أحدث المواضيعخبر اليوممواضيع رئيسية

الفروقات بين المحرك المصنوع من الألمنيوم والمحركات الحديدية

اقرأ في هذا المقال
  • لماذا يعمد الصانعون لاستخدام الألمنيوم في المحركات الحديثة؟
  • هل المحركات الحديدية أفضل من المصنوعة من الألمنيوم؟
  • ما أفضل محرك للتعديل؟

نتحدث اليوم عن الفروقات بين محركات المصنوعة من الألمنيوم وتلك التي تعتمد الحديد فيما يتعلق بالوزن والقوة والأداء والاعتمادية والتكلفة والتوصيل الحراري وغيرها.

قبل البدء لا بُد من توضيح الجزء الذي نتحدث عنه، فالمحركات التقليدية تتكون من آلاف القطع، أما أساس المُحرك -ويُسمى أيضًا كتلة المحرك Engine Block- فهو أكبر المكونات ويُشكل قطعة واحدة مصبوبة وجميع المكونات الرئيسية الأخرى ترتبط إليه.

استُخدم الألمنيوم في صنع أولى محركات الاحتراق الداخلي في الطائرات، ذلك لتقليل الوزن ولكن بقي استخدام الحديد هو الأشمل في جميع المركبات، حتى سبعينيات القرن الماضي، حيث بدأ صانعو السيارات باستخدام الألمنيوم للمحركات وبما شكّل 1% فقط من حجم الإنتاج، تطور ذلك إلى 30% في نهاية التسعينيات وإلى 50% في العام 2005. حاليًا يُستخدم الألمنيوم في صنع ما يزيد عن 75% من محركات السيارات، وتكاد جميع المحركات الحديثة العاملة بالبنزين تعتمد الألمنيوم ليتبقى الحديد أساس محركات الشاحنات والآليات التجارية العاملة بالديزل.

مع ذلك يبقى العديد من عُشاق السيارات والراغبون في التعديل يُفضّلون المحركات الحديدية، لماذا؟

يجب التنويه بأن المحركات الحديدية ليست مصنوعة من عنصر الحديد الصافي، وكذلك الأمر بالنسبة للمحركات المصنوعة من الألمنيوم، فهناك عناصر مُضافة في كلتا الحالتين، وبما يُنتج مجموعة من التصنيفات تتباين في خصائصها وتلكفتها.

محرك هيمي بأساس حديدي

تحمل قوى الشد

تعتمد المحركات الحديدية ما يُسمى بحديد الزهر الرمادي Gray cast iron وهي أرخص نوعية من الحديد المصبوب وتأتي غالبًا بفئة 20 وفئة 25، أما قوة الشد فتتراوح بين 20 و25 ألف باوند لكل إنش مُربع psi. إلى ذلك، بدأ بعض المُصنعون باستخدام مادة حديد الجرافيت المضغوط CGI الأقوى بما يُقارب 1.5-2 مرتين من المحركات الحديدية السابقة.

حديد الزهر الرمادي، يُسمى بالرمادي للون الذي يظهر بداخله عند الكسر كدلالة على وجود الجرافيت. وهو أشهر سبائك الحديد الزهر وأكثرها استخداماً، حيث يُستخدم في أجسام المضخات والصمامات والصناديق الكهربية والمسبوكات التجميلية بالإضافة إلى محركات الاحتراق الداخلي أيضًا.

بمُقارنة تعتمد المحركات المصنوعة من الألمنيوم في السيارات على خلائط 319 و A356 وA357، وتتراوح قوة الشد بين 10 و14 ألف باوند لكل إنش مربع. ويدخل في تركيبة الخلائط السيليكون والنحاس والتيتانيوم والمغنيسيوم وغيرها.

أدناه تركيبة الخلائط أدناه:

تركيبة محركات الألمنيوم

هُناك أيضًا التصنيف 6061 لسبائك الألمنيوم، والتي تصل قوة الشد فيها إلى مستويات عالية جدًا تتراوح بين 60 و70 ألف باود لكل إنش مربع. إلا أن هذا النوع مُكلف جدًا وينحصر استخدامه في السيارات المُعدة للسباقات. لذا، سنُبقى المُقارنة على التصنيفات الدارجة لمحركات الألمنيوم والتي تُستخدم في سيارات الركاب.

التكلفة والوزن

تزيد تكلفة محركات الألمنيوم بحوالي 3-4 مرات مُقارنة بالمحركات الحديدية، وهذه نُقطة سلبية بالطبع بحق المحركات الجديدة، لكن النُقطة الأهم هي الوزن هُنا، حيث يقل وزن الألمنيوم عن نصف وزن الحديد

كتلة الألمنيوم الزهر 2.55 – 2.8 غرام/سنتمتر مكعب
كتلة الحديد الزهر 7.03-7.13 غرام/سنتمتر مكعب

تجدر الإشارة هُنا إلى أن وزن محركات الألمنيوم ليس أقل بمرتين من المحركات الحديدية، لأن محركات الألمنيوم أضعف من المحركات الحديدية وبالتالي ينبغي استخدام المزيد من المعدن لإنتاجها للخروج بمحرك قادر على تحمل الإجهاد.

