في أثناء قيادتك لسيارتك أو أثناء مشاهدة السيارات وهي تتحرك، هل تسائلت يوماً ما الذي يجعل السيارة تتحرك ؟
الجواب هو المحرك، هو المصدر الذي يقوم بتزويد السيارة بالطاقة اللازمة للحركة، لكن كيف يعمل المحرك ؟ وكيف يُنتج الطاقة التي تجعل السيارة تتحرك من مكان إلى آخر ؟
سنتحدث في مقالتنا هذه عن طريقة عمل محرك السيارة، وبالتحديد ( محرك الإحتراق الداخلي ) وهو المحرك الذي يعمل بالوقود فقط، أي أنه ليس محركاً هجيناً.
المحتويات :
1. ما هو محرك الإحتراق الداخلي ؟
2. من أين تأتي الطاقة التي تجعل المحرك يدور ؟
3. كيف يعمل محرك الإحتراق الداخلي ؟
4. كيف تعمل المكابس مع بعضها البعض في نفس الوقت ؟
1. ما هو محرك الإحتراق الداخلي ؟
محرك الإحتراق الداخلي هو محرك يقوم بتحويل الطاقة الحرارية الناتجة عن حرق الوقود إلى طاقة حركية يتم نقلها إلى عجلات السيارة بشكل غير مباشر لتحريكها.
تتكون محركات الإحتراق الداخلي بشكل أساسي من مجموعة من المكابس التي تتحرك في حيز مغلق يسمى الأسطوانات، هذه المكابس موصولة بأذرع مع عمود دائري يسمى عمود المرفق والذي يُعتبر هو مخرج الطاقة الحركية من المحرك، بحيث تكون هذه الطاقة الحركية على شكل حركة دورانية.
تحتوي محركات الإحتراق الداخلي عادة على ( 4 – 12 ) أسطوانة، داخل كل منها يوجد مكبس يتحرك إلى الأعلى وإلى الأسفل.
2. من أين تأتي الطاقة التي تجعل المحرك يدور ؟
كما ذكرنا سابقاً، تكون حركة المكابس محصورة في داخل أسطوانات مغلقة، يحدث داخل هذه الأسطوانات عدد كبير من الإنفجارات الصغيرة في كل دقيقة، هذه الإنفجارات هي التي تقوم بدفع المكابس إلى الأسفل.
الإنفجارات التي تحدث داخل المحرك هي ناتجة من إشتعال الوقود المخلوط مع الهواء بنِسب محددة.
3. كيف يعمل محرك الإحتراق الداخلي ؟
تكلمنا سابقاً عن حركة المكابس داخل المحرك، في كل مرة يتحرك فيها المكبس صعوداً أو نزولاً، تسمى هذه الحركة (شوط).
يتحرك كل مكبس أربعة أشواط ليجعل المحرك يدور دورة واحدة، بمعنى أن المكبس ينزل من أعلى إلى أسفل ثم يعاود الصعود، ثم ينزل ويصعد مرة أخرى فيكون هكذا قد أتم أربعة أشواط كاملة.
لكن ما هي هذه الأشواط ؟
* الشوط الأول (شوط السحب).
في بداية الشوط الأول، يكون المكبس في أعلى إرتفاع له داخل الأسطوانة المغلقة، وتسمى هذه النقطة (النقطة الميتة العليا)، حيث تحتوي هذه الأسطوانة من الأعلى على بوابتين (صمامين).
في هذه اللحظة يبدأ المكبس بالنزول إلى الأسفل وفي نفس اللحظة يُفتح واحد من الصمامين ويُسمى (صمام الدخول)، حيث يبقى الصمام مفتوحاً طوال وقت نزول المكبس ليدخل منه خليط من الوقود والهواء على شكل رذاذ ليملأ الفراغ الذي خلّفه المكبس داخل الأسطوانة أثناء نزوله.
