تويت
محرك انفجاري
Combustion engine - Moteur à combustion
المحرك الانفجاري
المحرك الانفجاري combustion engine هو محرك حراري يعمل بوقود كيميائي سائل أو غازي، ويتم فيه احتراق معظم مزيج الوقود والهواء وتحرير الطاقة الحرارية لغازات الاحتراق عند ضغط عالٍ نسبياً، وتنجز هذه الغازات في أثناء تمددها عملاً ميكانيكياً على عمود مأخذ القدرة الحركية. يعد مزيج الهواء والوقود وغازات الاحتراق عنصر التشغيل working (medium) substance الذي يقوم بدورة حرارية فعلية في المحرك الانفجاري. يبدأ احتراق الوقود في حجرة الاحتراق combustion chamber فيزداد كل من ضغط الغازات الناتجة وحرارتها التي تؤثر في سطح مكبس المحرك أو في شفرات العنفة الغازية، وفي هذه الحالة يسمى المحرك الانفجاري محرك الاحتراق الداخلي internal combustion engine. أما في محرك الاحتراق الخارجي external combustion engine فيستفاد من الطاقة الحرارية لنواتج الاحتراق في تسخين وسيط آخر مثل الماء المتحول إلى بخار بضغط وحرارة معينة، أو غازات في حالات أخرى، الذي يقوم بدورة حرارية منفصلة عن احتراق الوقود، كما في المحرك الحراري [ر] heat (thermal) engine أو العنفة البخارية [ر: العنفة] steam turbine المزودة بمرجل مولد للبخار، أو كما في محرك ستيرلينغStirling engine [ر: المحرك الحراري]. وقد تطور محرك الاحتراق الداخلي منذ نشوئه منتصف القرن التاسع عشر اعتماداً على تراكم المعرفة العلمية في الديناميك الحراري والخبرة العملية وتوافر المواد الضرورية لتصنيعه، وشاع استخدامه مصدراً مستقلاً للقدرة الحركية منذ أواخر القرن التاسع عشر في جميع مجالات الصناعة ومحطات الطاقة وخصوصاً وسائل النقل مثل السيارات والقطارات والسفن وفي التجهيزات الثابتة والمتنقلة.
مبدأ عمل المحرك الانفجاري وأقسامه
تتميز عملية احتراق الوقود في المحركات المكبسية الترددية بطبيعة دورية. ويمزج الهواء والوقود في المفحم الخلاط carburetor أو في خلاط mixer أو في أنبوب الامتصاص كما في المحركات العاملة على وقود البنزين والغاز، أو بحقن الوقود fuel injection في حجرة الاحتراق داخل الأسطوانة بضغط معين كما في محركات الديزل وبعض محركات البنزين. يجري إشعال المزيج في هذه المحركات بطريقتين: الإشعال بالشرارة spark ignition التي تطلقها شموع الاحتراق spark plugs في محركات البنزين والغاز التي تراوح فيها نسبة الانضغاط بين 7 و12 بار، والإشعال الذاتي self ignition أو الإشعال بالضغط compression ignition لمحركات الديزل التي تراوح فيها نسبة الانضغاط بين 16 و24 بار.
تتميز عملية احتراق الوقود في العنفات الغازية بطبيعة مستمرة، وهي تتم في الحرّاق حيث يمتزج الهواء الوارد من الضاغط مع الوقود، ومن احتراقهما تنتج غازات ذات ضغط وحرارة عاليين توجّه إلى شفرات عنفة دوّارة لإنجاز العمل الميكانيكي.
تنتمي كل من فئات المحركات المكبسية الترددية reciprocating- piston engines شائعة الاستخدام، والمحركات الدوارة كالعنفة الغازية gas turbine، ومحرك ڤانكل المكبسي الدوار rotary- piston Wankel engine إلى محركات الاحتراق الداخلي.
تتألف الجملة الحركية التي توفر العمل الميكانيكي في محرك الاحتراق الداخلي المكبسي من مجموعة المكبس والساعد والعمود المرفقي (الجذع المعقوف)، وتنجز دورة العمل فيه بشوطين أو بأربعة أشواط لحركة المكبس التقدمية التراجعية، وعلى هذا الأساس توجد محركات ثنائية ورباعية الأشواط. تتضمن دورة العمل كلاً من الأشواط الآتية: الامتصاص، فالانضغاط، فالاحتراق (الانفجار) والتمدد، ثم طرد الغازات الناتجة (التهريب).
تصنيف المحركات الانفجارية
تصنف محركات الاحتراق الداخلي المكبسية حسب اعتبارات تصميمية واستثمارية عدة وهي كما يأتي:
- بحسب مهمتها الأساسية: تقسم إلى محركات ثابتة تستخدم في مجموعات توليد الطاقة ومحطات الضخ وفي التجهيزات الأخرى، وإلى محركات متنقلة تستخدم في وسائل النقل والسيارات والآليات.
