كيف يعمل المحرك ؟ الجزء الأول

عملت المركبات في السابق على البخار ومشتقات النفط المختلفة وتنوعت تجارب إيجاد مصادر لتشغيلها ، فحاول البعض تشغيلها على أوراق الأشجار أو على النباتات المتعفنة وعلى الماء وحتى على الزيت الناتج من قلي البطاطا !! نعم لقد حاول الكثير ابتكار الحلول الأفضل لتسيير المركبات ، إلا أنه وحتى الآن ما زال البنزين والديزل يعتبران الوقود الأفضل للسيارات بالرغم من مشاكلهما المتعلقة بتلوث البيئة وقرب نفاذ مخزونهما. إن التطور الكبير الذي شهدته المحركات العاملة على النفط خلال القرن الماضي جعل من محاولة التغيير صعبة للغاية، فقد أوجدت محسنات الأداء مثل الشواحن التوربينية، وتقلص استهلاك الوقود بفضل تقنية البخ المباشر والقناة المشتركة وغيرها، كذلك انخفضت نسب الانبعاثات بتطوير المحول الحفاز.

إن شئت التعرف على محرك السيارة ستجد في سلسلة كيف يعمل المحرك والمكونة من أربعة أجزاء معلومات عن الأفكار الأساسية وراء بناءه ، وبعدها ستجد تفاصيل ربط الأجزاء ببعضها والمشاكل التي قد تتعرض لها المحركات .

الاحتراق الداخلي

لكي تفهم عمل محرك الاحتراق الداخلي ، سيكون من المفيد أن تتخيل ماهية الاحتراق الداخلي، وهناك مثال جيد ، ألا وهو المدفع القديم، قد تكون قد رأيته على شاشة التلفاز، حيث يملئ الجنود المدفع ببودرة البارود والقذيفة ثم يشعلونها، من الصعب تخيل أنه يمت للمحركات بأي صلة، إلا أنه احتراق داخلي، وهو يستعمل المبدأ الأساسي وراء أي محرك احتراق داخلي، فإذا وضعت كمية قليلة جداً من الوقود عالي الطاقة مثل البنزين في حيز مغلق وصغير ثم أشعلته، ستنطلق كمية من الطاقة على شكل توسع الغاز، وهي نفسها التي استعملت لإطلاق القذيفة لمسافات كبيرة. تستعمل معظم السيارات حالياً ما يسمى بدورة الاحتراق رباعية الأشواط Four stroke combustion Cycle لتحويل البنزين إلى حركة، والتي تسمى دورة أوتو Otto  نسبة لنيكولاس أوتو الذي اخترعها في العام 1867 .

كيف يعمل المحرك 

يظهر الشكل أعلاه الأشواط الأربعة وهي :

• شوط الإدخال Induction
• شوط الضغط Compression
• شوط الاحتراق Power
• شوط العادم أو الإخراج Exhaust

يمكنك ملاحظة الجزء الذي حل بدلاً من القذيفة وهو يسمى المكبس Piston ، يرتبط المكبس بذراع التدوير Crank Shaft من خلال ذراع ربط Connecting Rod، وعندما يدور ذراع التدوير يعمل على “إعادة تعبئة المدفع” ، التالي شرح مختصر لما يحدث في المحرك :

• يبدأ المكبس من الأعلى، يفتح صمام الإدخال وينزل المكبس للأسفل للسماح للمحرك بتعبئة الاسطوانة Cylinder بالهواء الممزوج بالوقود، هذا هو شوط السحب أو الإدخال، وتكفي أصغر القطرات لتمزج بالهواء وتتم العملية .  (الشوط الأول في الصورة)
• بعدها، يتحرك المكبس للأعلى ليضغط الخليط، وهذا الضغط يجعل الانفجار أكثر فاعلية . (الشوط الثاني في الصورة)
• عندما يصل المكبس لأعلى شوطه تعطي شمعة القدح Spark Plug الشرارة لإشعال الخليط، وبهذا يتفجر البنزين ويدفع المكبس للأسفل. (الشوط الثالث في الصورة)
• عندما يصل المكبس لآخر شوطه في الأسفل، يفتح صمام العادم ويخرج ناتج الاحتراق من الاسطوانة. (الشوط الرابع في الصورة)

يستعد المحرك الآن للدورة التالية، وبالتالي تدخل كمية أخرى من خليط الهواء والبنزين وهكذا دواليك.

لاحظ أن الحركة الناتجة هي حركة تدويرية، في حين كانت الحركة مستقيمة في المدفع. تتحول الحركة المستقيمة في المحرك إلى حركة تدويرية بواسطة ذراع التدوير، وهذا جيد لأننا في النهاية نحتاج لحركة دائرية تدفع عجلات السيارة.

يجب الإشارة إلى أن هناك أنواع مختلفة من محركات الاحتراق الداخلي: محرك البنزين التوربيني مثلاً ، هذا النوع يملك عدداً من الفوائد والمساوئ، ولكن العيب الأساسي فيه حالياً هو التكلفة التصنيعية العالية جداً (أي التي تزيد عن تكلفة صنع محرك الاسطوانات المستعمل في السيارات حالياً).

هل هناك محركات احتراق خارجي؟ 

من جهة أخرى، يجب أن تتساءل: إذا كنا نتحدث عن محركات الاحتراق الداخلي، هل هناك محرك باحتراق خارجي؟ الإجابة نعم، هناك محركات الاحتراق الخارجي، مثل محرك البخار في القطارات القديمة والقوارب البخارية، وفيها يحترق الوقود (فحم أو خشب أو زيت أو غيرها) خارج المحرك لينتج البخار والذي بدوره ينتج الحركة داخل المحرك. وعلى كل حال يظل محرك الاحتراق الداخلي أكثر فاعلية بكثير من محرك الاحتراق الخارجي فهو أكثر اقتصادية في الوقود، بالإضافة إلى أنه أصغر بكثير، وهذا يفسر عدم رؤيتنا الآن سيارات تعمل على البخار. تستخدم معظم السيارات الحديثة محرك الاحتراق الداخلي لأنه :

• يقدم أداء وكفاءة جيدة (مقارنة مع محركات الاحتراق الخارجي).
• ذو تكلفة معقولة (مقارنة مع محركات التوربين ).
• عملي وسهل التشغيل.
• يمكن أن يزود بالوقود بسهولة.

سنتعرف يوم غد إن شاء الله على أجزاء المحرك المختلفة وكيفية علمها، تابعونا خلال الأيام القادمة للالمام بشكل كامل بمحركات السيارات وأجزائها.