تركيب آلة الاحتراق الداخلي
تاريخ نشأة محرك الاحتراق الداخلي وتطوره
• 1206: قام الجزري بوصف طلمبة ذات مكبس ترددي ثنائي ذي شوطين متصلة بآلية تتكون من عمود الكرنك مع قضيب التوصيل.
• 1509: قام ليوناردو دافنشي بوصف محرك ليس به عملية الكبس.
• 1673: قام كريستيان هويجنز بوصف محرك ليس به عملية الكبس.
• القرن السابع عشر استخدم المخترع الإنجليزي السير صمويل مورلاند البارود لتشغيل طلمبات المياة، ليكون أساسا هو الذي أنشأ أولى المحركات البدائية للاحتراق الداخلي.
• ثمانينات القرن الثامن عشر: أنشأ ألساندرو فولتا مسدسا كهربيا لعبة، كان يعمل على أساس إحداث شرارة كهربية تؤدي لتفجير خليط من الهواء والهيدروجين، مما يطلق سدادة من الفلين من فوهة المسدس.
• 1794: قام روبرت ستريت بإنشاء محرك ليس فيه عملية الكبس، لتظل الطريقة الأساسية لعمله هي السائدة لنحو قرن من الزمان.
• 1806: أنشأ المهندس السويسري فرانسوا إيزاك دو ريفاز محركا للاحتراق الداخلي يعمل بخليط من الهيدروجين والأكسجين.
• 1823: قام صمويل براون بتسجيل براءة اختراع أول محركات الاحتراق الداخلي التي تم تنفيذها على المستوى الصناعي. وكان هذا المحرك بدون عملية الكبس وكان قائما على ما أسماه هاردنبرج "دورة ليوناردو"، والتي كانت كما يوحي الاسم قد عفا عليها الزمن في ذلك الوقت.
• 1824: أثبت العالم الفيزيائي الفرنسي سادي كارنوت نظريته في الديناميكا الحرارية حول الصورة المثالية للمحركات الحرارية. وقد أثبتت هذه النظرية علميا الحاجة للكبس من أجل زيادة الفرق بين درجات حرارة تشغيل المحرك العظمى والصغرى.
• 1826- الأول من أبريل: حصل المخترع الأمريكي صمويل موري على براءة اختراع عن محرك يعمل بالغاز أو بالبخار بدون كبس.
• 1838: حصل المخترع الإنجليزي ويليام بارنيت على براءة اختراع. وكانت هذه هي أول الاقتراحات بإحداث عملية الكبس داخل الاسطوانة.
• 1854: سجل المخترعان الإيطاليان يوجينيو بارسانتي وفيليتشي ماتويتشي براءة اختراع لأول المحركات الفعالة التي تعمل بنظام الاحتراق الداخلي (رقم براءة الاختراع 1072)، ولكن لم يدخل هذا المحرك في حيز الإنتاج. وكان المحرك شبيها في فكرته الأساسية بمحرك أوتو لانجن غير المباشر، ولكنه لم يتم العمل عليه بالتفصيل.
• 1856: أما في فلورنسا في مسابك بينيوني (وهي الآن نووفو بينيوني، وهي شركة تابعة لشركة جنرال إليكترك)، فقد نفذ بييترو بينيني نموذجا صناعيا يعمل بالفعل لمحرك بارسانتي-ماتويتشي، وبلغت قدرته 5 حصان. وفي السنوات اللاحقة قام بتطوير محركات أكثر قوة ذات مكبس أو اثنين، والتي كانت ذات قدرة ثابتة واستخدمت في بعض المجالات التي حلت فيها محل المحركات البخارية.
• 1860: أما المخترع البلجيكي جون جوزيف إتيان لونوار (1822-1900) فقد أنتج محركا للاحتراق الداخلي يعمل باحتراق الغازات ويشبه في مظهره المحرك البخاري الأفقي ثنائي الشوط بوجود الاسطوانات والمكابس وقضبان التوصيل ودولاب الموازنة (الحدافة) (flywheel) وكان وجه الاختلاف أساسا هو إحلال الغاز محل البخار. وكان هذا هو أول محركات الاحتراق الداخلي التي تم إنتاجها بكمية.
