CALM/arwiki huggingface dataset:
تعتبر المحركات المكبسية الترددية أكثر مصدر طاقة شيوعاً للمركبات البرية والمائية، مثل السيارات والدراجات النارية والسفن، وبدرجة أقل القاطرات (بعض القاطرات يعمل بالكهرباء لكن معظمها يستخدم محركات ديزل). تُستخدم محركات فانكل الدوارة في بعض السيارات والطائرات والدراجات النارية.
ظهرت محركات الاحتراق الداخلي في صورة التربينات الغازية أو محركات فانكل عندما نشأت الحاجة إلى نسب قدرة إلى وزن مرتفعة جداً. تستخدم الطائرات محركات الاحتراق الداخلي، حيث كانت تستخدم الأنواع القديمة المحركات الترددية، بينما تُستخدم المحركات النفاثة الآن، وتستخدم المروحيات محرك عمود دوران توربيني الذي يندرج مع المحرك النفاث ضمن أنواع التربينات الغازية. قد تستخدم طائرات الرحلات محرك احتراق داخلي منفصل كوحدة طاقة مساعدة. جُهز العديد من الطائرات الألية بمحركات فانكل.
تشغل محركات الاحتراق الداخلي مولدات كهربائية كبيرة تزود الشبكات الكهربائية بالطاقة. تتواجد المحركات في صورة تربينات غازية في دورة طاقة مركبة (تربينات غازية وتربينات بخارية) تتراوح قدرتها الكهربائية الناتجة من 100 ميجا وات إلى 1 جيجا وات. تُستخدم غازات عادم المحرك ذات درجة الحرارة المرتفعة في الغلي والتسخين الفائق للمياه لتشغيل التربينة البخارية، لذلك تكون كفاءة الدورة المركبة أكبر حيث تكون الطاقة المستفادة من الوقود أكثر من التي يُمكن الاستفادة بها في حالة التربينة الغازية فقط. تتراوح القيم المثالية لكفاءة الدورات المركبة من 50 إلى 60%. تُستخدم مولدات الديزل في نطاق أصغر كمصدر احتياطي للطاقة وكمصدر طاقة للمناطق التي لا يتوافر فيها شبكات كهربائية.
تُستخدم المحركات الصغيرة (محركات بنزين ثنائية الشوط عادة) كمصدر طاقة شائع لألات جز العشب والمناشير الكهربائية ومنفاخ أوراق الشجر وألات الغسل ذات الضغط العالي وزلاجات الجليد الألية والزلاجة المائية والمحركات الخارجية (محركات دفع القوارب) والدراجات والدراجات النارية.
يوجد عدة طرق لتصنيف محركات الاحتراق الداخلي.
المحركات المترددة.
تُصنف المحركات المترددة تبعاً لعدد الأشواط إلى:
وتُصنف تبعاً لطريقة الإشعال إلى:
وتُصنف تبعاً لدورة الحرارية إلى:
(لا تشمل هاتين الدورتين كل المحركات المترددة، ومن النادر استخدامهما).
المحركات الدوارة.
تنقسم المحركات الدوارة إلى:
محركات الاحتراق المتصل:
تُعتبر حاوية المحرك هي قاعدة محرك الاحتراق الداخلي وتُصنع عادة من الحديد الزهر أو الألومنيوم. تحتوي حاوية المحرك على الأسطوانات بداخلها. تُوضع الأسطوانات في صف واحد (محرك مستقيم) أو في صفين (محرك مسطح أو محرك شكل V) أو ثلاثة صفوف (محرك شكل W) في المحركات التي تحتوي على أكثر من أسطوانة، وتوجد أشكال أخرى للمحرك يمكن استخدامها. تُستخدم محركات الأسطوانة الواحدة في الدراجات النارية وفي الألات ذات المحركات الصغيرة. تحتوي المحركات المبردة بالمياه على ممرات في حاوية المحرك يدور فيها مائع التبريد. تُبرد بعض المحركات الصغيرة بالهواء بدلاً من المياه، وتستخدم زعانف معدنية تبرز من حاوية المحرك لتبرده بانتقال الحرارة مباشرة إلى الهواء. تُجلح جدران الأسطوانة في النهاية بشكل متقاطع حتى تحتفظ بالزيت. إذا كان جدار الأسطوانة خشن جداً، سيؤدي ذلك إلى تآكل المكبس بسرعة مما يسبب الضرر إلى المحرك.