- بحسب نوع الوقود المستخدم: تقسم إلى محركات بوقود غازي مثل الغاز الطبيعي المضغوط أو الغاز المسيّل، ومحركات بوقود خفيف كالبنزين والكيروسين، ومحركات بوقود ثقيل كالديزل والفيول، ومحركات بوقود متعدد الأنواع.
- بحسب عدد الأشواط العاملة في المحرك: تقسم إلى محركات رباعية وثنائية الأشواط. وتعد الأولى أكثر استخداماً في وسائط النقل وتستخدم الثانية في الدراجات النارية.
- بحسب شكل شحن الهواء في المحرك: تقسم إلى محركات بشحن طبيعي natural charging ومحركات بشحن قسري supercharging من دون تبريد شحنة الهواء، أو مع تبريد لاحق after cooling لها في حال ضغطها بدرجة شحن عالية نسبياً.
- بحسب طريقة تحضير مزيج الهواء والوقود: تقسم إلى محركات ذات مفحم أو خلاط أو بحقن الوقود في أنبوب الامتصاص قبل الصمام، وهي أشكال مستخدمة في محركات البنزين والغاز، أو بحقن الوقود مباشرة في حجرة الاحتراق الواقعة في أعلى الأسطوانة، وهو الشكل الأساسي لمحركات الديزل وفي بعض محركات البنزين ذات الحقن المباشر بتحكم إلكتروني.
- بحسب طريقة إشعال مزيج الاحتراق: وتقسم إلى محركات الإشعال بالشرارة كما في محركات البنزين والغاز، والإشعال الذاتي للمزيج تحت تأثير الضغط والحرارة كما في محركات الديزل ذات حجرة الاحتراق المفتوحة أو بمساعدة إضافية من شموع تحمية خاصة لمحركات الديزل ذات حجرة الاحتراق الدوّامية والمسبقة.
- بحسب طريقة تبريد المحرك: وتقسم إلى محركات بتبريد مائي أو هوائي.
- بحسب التحكم بنظام عمل المحرك والتغذية بالوقود تحت الأحمال المتغيرة: وتقسم إلى محركات تتحكم بفتحة الخانق كما في محركات البنزين والغاز عموماً، وإلى محركات ذات منظمات خاصة وحيدة السرعة كما في مجموعات الديزل لتوليد الطاقة الكهربائية، أو ثنائية السرعة كما في سيارات الديزل أو متعددة السرعات كما في بعض آليات البناء والطرق، ويمكن أن يتم حقن الوقود بمعايرة ذات تحكم إلكتروني كما في بعض أنواع محركات الديزل والبنزين.
- بحسب بنية المحرك من ناحية عدد الأسطوانات وتوضّعها الخطي أو على شكل V أو متقابلة أو غير ذلك، وتصمم بأشكال كثيرة.
مسلم طعمة
Combustion engine - Moteur à combustion
المحرك الانفجاري
المحرك الانفجاري combustion engine هو محرك حراري يعمل بوقود كيميائي سائل أو غازي، ويتم فيه احتراق معظم مزيج الوقود والهواء وتحرير الطاقة الحرارية لغازات الاحتراق عند ضغط عالٍ نسبياً، وتنجز هذه الغازات في أثناء تمددها عملاً ميكانيكياً على عمود مأخذ القدرة الحركية. يعد مزيج الهواء والوقود وغازات الاحتراق عنصر التشغيل working (medium) substance الذي يقوم بدورة حرارية فعلية في المحرك الانفجاري. يبدأ احتراق الوقود في حجرة الاحتراق combustion chamber فيزداد كل من ضغط الغازات الناتجة وحرارتها التي تؤثر في سطح مكبس المحرك أو في شفرات العنفة الغازية، وفي هذه الحالة يسمى المحرك الانفجاري محرك الاحتراق الداخلي internal combustion engine. أما في محرك الاحتراق الخارجي external combustion engine فيستفاد من الطاقة الحرارية لنواتج الاحتراق في تسخين وسيط آخر مثل الماء المتحول إلى بخار بضغط وحرارة معينة، أو غازات في حالات أخرى، الذي يقوم بدورة حرارية منفصلة عن احتراق الوقود، كما في المحرك الحراري [ر] heat (thermal) engine أو العنفة البخارية [ر: العنفة] steam turbine المزودة بمرجل مولد للبخار، أو كما في محرك ستيرلينغStirling engine [ر: المحرك الحراري]. وقد تطور محرك الاحتراق الداخلي منذ نشوئه منتصف القرن التاسع عشر اعتماداً على تراكم المعرفة العلمية في الديناميك الحراري والخبرة العملية وتوافر المواد الضرورية لتصنيعه، وشاع استخدامه مصدراً مستقلاً للقدرة الحركية منذ أواخر القرن التاسع عشر في جميع مجالات الصناعة ومحطات الطاقة وخصوصاً وسائل النقل مثل السيارات والقطارات والسفن وفي التجهيزات الثابتة والمتنقلة.
