books internal combustion engine
If you do not find what you're looking for, you can use more accurate words.
محرك احتراق داخلي (Info)
محرك الاحتراق الداخلي هو محرك حراري يحترق بداخله وقود مع مؤكسد (عادة هواء) في غرفة الاحتراق، والتي تُعتبر جزءًا من دائرة سريان الوقود. يؤثر تمدد الغازات ذات الضغط ودرجة الحرارة المرتفعين الناتجة عن الاحتراق في محرك الاحتراق الداخلي، بقوة مباشرة على بعض مكونات المحرك. تُطبق هذه القوة على المكابس وريش التربينة والفوهة الدافعة.
تؤدي هذه القوة إلى تحريك الجزء الذي تُؤثر عليه لمسافة معينة نتيجة تحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة ميكانيكية.
صُنع أول محرك احتراق داخلي نجح تجارياً بواسطة إتيان لينوار عام 1859 تقريباً، وصُنع أول محرك احتراق داخلي حديث في عام 1876 بواسطة نيكولاس أوتو (انظر دورة أوتو).
يشير مصطلح محرك الاحتراق الداخلي في العادة إلى أن عملية الاحتراق تتم بشكل متقطع (أي أنها تحدث كل فترة وليست مستمرة بشكل متصل)، ومثال على ذلك المحركات المكبسية الأكثر شيوعاً رباعية الأشواط وثنائية الشوط، بالإضافة إلى المحرك سداسي الأشواط ومحرك فانكل الدوار.
يستخدم نوع آخر من محركات الاحتراق الداخلي عملية احتراق متصلة، مثل: التربينات الغازية والمحركات النفاثة ومعظم المحركات الصاروخية، كل منها يندرج تحت تصنيف محركات الاحتراق الداخلي . تعتبر الأسلحة النارية من محركات الاحتراق الداخلي أيضاً.
تختلف محركات الاحتراق الداخلي اختلافاً طفيفاً عن محركات الاحتراق الخارجي مثل المحركات البخارية ومحرك ستيرلينج، التي تحتوي على مائع تشغيل يحصل على الطاقة من مصدر خارجي (مثال: حرق الفحم لتسخين المراجل للحصول على البخار اللازم (للمحرك البخاري) ولا يكون المائع جزءاً من نواتج الاحتراق أو مختلطاً معها. يًسخن مائع التشغيل في مِرجل (غلاية)، ويُمكن أن يكون مائع التشغيل هواء أو مياه ساخنه أو مياه مضغوطه أو حتى الصوديوم السائل. تُشغل غالباً محركات الاحتراق الداخلي بوقود سائل مرتفع الطاقة ومشتق من الوقود الأحفوري. تستخدم معظم محركات الاحتراق الداخلي في التطبيقات المتنقلة بالإضافة للعديد من التطبيقات الثابتة، وًتعتبر مصدر الطاقة الأساسي للمركبات مثل السيارات والطائرات والقوارب.
يعمل محرك الاحتراق الداخلي بالوقود الأحفوري مثل الغاز الطبيعي، والمشتقات البترولية مثل البنزين والديزل وزيت الوقود. كما أن هناك استخدام متزايد للوقود المتجدد مثل استخدام الديزل الحيوي في محركات الاشعال بالانضغاط، ووقود الميثانول في محركات الاشعال بالشرارة.
يُستخدم الهيدروجين أحياناً كوقود، ويُمكن الحصول عليه من الوقود الحفري أو من الطاقة المتجددة.
محرك الاحتراق الداخلي هو محرك حراري يحترق بداخله وقود مع مؤكسد (عادة هواء) في غرفة الاحتراق، والتي تُعتبر جزء من دائرة سريان الوقود. يؤثر تمدد الغازات ذات الضغط ودرجة الحرارة المرتفعين الناتجة عن الاحتراق في محرك الاحتراق الداخلي، بقوة مباشرة على بعض مكونات المحرك. تُطبق هذه القوة على المكابس وريش التربينة والفوهة الدافعة.
تؤدي هذه القوة إلى تحريك الجزء الذي تُؤثر عليه لمسافة معينة نتيجة تحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة ميكانيكية.
صُنع أول محرك احتراق داخلي نجح تجارياً بواسطة إتيان لينوار عام 1859 تقريباً، وصُنع أول محرك احتراق داخلي حديث في عام 1876 بواسطة نيكولاس أوتو (انظر دورة أوتو).
يشير مصطلح محرك الاحتراق الداخلي في العادة إلى أن عملية الاحتراق تتم بشكل متقطع (أي أنها تحدث كل فترة وليست مستمرة بشكل متصل)، ومثال على ذلك المحركات المكبسية الأكثر شيوعاً رباعية الأشواط وثنائية الشوط، بالإضافة إلى المحرك سداسي الأشواط ومحرك فانكل الدوار.
يستخدم نوع آخر من محركات الاحتراق الداخلي عملية احتراق متصلة، مثل: التربينات الغازية والمحركات النفاثة ومعظم المحركات الصاروخية، كل منها يندرج تحت تصنيف محركات الاحتراق الداخلي . تعتبر الأسلحة النارية من محركات الاحتراق الداخلي أيضاً.