المكابس هي أجزاء أسطوانية تتعرض من جهة واحدة في الأسطوانة لخليط مرتفع الضغط من الهواء المضغوط والغازات الناتجة عن الاحتراق، وتتحرك المكابس منزلقة داخل الأسطوانات باستمرار خلال عمل المحرك. يُسمى الجدار العلوي للمكبس برأس المكبس ويكون عادة مسطح أو مقعر. تستخدم بعض المحركات ثنائية الشوط رأس مكبس منحرف. تكون المكابس مفتوحة ومجوفة من أسفل فيما عادة الهيكل الخارجي لها. عندما يعمل المحرك يُؤثر ضغط الغازات الناتجة من غرفة الاحتراق بقوة على رأس المكبس، تنتقل منه إلى الهيكل الخارجي ثم إلى مسمار المعصم (المسمار الذي يربط ذراع التوصيل بالمكبس). يحتوي كل مكبس على حلقات مثبتة حوله لتمنع تسرب الغازات من داخل الأسطوانة إلى علبة المرافق، وتمنع تسرب الزيت إلى غرفة الاحتراق. يتخلص نظام تهوية علبة المرافق من كميات الغاز الصغيرة التي تتسرب خلف المكبس أثناء التشغيل العادي، ويقوم بطردها خارج علبة المرافق حتى لا تتراكم وتلوث الزيت وتسبب صدأ أو تآكل. تكون علبة المرافق جزء من مسار الهواء والوقود في محركات البنزين ثنائية الشوط، ونتيجة للسريان المستمر للخليط لا تحتاج إلى نظام تهوية منفصل.
يتصل رأس الأسطوانة بحاوية المحرك بواسطة براغي (مثبتة) ومسامير مسننة كثيرة. يوجد عدة وظائف لرأس الأسطوانة، فهو يقوم بعزل الأسطوانات من الجهة المقابلة للمكابس، ويحتوي على أنابيب قصيرة للشحنة الداخلة ولغازات العادم ولصمامات الدخول التي تفتح لتمتلئ الأسطوانة بالهواء، وصمامات العادم التي تفتح لتسمح بطرد غازات العادم للخارج. تصل المحركات ثنائية الشوط، بالرغم من ذلك، فتحات الغاز مباشرة بجدار الأسطوانة بدون استخدام صمامات قفازية، حيث تتحكم المكابس بفتح وغلق هذه الفتحات أثناء العمل. تُثبت شمعة اشعال في رأس الأسطوانة أيضاً في محركات الاشعال بالشرارة، وكذلك يُثبت حاقن وقود في محركات الحقن المباشر. تستخدم كل محركات الاشعال بالانضغاط حقن الوقود، وغالباً تستخدم الحقن المباشر لكن بعض المحركات تستخدم الحقن غير المباشر أيضاً. يُمكن لمحركات الإشعال بالشرارة أن تستخدم مازج وقود أو حقن الوقود من خلال فتحة أو حقن مباشر. تحتوي معظم محركات الإشعال بالشرارة على شمعة اشعال واحدة في كل أسطوانة، لكن بعض المحركات تحتوي على شمعتين في كل أسطوانة.
تمنع حشية رأس الأسطوانة تسرب الغاز بين رأس الأسطوانة وحاوية المحرك. يتم التحكم في فتح وغلق الصمامات عن طريق واحد أو أكثر من أعمدة الحدبة والزنبركات، بينما تستخدم بعض المحركات صمام متغير التحكم لايستخدم أي زنبركات. يُمكن أن يضغط عمود الحدبة مباشرة على الصمام أو على ذراع هزاز مباشرة أو من خلال عمود دفع.
تُعزل علبة المرافق من أسفل بتركيب حوض مجمع لتجميع الزيت المتساقط أثناء التشغيل لإعادة استخدامه مرة أخرى. يتواجد عمود المرفق في التجويف بين حاوية الأسطوانات والحوض المجمع، ويقوم بتحويل حركة المكابس الترددية إلى حركة دورانية. تُستخدم المحامل الرئيسية لتثبيت عمود المرفق بالنسبة لحاوية المحرك حتى يدور. تشكل الحواجز الموجودة في علبة المرافق نصف كل محمل رئيسي، ويكون النصف الاخر عبارة عن سدادة منفصلة على شكل قبعة. يُستخدم غطاء محمل رئيسي واحد في بعض الحالات بدلاُ من عدة سدادات صغيرة على شكل قبعة. يتصل ذراع التوصيل بأجزاء عمود المرفق المتباعدة (مسامير المرفق) من أحد نهايتيه، ومن نهايته الأخرى يتصل بالمكبس بواسطة مسمار المعصم، وهكذا يقوم بنقل وتحويل الحركة الترددية من المكابس إلى حركة دورانية في عمود المرفق. تُسمى نهاية ذراع التوصيل المتصلة بمسمار المعصم بالنهاية الصغيرة، وتُسمى النهاية الأخرى التي تصله بعمود المرفق بالنهاية الكبيرة. تكون النهاية الكبيرة عبارة عن نصفين منفصلين حتى تلتف على عمود المرفق، وتُثبت معه بواسطة براغي قابلة للإزالة.
