المحركات 2024.

*************المحركات *************

n تقسم المحركات الى نوعين رئيسيين:
n 1- محركات الاحتراق الخارجي COMBUSTION ENGINES EXTERNALويتم فيها احتراق الوقود خارج اسطوانة المحرك (المحركات البخارية)و ذلك في مرجل منعزل مولدا حرارة كبيرة تؤدي الى غليان الماء الذي يتحول بدوره الى بخار ذي ضغط عالي. هذا البخار يساق بواسطة انابيب خاصة الى اسطوانة المحرك حيث يقوم البخار بدفع المكبس و بالتالي يسبب حركته. و نظرا لقلة استعمال هذه المحركات بسبب رداءة مرد ودها لذا فسوف لن نتعرض لدراستها.
n 2- محركات الاحتراق الداخليINTERNAL COMBUTION ENGINESوهي المحركات التي يتم بها احتراق الوقود داخل اسطوانة المحرك وهي اكثر انواع المحركات استخداما في الساحبات الزراعية و السيارات.
n تقسم محركات الاحتراق الداخلي بدورها وفق الاسس التالية:
n 1- حسب طريقة اشتعال الوقود:
n محركات اشتعال بالشرارة – بنزين
n محركات اشتعال بالضغط – ديزل
2- حسب نوع الوقود المستعمل:
محركات ديزل و محركات بنزين

3 – حسب طريقة التبريد :
محركات تبريد هوائي و تبريد مائي
4- حسب عدد الاشواط :
محركات رباعية الاشواط و ثنائية الاشواط
5- حسب عدد الاسطوانات:
محركات احادية الاسطوانة ومتعددة الاسطوانات
(ثنائية,ثلاثية, رباعية ,………)
6- حسب وضع الاسطوانات:
محركات بصف واحد, بصفين , على شكل حرف v

المفاهيم الاساسية حول مبادئ عمل المحرك
من المعروف ان احتراق الوقود يتطلب وجود الاوكسجين, لذلك يخلط الوقود بالهواء , ويسمى الخليط المتكون من وقود و هواء بنسب وزنية محددة بمزيج الاحتراق.
اذا كان الوقود المستخدم بنزين فان خلط البنزين مع الهواء يتم خارج اسطوانة المحرك في جهاز الكاربوريتور, و يسمى هذا المحرك بمحرك الاشتعال بالشرارة.اما اذا كان الوقود ديزل فان الخليط يتكون داخل اسطوانة المحرك , اما اشتعاله فيتم داخل الاسطوانة ايضا نتيجة حرارة الهواء المضغوط و لذلك يسمى بمحرك الاشتعال بالضغط.
و تركب محركات الاشتعال بالشرارة (بنزين) على السيارات الصغيرة و كذلك على السيارات ذات الحمولات المتوسطة, اما محركات الاشتعال بالضغط فتركب على الساحبات الزراعية و السيارات الحديثة ذات الحمولة العالية.
وقبل ان نتطرق الى مبدأ عمل محرك الاحتراق الداخلي لا بد من الالمام ببعض المصطلحات و المعلومات التي تساعد على فهم عمل المحرك.
الشوطstroke وهي المسافة التي يقطعها المكبس عند حركته بين النقطتين الميتتين العليا و السفلى.
النقطة الميتة العليا:Top Dead Center T.D.Cوهي النقطة التي يكون فيها المكبس في أعلى وضع له.

