سلسلة كيف تعمل الأشياء : محرك الاحتراق الداخلي
الغاية من محركات السيارات هو تحويل الوقود إلى حركة عن طريق احتراق الوقود داخل محرك السيارة، لذلك تسمى محركات السيارات بمحركات الاحتراق الداخلي. بينما في محركات الاحتراق الخارجي يتم الاحتراق خارج المحرك، مثل المحركات البخارية التي تستخدم وقوداً كالفحم والخشب وغيرها، وهي أقل كفاءة من محركات الاحتراق الداخلي كما أن الأخيرة أصغر حجمًا بكثير، وهذا ما يجعلها مناسبة للاستخدام في السيارت.
المبدأ الأساسي لأي محرك احتراق داخلي هو: إذا وضعت كمية صغيرة من وقود ذو طاقة عالية (مثل البنزين) في حجم صغير ومغلق وقمت بإشعاله، فإن كمية كبيرة من الطاقة سوف تنطلق على شكل غاز متمدد ذو حرارة عالية. يمكنك استخدام هذه الطاقة لدفع حبة من البطاطا لمسافة 500 قدم. فإذا كان بإمكانك أن تصنع دارة بمقدورها أن تطلق انفجارات كهذه بمعدل مئات المرات في الثانية، وإذا استطعت أن تستغل هذه الطاقة بطريقة مفيدة، فإن ما ستحصل عليه هو جوهر محرك السيارة.
تقريباً كل السيارات حالياً تستخدم ما يعرف بدورة الاحتراق ذات الأطوار الأربعة، وهي ما يعرف أيضاً بدارة أوتو، نسبة إلى نيكولاس أوتو Nikolaus Otto ، الذي اخترعها عام 1867.
يمكنك أن ترى في الشكل أن الأداة المسماة “بالمكبس piston” تحل مكان البطاطا في المدفع الذي تحدثنا عنه قبل قليل. يتصل المكبس مع عمود المرفق عن طريق ذراع التوصيل. وبدوران عمود المرفق يقوم بنفس تأثير “إعادة ضبط المدفع” أي إعادته إلى الحالة البدائية. وهذا ما يحصل في المحرك أثناء دورة أوتو.
الأطوار الأربعة لعمل المحرك هذا هي:
⦁ طور السحب: يبدأ المكبس حركته وهو في الأعلى، ثم يُفتح صمام السحب وينزل المكبس للأسفل ليأخذ المحرك مقدار اسطوانة كاملة من الهواء والوقود. من أجل نجاح هذا نحتاج هنا لمقدار صغير جداً من الوقود ليتم مزجه مع الهواء.
⦁ طور الانضغاط: بعدها يتحرك المكبس للأعلى وبذلك يضغط مزيج الهواء والوقود، وهذا الانضغاط يجعل الانفجار أكثر قوة.
⦁ طور الاحتراق (الانفجار): عندما يبلغ المكبس قمة الاسطوانة (وهو ما يعرف بالنقطة الميتة العليا)، تطلق شمعة الاحتراق شرارة لإشعال الوقود. عندها تنفجر شحنة الوقود الموجودة في الإسطوانة مما يدفع المكبس نحو الأسفل مجددًا.
⦁ طور العادم: عندما يبلغ المكبس أدنى نقطة له (النقطة الميتة السفلى)، يفتح صمام العادم وتنطلق الغازات العادمة من الإسطوانة متجهة إلى عادم السيارة.
لاحظ أن الحركة الناتجة عن محرك الاحتراق الداخلي هي دورانية، بينما الناتجة عن مدفع البطاطا تكون خطية (خط مستقيم). في المحرك تُحول حركة المكبس الخطية إلى حركة دورانية عن طريق عمود المرفق، وتسخدم هذه الحركة الدورانية في تدوير عجلات السيارة.
الجزء الأساسي في كل محرك هو الإسطوانة، مع المكبس الذي يتحرك صعوداً وهبوطاً داخلها. المحرك الذي كنا نتكلم عنه سابقاً هو بإسطوانة واحدة فقط، هذا هو الوضع الطبيعي لمعظم ماكينات جز العشب. لكن معظم السيارات فيها أكثر من إسطوانة (عادةً أربع، ست أو ثماني إسطوانات). في المحرك متعدد الإسطوانات، يتم ترتيب الإسطوانات عادة بطريقة من الطرق الثلاث التالية: خطية، أو بشكل حرف V، أو بشكل مسطح (وهو ما يعرف أيضاً بالمحرك ذو المكابس الأفقية)، كما هو موضح بالأشكال التالية.
الأشكال المختلفة لها مزايا وعيوب مختلفة وذلك وفقاً للسلاسة، تكلفة التصنيع، وخصائص الشكل وغيرها. هذه المزايا والعيوب تجعل كل نوع من هذه المحركات أكثر ملائمة لمركبات معينة وأقل ملائمة لغيرها.
شرح مبسط وسريع عن أجزاء المحرك:
⦁ شمعة الاحتراق Spark plug:
تؤمن شمعة الاحتراق الشرارة التي تشعل مزيج الهواء والوقود وبذلك يحدث الاحتراق. الشرارة يجب أن تأتي في الوقت الصحيح تماماً من أجل ضمان عمل المحرك بشكل صحيح.
⦁ الصمامات Valves:
صمامات السحب والعادم يفتحان بالوقت المناسب من أجل تأمين دخول الهواء والوقود وإخراج الغازات العادمة. كِلا الصمامين يكونان مغلقين خلال طوري الانضغاط والاحتراق وبذلك تكون غرفة الاحتراق محكمة الإغلاق.
⦁ المكبس Piston:
هو قطعة إسطوانية الشكل مصنوعة من المعدن تتحرك للأعلى والأسفل داخل الإسطوانة.
⦁ حلقات المكبس Piston rings:
تقوم هذه الحلقات بدور سدادة منزلقة متوضعة بين الحافة الخارجية للمكبس والحافة الداخلية للإسطوانة. ولها غايتان:
⦁ منع مزيج الهواء والوقود والغازات العادمة في غرفة الاحتراق من التسرب إلى حوض التجميع خلال طوري الانضغاط والاحتراق.
⦁ إبقاء الزيت في حوض التجميع ومنعه من التسرب إلى غرفة الاحتراق، حيث سيحترق ويضيع.
⦁ ذراع التوصيل Connecting rod:
يصل هذا الذراع المكبس بعمود المرفق. يمكنه الدوران عند كل من نهايتيه وبذلك يمكن لزاويته أن تتغير عندما يتحرك المكبس ويدور عمود المرفق.
⦁ عمود المرفق Crankshaft:
يقوم عمود المرفق بتحويل حركة المكبس الانسحابية إلى حركة دائرية.
⦁ حوض التجميع Sump:
يحيط حوض التجميع بعمود المرفق. يحتوي على كمية من الزيت، والتي تتجمع في قاعدته حيث يكون لها دور في تسليس حركة المحرك.
ترجمة: آلاء صعيدي
تدقيق: الياس سعود
المصدر
