في 29 يناير 1886، قام الألماني كارل بنز بتركيب محرك وقود أحادي الأسطوانة رباعي الشوط، الذي طوّره بنفسه، على سيارة ذات ثلاث عجلات وحصل على براءة اختراع. ومنذ ذلك اليوم، بدأ العالم يشهد ظهور السيارات حقًا. يمكن القول إن المحرك هو الذي صنع السيارة. يتكون المحرك في هيئته الأساسية (كما هو موضح في الرسم) من أجزاء رئيسية مثل الأسطوانة 1 والمكبس 2 والقضيب الرابط 3 والعمود المرفقي 4. ويحتوي كل أسطوانة على ما لا يقل عن صمامين: صمام سحب (باللون الأزرق) وصمام شفط (باللون البرتقالي).

تُعدّ وحدة الصمامات جزءًا من آلية توزيع الهواء في المحرك، وتلعب دورًا بالغ الأهمية في عمل المحرك. يتكون تشغيل محرك الوقود من أربع عمليات رئيسية: سحب الهواء، والضغط، والأداء، والعادم. ولكي يستمر المحرك في العمل بشكل مستمر، لا بدّ من تكرار هذه العمليات الأربع بشكل دوري ومنسق وفق تسلسل زمني محدد. ويحتاج اثنان من هذه العمليات، هما سحب الهواء والعادم، إلى أن تقوم آلية توزيع الهواء في المحرك بنقل الخليط القابل للاحتراق بدقّة وفق الترتيب الزمني لكل أسطوانة، وكذلك لإخراج غازات العادم الناتجة عن الاحتراق. أما العمليتان الأخريان، وهما الضغط والأداء، فتحتاجان إلى عزل غرفة الاحتراق في الأسطوانة عن ممرات سحب الهواء والعادم الخارجي، لمنع تسرب الغازات إلى الخارج وضمان عمل المحرك بشكل طبيعي. والجزء المسؤول عن القيام بهذه المهام هو الصمامات ضمن آلية توزيع الهواء. إنها تشبه أعضاء التنفس لدى الإنسان، فهي تأخذ الهواء وتطرده، ولا غنى عنها أبدًا.

مع تطور التكنولوجيا، ارتفعت سرعة دوران محركات السيارات بشكل متزايد. وتصل سرعة دوران محركات السيارات الحديثة عادةً إلى أكثر من 5500 دورة في الدقيقة، وتستغرق عملية إنجاز العمليات الأربع فقط 0.005 ثانية. ولم تعد الصمامات التقليدية ذات الصمامين قادرة على أداء مهمة تبادل الغازات خلال هذه الفترة القصيرة، مما يحدّ من تحسين أداء المحرك. والطريقة الوحيدة لحل هذه المشكلة هي توسيع المساحة المخصصة لدخول وخروج الغازات—بمعنى آخر، استبدال المساحة بالوقت. وتُعدّ تقنية الصمامات المتعددة أفضل حل لهذه المشكلة، وقد أدّى انتشار هذه التقنية في ثمانينيات القرن الماضي إلى تحقيق طفرة نوعية في الجودة الشاملة للمحركات. ويُقصد بمحركات الصمامات المتعددة أن يكون عدد الصمامات في كل أسطوانة يتجاوز اثنين، أي صمامان للسحب وصمام واحد للعادم في تصميم ثلاثي الصمامات؛ وصمامان للسحب وصمامان للعادم في تصميم رباعي الصمامات؛ وثلاثة صمامات للسحب وصمامان للعادم في تصميم خماسي الصمامات.

