فكرة عمل محرك السيارة

فكرة عمل محرك السيارة
الكاتب د,حازم سكيك
الأحد, 10 فبراير 2002 02:00
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.

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->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
url=https://servimg.com/view/12103231/99][/url]

يعمل محرك السيارة ذو الاحتراق الداخلي من خلال دورة متكاملة يمكن تقسيمها إلى اربعة اشواط اساسية نذكرها على النحو التالي:



(1) شوط الأخذ Intake stroke

(2) شوط الانضغاط Compression stroke

(3) شوط الاحتراق Combustion stroke

(4) شوط العادم Exhaust stroke

<!--[if !vml]-->


<!--[endif]-->



نرى في الشكل السابق الجزء الأساسي من المحرك والذي يسمى المكبس Piston وهو الجزء المماثل للمدفع في المثال السابق. يتصل المكبس بعامود الحركة crank shaft الرمز P في الشكل التوضيحي. وبدوران عامود الحركة يمكن إعادة المكبس إلى وضعه الابتدائية كما ويعمل هذا الجزء على تحويل الحركة الرأسية للمكبس إلى حركة دائرية.



وصف الدورة الكاملة لمحرك السيارة


(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. وهذا الشوط موضح في الفترة المحددة باللون الأصفر.

(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. وهذا الشوط موضح في الشكل الجانبي باللون البنفسجي.

(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. وهذا الشوط موضح في الشكل الجانبي باللون البرتقالي.

(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. وهذا الشوط موضح في الشكل الجانبي باللون الاخضر.

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
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 كما هو موضح في الشكل التالي




ترتيب الاسطوانات في خط مستقيم
<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

ترتيب الاسطوانات في خطين متوازيين
<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

ترتيب الاسطوانات على خطين بزاوية حادة تعمل شكل حرف V
<!--[if !vml]--><!--[endif]-->


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

البوجيه
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
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.

غرفة الاحتراق
Combustion chamber
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.
يمكن زيادة ازاحة المحرك أما بزيادة عدد الاسطوانات أو بزيادة حجم الاسطوانة نفسها أو زيادة الاثنين معاً.

عمود التوصيل
Connecting rod
وهو العمود الذي يوصل المكبس مع عمود ناقل الحركة Crank shaft والذي يجعله يدور في حركة دائرية

Crank shaft
وهو الذي يعمل على تحريك المكبس للأعلى وللأسفل.

وعاء الزيت Sump
وهو وعاء يحتفظ بالزيت ليغمر عمود ناقل الحركة Crank shaft.






سبب عدم عمل المحرك


في حالة عدم قبول محرك السيارة من العمل فإن هذا يعود إلى خلل ما وحيث أنك اصبحت على دراية بفكرة عمل المحرك فإن العديد من الاسباب يمكن ان تسبب في عدم تشغيل المحرك ولكن هناك ثلاثة اسباب رئيسية نذكرها على النحو التالي:

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->خلل في خليط الوقود والهواء:
وهذا يعود لاحد الاسباب التالية:

<!--[if !supportLists]-->· <!--[endif]-->نقص كمية الوقود اللازم لتشغيل المحرك فيدخل الهواء بدون الوقود فلايحدث الاحتراق.

<!--[if !supportLists]-->· <!--[endif]-->انسداد في منفذ الهواء فيدخل الوقود بدون كمية هواء كافية فلا يعمل المحرك.

<!--[if !supportLists]-->· <!--[endif]-->كمية الوقود اما تكون اكثر أو اقل من اللازم فيحدث خلل في الاحتراق الناتج.

وجود شوائب في الوقود مثل بعض الماء الذي سيمنع الوقود من الاحتراق.
ضعف في شوط الانضغاط

وهذا يعود إلى وجود تسريب في الاسطوانة تمنع من عدم الوصول إلى الضغط المطلوب الذي سيتحول إلى قوة دافعة لتحريك السيارة وخذا التسريب يعود في أغلب الاحيان إلى اهتراء في الحلقات المبطنة للاسطوانة نتيجة للحرارة العالية أو تسريب في المكان الذي يثبت فيه رأس الاسطوانة مع الاسطوانة نفسها حيث يوجد gasket وهي قطعة تثبت في اطار محدد لتضمن احكام اغلاق رأس الاسطوانة.