تختلف محركات الاحتراق الداخلي اختلافاً طفيفاً عن محركات الاحتراق الخارجي مثل المحركات البخارية ومحرك ستيرلينج، التي تحتوي على مائع تشغيل يحصل على الطاقة من مصدر خارجي (مثال: حرق الفحم لتسخين المراجل للحصول على البخار اللازم للمحرك البخاري) ولا يكون المائع جزءاً من نواتج الاحتراق أو مختلطاً معها. يًسخن مائع التشغيل في مِرجل (غلاية)، ويُمكن أن يكون مائع التشغيل هواء أو مياه ساخنه أو مياه مضغوطه أو حتى الصوديوم السائل. تُشغل غالباً محركات الاحتراق الداخلي بوقود سائل مرتفع الطاقة ومشتق من الوقود الأحفوري. تستخدم معظم محركات الاحتراق الداخلي في التطبيقات المتنقلة بالإضافة للعديد من التطبيقات الثابتة، وًتعتبر مصدر الطاقة الأساسي للمركبات مثل السيارات والطائرات والقوارب.
يعمل محرك الاحتراق الداخلي بالوقود الأحفوري مثل الغاز الطبيعي، والمشتقات البترولية مثل البنزين والديزل وزيت الوقود. كما أن هناك استخدام متزايد للوقود المتجدد مثل استخدام الديزل الحيوي في محركات الاشعال بالانضغاط، ووقود الميثانول في محركات الاشعال بالشرارة.
يُستخدم الهيدروجين أحياناً كوقود، ويُمكن الحصول عليه من الوقود الحفري أو من الطاقة المتجددة.
التاريخ
ساهم العديد من العلماء والمهندسين في تطوير محرك الاحتراق الداخلي.
تُزيت علبة المرافق من الداخل وكذلك عمود المرفق وذراع التوصيل وأسفل المكابس في المحركات ثنائية الشوط المنظفة بواسطة علبة المرافق، وذلك عن طريق رش زيت ثنائي الشوط في خليط الوقود والهواء، ويُحرق الزيت مع خليط الوقود. قد تُوضع مجموعة الصمامات في حيز مغمور بمادة تزييت، لذلك قد لا يكون هناك حاجة لمضخة زيت.
لا تُستخدم مضخة زيت في نظام التزييت بالرش، ويُغمر عمود المرفق في الزيت في حوض المحرك بدلاً من ذلك، ونتيجة لسرعة دورانه المرتفعة يقوم عمود المرفق برش الزيت على نفسه وعلى أذرع التوصيل وأسفل المكابس. قد تحتوي أغطية النهاية الكبيرة لذراع التوصيل على مغرفة ملحقة بها لزيادة تأثير رش الزيت. قد تُعزل مجموعة الصمامات في حيز مغمور بالزيت أو تكون معرضة لعمود المرفق بحيث تستقبل الزيت المرشوش وتسمح بتسربه مرة أخرى لحوض المحرك. يُستخدم التزييت بالرش في المحركات رباعية الأشواط الصغيرة.
يتم التزييت في نظام التزييت القسري (المضغوط) في حلقة مغلقة، حيث يُحمل زيت المحرك بواسطة نظام التزييت إلى الأسطح المراد تزييتها، ثم يعود الزيت إلى خزان الزيت. لا تُزيت المعدات المساعدة للمحرك بواسطة حلقة التزييت السابقة، على سبيل المثال: قد يستخدم مولد تيار متردد محامل كريات (رولمان بلي) مُزيتة. يكون حوض المحرك هو خزان الزيت عادة، وفي هذه الحالة يُسمى نظام الحوض الرطب. عندما يكون هناك خزان زيت مختلف عن السابق، يستمر تزويد علبة المرافق بالزيت، لكن يتم تسريبه بواسطة مضخة مخصصة: يُسمى هذا النظام نظام الحوض الجاف.
يحتوي حوض الزيت في أسفله على مدخل للزيت مغطى بمرشح (فلتر) شبكي متصل بمضخة زيت ثم مرشح زيت خارج علبة المرافق، بعد ذلك يتم ارجاع الزيت للمحامل الرئيسية لعمود المرفق وإلى مجموعة الصمامات. تحتوي علبة المرافق على الأقل على قناة زيت واحدة داخل جدارها، تستقبل من خلالها الزيت من مرشح الزيت. تحتوي المحامل الرئيسية (محامل عمود المرفق) على أخدود خلال نصف محيطها أو محيطها بالكامل، ويدخل الزيت إلى هذه الأخاديد من القنوات المتصلة بقناة الزيت. يحتوي عمود المرفق على ثقوب يأخذ من خلالها الزيت من هذه الأخاديد ويوصلها إلى المحامل ذات النهاية الكبيرة. تُزيت جميع المحامل كبيرة النهاية بهذه الطريقة. قد يُزود محمل رئيسي واحد 1 أو 2 من المحامل كبيرة النهاية بالزيت، وقد لا يُزود أيا منها. قد يُستخدم نظام مشابه لتزييت المكبس ومسمار المعصم والنهاية الصغيرة لذراع التوصيل: تحتوي النهاية الكبيرة لذراع التوصيل في هذا النظام على أخدود حول عمود المرفق وثقب في هذا الأخدود يتوزع من خلاله الزيت لأسفل المكبس والأسطوانة.