النقطة الميتة السفلى:Bottom Dead Center B.D.Cوهي النقطة التي يكون فيها المكبس في اخفض وضع له.
حجم غرفة الاحتراقCombustion Volume VC وهو الحجم التشكل داخل الاسطوانة بين سطح المكبس و رأس الاسطوانة عندما يكون المكبس في النقطة الميتة العليا.
الحجم الفعال للاسطوانة Effective Volume V e والحجم المتشكل داخل الاسطوانة الذي يخليه المكبس عند حركته من النقطة الميته العليا الى النقطة الميته السفلى .
V e=(¶d2/4)xs [cm3]
سعة المحرك(الحجم اللتري للمحرك)VL: ENGINE CAPACITY
وهو الحجم الفعال لجميع اسطوانات المحرك و يحسب كالتالي:
VL=V e . i= (¶ d2/4).s.i [cm3]
=(¶ d2/4000).s.i [litter]
علما ان:
VL الحجم اللتري للمحرك
i عدد الاسطوانات في المحرك
s الشوط[cm] , dقطر الاسطوانة[cm]
الحجم الكلي للاسطوانة VaTotal Volume
وهو مجموع حجم غرفة الاحتراق Vc و الحجم الفعال للاسطوانةVeأي أن:
Va=Ve+ Vc
نسبة الكبسCR Compression Ratio
وهي نسبة الحجم الكلي للاسطوانة الى حجم غرفة الاحتراق أي أن:
CR=Va / Ve =( Ve + Vc) / V c= (Ve / Vc)+1
وتشير نسبة الكبس الى عدد مرات تصغير حجم الخليط عند حركة المكبس من النقطة الميتة السفلى الى النقطة الميتة العليا و تتراوح نسبة الكبس لدى محركات البنزين من 6-12 أما في محركات الديزل من 16 – 20 .
على افتراض أن الحجم الكلي للاسطوانة هوcm3 850 و حجم غرفة الاحتراق
cm3 50فأن نسبة الكبس تكون: CR=Va/Ve=850/50=17و بالتالي فان نوع المحرك ديزل و ذلك لان نسبة الكبس أكبر من 12.
سرعة المكبس Piston Speed
n اذا كان طول الشوط sو عدد لفات عمود المرفق nخلال مدة زمنية معينة فان المكبس يسير مسافة شوطينs 2 في زمن لفة واحدة لعمود المرفق لذلك فان سرعة الكبس المتوسطةvهي: v=2.s .n [m / s]
n و تصل سرعة الكبس المتوسطة لمحركات الساحبات الىm / s 8 وقد تصل الى ضعف ذلك او اكثر في محركات السيارات.و سرعة المكبس ليست منتظمة فهو يبدأ بسرعة صفر عند BDC عند بداية تحركة الى الداخل و تزداد سرعته اثناء ذلك حتى تصل الى حوالي نصف الشوط فتبدأ سرعته في التناقص ثانية لتساوي صفر مرة ثانيةعندما يغير حركته عند TDC ثم تزداد ثانية أثناء حركته بعيدا عن TDC لتتناقص مرة اخرى لتساوي صفرا عند BDC وهكذا يتحرك المكبس حركة ترددية اثناء دوران عمود المرفق.
قدرة المحركENGINE POWER
من المعروف انه يمكن قياس القدرة الميكانيكية المتولدة داخل اسطوانة المحرك مثلا بواسطة جهاز خاص لتسجيل كل من الضغط والحجم وهذه القدرة تسمى بالقدرة البيانية Indicated Power و نتيجة للاحتكاك بين المكبس و كذلك بين جميع الاجزاء المتحركة في المحرك فان القدرة الحقيقية التي يمكن الاستفادة منها على عمود المرفق تسمى بالقدرة الفعليةEffective Power وهي تقل عن القدرة البيانية المتولدة داخل اسطوانات المحرك و تسمى النسبة بينهما بالكفاءة الميكانيكية Mechanical Efficiency
ηm=Pe/ PIx100%
أما القدرة المتولدة فوق سطح المكبس ( القدرة البيانية)فهي معدل الشغل المبذول wخلال
وحدة الزمن و بالنسبة لمحركات متعددة الاسطوانات فأن:
Pi=w . I . n [watt]
علما أن I – هو عدد أسطوانات المحرك
nعدد لفات (دورات ) عمود المرفق
و بالتالي فأن القدرة الفعلية:
Pe=w . I . n. ηm