تسرب الشرارة الكهربية

خلل يصيب مولد الشرارة (spark) نتيجة لكسر في احد طرفيه أو ان توقيت الشرارة يحدث في غير الوقت المطلوب كما ذكرنا سابقا.



الجزء الخارجي للمحرك


الجزء الداخلي للمحرك والمكون من الاسطوانة لا يمكن ان يعمل بدون الاجزاء الأخرى التابعة له فدورة المحرك تمر بعد ذلك خلال العديد من الحلقات المتكاملة المتزامنة فهناك دورة لماء التبريد ودورة كهربية مسؤولة عن توزيع الشرارة الكهربية على الاسطوانات وهناك دائرة التغذية الكهربية لشحن البطارية ودورة الوقود والهواء ودورة التحكم باغلاق وفتح الصمامات وكل هذه الدورات يجب ان تعمل معا وبشكل متكامل واي خلل في احدها يؤدي إلى توقف المحرك بعد احداث خلل فيه.



دورة التحكم باغلاق وفتح الصمامات

في المحركات الحديثة يثبت عمود ناقل الحركة أعلى الصمامات حيث أن دورانه يؤدي إلى التحكم في فتح واغلاق الصمامات من خلال القطع المعدنية (باللون الاخضر) المثبتة على ذراعه.
<!--[if !vml]--><!--[endif]-->


اعتذر عن عدم ادراج الصور الخاصة بترتيب الاسطوانات وكذلك دورة التحكم باغلاق وفتح الصمامات





]

موضوع قيم وجد مفيد أخي سعيد.
وأظن أن كل سائق سيارة يجب أن تكون له دراية كافية عن أجزاء سيارته وكيفية عملها وخاصة المحرك.
مشكور اخي سعيد.

شكرا الاخ سعيد على هذه الباقة الجميلة التي كما قلت لابد على كل سائق سيارة ان يكون على دراية بها
لكن اريد ان اضيف ان ما اتيتنا به بالعربية و يرادفه مصطلحات انجليزية .. نحن في المغرب نعرف مكونات السيارة بالفرنسية ..
مثلا .. cilasse .. group..villebrukun..lumbrakam..biell piston.. 4 palait..moteur a 4temp ..chambre de compretion....... الى اخره هذه فقط امثلة بسيطة وهناك الكثير
لي عودةلهذا الموضوع و ساقوم ان شاء الله باضافة شي لاغناءه بالمعلومات شكرا سعيد تحياتي للجميع

بسم الله الرحمن الرحيم .
شكرا سعيد على الموضوع ، و هو ليس بغريب عليك فكلما جمعتنا جلسة إلا و كان ملحها هو قطاع السيارات الأجمل و الأرفه و الأمتن و غير ذلك .
لكل إهتماماته و الأجمل أن يكون إهتماما مفيدا على شاكلة هذا الموضوع .
إستمتعت بمطالعة الموضوع .
شكرا ...

