كل ما يتعلق بمحرك السيارة. ومن خلال موضوعنا اليوم سنتعرف على كل ما يتعلق بمحرك السيارة وكيفية عمله بالتفصيل في هذه السطور التالية.
محرك السيارة
منذ عام 2013، حدثت ثورة كبيرة جدًا في أنظمة الدفع المتاحة أو التي من المحتمل أن تكون متاحة للسيارات والمركبات الأخرى. تشمل الخيارات محركات الاحتراق الداخلي التي تستخدم أنواع الوقود مثل البترول أو الديزل أو البروبان أو الغاز الطبيعي، والمركبات الهجينة والسيارات الكهربائية. تتمتع سيارات البنزين بميزة أكبر حيث تستخدم السيارات الكهربائية بطاريات أكثر تكلفة.
التطورات الأخيرة
إن استخدام التكنولوجيا العالية من أجل التنمية من قبل اليابانيين والأوروبيين منحهم ميزة أكبر على الشركات المصنعة الصينية التي، منذ عام 2013، كانت لديها ميزانيات أقل للتنمية.
صفات
الميزة الأساسية لمحرك السيارة مقارنة بالمحركات الثابتة أو محركات السفن هي نسبة القدرة إلى الوزن. ويمكن تحقيق ذلك باستخدام سرعة دوران عالية.
تاريخ
في السنوات الأخيرة كانت هناك محاولات لإنتاج المحركات البخارية والمحركات الكهربائية. وفي القرن العشرين، أصبح محرك الاحتراق الداخلي هو المسيطر. وفي عام 2015، ظل محرك الاحتراق الداخلي منتشرًا على نطاق واسع، لكن المحركات الكهربائية ظهرت مرة أخرى أيضًا بسبب غازات العادم التي تطلقها محركات الاحتراق الداخلي.
كيف يعمل محرك السيارة؟
آلية دوران محرك السيارة
يعمل محرك السيارة نتيجة عملية “الاحتراق الداخلي”، حيث تعتمد محركات السيارة على دورة احتراق مكونة من أربع مراحل، وهي كالتالي:
– الشفط: أولاً يتم فتح صمامات الامتصاص، ويتحرك المكبس إلى الأسفل، وتبدأ العملية بشفط الهواء والغاز إلى داخل المحرك.
– الضغط: يتحرك المكبس إلى الأعلى في بداية هذه المرحلة، فينحصر الهواء والغاز في مساحة أصغر، ومساحة أصغر تعني أن الانفجار سيكون أقوى.
الاحتراق: تُحدث شمعة الإشعال شرارة تشعل الغاز فتنفجر. الطاقة الناتجة عن هذا الانفجار تدفع المكبس إلى الأسفل مرة أخرى.
الانبعاث: يفتح صمام العادم خلال الجزء الأخير من الدورة ليطلق الغاز الناتج عن الانفجار. ينتقل الغاز بعد ذلك إلى المحول الحفاز، ويتم تنظيفه، ومن ثم يمر عبر العادم ليخرج من السيارة عبر ماسورة العادم.
الاحتراق الداخلي
عملية الاحتراق الداخلي (بالإنجليزية: Internal Combustion) هي عملية تتم في المحرك، وتقوم بتحويل البنزين إلى طاقة حركية، حيث يقوم محرك السيارة بتحفيز حدوث انفجارات صغيرة محكومة، لتوليد الطاقة اللازمة لتحريك السيارة السيارة، عندما يحدث انفجار في مكان صغير مغلق، مثل مكبس محرك السيارة. وتنتج عن هذه الانفجارات كمية هائلة من الطاقة، حيث يولد محرك السيارة مئات الانفجارات المشابهة في الدقيقة، ومن ثم يستخدم الطاقة الناتجة لتحريك السيارة. وعندما تنفد الطاقة الناتجة عن الانفجار أولا، يتولد انفجار آخر، وتستمر الدورة مرارا وتكرارا.
أجزاء محرك السيارة
يحتوي محرك السيارة على العديد من الأجزاء الأساسية، أهمها:
– شمعة الإشعال: توفر شمعة الإشعال الشرارة اللازمة لإشعال خليط الهواء والوقود اللازم لحدوث الاحتراق، ويجب أن تتولد هذه الشرارة في اللحظة المناسبة.
– الصمامات: تفتح صمامات السحب والانبعاث في الوقت المناسب للسماح بدخول الهواء والوقود والسماح بخروج العادم.
– المكبس : عبارة عن قطعة معدنية أسطوانية تتحرك إلى الأعلى والأسفل داخل الأسطوانة.