 |
| الشكل (1) بنية المحرك رباعي الأشواط ومبدأ عمله |
تتميز عملية احتراق الوقود في المحركات المكبسية الترددية بطبيعة دورية. ويمزج الهواء والوقود في المفحم الخلاط carburetor أو في خلاط mixer أو في أنبوب الامتصاص كما في المحركات العاملة على وقود البنزين والغاز، أو بحقن الوقود fuel injection في حجرة الاحتراق داخل الأسطوانة بضغط معين كما في محركات الديزل وبعض محركات البنزين. يجري إشعال المزيج في هذه المحركات بطريقتين: الإشعال بالشرارة spark ignition التي تطلقها شموع الاحتراق spark plugs في محركات البنزين والغاز التي تراوح فيها نسبة الانضغاط بين 7 و12 بار، والإشعال الذاتي self ignition أو الإشعال بالضغط compression ignition لمحركات الديزل التي تراوح فيها نسبة الانضغاط بين 16 و24 بار.
تتميز عملية احتراق الوقود في العنفات الغازية بطبيعة مستمرة، وهي تتم في الحرّاق حيث يمتزج الهواء الوارد من الضاغط مع الوقود، ومن احتراقهما تنتج غازات ذات ضغط وحرارة عاليين توجّه إلى شفرات عنفة دوّارة لإنجاز العمل الميكانيكي.
 |
| الشكل (2) مراحل عمل المحرك رباعي الشوط |
تتألف الجملة الحركية التي توفر العمل الميكانيكي في محرك الاحتراق الداخلي المكبسي من مجموعة المكبس والساعد والعمود المرفقي (الجذع المعقوف)، وتنجز دورة العمل فيه بشوطين أو بأربعة أشواط لحركة المكبس التقدمية التراجعية، وعلى هذا الأساس توجد محركات ثنائية ورباعية الأشواط. تتضمن دورة العمل كلاً من الأشواط الآتية: الامتصاص، فالانضغاط، فالاحتراق (الانفجار) والتمدد، ثم طرد الغازات الناتجة (التهريب).
تصنيف المحركات الانفجارية
تصنف محركات الاحتراق الداخلي المكبسية حسب اعتبارات تصميمية واستثمارية عدة وهي كما يأتي:
- بحسب مهمتها الأساسية: تقسم إلى محركات ثابتة تستخدم في مجموعات توليد الطاقة ومحطات الضخ وفي التجهيزات الأخرى، وإلى محركات متنقلة تستخدم في وسائل النقل والسيارات والآليات.
- بحسب نوع الوقود المستخدم: تقسم إلى محركات بوقود غازي مثل الغاز الطبيعي المضغوط أو الغاز المسيّل، ومحركات بوقود خفيف كالبنزين والكيروسين، ومحركات بوقود ثقيل كالديزل والفيول، ومحركات بوقود متعدد الأنواع.
- بحسب عدد الأشواط العاملة في المحرك: تقسم إلى محركات رباعية وثنائية الأشواط. وتعد الأولى أكثر استخداماً في وسائط النقل وتستخدم الثانية في الدراجات النارية.
- بحسب شكل شحن الهواء في المحرك: تقسم إلى محركات بشحن طبيعي natural charging ومحركات بشحن قسري supercharging من دون تبريد شحنة الهواء، أو مع تبريد لاحق after cooling لها في حال ضغطها بدرجة شحن عالية نسبياً.
 |
| الشكل (3) بنية المحرك ثنائي الشوط ومبدأ عمله |
- بحسب طريقة إشعال مزيج الاحتراق: وتقسم إلى محركات الإشعال بالشرارة كما في محركات البنزين والغاز، والإشعال الذاتي للمزيج تحت تأثير الضغط والحرارة كما في محركات الديزل ذات حجرة الاحتراق المفتوحة أو بمساعدة إضافية من شموع تحمية خاصة لمحركات الديزل ذات حجرة الاحتراق الدوّامية والمسبقة.
- بحسب طريقة تبريد المحرك: وتقسم إلى محركات بتبريد مائي أو هوائي.
- بحسب التحكم بنظام عمل المحرك والتغذية بالوقود تحت الأحمال المتغيرة: وتقسم إلى محركات تتحكم بفتحة الخانق كما في محركات البنزين والغاز عموماً، وإلى محركات ذات منظمات خاصة وحيدة السرعة كما في مجموعات الديزل لتوليد الطاقة الكهربائية، أو ثنائية السرعة كما في سيارات الديزل أو متعددة السرعات كما في بعض آليات البناء والطرق، ويمكن أن يتم حقن الوقود بمعايرة ذات تحكم إلكتروني كما في بعض أنواع محركات الديزل والبنزين.
- بحسب بنية المحرك من ناحية عدد الأسطوانات وتوضّعها الخطي أو على شكل V أو متقابلة أو غير ذلك، وتصمم بأشكال كثيرة.
مسلم طعمة