• 1862: قام المخترع الألماني نيكولاوس أوتو بتصميم محرك ذي مكبس حر ويتحرك في أشواط بشكل غير مباشر بدون حدوث عملية الكبس، وقد تميز هذا المحرك بفعاليته العالية مما أكسبه مساندة منطقة لانجن في ألمانيا ثم بعد ذلك أغلب السوق، والذي كان في ذلك الوقت تغلب عليه المحركات الصغيرة الثابتة التي يتم تشغيلها بغاز المصابيح.
• 1870: في فيينا، قام زيجفريد ماركوس بوضع أول محرك متحرك يعمل بالجازولين على عربة يد.
• 1876: قام نيكولاوس أوتو بالتعاون مع غوتليب دايملر وفيلهلم مايباخ بتطوير محرك عملي ذي أربعة أشواط (قائم على دورة أوتو). ولكن المحاكم الألمانية مع ذلك لم تعتبر براءة الاختراع هذه شاملة لكل المحركات التي يحدث فيها الكبس داخل الاسطوانة أو حتى ذات الأربعة أشواط، وبعد هذا القرار أصبح الكبس داخل الاسطوانة منتشرا عالميا.
• 1876: تمكن المخترع الأمريكي صمويل موري من صنع النموذج الأولي لمحرك احتراق داخلي بإحداث عملية الكبس داخل الاسطوانة وتعددية الاشواط، الذي فتح افاقا جديدة لصناعة محركات الاحتراق الداخلي من خارج ألمانيا والقارة الأوروبية, فيما بعد انضم وجون جوزيف المخترع البلجيكي إلى شركة دوزونبيرغ الأمريكية Duesenberg لصناعة السيارت
• 1879: حصل كارل بنز الذي كان يعمل بشكل مستقل على براءة اختراع لمحرك الاحتراق الداخلي الذي اخترعه، وكان عبارة عن محرك ذي شوطين قائم على تصميم نيكولاوس أوتو للمحرك ذي الأربعة أشواط. وفيما بعد، قام بنز بتصميم وإنشاء محركه ذي الأربعة أشواط والذي كان مستخدما في سياراته، التي أصبحت أول السيارات التي تدخل في حيز الإنتاج في ألمانيا.
• 1882: اخترع جيمس أتكينسون المحرك الذي يقوم على دورة أتكينسون. وكان محرك أتكينسون به مرحلة واحدة يعطي فيها القدرة لكل دورة، هذا بالإضافة إلى الاختلاف في الأحجام عند الإدخال وعند التمدد، مما جعله أكثر فاعلية من دورة أوتو.
• 1891: أما هربرت أكرويد ستيوارت فقد أنشأ محركه الذي يعمل بالبترول وقد أعطى حقوق الاختراع لشركة هورنسبي في إنجلترا لتصنيعه. وقاموا هناك ببناء أول المحركات التي تبدأ تشغيلها على درجة الحرارة الباردة والتي بها عمليات الكبس والإشعال. وفي عام 1892، قاموا بتركيب أوائل المحركات في إحدى محطات طلمبات المياة. وفي نفس العام، تم عمل محرك تجريبي يعمل على ضغط أعلى بحيث يكون الإشعال فيها مستمرا بشكل ذاتي من خلال الكبس فقط.
• 1892: قام رودلف ديزل بتطوير محركه الحراري القائم على نظرية كارنوت والذي يعمل بإحراق تراب الفحم.
• 1893 فبراير 23: حصل رودلف ديزل على براءة اختراع عن محرك الديزل الخاص به.
• 1896: قام كارل بنز باختراع محرك بوكسر والذي يعرف أيضا بالمحرك المتباين أفقيا والذي تصل فيه المكابس المتناظرة إلى مركز المحرك في نفس الوقت.
• 1900: قام رودلف ديزل بعرض محرك الديزل في المعرض العالمي في عام 1900 باستخدام زيت الفول السوداني (انظر الديزل الحيوي).
• 1900: قام فيلهيلم مايباخ بتصميم محرك تم إنشؤه في شركة دايملر للمحركات، متبعا مواصفات إميل جيلينيك، والذي اشترط تسمية المحرك دايملر مرسيدس على اسم ابنته. في عام 1902 بدأ إنتاج السيارات التي تعمل بهذا المحرك لدى شركة دايملر للمحركات.