يتصل أنبوب السحب المتشعب وأنبوب العادم المتشعب بفتحاتهما المقابلة في رؤوس الأسطوانات. يتصل أنبوب السحب المشتعب مباشرة بفلتر هواء، أو بمكربن الهواء إن تواجد والذي يكون متصلاً بفلتر هواء. يقوم أنبوب السحب بتوزيع الهواء على الأسطوانات مفردة. يُعتبر أنبوب العادم المتشعب أول جزء في نظام العادم، حيث يقوم بتجميع غازات العادم من الأسطوانات وتوصليها للجزء التالي في مسار العادم. قد يحتوي نظام العادم في محركات الاحتراق الداخلي على محول حفزي يقلل من تأثير الغازات السامة، وكاتم صوت يقلل من تأثير الضوضاء. ينتهي مسار غازات العادم بأنبوب الذيل الذي يقوم بطردها إلى الهواء.
المحركات رباعية الأشواط.
تعرف النقطة الميتة العليا للمكبس على أنها أقرب نقطة يقترب إليها المكبس من الصمامات، بينما تُعرف النقطة الميتة السفلى أنها أبعد نقطة يبتعد فيها المكبس عن الصمامات. يُعرف شوط المكبس أنه المسافة التي يتحركها المكبس من النقطة الميتة العليا إلى النقطة الميتة السفلى والعكس.
يدور عمود المرفق بسرعة ثابتة أثناء عمل المحرك. يتم كل مكبس في محرك الاحتراق الداخلي رباعي الأشواط، شوطين لكل دورة من دوران عمود المرفق، ويكون ترتيب الأشواط كالتالي بداية من النقطة الميتة العليا:
المحركات ثنائية الشوط.
يتم كل مكبس في هذه المحركات دورة حرارية كل دورة من دوران عمود المرفق. تحدث العمليات الأربعة: السحب والانضغاط والقدرة وطرد العادم في شوطين، لذلك لا يُمكن هنا اجراء كل عملية في شوط مخصص لها. تتكون الدورة بداية من النقطة الميتة العليا من العمليات التالية على الترتيب:
يستخدم المحرك رباعي الأشواط المكبس كمضخة موجبة الازاحة لتنظيف الأسطوانة، فيأخذ شوطين من الأربع أشواط لتلك العملية، بينما يستخدم المحرك ثنائي الشوط الجزء الأخير من شوط القدرة والجزء الأول من شوط الانضغاط لسحب الشحنة وطرد العادم معا. يُحصل على الشغل اللازم لازاحة الشحنة وغازات العادم من علبة المرافق أو من منفاخ منفصل. يٌقصد بعملية التنظيف طرد غازات العادم وادخال شحنة جديدة إلى الأسطوانة، ويوجود نوعين من التنظيف: التنظيف أحادي الاتجاه والتنظيف الحلقي ، ونشرت منظمة SAE في عام 2010 أن التنظيف الحلقي أفضل من التنظيف أحادي الاتجاه في كل الأحوال.
تنظيف الأسطوانة بواسطة علبة المرافق.
تقوم بعض محركات الاشعال بالحرارة بتنظيف الأسطوانة بواسطة علبة المرافق ، ولا تستخدم صمامات قفازية. تُستخدم علبة المرافق والجزء السفلي من الأسطوانة أسفل المكبس كمضخة. تتصل فتحة دخول الشحنة بعلبة المرافق من خلال صمام ريشة أو صمام القرص الدوار ويُدار بواسطة المحرك. يوجد منفذ انتقال في كل أسطوانة يتصل بعلبة المرافق من أحد نهايتيه وتتصل نهايته الأخرى بجدار الأسطوانة. يتصل منفذ العادم مباشرة بجدار الأسطوانة. يتم فتح وغلق منفذ الانتقال ومنفذ العادم بواسطة المكبس. يُفتح صمام الريشة عندما يكون الضغط في علبة المرافق أقل من ضغط السحب بجزء بسيط، ليسمح لها أن تمتلئ بشحنة جديدة، ويحدث ذلك أثناء تحرك المكبس لأعلى. يزداد الضغط في علبة المرافق عند تحرك المكبس لأسفل، ويغلق صمام الريشة على الفور، ثم تُضغط الشحنة الموجودة في علبة المرافق. يكشف المكبس منفذ العادم ومنفذ الانتقال عند تحركه لأعلى، ونتيجة للضغط المرتفع للشحنة الموجودة في علبة المرافق، تدخل إلى الأسطوانة من خلال منفذ الانتقال وتقوم بازاحة غازات العادم. تُزيت علبة المرافق بإضافة زيت ثنائي الشوط إلى الوقود بنسب صغيرة. يشير مصطلح الزيت النفطي إلى خليط من البنزين مع زيت ثنائي الشوط. يكون لهذا النوع من المحركات ثنائية الشوط كفاءة أقل من المحركات رباعية الأشواط ويطرد غازات عادم أكثر تلوثاً للأسباب التالية:
إن الميزة الأساسية للمحركات ثنائية الشوط عن المحركات رباعية الأشواط، هي البساطة الميكانيكية ونسبة القدرة إلى الوزن المرتفعة. تنتج المحركات ثنائية الشوط قدرة أقل بمقدار النصف عن تلك التي تنتجها المحركات رباعية الأشواط، بالرغم من أن أشواط القدرة في الدورة الواحدة في المحركات ثنائية شوط ضعف أشواط القدرة في الدورة الواحدة في المحركات رباعية الأشواط.
