات السباق محددة بصمامين لكل اسطوانة في هذه الأصناف. ولكن في الشارع وجود أربع صمامات صغيرة لكل أسطوانة يجعل المحرك يتنفس بسهولة أكثر منه لو كان ذو صمامين كبيرين. المحركات الحديثة تستعمل تصميم الرأس المنحني بأربع صمامات.
والسبب الآخر أن أكثر المحركات عالية الأداء لم تعد تستعمل تصميم الهيمي وذلك رغبةً في خلق غرفة احتراق أصغر. غرفة الاحتراق الصغيرة تقلل تسرب الحرارة أثناء الاحتراق وأيضاً تصر المسافة التي تنبعث فيها الشرارة خلال عملية الاحتراق. وتصميم السقف المنحني يساعد في هذه النقطة أيضاً.
إذا كنت تحب السيارات إذن فمن المحتمل أن تكون سمعت عن محرك الهيمي. إذا ما كُنتَ قد وُلدت في الستينات أو قبل ذلك فسوف تتذكر الظاهرة التي خلقتها محركات الهيمي من شركة كرايسلر في الخمسينات والستينات والسبعينات. إذا ما كُنتَ من المهتمين بسباقات الربع ميل أو بسيارات العضلات (muscle cars) فإنك تعرف إذاً بأن محرك الهيمي 426 محرك له شعبية بسبب إمكانياته وأدائه العالي. ومن الممكن أن تكون سمعت كذلك بمحركات الهيمي الجديدة التي تستعملها كرايسلر في شاحنات دودج و 300C والتشارجر لعام 2005.
لكن حتى لو كنت لا تعرف شيء أو تعرف القليل عن السيارات والمحركات فإن كلمة "هيمي" قد لا تزال تعني لك شيءً. هذه الكلمة أصبحت مرادفة للمحركات الكبيرة القوية.
في هذا المقال سوف تتعرف على محرك الهيمي وتتعرف لماذا المحركات التي تستعمل تصميم الهيمي مكائن رهيبة!
نشأته
محرك الهيمي للسيارات وُلدَ في عام 1951م. قدمت كرايسلر محرك الهيمي V8 بقوة 180 حصان في موديلات مختلفة. وكانت إزاحة (سعة) المحرك 331 بوصة مكعبة (5.4 لتر)، ولذلك عُرف بإسم الهيمي 331.
في هذه الأيام تبدوا 180 حصان مثل لا شيء، كمثال تستطيع الحصول على دودج نيون موديل 2003 بمحرك عادي سعة 2.0 لتر و 4 أسطوانات وبقوة 150 حصان. محرك الـ LS6 V8 والذي هو بسعة 5.7 لتر الموجود على الشفروليت كورفيت ينتج قوة تتجاوز الـ 400 حصان. ولكن في عام 1951م كانت قوة 180 حصان شيءً جديداً عليهم. وكانت كمية كبير مدهشة من القوة في ذلك الوقت ، ومن هنا بدأت أسطورة الهيمي.
استمرت كرايسلر في تطوير محرك الهيمي ، وقد تم في عام 1956م إطلاق إصدار بسعة 345 بوصة مكعبة ، وفي عام 1957م تم إطلاق آخر بسعة 392 بوصة مكعبة ، وأخيراً إصدار بسعة 426 بوصة مكعبة (7 لتر) في عام 1964م. قام محرك الـ 426 بحفر أسطورة محرك الهيمي عندما فازت بالمركز الأول والثاني والثالث في سباق Daytona 500 NASCAR في عام 1964م. خرج محرك الـ 426 للنور في عام 1956م وبقوة تصل إلى 425 حصان.
مازلت قاعدة ال345 و 426 ورؤوسه متوفرة لدى دودج إلى اليوم. إن محرك الهيمي 426 محرك له شعبية واسعة في تزود الطاقة في سباقات الربع ميل (drag racing) والفني كارز (funny cars) و سيارات العضلات (muscle cars).
أساسيات
إن الشي الذي سمح للكرايسلر هيمي من عام 1951 لإنتاج طاقة كبيرة أكثر من المحركات الموجودة في أيامها كانت كفاءة غرفة الاحتراق.
في المحرك الهيمي تكون قمة غرفة الاحتراق نصف كُروية (hemispherical) كما هو موضح في الصورة التي في الأعلى. إن منطقة الاحتراق في الرأس مصممة بشكل نصف كُروي. محرّك مثل هذا قيلَ بأنه "رؤوسه نصف كروية". في رأس محرك الهيمي تكون شمعة الاحتراق عادة في أعلى غرفة الاحتراق، وتُفتح الصمامات بالاتجاه المعاكس لغرفة الاحتراق.
معظم السيارة فيما قبل الخمسينيات استعملت ما كان يعرف بالرأس المسطح، والكثير من مكائن قطاعات العُشب ما تزال تستعمل تصميم الرأس المسطح إلى اليوم بسبب إنها ارخص للمُصنِعين. في المحرك مسطح الرأس تكون الصمامات في قاعدة المحرك بدلاً من وجوده في الرأس وتفتح في غرفة بجانب المكبس (البستم).
إن الرأس في المحرك مسطح الرأس بسيط جداً - هو عبارة عن معدن صلب مع وجود فُتُحات حُفِرت به وذلك لتثبيت شمعات الاحتراق. إن عمود الكامات الموجود في قاعدة المحرك يدفع مسامير الصمامات بشكل مباشر وذلك لتُفتح الصمامات، وذلك يزيل الحاجة إلى أذرعة الدفع (pushrods) وإلى الأذرعة الهزازة. وكل شيء بسيط في المحرك مسطح الرأس.