• 1908: في نيوزيلاندة بدأ المخترع إرنست جودوارد مشروعا تجاريا لإنتاج الدراجات النارية في إنفركارجيل، حيث قام باستخدام دراجات مستوردة وركب عليها اختراعه- جهاز لترشيد استهلاك البنزين. وقد عملت هذه الأجهزة بنجاح في السيارات أيضا كما في الدراجات النارية.
[عدل] تطبيقات عملية
تستخدم محركات الاحتراق الداخلي في الأغلب الأعم في دفع المركبات والمعدات وغير ذلك من الماكينات التي يمكن تحريكها. وفي المعدات المتحركة، تتمتع محركات الاحتراق الداخلي بميزة أنها تحقق قدرة عالية بالنسبة إلى وزنها، وذلك بالإضافة إلى قدرتها المتميزة على استخلاص مقدار كبير من الطاقة من الوقود. وقد ظهرت هذه المحركات في سائر وسائل النقل سواء في السيارات والشاحنات والدراجات النارية والقوارب والعديد من أنواع الطائرات والقاطرات، وهي عموما تعمل بالمنتجات البترولية (ويطلق عليها محركات الاحتراق الداخلي التي تعمل كليا بالمنتجات البترولية APICEV). وكذا الحال بالنسبة للسفن الكبيرة وطائرات الهليوكوبتر والطائرات النفاثة، حيث تتطلب قدرات عالية، وتكون في صورة توربينات.وتستخدم أيضا في النطاق الصناعي كمولدات كهربائية، أي مولدات تعمل على جهد 12 فولت.
[عدل] كيفية التشغيل
1. سحب الوقود
2. ضغط غاز الوقود
3. إشتعال وتمدد الغاز
4. إخراج العادم
تعتمد جميع محركات الاحتراق الداخلي على عملية الاحتراق وهي عملية كيميائية طاردة للحرارة. ويتم تفاعل احتراق الوقود عادة بأكسجين الهواء الجوي، إلا أنه يمكن أحيانا استخدام مؤكسدات أخرى مثل أكسيد النيتروز.
وأكثر أنواع الوقود شيوعا هي تلك التي تتكون من الهيدروكاربونات والتي تكون غالبا مشتقة من البترول. وتشتمل على أنواع الوقود المعروفة بوقود الديزل والجازولين وغاز البترول، مع استخدام أكثر ندرة لغاز البروبان. ويمكن لأغلب محركات الاحتراق الداخلي المصمة للعمل بالجازولين أن تعمل أيضا بالغاز الطبيعي أو بغازات البترول المسالة بدون تعديلات كبرى باستثناء مكونات توصيل الوقود. ويمكن أيضا استخدام أنواع الوقود الحيوي سواء في صورة سائلة أو غازية، مثل الإيثانول والديزل الحيوي (وهو أحد أشكال الديزل الذي يتم إنتاجه من المحاصيل التي تحتوي على الجلسريدات الثلاثية مثل زيت الصويا). ويمكن لبعضها العمل بغاز الهيدروجين.