مُنع استخدام السيارات والدراجات النارية المستخدمة لمحركات ثنائية الشوط في الولايات المتحدة الأمريكية بسبب التلوث، وبالرغم من ذلك تُستخدم ألاف المحركات في ألات العناية بالحدائق.
تنظيف الأسطوانة بواسطة منفاخ.
يتم تجنب العديد من سلبيات التنظيف بواسطة علبة المرافق باستخدام منفاخ منفصل للتنظيف، ويكون ذلك على حساب زيادة التعقيد الميكانيكي، مما يعني زيادة التكلفة ومتطلبات الصيانة. يستخدم المحرك من هذا النوع فتحات أو صمامات لدخول الشحنة وصمامات لطرد العادم، فيما عدا المحركات ذات المكابس المتعاكسة التي قد تستخدم فتحات لطرد العادم. يكون نوع المنفاخ عادة شاحن توربيني فائق نوع روتس، ولكن أنواع أخرى قد استخدمت أيضاً. يعتبر هذا التصميم شائع الاستخدام في محركات الاشعال بالانضغاط، واستُخدم أيضاً في محركات الاشعال بالشرارة.
تستخدم محركات الاشعال بالانضغاط المستخدمة للمنفاخ التنظيف أحادي الاتجاه. يحتوي جدار الأسطوانة في هذا التصميم على فتحات موزعة بانتظام على محيط جدار الأسطوانة أعلى الموضع الذي يكون عنده رأس المكبس عندما يكون المكبس عند النقطة الميتة السفلى مباشرة. يُستخدم صمام عادم واحد أو العديد منه مثلما هو الحال في المحركات رباعية الأشواط. يكون الجزء الأخير من أنبوب الدخول المتشعب عبارة عن أنبوب موصل بفتحات الدخول في الأسطوانة لتزويدها بالهواء. تُوضع فتحات الدخول في موضع أفقي بالنسبة لجدار الأسطوانة (في نفس مستوى رأس المكبس)، لكي تكسب الشحنة الداخلة حركة دوامية لتحسين عملية الاحتراق.
إن أكبر محركات الاحتراق الداخلي المترددة تكون محركات اشعال بالانضغاط منخفضة السرعة من هذا النوع، وتُستخدم للدفع البحري أو توليد الطاقة الكهربية، وتحقق أقصى كفاءة حرارية بين جميع أنواع محركات الاحتراق الداخلي. تعمل بعض محركات الديزل للقاطرات الكهربية على الدورة ثنائية الشوط. تبلغ القدرة الفرملية لأقوى محرك بين هذه المحركات حوالي 4.5 ميجا وات أو 6000 حصان. تستخدم القاطرة طراز إي إم دي اس دي 90 ماك محرك ثنائي الشوط، بينما تستخدم القاطرة المناظرة لها طراز جي إي ايه سي 6000 سي دبليو محرك رباعي الأشواط، والتي تبلغ قدرة محركها نفس قدرة القاطرة سابقاً.
يعتبر محرك الديزل ثنائي الشوط فرتسيلا-سولزر أر تي ايه 96-سي المزود بشاحن توربيني والمستخدم في سفن الحاويات، مثال لهذا النوع من المحركات، ويعتبر أكثر محركات الاحتراق الداخلي كفاءة وقدرة في العالم، بكفاءة تتجاوز 50%. تبلغ الكفاءة الحرارية لأفضل وأصغر محرك رباعي الأشواط، على سبيل المقارنة، حوالي 43%، ويعتبر الحجم ميزة بالنسبة للكفاءة بسبب الزيادة في نسبة الحجم إلى مساحة السطح.
تاريخ التصميم.
كشف دوجلد كلرك عن أول محرك ثنائي الشوط في عام 1879. استخدم هذا المحرك أسطوانة منفصلة كمضخة لنقل خليط الوقود إلى أسطوانة المحرك.