الدورة الحرارية لمحرك لحتراق داخلي رباعي الاشواط
n تتضمن الدورة ادخال مزيج الاحتراق(في محرك البنزين) او الهواء في (محرك الديزل)الى الاسطوانة ثم عملية كبس مزيج الاحتراق ثم الاشتعال و تمدد الغازات
n ثم تفريغ غازات الاحتراق.
n و تحدث هذه العمليات وفق الاشواط الاربعة التالية:
n 1. شوط السحب Intake Stroke
n في بداية هذا الشوط يكون صمام السحب مفتوحا حيث يتحرك المكبس من النقطة الميتة العليا الى النقطة الميتة السفلى محدثا تخلخلا بالضغط داخل الاسطوانة بسبب اندفاع مزيج الاحتراق(بنزين) او الهواء(ديزل) الى داخل الاسطوانة مارا
n بقناة صمام السحب و يكون الضغط داخل الاسطوانة خلال هذا الشوط أقل من الضغط الجوي 0.7-0.9 ضغط جوي في محركات البنزين و 0.75 -0.95
n ضغط جوي في محركات الديزل و عند وصول المكبس الى النقطة الميتة السفلى يغلق صمام السحب و يبقىصمام العادم مغلقا.لملء الاسطوانة بالشحنة الجديدة تستعمل أجهزة سحب خاصة مثل المراوح التوربينية التي تسبب زيادة في قدرة المحرك قدرها 20-250% لان قدرة المحرك تتناسب طرديا مع معدل ملء الاسطوانة بالشحنة الجديدة.
n
شوط الضغطCompression Stroke
n في هذا الشوط عند أنتهاء شوط السحب مباشرة و يكون صمام السحب و العادم مغلقا اذ يتحرك المكبس من BDCضاغطا معه الخليط او الهواء بحجم صغير محدود في أعلى الاسطوانة و تزداد درجة حرارة الخليط او الهواء بدرجة محسوسةفي نهاية هذا الشوط و يصل الضغط في نهاية هذا الشوط الى 6-12
n ضغط جوي في محركات البنزين و 30-40ضغط جوي في محركات الديزل
n اما الحرارة فتصل الى 250-30 درجة مئوية في محركات البنزين و 600-700درجة مئوية في محركات الديزل.

شوط القدرةPower Stroke
n في هذا الشوط يكون صمام السحب و العادم مغلقا . في نهاية شوط الضغط توصل شرارة كهربائية عن طريق شمعة الاشتعال الى غرفة الاحتراق (في محركات البنزين)فتؤدي الى أشتعال مزيج الاحتراق المتكون من الهواء و البنزين مما يسبب ارتفاع ضغط غازا ت الاحتراق التي تدفع بالمكبس للاسفل اما في محركات الديزل فيحقن وقود الديزل على شكل رذاذ من البخاخ الى داخل غرفة الاحتراق حيث عند تلامس وقود اليزل مع الهواء الساخن يشتعل مسببا ارتفاع ضغط غازات الاحتراق التي ترفع المكبس الى الاسفل فتنتقل الحركة من ذراع التوصيل الى عمود المرفق مجبرا ا ياه على الدوران و القيام بالعمل الميكانيكي .عند وصول المكبس الى BDCأو قبلها بقليل يفتح صمام العادم و تصل درجة الحرارة داخل الاسطوانة في نهاية الاشتعال الى 2024 -2500 درجة مئوية و نتيجة لهذا الارتفاع يرتفع ضغط الغازات الى 20-40 ضغط جوي في محركات البنزين والى 60-90 ضغط جوي في محركات الديزل.
شوط العادمExhaust Stroke
n يبدأ هذا الشوط عند انتهاء شوط القدرة حيث يفتح صمام العادم و يبقى صمام السحب مغلقا و يتحرك المكبس من BDCالى TDC و للمرة الثانية خلال الدورة ذاتها ضاغطا غازات الاحتراق عبر فتحة صمام العادم الى الميط الخارجي و تصل درجة حرارة الغازات داخل الاسطوانة في نهاية شوط العادم الى 600- 700 درجة مئوية و يصل الضغط الى 1.1- 2.1 ضغط جوي في محركات البنزين و 0.05 – 1.2 ضغط جوي في محركات الديزل.و بعد هذا تبدأ الدورة من جديد. وهنا نلاحظ ان عمود المرفق يدور دورتين خلال الاشواط الاربعة المذكورة اما اذا دار عمود المرفق دورة واحدة خلال الدورة الحرارية فيسمى المحرك بمحرك ثنائي الاشواط .
n اما عمود الكامات فيتم تدويره بواسطة ترس متصل مع ترس اخر مركب على عمود المرفق حيث يكون عدد اسنان الترس المركب على عمود المرفق نصف اسنان الترس المركب على عمود الكامات, وهذا يعني ان عمود الكامات يدور دورة واحدة خلال الدورة الحرارية الواحدة الرباعية الاشواط.