وينبغي لجميع محركات الاحتراق الداخلي تحقيق الإشعال في داخل الاسطوانات من أجل إيجاد الاحتراق. وعادة تستخدم المحركات إما طريقة الإشعال بالشرارة أو نظام الإشعال بالكبس. وفيما مضى كانت تستخدم طرق أخرى باستخدام مواسير ساخنة أو شعلات من اللهب. محركات الاحتراق الداخلي التي تعمل بالبترول
[عدل] عملية اشتعال الجازولين
تعتمد أنظمة اشتعال الجازولين (التي يمكنها أن تعمل بأنواع أخرى من الوقود كما هو مذكور سالفا) أو الإشعال الكهربائي على مجموعة متركبة من بطارية رصاص-حامض وملف حث لإحداث شرارة على جهد كهربائي عال لإشعال خليط الهواء والوقود داخل اسطوانات المحرك. ويمكن إعادة شحن البطارية أثناء العمل باستخدام أداة لتوليد الكهرباء مثل مولد كهربائي أو مولد ترددي يعمل على المحرك. وتأخذ محركات الجازولين خليط الهواء والوقود وتضغطه إلى أقل من 185 رطل للبوصة المربعة (12,75 بار) وتستخدم شمعة الإشعال (البوجي) لإشعال الخليط عندما يتم كبسه من خلال رأس المكبس في كل اسطوانة.[عدل] عملية إشعال الديزل
تعتمد أنظمة إشعال الديزل، مثل الموجودة في محركات الديزل ومحركات HCCI اعتمادا كليا على الحرارة والضغط الذين يحدثهما المحرك خلال عملية الكبس من أجل الإشعال. ويكون الكبس الذي يحدث هنا عادة أعلى مما يحدث في محركات الجازولين بثلاثة أضعاف. تقوم محركات الديزل بسحب الهواء فقط، وقبل الوصول لذروة الكبس، يتم رش كمية صغيرة من وقود الديزل في الاسطوانة من خلال حاقن للوقود يسمح للوقود بالاشتعال على الفور. أما محركات HCCI فهي تسحب الهواء والوقود معا ولكن تظل معتمدة على الاحتراق الذاتي بدون مساعدة وذلك نظرا لارتفاع الضغط والحرارة بها. وهذا هو السبب الذي يجعل محركات الديزل ومحركات HCCI أكثر عرضة لمشاكل البدء في درجات الحرارة المنخفضة، إلا أنها بمجرد أن تبدأ العمل عند درجات الحرارة تلك، فسوف تعمل بشكل جيد أيضا. وأغلب محركات الديزل بها بطاريات وأنظمة للشحن، إلا أن هذا النظام يعد ثانويا ويضيفه المصنعون كنوع من الرفاهية لتسهيل البدء وللتحكم في الوقود (الأمر الذي يمكن القيام به من خلال دائرة توصيل أو أداة ميكانيكية)، ولتشغيل المكونات الكهربية المساعدة والكمالية. إلا أن أغلب المحركات الجديدة تعتمد على الأنظمة الكهربية التي تتحكم أيضا في عملية الاحتراق من أجل زيادة الفعالية وتقليل الانبعاثات.
Category:
1 التعليقات
لمحة عامة
سميت هذه المحركات بالمحركات ذات الاحتراق الداخلي و ذلك لان احتراق المزيج ( الوقود+ الهواء ) يتم في داخلها , وتعمل محركات الاحتراق الداخلي على تحويل الطاقة الكيميائية الموجودة في الوقود الى طاقة حرارية نتيجة عملية الاحتراق ثم الى طاقة ميكانيكية تعمل على تحريك اجزاء السيارة المختلفة
انواع محركات الاحتراق الداخلي و المستخدمة في السيارات
سميت هذه المحركات بالمحركات ذات الاحتراق الداخلي و ذلك لان احتراق المزيج ( الوقود+ الهواء ) يتم في داخلها , وتعمل محركات الاحتراق الداخلي على تحويل الطاقة الكيميائية الموجودة في الوقود الى طاقة حرارية نتيجة عملية الاحتراق ثم الى طاقة ميكانيكية تعمل على تحريك اجزاء السيارة المختلفة
انواع محركات الاحتراق الداخلي و المستخدمة في السيارات
تقسم المحركات حسب الشكل الى
محركات عمودية , محركات افقية , محركات مائلة
تقسم المحركات حسب الوقود المستخدم الى
محركات تعمل بالبنزين , محركات تعمل بالديزل , محركات تعمل بالوقود المحسن , محركات تعمل بالطاقة البديلة