اظافة لمن يهمه معرفة كيفية عمل محرك السيارة
كيف يعمل المحرك؟

المحرك هو قلب السيارة لكن بدلاً من ضخ الدم فإنه يولد الطاقة، فالوظيفة الرئيسة للمحركات هي تحويل الهواء والوقود إلى طاقة قادرة على إدارة عجلات السيارة، فكيف يقوم المحرك بذلك؟
المكابس (بيستون)
معظم المحركات الشائعة تحوي أربعة أو ستة أو ثمانية مكابس تتحرك صعوداً ونزولاً، وفي الجزء الأعلى من المكبس يوجد ما يسمى بحجرة الاحتراق حيث يتم خلط الوقود والهواء قبل الاشتعال وفي الجانب الآخر (الأسفل) يوجد غلاف عمود الدوران الذي يكون مليئاً بالزيت، كما أن للمكابس حلقات تعمل على إبقاء الزيت بعيداً عن حجرة الاشتعال، وكذلك مزيج الهواء والوقود بعيداً عن الزيت.
عمود الدوران (كرنك شفت)
يربط عمود الدوران بالمكابس بواسطة أذرع توصيل، وعندما تتحرك المكابس صعوداً ونزولاً في الاسطوانات فإنها تقوم بتدوير عمود الدوران وتحول الحركة المستقيمة إلى حركة دورانية.
مجموعة الصمامات
تتضمن هذه المجموعة الصمامات وأذرع الطرق وقضبان الدفع والرافعات وعمود الكامات وتشكل هذه المجموعة بتكامل للسماح بدخول الهواء والوقود وخروجه من المحرك في التوقيت المناسب، ويتم التحكم في هذا التوقيت بواسطة عمود الكامات الذي تتزامن حركته مع حركة عمود الدوران باستعمال سلسلة نقل حركة حديدية أو حزام مطاطي ناقل يسمى (حزام التوقيت).
آلية العمل
بعد أن أعطينا نظرة عامة على الأجزاء المرتبطة بعمل المحرك فما الذي يحصل أثناء عمل المحرك، فمحركات السيارات تعمل بأربعة أشواط (أو أربع دورات) أي أنها تتعرض لأربعة أحداث مختلفة كما يلي:
1 شوط السحب: يقوم عمود الكامات بفتح صمام السحب ويتحرك المكبس إلى أسفل الاسطوانة مما يولد تخلخلاً في الضغط يتسبب بسحب الهواء والوقود إلى حجرة الاشتعال التي في أعلى المكبس.
2 شوط الانضغاط: فما إن يبدأ المكبس بالصعود إلى الأعلى مرة أخرى فإنه بالقرب من أعلى الأسطوانة تنطلق شرارة شمعة الاشتعال لتشعل مزيج الوقود والهواء.
3 شوط الدوران: الانفجار الذي يحصل يدفع بعد ذلك المكبس إلى أسفل الاسطوانة ليدير عمود الدوران في الأسفل.
4 شوط العادم: بعد أن يصل المكبس إلى أسفل الاسطوانة يفتح صمام العادم لترسل الغازات المتبقية من اشتعال مزيج الوقود والهواء خارجاً إلى منظومة العادم عند صعود المكبس.
أعطال أجزاء المحرك
المكابس: تقوم الحلقات المثبتة على محيط الكبس كما ذكرنا سابقاً بفصل حجرة الاحتراق عن غلاف عمود الدوران، لكن هذه الحلقات وبمرور الزمن تبدأ بالتآكل وعندما يبدأ ذلك بالحصول فإنها تسمح للوقود والهواء بالامتزاج مع الزيت وتخفيفه، هذا التخفيف يقلل من قدرة الزيت على تزييت المحرك ويمكن أن يسبب له تآكلاً سابقاً لأوانه، كذلك فإنه إذا تآكلت الحلقات بشكل كبير فإنها ستسمح للزيت الموجود في غلاف عمود الدوران بالدخول إلى حجرات الاشتعال مما يتسبب بحرق الزيت وبالتالي ظهور الدخان الأبيض المائل إلى اللون البني من أنبوب العادم خلف السيارة، لذلك فإن كانت سيارتك تطلق هذا اللون من الغازات العادمة ولا يتوقف خروج هذه الغازات خلال الدقائق الأولى من التشغيل فلعل محرك السيارة يعاني من حلقات متآكلة، أما إذا كان هذا النوع من الدخان يتوقف بعد دقائق تأكد من ضبط مجموعة الصمامات.