قام جون داي بتبسيط تصميم محرك كلرك في عام 1899، ليصبح على هيئة المحرك ثنائي الشوط المنتشر الآن. تجري محركات دورة داي عملية التنظيف بواسطة علبة المرافق، وتستخدم فتحات موقوتة. تُستخدم علبة المرافق وجزء الأسطوانة الموجود أسفل فتحة العادم كمضخة. يبدأ عمل محرك دورة داي عندما يدور عمود المرفق فيتحرك المكبس من النقطة الميتة العليا صعوداً، فيخلق فراغاً في منطقة علبة المرافق/الأسطوانة. يقوم مكربن الهواء بعد ذلك بتزويد علبة المرافق بخليط الوقود من خلال صمام ريشة أو صمام القرص الدوار. تكون هناك عملية إلقاء للخليط في القنوات التي تصل علبة المرافق بفتحة دخول الشحنة في الأسطوانة، وفي القنوات التي تصل فتحة العادم بأنبوب العادم. يُسمى ارتفاع منفذ الدخول أو العادم بالنسبة لطول الأسطوانة "توقيت المنفذ".
لا يكون هناك وقود في الأسطوانة خلال أول شوط صاعد للمحرك، حيث تكون علبة المرافق فارغة. يقوم المكبس في الشوط الهابط بضغط خليط الوقود، والذي قام بتزييت المكبس في الأسطوانة وتزييت المحامل أيضاً بسبب احتوائه على زيت قد أُضيف إليه. يكشف المكبس فتحة العادم أولاً عند تحركه لأسفل، لكن لا يكون هناك وقود محترق في أول شوط ليتم التخلص منه. يكشف المكبس بعد ذلك فتحة دخول الشحنة، والتي تكون متصلة بعلبة المرافق بواسطة قناة (مجرى). يتحرك خليط الوقود إلى الأسطوانة من خلال القناة بسبب ارتفاع ضغط خليط الوقود في علبة المرافق.
الإشعال.
تتطلب محركات الاحتراق الداخلي إشعال خليط الوقود، إما بواسطة شمعة اشعال (الإشعال بالشرارة) أو إشعال بالانضغاط. استُخدمت وسائل إشعال اعتمدت على أنبوب ساخن ولهب قبل اختراع وسائل الإشعال الكهربية الفعالة. صُنعت محركات تجريبية تستخدم الإشعال بالليزر.
الإشعال بالشرارة.
كان محرك الإشعال بالشرارة تطوير للمحركات المبكرة التي استخدمت الإشعال بأنبوب ساخن. أصبح جهاز المغنيط ( المغنيط مولد كهربائي صغير يحتوي بداخله على مغناطيس مؤقت، ويزود شمعات الاشعال بنبضات جهد كهربي مرتفعة) النظام الأساسي لتزويد شمعات الاشعال بالكهرباء، بعدما اخترعه بوش. مازالت العديد من المحركات الصغيرة تستخدم مغنيط الإشعال. يبدأ تشغيل المحركات الصغيرة بإدارة عمود مرفق باليد باستخدام بادئ حركة ارتدادي أو مدورة يدوية. استخدمت كل سيارات محركات البنزين مدورة يدوية قبل تطوير تشارلز كيترنج صاحب مؤسسة دلسو للإكترونيات، محرك بدء الحركة.
تشغل المحركات الكبيرة محركات بدء الحركة وأنظمة الإشعال باستخدام الطاقة الكهربية المخزنة في بطاريات الرصاص. يتم شحن البطارية بواسطة مولد تيار متردد أو مولد يستخدم قدرة المحرك لتوليد طاقة كهربية وتخزينها.
تولد البطارية طاقة كهربية لبدء الحركة عند احتواء المحرك على محرك بدء حركة، وتقوم بتوفير الطاقة الكهربية عندما يكون المحرك مغلق. توفر البطارية طاقة كهربية خلال حالات التشغيل النادرة أيضاً، عندما لا يكون المولد قادراً على توليد أكثر من 13.8 فولت (بالنسبة لنظام السيارة الكهربي 12 فولت). تقوم بطارية الرصاص بتزويد الحمل الكهربي عند انخفاض جهد المولد عن 13.8 فولت. يقوم المولد بتزويد الطاقة الكهربية الأساسية خلال كل ظروف التشغيل تقريباً، ويشمل ذلك حالات تشغيل المحرك بدون حركة السيارة .
تقوم بعض الأنظمة بتعطيل المولد خلال حالات التشغيل القصوى، ويؤدي ذلك لخفض الحمل الميكانيكي على أقطاب المولد إلى صفر تقريباً، مما يرفع قدرة عمود المرفق إلى قدرته القصوى. تقوم البطارية في هذه الحالة بتوفير كل الطاقة الكهربية الأساسية.
تُزود محركات البنزين بخليط من الهواء والبنزين، ويُضغط الخليط بواسطة حركة المكبس من النقطة الميتة السفلى إلى النقطة الميتة العليا حيث يصل الوقود إلى أقصى درجة من الانضغاط. يوصف التخفيض في حجم المساحة المجتازة في الأسطوانة بنسبة مع الأخذ في الاعتبار حجم غرفة الاحتراق. بلغت نسبة الانضغاط للمحركات المبكرة 6 إلى 1، وازدات كفاءة المحرك بزيادة نسب الانضغاط.