تقسم المحركات حسب مبدء العمل الى
محركات ثنائية الاشواط , محركات رباعية الاشواط
تقسم المحركات حسب الوقود المستخدم الى
محركات تعمل بالبنزين , محركات تعمل بالديزل , محركات تعمل بالوقود المحسن , محركات تعمل بالطاقة البديلة
تقسم المحركات حسب مبدء العمل الى
محركات ثنائية الاشواط , محركات رباعية الاشواط
اجزاء المحرك الرئيسية
راس الاسطوانات ( راس المحرك ) :- و يركب على جسم الاسطوانة , و يحوي راس الاسطوانات على غرف الاحتراق و الصمامات و روافعه
الاسطوانات :- و هي عبارة عن جيب اسطواني يصنع من الفولاذ او حديد الزهر , و تعتبر الاسطوانة مجرى لحركة المكبس ليتم اشواطه الاربعة لاتمام عمل محرك السيارة
المكبس :- يتحرك المكبس حركة ترددية مستقيمة داخل الاسطوانات , و يتم المكبس اربع اشواط اثناء الصعود و النزول
اذرع التوصيل :- و تستعمل لوصل المكابس بعمود المرفق , فتتصل نهاية ذراع التوصيل الكبرى بمحور عمود المرفق ام النهاية الاخرى لذراع التوصيل فيوصل مع المكبس بواسطة مسمار المكبس
عمود المرفق :- يزود عمود المرفق المحرك بقوة دوران مستمر , فيعمل على تحويل الحركة الترددية الناتجة عن المكبس الى حركة دائرية ثم ينقلها الى باقي اجزاء المركبة الميكانيكية ثم الى عجلات السيارة فتتحرك المركبة
الحدافة :- عبارة عن عجلة من الصلب ثقيلة نسبيا و مثبته بواسطة براغي في النهاية الخلفية لعمود المرفق و تعمل الحدافة على تنظيم سرعة عمود المرفق بواسطة خاصية القصور الذاتي, و تستخدم الحدافة كاداة لبداية دوران محرك السيارة حيث يتم تعشيق مسنن محرك بدء الحركة ( السلف ) مع مسنن الحدافة, كما يستعمل سطح الحدافة كقاعدة للكلتش
عمود الكامات :- و هو عبارة عن عامود يحتوي على كامات , و يعمل عمود الكامات على التحكم في فتح و اغلاق الصمامات , صمام السحب و صمام العادم
الصمامات و توابعها :- و هي عبارة عن صمام الدخول او السحب الذي يتحكم بدخول المزيج الى غرفة الاحتراق , و صمام العادم الذي يتحكم بخروج الغازات العادمة بعد عملية الاحتراق
راس الاسطوانات ( راس المحرك ) :- و يركب على جسم الاسطوانة , و يحوي راس الاسطوانات على غرف الاحتراق و الصمامات و روافعه
الاسطوانات :- و هي عبارة عن جيب اسطواني يصنع من الفولاذ او حديد الزهر , و تعتبر الاسطوانة مجرى لحركة المكبس ليتم اشواطه الاربعة لاتمام عمل محرك السيارة
المكبس :- يتحرك المكبس حركة ترددية مستقيمة داخل الاسطوانات , و يتم المكبس اربع اشواط اثناء الصعود و النزول
اذرع التوصيل :- و تستعمل لوصل المكابس بعمود المرفق , فتتصل نهاية ذراع التوصيل الكبرى بمحور عمود المرفق ام النهاية الاخرى لذراع التوصيل فيوصل مع المكبس بواسطة مسمار المكبس
عمود المرفق :- يزود عمود المرفق المحرك بقوة دوران مستمر , فيعمل على تحويل الحركة الترددية الناتجة عن المكبس الى حركة دائرية ثم ينقلها الى باقي اجزاء المركبة الميكانيكية ثم الى عجلات السيارة فتتحرك المركبة
الحدافة :- عبارة عن عجلة من الصلب ثقيلة نسبيا و مثبته بواسطة براغي في النهاية الخلفية لعمود المرفق و تعمل الحدافة على تنظيم سرعة عمود المرفق بواسطة خاصية القصور الذاتي, و تستخدم الحدافة كاداة لبداية دوران محرك السيارة حيث يتم تعشيق مسنن محرك بدء الحركة ( السلف ) مع مسنن الحدافة, كما يستعمل سطح الحدافة كقاعدة للكلتش
عمود الكامات :- و هو عبارة عن عامود يحتوي على كامات , و يعمل عمود الكامات على التحكم في فتح و اغلاق الصمامات , صمام السحب و صمام العادم
