كيف يعمل محرك السيارة؟
كيف يعمل محرك السيارة؟
محرك السيارة أو محرك الإحتراك الداخلي هو أشهر محرك في التاريخ…
و أكثر موضوع عن كيفية عمل الأشياء يطلبه زوار الإنترنت..
بسم الله الرحمن الرحيم
كيف يعمل محرك السيارة؟
يعتبر
محرك السيارة من التطبيقات العملية لعلم الديناميكا الحرارية حيث أن هذا العلم
يركز على تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميك****ية. ولا شك ان كل شخص
يمتلك سيارة أو يستخدمها للتنقل من مكان إلى آخر.. فهل سألت نفسك يوما كيف يعمل
محرك السيارة وما دور كل قطعة فيه لتجعل السيارة تسير بسرعات تصل إلى 200 كيلومتر
في الساعة. واعتقد انه من الضروري على كل شخص يستخدم السيارة معرفة ماذا يجري
بعد تشغيلها وخصوصا عن حدوث عطل ما والذهاب إلى الميك****ي لإصلاحها وقد نجهل
تماماً ماذا فعل لإصلاحها؟ وما هي قطعة التي قام بتغيرها؟
كذلك عند شراء سيارة جديدة فإن ثمنها يعتمد على مواصفاتها فماذا تعني سعة المحرك
2 ليتر أو إنها تحتوي على 6 صمامات أو إنها تعمل بطريقة ضخ الوقود Fuel
Injection وغيره من هذه الأمور.. في هذا الجزء من تفسيرات
فيزيائية سوف نقوم بتوضيح فكرة عمل محرك السيارة والتعرف على مكوناته…
ماكنة
الاحتراق الداخلي
تنقسم المحركات
إلى نوعين نوع يعرف باسم ماكنة الاحتراق الخارجي external combustion engine
وهو المستخدم قديما في محركات القطارات البخارية والسفن البحرية حيث يتم استخدام
الطاقة الحرارية الناتجة من حرق الفحم لتبخير الماء واستخدام ضغط البخار في دفع
المكابس التي بدورها تكون متصلة بعامود الحركة لإدارة العجلات ولكن هذا النوع
من المحركات قل استخدامه لقلة كفاءته وصعوبة تصنيعه وصيانته، أما النوع الثاني
فيعرف باسم ماكنة الاحتراق الداخلي internal combustion engines وهو المستخدم
حاليا في اغلب السيارات لما لهذه المحركات من كفاءة في التشغيل وسهولة تزويد
السيارة بالوقود وتكلفة تصنيعها اقل نسبياً من المحركات الاحتراق الخارجي.
لتوضيح
فكرة عمل ماكنة الاحتراق الداخلي والتي على أساسها يعمل محرك السيارة سنقوم بتشبيه
ذلك على نحو قذيفة المدفع القديمة التي قد نشاهدها في الأفلام السينمائية القديمة
حيث يقوم الشخص بوضع بودرة البارود
في الطرف الخلفي للمدفع ومن ثم يقوم بوضع الكرة
المعدنية في فوهة المدفع. ولإطلاق القذيفة يتم إشعال البارود لتتولد طاقة
حرارية هائلة تزيد مقدار الضغط الذي يتجه إلى دفع الكرة المعدنية بقوة من فوهة
المدفع..
قد يتساءل القارئ عن العلاقة
بين فكرة عمل المدفع السابق الذكر ومحرك السيارة؟؟ في الواقع إن ما يحدث داخل
محرك السيارة مشابه تماماً من ناحية المبدأ لفكرة عمل المدفع السابق الذكر، فهذه
هي فكرة عمل الاحتراق الداخلي حيث أن الطاقة الحرارية الناتجة عن احتراق البارود
تولدت داخل مكونات المحرك نفسها لتعطي طاقة الدفع الناتجة عن ارتفاع في درجة
الحرارة والضغط.