وجب خفض نسب الانضغاط خلال استخدام أنظمة حقن الوقود والإشعال المبكرة. أدت التطورات في تكنولوجيا الوقود والتحكم في عملية الاحتراق إلى الحصول على محركات مرتفعة الأداء تعمل بكفاءة عند نسبة انضغاط 1:12. ستظهر مشكلة عند استخدام وقود ذو رقم أوكتان منخفض عند زيادة نسبة الانضغاط، حيث سيشتعل الوقود قبل الوقت المناسب نتيجة ارتفاع درجة الحرارة بسبب الانضغاط. طور تشارلز كيترنج اضافات من الرصاص إلى الوقود تسمح باستخدام نسب انضغاط مرتفعه.
يتم اشعال خليط الوقود عند مواضع مختلفة للمكبس في الأسطوانة. تحدث شرارة الإشعال عندما يقترب المكبس من النقطة الميتة العليا فقط عند السرعات الدورانية المنخفضة لعمود المرفق. يتقدم وقت حدوث شرارة الإشعال بالنسبة لموضع المكبس في الأسطوانة بزيادة السرعة الدورانية للحصول على مزيد من القدرة، أي أنه كلما ازدادت السرعة الدورانية لعمود المرفق، يحدث الإشعال عند مواضع للمكبس قبل وصوله للنقطة الميتة العليا ويبتعد موضع الإشعال كلما زادت السرعة. تحدث الشرارة في وقت مبكر من انضغاط الوقود كلما زادت السرعة الدورانية.
يتم الحصول على الجهد العالي المطلوب، حوالي 10000 فولت، بواسطة ملف حثي أو محول كهربي. يكون الملف الحثي عبارة عن نظام عكسي يقوم بقطع التيار الكهربي للنظام الأساسي بواسطة قاطع متزامن . يمكن أن يكون القاطع إما نقاط اتصال أو ترانزستور قدرة. تظهر مشكلة هذا النوع من نظام الإشعال عندما تزداد السرعة الدورانية لعمود المرفق، حيث تقل الطاقة الكهربية المتوفرة. يعتبر ذلك مشكلة لأن كمية الطاقة الكهربية اللازمة لاشعال وقود أكثر كثافة تكون مرتفعة. كانت النتيجة دائماً فقد الإشعال عند السرعات الدورانية المرتفعة.
طُور نظام اشعال عن طريق تفريغ مكثف. ينتج هذا النظام جهد كهربي مرتفع، يتم ارساله إلى شمعة الاشعال. يمكن أن يصل جهد نظام القرص المضغوط إلى 60000 فولت. تستخدم أقراص الإشعال المضغوطة محولات كهربائية تصاعدية. يستخدم المحول الكهربي التصاعدي الطاقة المخزنة في سعة كهربائية لتوليد شرارة كهربائية. يتم تزويد الأسطوانة المناسبة بجهد كهربي مرتفع في الوقت المناسب، بواسطة نظام تحكم ميكانيكي أو كهربي. تشعل الشرارة الصادرة من شمعة الاشعال خليط الهواء والوقود
الموجود في أسطوانات المحرك.
يبدأ تشغيل محركات البنزين في الطقس البارد بسهولة كبيرة عن محركات الديزل، وبالرغم من ذلك، مازال بالإمكان تعرض محركات البنزين لمشاكل عند بداية تشغيلها في الطقس البارد في الحالات القصوى. كان ركن السيارة في مناطق ساخنة هو الحل لسنوات لهذه المشكلة. يُفرغ الوقود من المحرك في بعض المناطق في العالم، ويتم تدفئته خلال الليل ثم يتم ارجاعه للمحرك لبداية تشغيله في الظروف الباردة. طُورت وحدة تحويل البنزين إلى غاز في وقت مبكر من عام 1950. يتم سحب البنزين إلى الوحدة وحرق جزء منه، فيتسبب بتحويل الجزء الأخر إلى بخار ساخن يُرسل مباشرة إلى الأنبوب المتشعب لصمام الدخول. كانت هذه الوحدة شائعة حتى أصبحت المسخنات الكهربية لحاوية المحرك تُوضع بشكل قياسي في محركات البنزين المباعة في المناطق ذات الطقس البارد.
الإشعال بالانضغاط.
تعتمد محركات الديزل ذات الاحتراق المختلط سابقا جزئيا والاشعال بالانضغاط للشحنة المتجانسة على الضغط والحرارة، الذان يوجدهما المحرك في اجراء الانضغاط من أجل عملية الإشعال. يساوي الانضغاط الحادث في محرك الديزل ضعف أو أكثر من ضعف الانضغاط الحادث في محرك البنزين. يسحب محرك الديزل هواء فقط من صمام الدخول، وتُرش كمية صغيرة من الوقود قبل الوصول إلى أقصى انضغاط بواسطة حاقن الوقود، مما يسمح باشتعال الوقود فوراً. تسحب المحركات ذات الإشعال بالانضغاط للشحنة المتجانسة، هواء ووقود وتستمر بالاعتماد على عملية احتراق غير مساعدة بسبب الضغط والحرارة المرتفعين. يوضح ما سبق سبب تأثر محركات الديزل ومحركات الإشعال بالانضغاط للشحنة المتجانسة بمشاكل بداية التشغيل في الطقس البارد، وبالرغم من ذلك فإنها تعمل بشكل جيد في الطقس البارد بعد بداية التشغيل. تستخدم محركات الديزل ذات الحقن الغير مباشر الموجودة في السيارات ذات المهام الخفيفة والشاحنات الخفيفة، شمعات توهج لتسخين غرفة الاحتراق قبل بداية تشغيل المحرك لخفض ظروف عدم بداية التشغيل في الطقس البارد. تحتوي معظم محركات الديزل على بطارية وأنظمة شحن أيضاً، ومع ذلك، فإن هذا النظام نظام ثانوي، يضيفه الصانع كنوع من الرفاهية لتسهيل بداية التشغيل، وغلق وفتح وصول الوقود، ولتشغيل الأجزاء الكهربية والمكونات الكمالية. تعتمد معظم المحركات الحديثة على وحدة تحكم في المحرك كهربية وإلكترونية، يمكنها ضبط عملية الاحتراق أيضاً لزيادة الكفاءة وتقليل الانبعاثات.
التزييت.
تحتاج الأسطح المتلامسة والمتحركة بالنسبة لبعضها للتزييت لخفض تآكلها وخفض الضوضاء، وزيادة الكفاءة بتقليل القدرة المفقودة في التغلب على الاحتكاك، أو لجعل ميكانيزم الحركة يعمل. يحتاج المحرك للتزييت في الأجزاء التالية على الأقل:
تُزيت علبة المرافق من الداخل وكذلك عمود المرفق وذراع التوصيل وأسفل المكابس في المحركات ثنائية الشوط المنظفة بواسطة علبة المرافق، وذلك عن طريق رش زيت ثنائي الشوط في خليط الوقود والهواء، ويُحرق الزيت مع خليط الوقود. قد تُوضع مجموعة الصمامات في حيز مغمور بمادة تزييت، لذلك قد لا يكون هناك حاجة لمضخة زيت.
لا تُستخدم مضخة زيت في نظام التزييت بالرش، ويُغمر عمود المرفق في الزيت في حوض المحرك بدلاً من ذلك، ونتيجة لسرعة دورانه المرتفعة يقوم عمود المرفق برش الزيت على نفسه وعلى أذرع التوصيل وأسفل المكابس. قد تحتوي أغطية النهاية الكبيرة لذراع التوصيل على مغرفة ملحقة بها لزيادة تأثير رش الزيت. قد تُعزل مجموعة الصمامات في حيز مغمور بالزيت أو تكون معرضة لعمود المرفق بحيث تستقبل الزيت المرشوش وتسمح بتسربه مرة أخرى لحوض المحرك. يُستخدم التزييت بالرش في المحركات رباعية الأشواط الصغيرة.
يتم التزييت في نظام التزييت القسري (المضغوط) في حلقة مغلقة، حيث يُحمل زيت المحرك بواسطة نظام التزييت إلى الأسطح المراد تزييتها، ثم يعود الزيت إلى خزان الزيت. لا تُزيت المعدات المساعدة للمحرك بواسطة حلقة التزييت السابقة، على سبيل المثال: قد يستخدم مولد تيار متردد محامل كريات (رولمان بلي) مُزيتة. يكون حوض المحرك هو خزان الزيت عادة، وفي هذه الحالة يُسمى نظام الحوض الرطب. عندما يكون هناك خزان زيت مختلف عن السابق، يستمر تزويد علبة المرافق بالزيت، لكن يتم تسريبه بواسطة مضخة مخصصة: يُسمى هذا النظام نظام الحوض الجاف.
يحتوي حوض الزيت في أسفله على مدخل للزيت مغطى بمرشح (فلتر) شبكي متصل بمضخة زيت ثم مرشح زيت خارج علبة المرافق، بعد ذلك يتم ارجاع الزيت للمحامل الرئيسية لعمود المرفق وإلى مجموعة الصمامات. تحتوي علبة المرافق على الأقل على قناة زيت واحدة داخل جدارها، تستقبل من خلالها الزيت من مرشح الزيت. تحتوي المحامل الرئيسية (محامل عمود المرفق) على أخدود خلال نصف محيطها أو محيطها بالكامل، ويدخل الزيت إلى هذه الأخاديد من القنوات المتصلة بقناة الزيت. يحتوي عمود المرفق على ثقوب يأخذ من خلالها الزيت من هذه الأخاديد ويوصلها إلى المحامل ذات النهاية الكبيرة. تُزيت جميع المحامل كبيرة النهاية بهذه الطريقة. قد يُزود محمل رئيسي واحد 1 أو 2 من المحامل كبيرة النهاية بالزيت، وقد لا يُزود أيا منها. قد يُستخدم نظام مشابه لتزييت المكبس ومسمار المعصم والنهاية الصغيرة لذراع التوصيل: تحتوي النهاية الكبيرة لذراع التوصيل في هذا النظام على أخدود حول عمود المرفق وثقب في هذا الأخدود يتوزع من خلاله الزيت لأسفل المكبس والأسطوانة.