عمود الدوران: يدور هذا العمود على محامل يمكن أن تتآكل بمرور الزمن. تقوم هذه المحامل بإسناد عمود الدوران وأذرع التوصيل التي تربط المكابس بعمود الدوران. في معظم الحالات يشير الطرق العالي المتوسط الشدة في المحرك إلى تآكل هذه المحامل وعادة ما يكون تصليحها مكلفاً ويتطلب الأمر إزالة عمود الدوران وتشغيل سطوحه الملامسة للمحامل أو حتى استبدال عمود الدوران بكامله. ولمنع حصول هذا النوع من الأعطال استعمل زيتاً عالي الجودة واستبدل الزيت حسب الفترات التي يوصى بها من قبل الشركة المصنعة للسيارة ( كل ثلاثة أشهر أو3000 ميل) وحافظ على مستوى الزيت ضمن الحدود الموصى بها.
مجموعة الصمامات: إذا كانت سيارتك تطلق دخاناً أبيض مائلا إلى اللون البني عند بدء اشتغال المحرك فلعل ما يعاني منه المحرك هو وجود تسرب في مانعات تسرب الصمامات seals.
فمانعات تسرب الصمامات تمنع تسرب الزيت الموجود فوق الصمام إلى حجرة الاحتراق التي في الأسفل وعندما تبدأ بالتلف فإنها يمكن أن تسمح للزيت بالتسرب إلى حجرة الاحتراق والتجمع هناك إلى أن تبدأ بتشغيل المحرك مرة أخرى. وعند اشتغال المحرك يتوقف تسرب الزيت لأن مانعات التسرب هذه تبدأ بالتمدد مع ارتفاع الحرارة وتغلق منطقة التسرب. ومن المشكلات الشائعة أيضاً انزلاق السلسلة الحديدية (أو حزام التوقيت المطاطي) أو حتى انكسارها مما يتسبب بتوقف عمود الكامات عن الدوران وبالتالي توقف المحرك عن العمل كون عمود الكامات يتحكم بفتح وغلق الصمامات. أما في حالة المحركات المتداخلة التي تكون فيها المكابس والصمامات قريبة جداً من بعضها البعض أثناء العمل فإنه عند توقف الصمامات عن العمل (أثناء كسر السلسلة الحديدية أو الحزام الناقل) واستمرار دوران عمود الدوران يمكن أن يتسبب ذلك بتحطم المكبس. ويمكن أن يتسبب هذا التحطم بأشياء أخطر للمحرك مثل كسر الصمام واعوجاج أذرع توصيل المكبس وتشقق المكابس أيضاً. وهذا هو السبب الذي يجعل معظم المصنعين ينصحون بتبديل سلسلة التوقيت أو الحزام المطاطي كل 60 ألف ميل.
وبما أن أحزمة التوقيت المطاطية تجف وتتشقق وتتلف بمرور الزمن لذلك فحتى لو كانت لم تصل إلى عمر تشغيلي يبلغ60 ألف ميل عليك أن تفكر بتبديلها عندما يبلغ عمرها ست سنوات.
نصائح للصيانة الوقائية
لتتفادى الأعطال الخطيرة في محرك سيارتك تذكر ما يلي:
1 تغيير زيت المحرك في أوقات منتظمة.
2 إعطاء المحرك الوقت الكافي ليسخن قبل قيادة السيارة وذلك الوقت ضروري لكي يصل زيت المحرك إلى جميع أجزائه، وهذا النقطة ضرورية أكثر في الجو البارد عندما يكون الزيت بارداً وأكثر لزوجة.
3 تبديل حزام التوقيت المطاطي أو السلسلة الحديدية حسب الفترات التي يوصي بها مصنعو السيارة.
4 إذا كان المحرك بشاحن توربيني ابقي المحرك دقيقة أو اثنتين ليبرد قبل إطفائه. فترة التبريد هذه تسمح للزيت بتدوير وتبريد محامل عمود الدوران، فالزيت يمكن أن يلتصق حول المحامل الساخنة ومن ثم يتسبب بمشكلات على الطريق.
5 إذا ما كنت تريد تبديل محرك سيارتك ناقش مزايا شراء محرك جديد مقارنة بمحرك قديم. إذا كنت تخطط لإبقاء سيارتك لديك لبعض الوقت فإن المحرك الجديد قد يكون الخيار الأفضل. أحياناً، المحركات الجديدة قد لا تكون غالية أكثر بكثير من تصليح محرك السيارة مما يجعلها الحل الأفضل. .

[img][/img]
منقــــــــــــــــــــول للافادة
لنا عودة في نفس الموضوع ان شاء الله