خطوات
عمل محرك السيارة
يعمل محرك السيارة ذو الاحتراق الداخلي من خلال دورة متكاملة يمكن
تقسيمها إلى اربعة اشواط اساسية نذكرها على النحو التالي:
http://auto.howstuffworks.com/engine1.htm
نرى في الموقع السابق شكلا فيه الجزء الأساسي من المحرك والذي يسمى
المكبس Piston وهو الجزء المماثل للمدفع في المثال
السابق. يتصل المكبس بعامود الحركة crank shaft
الرمز P
في الشكل التوضيحي. وبدوران عامود الحركة يمكن إعادة المكبس
إلى وضعه الابتدائية كما ويعمل هذا الجزء على تحويل الحركة الرأسية للمكبس إلى
حركة دائرية.
(1)
شوط الأخذ Intake
stroke
(2) شوط الانضغاط Compression stroke
(3) شوط الاحتراق Combustion stroke
(4) شوط العادم Exhaust stroke
وصف
الدورة الكاملة لمحرك السيارة
(1) شوط الأخذ:
يبدأ المكبس عمله في الحركة من أعلى موضع له ليتحرك إلى الأسفل حيث يكون صمام
الإدخال مفتوح ليدخل خليط من الوقود والهواء إلى داخل اسطوانة الاحتراق.
وتكون
نسبة الوقود صغيرة بالنسبة للهواء ولكن كافية لإحداث الاحتراق. وهذا الشوط موضح
في الفترة المحددة باللون الأصفر.
(2) شوط الانضغاط:
يغلق
صمام الأخذ عندما يبدأ المكبس في الحركة للأعلى ليضغط خليط الوقود والهواء وترتفع
درجة حرارته تدريجياً ليساعد على رفع كفاءة الاحتراق. وهذا الشوط موضح في الشكل
الجانبي باللون البنفسجي.
(3) شوط الاحتراق:
في اللحظة التي يصل إليه المكبس إلى أعلى ارتفاع له يصبح الخليط عند ضغط عالي
تنطلق شرارة كهربية لينتج عنها احتراق (انفجار) للوقود المكون للخليط فترتفع
كلا من درجة الحرارة والضغط ارتفاعاً هائلاً لتدفع المكبس بقوة للأسفل.
وهذا الشوط موضح في الشكل الجانبي باللون البرتقالي.
(4) شوط العادم:عندما يصل المكبس في حركته للاسفل إلى ادنى قيمة له يفتح صمام العادم لتخرج نواتج
الاحتراق من المكبس ومنه إلى العادم خارج السيارة ويرتفع المكبس نتيجة لدوران
ناقل الحركة إلى الاعلى طاردا ما تبقى من نواتج الاحتراق ليبدأ دورة جديدة بسحب
كمية جديدة من الهواء والوقود. وهذا الشوط موضح في الشكل الجانبي باللون الاخضر.
مرة اخرى لا حظ ان حركة
المكبس كانت دائما حركة رأسية للأعلى وللأسفل ولكن هذه الحركة تتحول بواسطة الجزء
المغمور في الزيت (لتقليل الاحتكاك) من حركة رأسية إلى حركة دائرية ليأخذها عمود
ناقل الحركة crank shaft
ليدير عجلات
السيارة والتي ستحرك السيارة للأمام أو للخلف.
مكونات محرك السيارة
الاسطوانة Cylinder
هذا هو الجزء الرئيسي للمحرك وعادة ما تحتوي محركات
السيارات على اربعة اسطوانات أو ستة أو ثمانية وفي هذه الحالة يتم ترتيب
الاسطوانات في المحرك بثلاثة أوضاع فإما تكون مرتبة على خط مستقيم أو ترتب
في خطين متوازيين أو على شكل حرف V كما هو موضح
في الشكل التالي
ترتيب الاسطوانات في خط مستقيم
ترتيب الاسطوانات في خطين متوازيين
ترتيب الاسطوانات على خطين بزاوية حادة تعمل شكل حرف
V
يلعب ترتيب وعدد الاسطوانات
في محرك السيارة دوراً رئيسيا في نعومة حركة المحرك وكفاءته وكذلك سعر السيارة.
