الاحتراق الداخلي


إنّ محرّكَ الإحتراقِ الداخليِ هو محرك حراري يحصل فيه إحتراق الوقود للحصول على شغل يَحْدثُ الاحتراق في حيز يسمّى بغرفة الإحتراقِ و بعبارة اخرى محرك الاحتراق الداخلي يحول الطاقة الكيميائية الموجودة في الوقود إلى شغل. يولد هذا الاحتراق ردِّ فعل الحراريِ ناتج من تمدد خليط الوقود مع الهواء داخل غرفة الاحتراق هذا التمدد ناتج عن احتراق خليط الوقود مع الهواء مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الخليط و زيادة هائلة في ضغط الغازات الموجودة في غرفة الاحتراق .هناك عدة انواع من محركات الاحتراق الداخلي مثل المحرك التردديِ، محرك دوّار، محرك النفاث (Jet engine ).
الفرق بين محرك الاحتراق الداخلي و الإحتراقِ الخارجي هو ان محرك الاحتراق الخارجي يحدث فيه احتراق الوقود في غرف خاصة تدعى(Composition champers) و يتم نقل الطاقة المتولدة من الاحتراق بواسطة مائع إلى الحيز الذي يحدث فيه التمدد و انتاج الشغل، وغالبا ما يستخدم الماء كمائع لنقل الطاقة.
يعبر عن محرّك الإحتراقَِ الداخليَ (ICE). و تصنف مكائن الاحتراق الداخلي إلى: -
1)مكائن الاحتراق المتقطع و المثال على ذلك محركات الحركة الترددية التي غالبا ما تستخدم في السيارات
2)محرّكات إحتراقِ مستمرةِ مثل المحركات النفّاثةِ التي تستخدم في طائرات و الصواريخِ
وهناك الكثير من مخترعي محركات جزئية في محرك الاحتراق الداخلي و من اهمهم :-
ليوناردودافينسي في 1509، وكرستيان هايغنس في 1673، وَصفَ محرّكاتَ الضغطِ الثابتةِ.
إنّ الإمتيازَ الأهمَّ بين محرّكاتِ الإحتراقِ الداخليةِ الحديثةِ والتصاميمِ المبكّرةِ إستعمالُ الضغطِ وبشكل خاص في ضغطِ الإسطوانةِ. نظرية الثرموداينميك للمحركات الحرارية المِثاليةِ أُسّسَ مِن قِبل سادي كارنوت في فرنسا في 1824. هذه المبرهنة العلمية هي الحاجةِ للضغطِ لزيَاْدَة الإختلافِ بين درجاتِ الحرارة العاملةِ العلياِ والأوطأِ، لَكنَّ ذلك لَيسَ واضحَاً لمصممي المحرّكِ ،كَانوا مدركون لهذا قبل استعمال الضغطِ عموماً. في الحقيقة هو لَرُبَما ضلّلَ المصممين الذين حاولوا مُحَاكاة دورةِ كارنوت في الطرقِ التي لم تكن مفيدةَ.


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.


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..

يستخدم مدفع المبدأ الأساسيّ خلف أيّ موتور احتراق داخليّ مبادل إذا وضعت كمّيّة قليله من الوقود العالي الطّاقة ( مثل الجازولين ),في المكان المحاط وأشعلته, كمّيّة من طاقة الغير معقولة تُحَرَّر . يمكن أن تستخدم تلك الطّاقة لدفع الكره 500 قدمًا . في هذه الحالة, الطّاقة تُتَرْجَم في حركة الكره . أيضًا يمكن أن تستخدمه لأغراض ممتعة أكثر . على سبيل المثال, إذا يمكن أن تخلق الدوره التي تسمح لك أن تفجّر الانفجارات مثل هذه لمئات من المرّات في الدّقيقة, و إذا يمكن أن تستخدم تلك الطّاقة في طريقة مفيدة, ماذا يصبح لديك هو قلب محرّك سيّارة...

تقريبًا كلّ السّيّارات حاليًّا تستعمل ما يُسَمَّى دورة الإشعال الرباعيّة لتحويل الجازولين إلى الحركة . الطّريقة الرّباعيّة معروفة أيضًا كالدورة أوتو, على شرف نيكولوس أوتو الذي اخترعه في 1867 . الأربعة دورات تُوَضَّح كلآتي:-




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

(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.


(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

(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.

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.

