فكرة عمل محرك السيارة

فكرة عمل محرك السيارة

يعتبر محرك السيارة من التطبيقات العملية لعلم الديناميكا الحرارية حيث أن
هذا العلم يركز على تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية. 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 الميكانيكي 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:
(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.
(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.
(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.

مكونات محرك السيارة
الاسطوانة Cylinder


Spark 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


غرفة الاحتراق
Combustion chamber


يمكن زيادة ازاحة المحرك أما بزيادة عدد الاسطوانات أو بزيادة حجم الاسطوانة نفسها أو زيادة الاثنين معاً.
يتبع.....

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
يلعب ترتيب وعدد الاسطوانات في محرك السيارة دوراً رئيسيا في نعومة حركة المحرك وكفاءته وكذلك سعر السيارة.البوجيه

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.

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.