معدل وزن محركات الألمنيوم المُكونة من أربع أسطوانات 19 كيلوغرام، ومن ست أسطوانات 31 كيلوغرام
معدل وزن المحركات الحديدية المكونة من أربع أسطوانات 34 كيلوغرام، ومن ست أسطوانات 47 كيلوغرام

بالرغم من أن الاختلاف ليس بهائل، إلا أن وفر الوقود عند القيادة لمسافات طويلة ملحوظ، فما بالك باستخدام المركبة لسنوات. أضف إلى ذلك أن تقليل الوزن ينعكس إيجابيًا على التسارع والأداء، ويحترم قوانين الانبعاثات الصارمة.

مُقاومة الاهتراء والتآكل

لكن الألمنيوم يبقى أضعف بكثير كما أنه أكثر عرضة للاهتراء والتآكل مُقارنة بالحديد، لذا يُستخدم الحديد في صُنع بعض مكونات محركات الألمنيوم، فيُضاف مثلًا جدار حديدي داخل الأسطوانات، فيما تستخدم محركات الألمنيوم الأخرى بعض الطبقات المُقاومة للتآكل مثل النيكاسل Nikasil الذي طُوِّر لأول مرة لصالح محركات فانكل والألوسيل Alusil وغيرها.

جدار حديدي يُغلف حجرة الاحتراق في محرك مصنوع من الألمنيوم

الضجيج والتمدد الحراري والصيانة

تتفوق المحركات الحديدية فيما يتعلق بانخفاض نسبة الاهتزاز والضجيج وتتفوق أيضًا بمقاومتها للتمدد الحراري. وفي حين لا يُشكل ذلك فرقًا في ظروف التشغيل العادي يُصبح الأمر خطيرًا عند زيادة حرارة المحرك -لنقص ماء التبريد مثلًا- حيث تتلف محركات الألمنيوم بسرعة. مع ذلك، يُشار إلى أن محركات الألمنيوم تصل لدرجة حرارة التشغيل المُثلى بشكل أسرع من المحركات الحديدية وبما يعني وفرًا باستخدام الوقود وتقليلًا للانبعاثات، كما أنها تُبدد الحرارة أسرع من حجرات الاحتراق وبما يسمح باستخدام نسبة انضغاط أكبر لتحسين الأداء وتقليل استهلاك الوقود، وهذه هي الخاصية الثانية الأهم – إلى جانب الوزن- لمحركات الألمنيوم.

محركات الألمنيوم أسهل للاصلاح عند تعرضها للتشقق، والمحركات الحديدية أسهل للخراطة والتجديد (إعادة البناء)، بل أن إعادة تجديد محركات الألمنيوم تكاد تكون صعبة ومُكلفة إلى الحد الذي يدفع باستبدالها بالكامل عند وصولها لنهاية العمر الافتراضي.

النتيجة

باستعراض ما سبق تتعادل مزايا وعيوب محركات الألمنيوم والمحركات الحديدية، ويتبقى وجه الاستخدام هو العنصر الفاصل بتحديد الفائز، ففي حالة استخدام المحرك في سيارات الركاب والتنقل اليومي تتعاظم أهمية محركات الألمنيوم، فيما تبقى محركات الحديد هي الأنسب للشاحنات والآليات التجارية. أما عند تعديل السيارات واستبدال محركاتها فتبدو المحركات الحديدية خيارًا أفضل لسهولة تجديدها وقدرتها على تحمل الضغط الإضافي الناتج من استخدام التيربو.

ليست جميع المحركات الحديدية ممتازة بالضرورة، ففي حين يأتي محرك تويوتا الحديدي 2JZ كأسطورة في مجال السيارات المُعدلة، تُعاني عديد من المحركات الحديدية من رداءة الإنتاج والعرضة للتلف. من جهة أخرى هُناك العديد من محركات الألمنيوم القوية والقادرة على تحمل الإجهاد.

محركات ممتازة للتعديل

من المحركات المُمتازة للتعديل محركات نيسان RB25 وRB26 الحديدية وVR38 المصنوع من الألمنيوم، حيث يستطيع الأول انتاج قدرة 300-450 حصان بتعديلات بسيطة، كما أن مضخة الوقود قادرة على تحمل 500 حصان (البخاخات تستطيع التعامل مع 350 حصان فقط). أما الثاني فيستطيع تحمل قدرة تصل إلى 600 حصان. الثالث، وهو من ست أسطوانات V6 سعة 2.8 ليتر، يستطيع إنتاج 600 حصان بتعديلات على برنامج التشغيل فقط، أما إذا عدّلت مكوناته فقد تستطيع الوصول إلى 2000 حصان.. هل تُصدق؟

أما عشاق تويوتا فيستطيعون استخدام محرك 1JZ القادر على إنتاج 500 حصان أو تعديل محرك 2JZ لإنتاج 700 حصان. أو حتى استخدام محرك سوبارو/تويوتا FA20 الحديث بأربع أسطوانات متقابلة -بوكسر- سعة ليترين والمصنوع من الألمنيوم لإنتاج قدرة 450 حصان.

بعض محركات المصنوعة من الألمنيوم والتي تُعتبر خيارًا ممتازًا للتعديل: محرك نيسان SR20 وسوبارو EJ257 ومحركات هوندا B16A و B18C و K20 و K24 و F20C و F22C.

اقرأ أيضًا:

Facebook Comments
الوسوم

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق
إغلاق
error: