محرك الاحتراق الداخلي يعمل بالحرارة. الطاقة الكيميائية بالوقود التي تتحول إلى طاقة حرارية عند احتراق الوقود, والتي ينتج عنها طاقة ميكانيكية لدفع المكابس, لإدارة عمود المرفق وتسيير السيارة على الطريق.
وعلى الرغم من كفاءة المحركات اليوم, فما زلت تفقد الكثير من الطاقة الحرارية المتولدة داخلها. فإن متوسط كفاءة محرك البنزين هو حوالي من 22% إلى 28%. هذا يعني أن أكثر من 2/3 (ثلثي) الحرارة المتولدة من كل كمية من الوقود (جالون/لتر) من الوقود أما أن تذهب من خلال أنبوب العادم أو تسخن المحرك نفسه. محرك الديزل يستفيد أكثر من الطاقة المتولدة بكفاءة تصل من 32 إلى 38%, ولكن هذا يعني إنه مازال هناك الكثير من الفقد في الطاقة التي يجب التعامل معها والتي تفقد عن طريق نظام التبريد.
ومن العجيب, أنه كلما سخن المحرك كلما ذادت كفاءته. ولكن هناك حد لذلك فإن المكابس ورأس الاسطوانات المصنّع من الألمنيوم من الممكن أن تسخن بشدة ثم تنصهر, نفس الشيء للحديد الزهر. بدأ المهندسون في التفكير في استخدام مواد غريبة مثل السيراميك والسبائك المصنوعة من السيراميك والمعدن للحصول على محركات عالية الحرارة وعالية الكفاءة. وقد تنبهوا إلى أمكانية الحصول على عائد مثمر من استخدام السيراميك, ولكن مازال السيراميك باهظ الثمن وليناسب الاستخدام اليومي لتصنيع الأجزاء.
متى يعتبر المحرك الساخن ساخن؟
معظم المحركات التي تعمل اليوم مصممة على العمل في مدي حرارة من 195 إلى 220 درجة فهرنهيت (90 إلى 105 درجة مئوية). فالمحرك يجب أن يعمل عند درجة حرارة معينة لضمان تحكم أحسن في ملوثات العادم, اقتصاديات أحسن للوقود وأداء عالي.
سائل التبريد (إيثلين جليكول) مخلوط مع الماء بنسبة 50/50, يغلي عند درجة حرارة 225 درجة فهرنهيت (107 درجة مئوية) في حالة أن يكون غطاء المشع (الردياتير) مفتوح (ضغط جوي). ولكن طالما أن النظام مغلق وبه ضغط, فإن غطاء المشع المصنف 15 رطل/بوصة يزيد درجة حرارة خليط سائل التبريد 50/50 حتى 265 درجة فهرنهيت (130 درجة مئوية). في حالة زيادة تركيز سائل التبريد لتصبح النسبة للماء 70/30 (أقصى قيمة موصى بها), فإن درجة غليان المخلوط تحت ضغط 15 رطل/بوصة (103.5 كيلو بسكال) فإن درجة الغليان ترتفع إلى 276 درجة فهرنهيت (135.5 درجة مئوية).
فهل هذا يعني أن نظام التبريد بخليط من سائل التبريد عند أقصى تركيز (70%) يمكن أن يعمل حتى درجة 135.5 درجة مئوية دون أن يغلي. نظرياً صح ولكن عملياً فلا. فإن الخلوص بين الأجزاء في معظم محركات اليوم أقل بكثير من المحركات المبنية في السبعينات (1970) وفي بداية الثمانيات (1980).
الخلوص بين المكبس والأسطوانة أصبح أقل بكثير لتقليل الغازات المتسربة لعلبة عمود المرفق للحد من التلوث. الخلوص بين ساق الصمام ودليل الصمام أصبح أيضاً أقل لمنع استهلاك الزيت والحد من التلوث. بالإضافة إلى أن العديد من المحركات اليوم تستخدم رأس أسطوانات مصنوع من الألمنيوم وكامة علوية. هذه المحركات لا يمكن أن تتحمل درجات حرارة أعلى من الحرارة الطبيعية. ومعرضة للتلف في حالة السخونة العالية للمحرك.
في حالة ارتفاع درجات الحرارة عن المعدل الطبيعي, يعني أن المحرك يعمل في منطقة الخطر.
تداعيات ارتفاع درجات الحرارة:
في حالة ارتفاع درجة حرارة المحرك, فإن أول ما يحدث هو أن محرك البنزين يحدث له الصفع. يصدر صوت من المحرك ويبدأ المحرك في فقد القدرة عند التحميل نتيجة تأثير الحرارة والضغط ليتعدى رقم الأوكتان للوقود. في حالة استمرار ظاهرة الصفع, فإن تلك الطرقات ستؤدي إلى تلف حلقات المكبس, المكابس, ومحامل (كراسي) عمود المرفق.
الحرارة أيضاً تؤدي إلى ظاهرة سبق الإشعال. فإن الأماكن الساخنة المتكونة داخل غرفة الاحتراق تصبح مصدر لإشعال الوقود. الإشعال غير المتحكم فيه قد يؤدي إلى الصفع بالإضافة إلى استمرار المحرك في الدوران بعد إطفاء الإشعال في المحركات ذات المغذي (الكربراتير). الأماكن الساخنة من الممكن أن تؤدي إلى تلف شديد للمحرك وقد تؤدي إلى حدوث ثقب في سطح المكبس.