و هناك انواع لمحركات الاحتراق الداخلي و المستخدمة في السياراتو تنقسم حسب شكلها
محركات عمودية , محركات افقية , محركات مائلة
و أيضا تقسم المحركات حسب الوقود المستخدم فيها
محركات تعمل بالبنزين , محركات تعمل بالديزل , محركات تعمل بالوقود المحسن , محركات تعمل بالطاقة البديلة
و تقسم المحركات حسب مبدء العمل الى
محركات ثنائية الاشواط , محركات رباعية الاشواط

و توجد هناك أجزاء مهمة رئيسية في المحرك و منها :-
راس الاسطوانات ( راس المحرك ) :-و يركب على جسم الاسطوانة , و يحوي راس الاسطوانات على غرف الاحتراق و الصمامات و روافعه

الاسطوانات :- و هي عبارة عن جيب اسطواني يصنع من الفولاذ او حديد الزهر , و تعتبر الاسطوانة مجرى لحركة المكبس ليتم اشواطه الاربعة لاتمام عمل محرك السيارة

المكبس :- يتحرك المكبس حركة ترددية مستقيمة داخل الاسطوانات , و يتم المكبس اربع اشواط اثناء الصعود و النزول

اذرع التوصيل :- و تستعمل لوصل المكابس بعمود المرفق , فتتصل نهاية ذراع التوصيل الكبرى بمحور عمود المرفق ام النهاية الاخرى لذراع التوصيل فيوصل مع المكبس بواسطة مسمار المكبس

عمود المرفق :- يزود عمود المرفق المحرك بقوة دوران مستمر , فيعمل على تحويل الحركة الترددية الناتجة عن المكبس الى حركة دائرية ثم ينقلها الى باقي اجزاء المركبة الميكانيكية ثم الى عجلات السيارة فتتحرك المركبة

الحدافة :- عبارة عن عجلة من الصلب ثقيلة نسبيا و مثبته بواسطة براغي في النهاية الخلفية لعمود المرفق و تعمل الحدافة على تنظيم سرعة عمود المرفق بواسطة خاصية القصور الذاتي, و تستخدم الحدافة كاداة لبداية دوران محرك السيارة حيث يتم تعشيق مسنن محرك بدء الحركة ( السلف ) مع مسنن الحدافة, كما يستعمل سطح الحدافة كقاعدة للكلتش

عمود الكامات :- و هو عبارة عن عامود يحتوي على كامات , و يعمل عمود الكامات على التحكم في فتح و اغلاق الصمامات , صمام السحب و صمام العادم

الصمامات و توابعها :- و هي عبارة عن صمام الدخول او السحب الذي يتحكم بدخول المزيج الى غرفة الاحتراق , و صمام العادم الذي يتحكم بخروج الغازات العادمة بعد عملية الاحتراق



تتم الاشواط الاربعة في محركات الاحتراق الداخلي رباعية الاشواط في اربعة مشاوير للمكبس وهي
شوط السحب , شوط الضغط , شوط القدرة , شوط العادم


شوط السحب :- يبدا شوط السحب عندما يتحرك المكبس من ( ن . م . ع ) الى( ن. م . ع ) وعندها يفتح صمام الدخول و يكون صمام الخروج مغلق فيدخل المزيج المكون من الهواء و البنزين داخل حيز الاسطوانة و ينتهي شوط السحب عندما يصل المكبس بعد ( ن . م . س ) بعدة درجات و عندها يغلق صمام الدخول

شوط الضغط :- يبدا شوط الضغط بعد ( ن . م . س ) بعدة درجات و عندها يتحرك المكبس الى اعلى و يكون صمامي الدخول و الخروج مغلقين , و عندها يعمل المكبس على ضغط المزيج داخل حيز الاسطوانة . و يستمر شوط الضغط الى ان يصل المكبس الى قبل ( ن . م . ع ) بعدة درجات

شوط القدرة :- حينما يصل المكبس قبل ( ن . م . ع ) بعدة درجات تحدث شرارة كهربائية من خلال شمعة الاحتراق و تعمل هذه الشرارة على حرق المزيج المضغوط داخل غرفة الاحتراق , و نتيجة لاحتراق المزيج يحدث انفجار يعمل على دفع المكبس الى اسفل , و يكون خلال شوط القدرة صمام الدخول و الخروج مغلقين و ينتهي شوط القدرة عندما يصل المكبس الى ( ن . م . س

شوط العادم :- قبل ان يصل المكبس ( ن . م . س ) ببضع درجات يفتح صمام الخروج ليسمح للغازات العادمة الناتجة من احتراق المزيج بالخروج من اسطوانة المحرك , و اثناء هذا الشوط يتحرك المكبس الى اعلى ليعمل على طرد جميع الغازات العادمة و يستمر هذا الشوط الى ان يصل المكبس الى قبل ( ن . م . ع ) بعدة درجات

أنواع المحركات
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

نبدأ بالوضع المستقيم


ونظام هذا المحرك ان البساتن تكون بجانب بعضها البعض بشكل طولي يعني البستن يصعد وينزل بصورة عامودية ويكون كل بستن جنب الاخر يعلوه رأس واحد بعكس المحركات الاخرى ويأتي هذا المحرك اما ستة سلندر مثل محركات السيارات الياباني التويوتا ( السوبرا, الانكروزر )النيسان (النيسان بترول, الجي تي آر ) والسيارات الألمانيه مثل المرسيدس( 320S ) والبي أم دبليو( M3 , 2. وغيرها من السيارات ...... او اربعة وهو اغلب السيارات ذات الاربعة سلندر مثل السيارات اليابانيه( الكامري او الهايلكس والهونداي والهوندا ومن السيارات الألمانيه ذات الفئه الصغيره وغيرها ........ او حتى يأتي بخمسة سلندرات مثل الفولفو أو الأودي.