تُستخدم أنظمة أخرى أيضاً لتزييت الأسطوانة والمكبس. يحتوي ذراع التوصيل على فوهة لنفث الزيت للأسطوانة وأسفل المكبس. تتحرك هذه الفوهة بالنسبة للأسطوانة التي تُزيتها، ولكنها تشير إليها دائماً أو إلى مكبسها.
يحتوي نظام التزييت القسري على تدفق زيت أكثر من المطلوب للتزييت، وذلك لاستخدامه كمساعد في التبريد. يساعد نظام التزييت في نقل الحرارة من أجزاء المحرك الساخنة إلى سائل التبريد (في حالة المحركات المبردة بالماء) أو إلى الزعانف (في حالة المحركات المبردة بالهواء) التي تقوم بطرد الحرارة للبيئة المحيطة. يجب أن تكون مادة التزييت مستقرة كيميائياً وتحقق لزوجة مناسبة خلال مدى درجات الحرارة الناتجة من المحرك.
ترتيب الأسطوانات
تشمل أشكال الترتيب الشائعة للأسطوانات الترتيب الخطي (محرك خطي) والترتيب الأكثر صعوبة في شكل V، والترتيب في شكل مسطح (محرك مسطح) والذي يتميز بالسلاسة على الرغم من عرضه. تستطيع محركات الطائرات استخدام الترتيب الشعاعي للأسطوانات، والذي يتيح تبريد أفضل. استُخدمت أيضاً أشكال الترتيب النادرة مثل الترتيب على شكل H وشكل U وشكل X وشكل W (محرك شكل W).
تضع المحركات متعددة الأسطوانات مجموعة الصمامات وعمود المرفق بحيث تكون المكابس عند مواضع مختلفة من دورة التشغيل (تؤدي المكابس أشواط مختلفة)، ومن المرغوب فيه أن تكون دورات المكبس متباعدة بشكل منتظم (يًسمى ذلك بترتيب الإشعال المتساوي، وفيه تكون الزاوية بين كل اشعال والاخر متساوية، ويتم حسابها بقسمة زاوية الدوران الكلية لعمود المرفق على عدد الأسطوانات. مثال: إن كان المحرك رباعي الأشواط فإن عمود المرفق يكمل الدورة الحرارية كل 720 درجة، وإن كان المحرك رباعي الأسطوانات، يكون ترتيب الاشعال 4/720 أي أن الإشعال يحدث في أسطوانة مختلفة كل 180 درجة من دوران عمود المرفق) خاصة في محركات السحب القسري للهواء، ويقلل هذا من نبضات العزم ويجعل المحركات الخطية المحتوية على أكثر من 3 أسطوانات أكثر اتزاناً بالنسبة للقوى الأساسية (انظر اتزان المحرك). تحتاج بعض أشكال المحركات إلى ترتيب اشعال فردي (الزاوية بين كل اشعال والاخر في أسطوانات مختلفة غير متساوية، مثال: محرك 6 أسطوانات يحدث الإشعال فيه عند 90 درجة و150 درجة، لكن الإشعال المتساوي كان يجب أن يحدث عند 6/720 أي كل 120 درجة من دوران عمود المرفق) لتحقيق اتزان أفضل من استخدام ترتيب الإشعال المتساوي (ترتيب الاشعال: هو ترتيب أشواط القدرة في الأسطوانات للحصول على توزيع متساوي للقوى المؤثرة على عمود المرفق). يحقق محرك خطي مزدوج رباعي الأشواط، على سبيل المثال، اتزان أفضل عندما تكون الزاوية بين مسامير المرفق 180 درجة (مكبس صاعد ومكبس هابط) حيث تتحرك المكابس في اتجاهات متعاكسة فيلغي ذلك تأثير عزم القصور، لكن ذلك يُعطي ترتيب اشعال فردي، حيث تًشعل الشحنة في الأسطوانة بعد 180 درجة من حدوث الإشعال في الأسطوانة الأخرى، ولايحدث اشعال في أي أسطوانة عند زاوية 540 درجة من دوران عمود المرفق (ترتيب الإشعال المتساوي لهذا المحرك يكون 2/720 أي كل 360 درجة). تتحرك المكابس في انسجام عند ترتيب الإشعال المتساوي.
لا تحتاج بالضرورة أشكال عمود المرفق المتعددة إلى رأس أسطوانة في جميع الأسطوانات، وبدلاً من ذلك قد تستخدم مكبس عند كل نهاية من نهايتي الأسطوانة، ويُسمى ذلك التصميم محرك بمكابس متقابلة . يمكن تحقيق التنظيف أحادي الاتجاه في