الصمامات و توابعها :- و هي عبارة عن صمام الدخول او السحب الذي يتحكم بدخول المزيج الى غرفة الاحتراق , و صمام العادم الذي يتحكم بخروج الغازات العادمة بعد عملية الاحتراق
نظرية عمل محركات الاحتراق الداخلي رباعية الاشواط
المحركات رباعية الاشواط :- و هي المحركات التي تتم عملها باربعة اشواط للمكبس داخل اسظوانة المحرك , و يدور خلالها عمود المرفق دورتين كاملتين 720 درجة
الشوط ( المشوار ):- و هي المسافة التي يتحركها المكبس صعودا او نزولا داخل اسطوانة المحرك
النقطة الميتة العليا :- وهي اعلى نقطة يصل اليها المكبس في مشوار الصعود و يرمز لها ( ن م ع
النقطة الميتة السفلى :- وهي ادنى مسافة يصل اليها المكبس في مشوار النزول و يرمز لها ( ن م س
تتم الاشواط الاربعة في محركات الاحتراق الداخلي رباعية الاشواط في اربعة مشاوير للمكبس وهي
المحركات رباعية الاشواط :- و هي المحركات التي تتم عملها باربعة اشواط للمكبس داخل اسظوانة المحرك , و يدور خلالها عمود المرفق دورتين كاملتين 720 درجة
الشوط ( المشوار ):- و هي المسافة التي يتحركها المكبس صعودا او نزولا داخل اسطوانة المحرك
النقطة الميتة العليا :- وهي اعلى نقطة يصل اليها المكبس في مشوار الصعود و يرمز لها ( ن م ع
النقطة الميتة السفلى :- وهي ادنى مسافة يصل اليها المكبس في مشوار النزول و يرمز لها ( ن م س
تتم الاشواط الاربعة في محركات الاحتراق الداخلي رباعية الاشواط في اربعة مشاوير للمكبس وهي
شوط السحب , شوط الضغط , شوط القدرة , شوط العادم
شوط السحب :- يبدا شوط السحب عندما يتحرك المكبس من ( ن . م . ع ) الى( ن. م . ع ) وعندها يفتح صمام الدخول و يكون صمام الخروج مغلق فيدخل المزيج المكون من الهواء و البنزين داخل حيز الاسطوانة و ينتهي شوط السحب عندما يصل المكبس بعد ( ن . م . س ) بعدة درجات و عندها يغلق صمام الدخول
شوط الضغط :- يبدا شوط الضغط بعد ( ن . م . س ) بعدة درجات و عندها يتحرك المكبس الى اعلى و يكون صمامي الدخول و الخروج مغلقين , و عندها يعمل المكبس على ضغط المزيج داخل حيز الاسطوانة . و يستمر شوط الضغط الى ان يصل المكبس الى قبل ( ن . م . ع ) بعدة درجات
شوط القدرة :- حينما يصل المكبس قبل ( ن . م . ع ) بعدة درجات تحدث شرارة كهربائية من خلال شمعة الاحتراق و تعمل هذه الشرارة على حرق المزيج المضغوط داخل غرفة الاحتراق , و نتيجة لاحتراق المزيج يحدث انفجار يعمل على دفع المكبس الى اسفل , و يكون خلال شوط القدرة صمام الدخول و الخروج مغلقين و ينتهي شوط القدرة عندما يصل المكبس الى ( ن . م . س
شوط العادم :- قبل ان يصل المكبس ( ن . م . س ) ببضع درجات يفتح صمام الخروج ليسمح للغازات العادمة الناتجة من احتراق المزيج بالخروج من اسطوانة المحرك , و اثناء هذا الشوط يتحرك المكبس الى اعلى ليعمل على طرد جميع الغازات العادمة و يستمر هذا الشوط الى ان يصل المكبس الى قبل ( ن . م . ع ) بعدة درجات
Category:
2
التعليقات
تركيب آلة الاحتراق الداخلي
¨1- اسطوانة لها فتحتان واحدة لدخول البنزين والثانية لخروج الغازات الناتجة من الاحتراق.
¨2- صمام تعبئة لدخول البنزين والهواء.
¨3- صمام التفريغ لخروج الغازات .
¨4- مولد الشرارة الكهربائية .
¨5- الحذاف ( عجلة الموازنة ) .
¨6- محور الحركة .
¨7- ذراع الاتصال .
لماذا سميت المحرك الانفجاري باَلة الاحتراق الداخلي ؟
¨لأن البنزين والهواء يحترقان داخليا محدثين انفجار داخلي.
Category:
2
التعليقات
الاشتراك في:
الرسائل (Atom)