إن المشكلة في المحرك المسطح الرأس هي كفاءته الحرارية (thermal efficiency) وذلك كما سنوضح في قسم التالي.
المزايا
هناك العديد من الأجزاء المختلفة في تصميم المحرك والتي تقوم بالتحكم في كمية القوة التي بالإمكان استخراجها من كل شوط احتراق. كمثال:
- تريد احتراق كل الوقود في الأسطوانة. وإذا كان التصميم يترك بعض الوقود دون احتراق فتلك إذا طاقة غير مستغلة.
- تريد إنتاج أقصى ضغط للأسطوانة وذلك عندما يكون ذراع عمود الكرنك في الزاوية القائمة، إذا فعليك استخراج كل الطاقة من هذا الضغط.
- تريد إهدار أقل طاقة ممكنة من المحرك فعليك سحب أكبر قدر ممكن من الهواء والوقود إلى غرفة الاحتراق ومن ثم تخرج كل النواتج من الاحتراق عبر العادم.
- تريد فقد اقل كمية من الحرارة من الرؤوس ومن جدران الأسطوانة. وكما تعرف الحرارة أحد الأسباب المُكونة للضغط في الأسطوانة، إذا ففقد الحرارة يعني ضغط عالي أقل.
إن العنصر الأخير في القائمة السابقة هو أحد أهم الفوائد الرئيسية في المحرك الهيمي مقابل المحرك مسطح الرأس. المنطقة السطحية تسبب فقدان الحرارة. والوقود الذي يكون بالقرب من جدار الرأس قد يكون بارداً جداً لدرجة أنه من الممكن أن لا يحرق جيداً. في المحرك المسطح الرأس تكون نسبة المنطقة السطحية إلى نسبة حجم غرفة الاحتراق كبيرة. في محرك الهيمي تكون المنطقة السطحية اقل بكثير من تلك التي في المحرك المسطح الرأس ، لذلك فإن حرارة أقل تُفقد ويتكون لنا أعلى ضغط ممكن.
العامل الآخر الرئيسي في رأس الهيمي هو حجم الصمامات. وبما أن الصمامات تكون على الاتجاه المعاكس للرأس ، فإنه تكون لدينا مساحة أكبر للصمام. أن تصميم المحرك الذي ميز الهيمي كان غرفة الاحتراق المحشور (wedge-shaped) مع وجود الصمامات على استقامة واحدة. ترتيب الاستقامة الواحدة حدد حجم الصمام. ولذلك فأن الصمامات في المحرك الهيمي من الممكن أن تكون كبير وذلك ليكون مرور الهواء من خلال المحرك أفضل.
الدودج هيمي ماقنوم و300C والتشارجر الجديد
الدودج هيمي الجديد بُني على أساس تقاليد قوة الهيمي لتكوين محرك V8 بسعة 345 بوصة مكعبة (5.7 لتر) مع رؤوس نصف كُروية
المحرك ينتج قوة 345 حصان وينافس محركات البنزين الأخرى من نفس فئته. كمثال:
الفورد 5.4 لتر V8 وبقوة 260 حصان على 4500 دورة/دقيقة.
الجي أم سي 6.0 لتر V8 وبقوة 300 حصان على 4400 دورة/دقيقة.
الجي أم سي 8.1 لتر V8 وبقوة 340 حصان على 4200 دورة/دقيقة.
الكدلاك نورث ستار 4.6 لتر وبقوة 300 حصان
الفورد 4.6 لتر V8 وبقوة 260 حصان
لكزس 4.3 لتر وبقوة 300 حصان
انفينتي Q45 لتر وبقوة 340 حصان
مرسيدس 5.0 و 5.5 لتر وبقوة 320 – 350 حصان
بي أم دبليو 4.5 و 5.0 لتر
أودي 4.2 لتر
س>> بأختصار ما هو السر في محركات الهيمي؟؟؟
يحتوي محرك الهيمي ماقنوم على صمامين لكل أسطوانة وأيضاً شمعتي احتراق لكل أسطوانة. تساعد شمعتي الاحتراق على حل مشكلة الإنبعاثات الذي كان موجود في محركات الكرايسلر هيمي السابقة. تكون الشمعتين لساني لهب من الأمام مما يؤدي إلى عملية احتراق كاملة.
المساوئ
بما أن لدى محركات الهيمي كل هذه الميزات، إذا لماذا لا تستعمل كل المحركات رؤوس كُروية؟ وهذا بسبب أن هناك تحسينات أفضل متوفرة اليوم.
الشيء الوحيد الذي لن يستطيع تحمله الرأس النصف كُروي وهو أربع صمامات لكل أسطوانة. زوايا الصمام ستكون صعبه للغاية لدرجة أن الرأس سيكون تصميمه شبه مستحيل. ووجود صمامين لكل أسطوانة ليست بالمشكلة في سيارة الربع ميل وسيارات الناسكار (NASCAR) بسبب أن محركات السباق محددة بصمامين لكل اسطوانة في هذه الأصناف. ولكن في الشارع وجود أربع صمامات صغيرة لكل أسطوانة يجعل المحرك يتنفس بسهولة أكثر منه لو كان ذو صمامين كبيرين. المحركات الحديثة تستعمل تصميم الرأس المنحني بأربع صمامات.
والسبب الآخر أن أكثر المحركات عالية الأداء لم تعد تستعمل تصميم الهيمي وذلك رغبةً في خلق غرفة احتراق أصغر. غرفة الاحتراق الصغيرة تقلل تسرب الحرارة أثناء الاحتراق وأيضاً تصر المسافة التي تنبعث فيها الشرارة خلال عملية الاحتراق. وتصميم السقف المنحني يساعد في هذه النقطة أيضاً.