* الشوط الثاني (شوط الضغط).
بعد أن يصل المكبس إلى أدنى نقطة ممكنة داخل الأسطوانة وتسمى (النقطة الميتة السفلى) ، يتم إغلاق صمام الدخول ليتوقف تدفق خليط الوقود والهواء، هكذا أصبح الخليط محصوراً داخل حيّز الأسطوانة المُغلقة.
بعدها يبدأ المكبس بالصعود إلى الأعلى ليقوم بضغط الخليط داخل الأسطوانة حتى يصل المكبس إلى النقطة الميتة العليا.
أثناء صعود المكبس إلى الأعلى يكون كلا الصمامين في حالة الإغلاق.
* الشوط الثالث (شوط الطاقة).
بعد أن يقوم المكبس بضغط الخليط، وعند وصوله إلى النقطة الميتة العليا، تقوم شمعة الإشعال بإعطاء شرارة داخل الأسطوانة.
هذه الشرارة هي التي تقوم بإشعال خليط الوقود لينفجر داخل الأسطوانة، يكون الصمامين وقت الإنفجار في حالة الإغلاق .
عند حدوث الإنفجار لا بد للهب أن يتمدد ولن يجد في طريقه شيئاً قابلاً للتحرك عدا عن المكبس، فيقوم بدفع المكبس إلى الأسفل حتى يصل إلى النقطة الميتة السفلى.
إذاً، الطاقة التي نتجت عن الإنفجار هي التي حرّكت المكبس وبالتالي يقوم المكبس بإدارة عمود المرفق عن طريق الذراع الواصل بينهما فتنتج الحركة الدورانية في المحرك.
* الشوط الرابع (شوط العادم).
بعد أن ينتهي إنفجار الوقود ليدفع المكبس نزولاً حتى يصل إلى النقطة الميتة السفلى، سيكون إحتراق الوقود قد خّلف ورائه الكثير من الغازات العادمة، في هذه اللحظة يُفتح الصمام الثاني والذي يسمى صمام العادمة ويبدأ المكبس بالصعود إلى الأعلى ليطرد غازات العادمة من خلال الصمام. حتى يصل المكبس إلى النقطة الميتة العليا.
بعد أن يُنهي المكبس الشوط الرابع والأخير سيعود لتكرار الأشواط الأربعة مرة أخرى ويبقى على هذه الحال ما دام المحرك في وضع التشغيل.
4. كيف تعمل المكابس مع بعضها البعض في نفس الوقت ؟
غالبية السيارات الصغيرة التي نقودها اليوم تحتوي محركاته على أربعة أسطوانات، في داخل كل أسطوانة منها مكبس
يكون ترتيب عمل المكابس كالتالي :
المكبس الأول : شوط السحب.
المكبس الثاني : شوط الضغط.
المكبس الثالث : شوط العادم.
المكبس الرابع : شوط الطاقة.
ثم يتبدل ترتيب الأشواط بين المكابس على التوالي وهكذا دواليك. في كل نصف دورة للمحرك يكون هنالك مكبس واحد فقط يُعطي الحركة لعمود المرفق، أي أن تعرض مكبس واحد للإنفجار يجعل عمود المرفق يدور نصف دورة.
إذاً، لجعل عمود المرفق يدور دورة كاملة نحن بحاجة إلى أن يتغير ترتيب حدوث الأشواط مرتين، بحيث يتعرض مكبسين إلى ضغط الإنفجار.
هذا بالنسبة لمحرك الإحتراق الداخلي ذي الأربعة أسطوانات، هنالك محركات تحتوي 6 أو 8 أو 12 أسطوانة، ويكون فيها ترتيب حدوث الأشواط الأربعة بين المكابس مختلفاً بعض الشيء.
الفيديو التالي يوضّح طريقة عمل محرك الإحتراق الداخلي للسيارة مع توضيح كيفية تزامن عمل المكابس.