البوجيهSpark plug
وهي التي تولد الشرارة الكهربية في لحظة انضغاط الخليط
لتحدث الاحتراق وللعلم في محركات الديزل لا توجد هذه القطعة حيث يحترق
الوقود نتيجة لارتفاع حرارته.
الصمامات
Valves
لكل اسطوانة صمامين واحد لادخال الوقود والهواء والثاني
لاخراج ناتج الاحتراق وكلاهما يفتحا ويغلقا حسب الشوط ولكن في حالة شوط
الانضغاط يغلغا تماما.
المكبس Piston
وهو قطعة من الصلب تتحرك للأعلى والاسفل داخل الاسطوانة.
حلقات المكبس
Piston rings
توجد حلقات المكبس بين الجزء الخارجي للمكبس والجزء
الداخلى للاسطوانة لتسمح بحركة المكبس دون السماح لتسرب خليط الوقود
والهواء أو ناتج الاحتراق من التسرب كذلك تمنع من تسرب الزيت إلى داخل
الاسطوانة. وعادة ما يحتاج المحرك إلى تغيير هذه الحلقات إذا لوحظ نقصان
متكرر في معدل الزيت لانه يكون قد تسرب إلى داخل الاسطوانة.
غرفة الاحتراق
Combustion chamber
وهي المساحة التي يحدث فيها الانضغاط والاحتراق
وكما لاحظنا فهي تتغير بين قيمة صغرى (عند الانضغاط) وقيمة عظمى (عند
سحب الخليط). إن الفرق بين القيمة العظمى والقيمة الصغرى تسمى الاازاحة
Displacement وتقاس بوحدة الليتر أو السنتمتر
المكعب (1000 سنتمتر مكعب تعادل لتر). فإذا كان المحرك يحتوي
اربعة اسطوانات بحيث أن كل اسطوانة تعمل ازاحة نصف لتر يكون سعة المحرك
2 لتر، أما اذا كان عد الاسطوانات 6 على شكل حرف V
فإن سعة المحرك في هذه الحالة تكون 3 لتر وتكتب
"3.0 liter V-6."
بصفة عامة سعة المحرك يعطى معلومات عن قوة المحرك.
فمحرك يعمل ازاحة بمقدار نصف ليتر يستهلك وقود ضعف ما يستهلكه اسطوانة
تعمل ازاحة مقدارها ربع ليتر وهذا يعني ان قوة المحرك ذو السعة الاكبر
تكون اعلى من المحرك ذو السعة الاقل.
يمكن زيادة ازاحة المحرك أما بزيادة عدد الاسطوانات أو بزيادة حجم
الاسطوانة نفسها أو زيادة الاثنين معاً.
عمود التوصيل
Connecting rod
وهو العمود الذي يوصل المكبس مع عمود ناقل الحركة
Crank shaft والذي يجعله يدور في حركة
دائرية
Crank shaft
وهو الذي يعمل على تحريك المكبس للأعلى وللأسفل.
وعاء الزيت Sump
وهو وعاء يحتفظ بالزيت ليغمر عمود ناقل الحركة
Crank shaft.
سبب عدم عمل المحرك
في حالة
عدم قبول محرك السيارة من العمل فإن هذا يعود إلى خلل ما وحيث أنك اصبحت
على دراية بفكرة عمل المحرك فإن العديد من الاسباب يمكن ان تسبب في عدم
تشغيل المحرك ولكن هناك ثلاثة اسباب رئيسية نذكرها على النحو التالي:
خلل
في خليط الوقود والهواء:
وهذا
يعود لاحد الاسباب التالية:
نقص كمية الوقود اللازم لتشغيل المحرك فيدخل
الهواء بدون الوقود فلايحدث الاحتراق.