حلقات المكبس: توفر حلقات المكبس قفلًا منزلقًا بين الحافة الخارجية للمكبس والحافة الداخلية للأسطوانة. تؤدي هذه الحلقات وظيفتين:
– منع خليط الوقود والهواء والعادم الناتج عن الاحتراق من التسرب إلى الحوض أثناء مرحلتي الضغط والاحتراق.
منع تسرب الوقود الموجود في الحوض إلى منطقة الاحتراق حيث يتم حرقه والتخلص منه.
قضيب التوصيل: يربط قضيب التوصيل المكبس بالعمود المرفقي أو العمود المرفقي، ويمكن أن يدور عند كلا الطرفين بحيث تتغير زاويته مع حركة المكبس ودوران العمود المرفقي.
– العمود المرفقي أو العمود المرفقي: (بالإنجليزية: crankshaft) يدفع المكبس إلى الأعلى والأسفل بحركات دائرية.
حوض الزيت: حوض الزيت يحيط بالعمود المرفقي، حيث يتجمع الزيت في قاع الحوض.
كيف يدور محرك السيارة؟
محرك السيارة
يعتمد مبدأ تشغيل محركات الوقود على عملية الاحتراق الداخلي، حيث يتم خلالها حرق خليط الهواء والوقود لإنتاج طاقة تتحول إلى طاقة حركية، مما يؤدي إلى تشغيل المحرك، وحركة السيارة وفقاً لذلك. يمكن تقسيم خطوات تشغيل المحرك إلى أربع خطوات كما يلي:
يبدأ تشغيل المحرك عندما يتحرك المكبس من أعلى نقطة له إلى الأسفل، مما يؤدي إلى فتح الصمام ودخول خليط الهواء والوقود، حيث أن أي كمية قليلة من الوقود قد تكون كافية لإحداث الاحتراق.
– يرتفع المكبس إلى الأعلى فيضغط الهواء والوقود، وبالتالي تزيد كفاءة الاحتراق نتيجة رفع درجة حرارة الخليط.
تليها مرحلة الاحتراق، والتي يصل فيها المكبس إلى أعلى نقطة ارتفاع له، مما يؤدي إلى توليد شرارة كهربائية تتسبب في احتراق خليط الهواء والوقود، مما يؤدي إلى ارتفاع شديد في درجة الحرارة والضغط، وبالتالي إنتاج طاقة عالية تؤدي إلى دفع المكبس إلى الأسفل.
وفي المرحلة النهائية يصل المكبس إلى أدنى نقطة له في الأسفل، فينفتح صمام العادم ويسمح لمنتجات الاحتراق بالخروج من السيارة، مما يؤدي إلى رفع المكبس وبدء دورة جديدة من السحب والضغط والاحتراق .
مكونات محرك السيارة
يتكون محرك السيارة من الأجزاء التالية والتي تعمل بشكل متكامل لضمان عمل المحرك:
– شمعة الإشعال: تطلق شمعة الإشعال شرارة تسبب احتراق خليط الهواء والوقود. وهذا يتطلب شمعات الإشعال في الوقت المناسب لضمان نجاح عملية الاحتراق.
– الصمامات: مهمة الصمامات هي أن تفتح وتغلق بشكل مناسب وفي الوقت المناسب لتسمح بدخول الهواء والوقود وخروج العادم.
– المكبس : عمل المكبس هو التحرك للأعلى والأسفل داخل الاسطوانة .
– حلقات المكبس: تمنع حلقات المكبس تسرب الهواء والوقود والعادم إلى حوض التجميع أثناء عملية الاحتراق. كما أنها تساهم في حفظ الوقود من الاحتراق والضياع، حيث تمنع تسربه من حوض التجميع إلى حيز الاحتراق. ويرجع ذلك إلى هيكلها الذي يشكل نوعًا من السدادة المنزلقة بين الحافة الخارجية للمكبس والحافة الداخلية للأسطوانة.
– قضبان التوصيل: تربط هذه القضبان بين العمود المرفقي والمكبس، وتتحرك بزوايا معينة مع حركة المكبس ودوران العمود المرفقي.
– العمود المرفقي: عمل هذا العمود هو تحويل حركة المكبس من الأعلى والأسفل إلى الحركة الدورانية.
– حوض التجميع: يحيط حوض التجميع بالعمود المرفقي، ويحتوي على كمية من الزيت تتجمع في قاعه.
محرك هجين
تعتمد بعض المركبات في عملها على مزيج من محركات الوقود والمحركات الكهربائية، وتسمى بالهجينة، حيث يعمل هذان المحركان بشكل متكامل، فيقوم المحرك الكهربائي بعمله من خلال الطاقة التي يستمدها من بطاريات السيارة، وهي يتم شحنها من خلال الاحتراق الداخلي في محرك الوقود. يتم تكرار عملية الكبح، مما يجعل من الممكن استخدام محرك أصغر حجمًا وكفاءة أكبر.