حالياً، تُعدّ محركات السيارات المزودة بعدد كبير من الصمامات في الغالب من نوع أربعة صمامات. فالمحرك ذو أربع أسطوانات يحتوي على 16 صماماً، والمحرك ذو ست أسطوانات يحتوي على 24 صماماً، أما المحرك ذو ثماني أسطوانات فيحتوي على 32 صماماً. على سبيل المثال، يتميز محرك سيارة لينكولن LS400 اليابانية بأنه محرك ذو ثماني أسطوانات وبه 32 صماماً. وعند زيادة عدد الصمامات، يتطلّب ذلك إضافة مكونات ميكانيكية مناسبة لتنظيم توزيع الهواء، مما يجعل التركيب أكثر تعقيداً. عادةً ما تُستخدم عمودان رئيسيان للكامات مثبتان أعلى الأسطوانات للتحكم في الصمامات الموزعة على جانبي الخط المركزي لغرف الاحتراق. ويتم وضع الصمامات بشكل مائل على جانبي الخط المركزي لغرفة الاحتراق بهدف توسيع قطر رؤوس الصمامات قدر الإمكان، وزيادة مساحة مرور التيار الهوائي، وتحسين أداء تبادل الغازات، مما يؤدي إلى تكوين غرفة احتراق مدمجة يكون شمعة الإشعال فيها في المركز، وهو ما يساعد على اشتعال خليط الوقود والهواء بسرعة.

طرح البعض تساؤلاً: إذا كانت الصمامات المتعددة مفيدة جدًا، فلماذا لا نرى محركات بستة صمامات أو أكثر في الأسطوانات؟ هناك مفهوم في الديناميكا الحرارية يُسمى «منطقة الستارة»، وهو عبارة عن محيط الصمام مضروبًا في مقدار رفعه، أي المساحة التي يفتح فيها الصمام. وكلما زادت «منطقة الستارة»، زادت المساحة التي يفتح فيها الصمام، وبالتالي ازدادت كمية الهواء الداخل إلى المحرك. على سبيل المثال، في محرك سيارة أودي 100، تبلغ قيمة «منطقة الستارة» للصمامات الأربع ضعف قيمة «منطقة الستارة» للصمامات ذات الصمامين، وذلك عند حالة سحب الهواء، وتزيد بنسبة سبعين بالمئة عند حالة طرد العادم. بالطبع، لكل شيء نطاقه المناسب؛ إذ لا يعني زيادة عدد الصمامات أن قيمة «منطقة الستارة» ستزداد دائمًا. وفقًا لحسابات الخبراء، عندما يصل عدد الصمامات في كل أسطوانة إلى ستة، فإن قيمة «منطقة الستارة» ستنخفض بدلاً من أن ترتفع. كما أن زيادة عدد الصمامات تعني تعقيدًا أكبر في التصميم، مما يؤدي إلى ارتفاع التكلفة. لذلك، في الوقت الحالي، يتراوح عدد الصمامات في كل أسطوانة من محركات الوقود متعددة الصمامات في السيارات بين ثلاثة وخمسة صمامات، مع شيوع أربعة صمامات بشكل خاص.

لنأخذ محرك البنزين مثالًا: بالمقارنة مع المحركات التقليدية ذات الصمامين، تتميّز المحركات متعددة الصمامات بقدرتها على سحب كمية أكبر من الهواء لخلطه مع الوقود وتحقيق عمل احتراق أفضل، مما يُؤدّي إلى توفير الوقود، وإخراج غازات العادم بشكل أسرع، وتقليل التلوث الناتج عن الانبعاثات. كما أن هذه المحركات تحسّن قدرة المحرك وتخفّض مستوى الضوضاء، وهي تتماشى مع التوجّه نحو تحسين البيئة وتوفير الطاقة. لذلك، فإن تقنية المحركات متعددة الصمامات تنتشر بسرعة كبيرة.

عندما بدأ انتشار محركات الوقود متعددة الصمامات في ذلك الوقت، اعتقد البعض أن لها عيبًا تقنيًا يتمثل في عدم سلاسة التشغيل عند السرعات المنخفضة، وكانت شركة بورشه الألمانية الشهيرة للسيارات تتبني هذا الرأي. ومع التحسينات التقنية المستمرة، تم التغلب تدريجيًا على هذا العيب التقني في محركات الغاز متعددة الصمامات. وفي السنوات الأخيرة، زُوّدت سيارة بورشه من طراز 944S2 بمحرك رباعي الأسطوانات ورباعي الصمامات، والآن، تجهز جميع السيارات المتوسطة والراقية تقريبًا في العالم بمحركات وقود متعددة الصمامات.