انسداد في منفذ الهواء فيدخل الوقود بدون
كمية هواء كافية فلا يعمل المحرك.
كمية الوقود اما تكون اكثر أو اقل من اللازم
فيحدث خلل في الاحتراق الناتج.
وجود شوائب في الوقود مثل بعض الماء
الذي سيمنع الوقود من الاحتراق.
ضعف في
شوط الانضغاط
وهذا يعود إلى وجود تسريب في الاسطوانة تمنع
من عدم الوصول إلى الضغط المطلوب الذي سيتحول إلى قوة دافعة لتحريك السيارة
وخذا التسريب يعود في أغلب الاحيان إلى اهتراء في الحلقات المبطنة للاسطوانة
نتيجة للحرارة العالية أو تسريب في المكان الذي يثبت فيه رأس الاسطوانة
مع الاسطوانة نفسها حيث يوجد gasket وهي قطعة تثبت في اطار محدد
لتضمن احكام اغلاق رأس الاسطوانة.
تسرب الشرارة
الكهربية
خلل يصيب مولد الشرارة (spark) نتيجة لكسر
في احد طرفيه أو ان توقيت الشرارة يحدث في غير الوقت المطلوب كما ذكرنا
سابقا.
الجزء الخارجي للمحرك
الجزء الداخلي للمحرك والمكون من الاسطوانة لا يمكن ان
يعمل بدون الاجزاء الأخرى التابعة له فدورة المحرك تمر بعد ذلك خلال
العديد من الحلقات المتكاملة المتزامنة فهناك دورة لماء التبريد ودورة
كهربية مسؤولة عن توزيع الشرارة الكهربية على الاسطوانات وهناك دائرة
التغذية الكهربية لشحن البطارية ودورة الوقود والهواء ودورة التحكم باغلاق
وفتح الصمامات وكل هذه الدورات يجب ان تعمل معا وبشكل
متكامل واي خلل في احدها يؤدي إلى توقف المحرك بعد احداث خلل فيه.
دورة التحكم
باغلاق وفتح الصمامات
في المحركات
الحديثة يثبت عمود ناقل الحركة أعلى الصمامات حيث أن دورانه يؤدي
إلى التحكم في فتح واغلاق الصمامات من خلال القطع المعدنية (باللون
الاخضر) المثبتة على ذراعه.
الرسومات التوضيحية من موقع
كيف تعمل الاشياءhttp://www.howstaffworks.com
توزيع الشرارة الكهربية
http://auto.howstuffworks.com/engine10.htm
يوضح الموقع السابق شكلا في هشكل
المقابل الدائرة الكهربية المسؤولة عن توزيع شرارة الاحتراق. لا
حظ دور الدتربيوتر distributor (باللون الاحمر) في توزيع
الكهرباء على الـ Spark. حيث أنه موصل
في مصدر فرق الجهد العالي عند المنتصف ويخرج منه اربعة توصيلات
لكل اسطوانة بحيث تحصل كل اسطوانة على الكهرباء في الوقت المناسب.
رفع كفاءة محرك السيارة للحصول
على قوة دفع اكبر
هناك العديد من العوامل التي يمكن من خلالها رفع كفاءة المحرك ويسعى
منتجي السيارات لتعديل هذه المتغيرات للحصول على نتائج أفضل وهذه العوامل
هي:
زيادة الإزاحة
زيادة نسبة الانضغاط
تبريد الهواء الداخل
للاسطوانة
تسهيل مرور الهواء
للاسطوانة
تسهيل خروج العادم
من الاسطوانة بعد الاحتراق
صناعة السيارة
من مواد خفيفة الوزن
ضخ الوقود بنسب
احتياج كل اسطوانة لتقليل الاستهلاك.
منقووووووووووووووووووول
الشامري
22-11-2005, 05:32 PM
العرض العادي