تُستخدم أنظمة أخرى أيضاً لتزييت الأسطوانة والمكبس. يحتوي ذراع التوصيل على فوهة لنفث الزيت للأسطوانة وأسفل المكبس. تتحرك هذه الفوهة بالنسبة للأسطوانة التي تُزيتها، ولكنها تشير إليها دائماً أو إلى مكبسها.
يحتوي نظام التزييت القسري على تدفق زيت أكثر من المطلوب للتزييت، وذلك لاستخدامه كمساعد في التبريد. يساعد نظام التزييت في نقل الحرارة من أجزاء المحرك الساخنة إلى سائل التبريد (في حالة المحركات المبردة بالماء) أو إلى الزعانف (في حالة المحركات المبردة بالهواء) التي تقوم بطرد الحرارة للبيئة المحيطة. يجب أن تكون مادة التزييت مستقرة كيميائياً وتحقق لزوجة مناسبة خلال مدى درجات الحرارة الناتجة من المحرك.
ترتيب الأسطوانات.
تشمل أشكال الترتيب الشائعة للأسطوانات الترتيب الخطي (محرك خطي) والترتيب الأكثر صعوبة في شكل V، والترتيب في شكل مسطح (محرك مسطح) والذي يتميز بالسلاسة على الرغم من عرضه. تستطيع محركات الطائرات استخدام الترتيب الشعاعي للأسطوانات، والذي يتيح تبريد أفضل. استُخدمت أيضاً أشكال الترتيب النادرة مثل الترتيب على شكل H وشكل U وشكل X وشكل W (محرك شكل W).
تضع المحركات متعددة الأسطوانات مجموعة الصمامات وعمود المرفق بحيث تكون المكابس عند مواضع مختلفة من دورة التشغيل (تؤدي المكابس أشواط مختلفة)، ومن المرغوب فيه أن تكون دورات المكبس متباعدة بشكل منتظم (يًسمى ذلك بترتيب الإشعال المتساوي، وفيه تكون الزاوية بين كل اشعال والاخر متساوية، ويتم حسابها بقسمة زاوية الدوران الكلية لعمود المرفق على عدد الأسطوانات. مثال: إن كان المحرك رباعي الأشواط فإن عمود المرفق يكمل الدورة الحرارية كل 720 درجة، وإن كان المحرك رباعي الأسطوانات، يكون ترتيب الاشعال 4/720 أي أن الإشعال يحدث في أسطوانة مختلفة كل 180 درجة من دوران عمود المرفق) خاصة في محركات السحب القسري للهواء، ويقلل هذا من نبضات العزم ويجعل المحركات الخطية المحتوية على أكثر من 3 أسطوانات أكثر اتزاناً بالنسبة للقوى الأساسية (انظر اتزان المحرك). تحتاج بعض أشكال المحركات إلى ترتيب اشعال فردي (الزاوية بين كل اشعال والاخر في أسطوانات مختلفة غير متساوية، مثال: محرك 6 أسطوانات يحدث الإشعال فيه عند 90 درجة و150 درجة، لكن الإشعال المتساوي كان يجب أن يحدث عند 6/720 أي كل 120 درجة من دوران عمود المرفق) لتحقيق اتزان أفضل من استخدام ترتيب الإشعال المتساوي (ترتيب الاشعال: هو ترتيب أشواط القدرة في الأسطوانات للحصول على توزيع متساوي للقوى المؤثرة على عمود المرفق). يحقق محرك خطي مزدوج رباعي الأشواط، على سبيل المثال، اتزان أفضل عندما تكون الزاوية بين مسامير المرفق 180 درجة (مكبس صاعد ومكبس هابط) حيث تتحرك المكابس في اتجاهات متعاكسة فيلغي ذلك تأثير عزم القصور، لكن ذلك يُعطي ترتيب اشعال فردي، حيث تًشعل الشحنة في الأسطوانة بعد 180 درجة من حدوث الإشعال في الأسطوانة الأخرى، ولايحدث اشعال في أي أسطوانة عند زاوية 540 درجة من دوران عمود المرفق (ترتيب الإشعال المتساوي لهذا المحرك يكون 2/720 أي كل 360 درجة). تتحرك المكابس في انسجام عند ترتيب الإشعال المتساوي.