المحركات ثنائية الاشواط
n ثبت نجاح الدورة ثنائية الاشواط في مجالات التطبيق العملي, فالمحرك الثنائي الاشواط لا يزيت بنفس الطريقة التي يزيت فيها المحرك الرباعي الاشواط,أي عن طريق دورة تزييت مستقلة و انما يتم تزييته بخليط من زيت المحركات و الوقود بنسبة 1:25او 1:20 او 1:33و يدخل هذا الخليط من الوقود و الزيت و الهواء الى غرفة الاحتراق بطريق السحب الطبيعي او السحب الجبري.
n لا توجد صمامات في المحرك الثنائي الاشواط و انما يدخل الخليط فيه عن طريق فتحة السحب الى علبة المرفق-المحكمة ضد تسرب الهواء-حيث يتم ضغطه ضغطا متقدما, ثم يدفع الى غرفة الاحتراق عن طريق قنوات و فتحات تسمى قنوات الفائض, و فتحات الانتقال و تنصرف الغازات عن طريق فتحة العادم.
n الشوط الاول- شوط السحب و الانضغاط
n يتحرك المكبس الى النقطة الميتة العليا ضاغطا الخليط الموجود في غرفة الاحتراق, وفي الوقت نفسه يفتح المكبس من طرفه السفلي فتحات السحب, و ينشأ تخلخل في علبة المرفق نتيجة حركة المكبس الى الاعلى بحيث يتمكن الهواء من الدخول.و في هذه الحاله يكون عمود المرفق قد أتم دورة واحدة من دوراته.

الشوط الثاني-التمدد والعادم
n قبل وصول المكبس الى النقطة الميتة العليامباشرة يشعل الخليط بواسطة الشرارة المنبعثة من شمعة الاشتعال و يد فع المكبس الى الاسفل نتيجة ضغط الغازات المتمدده عليه. وهذا يعني اداء الشغل المطلوب.و بانزلاق المكبس الى اسفل فانه يضغط الخليط في علبة المرفق كاشفا في الوقت نفسه فتحات الانتقال و بالتالي يدخل الوقود المخلوط الى غرفة الاحتراق فيملؤها,في حين تنصرف الغازات المحترقة المضغوطة عن طريق فتحة العادم, وفي هذه الحاله يكون عمود المرفق قد اتم دورة كاملة.
n محركات الديزل ثنائية الاشواط:
n يتميز عن المحرك البنزين الثنائي الاشواط بوجود صمام عادم يجري التحكم فيه بوساطة حدبة (كامة) و يتكون المحرك الديزل الثنائي الاشواط عادة من ثلاثة اسطوانات الى سبع اسطوانات و الحجم المزاح فيه هو 1.5 لتر لكل اسطوانة في المتوسط.
n يفضل في هذه المحركات الحقن المباشر , ويتراوح ضغط الحقن بين 175ضغط جوي و بين 230 ضغط جوي.

الف شــــ: 19:ـــــــكر

مشكووووووووووووووووووووووووووور

حقا الموضوع يستحق التثبيت