كيف يعمل محرك السيارة

الرئيسية » أجهزة و ملحقات » كيف تعمل الأشياء » كيف يعمل محرك السيارة

إذا أردنا تعريف مفهوم السيارة بشكل بسيط فيمكننا القول بأنها عبارة عن صندوق معدني لديه أربع عجلات (عجلة في كل زاوية) تستخدم لنقل الأشخاص والبضائع من مكان لآخر، ولكن المفهوم العلمي للسيارة هو أكثر من ذلك بكثير، حيث تعتبر السيارة محوِّل للطاقة (Energy Converter)، و آلة تحرر الطاقة الكيميائية المختزنة في الوقود وتحوِّله إلى طاقة ميكانيكية بتحريك العجلات عبر علبة التروس الموصولة إلى المحرك. وعندما تتحرك السيارة تتحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة حركية مُطَبَّقة على جسم السيارة والرُّكَّاب. يكمن التحدِّي بين شركات صناعة المحركات والسيارات في تصنيع محرك أو سيارة يستهلكان أقل قدر من الوقود للوصول إلى نقطة محددة بأقصى سرعة ممكنة.

كيف تتحرر الطاقة من الوقود

يتركَّب البترول بشكل عام من الهيدروكربونات (ذرَّات الكربون والهيدروجين) مع القليل من ذرات أخرى مثل الأكسجين. يمكن تحويل الهيدروكربونات (Hydrocarbons) إلى طاقة بسهولة عن طريق الاحتراق، وعندما يتم حرق الهيدروكربونات في وسط مفتوح تتفكك ذراتها في الهواء حيث يتفاعل الكربون والهيدروجين مع أكسجين الهواء معطيًا ثنائي أكسيد الكربون والماء، بينما الطاقة التي كانت تربط ذرات الهيدروجين والكربون مع بعضها تتحول إلى حرارة. وفي حال حدث ذلك داخل محرك السيارة تولِّد هذه الحرارة ضغطًا يقوم بتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية ثم طاقة حركية فتتحرك السيارة.§

أنواع محركات السيارات

أغلب السيارات تمتلك نوعين من المحركات أحدها يعمل بالبنزين والآخر يعمل بالديزل، ولكن حتى محركات البنزين ذاتها تمتلك بعض الاختلافات البسيطة تبعًا للشركة المصنعة. ومن الأمثلة على ذلك محركات أتكينسون حيث قامت الشركة بتعديل زمن فتح الصمامات من أجل توفير الوقود ولكن على حساب قوة المحرك، بينما شركات أخرى استخدمت التوربو من أجل ضخ كميات اضافية من الهواء(أي الأكسجين) إلى المحرك وبالتالي تزيد من كمية الوقود المحترق وكمية الطاقة المُنْتَجَة أي زيادة في الأداء، محركات الديزل تقوم بهذه الأشياء ولكن دون شمعات إحتراق(Spark Plugs) إلَّا أن آليَّة الاحتراق في النهاية هي نفسها في جميع أنواع المحركات.§

أقسام محرك السيارة

من أجل فهم كيفيّة عمل محرك السيارة يجب تسليط الضوء على القطع الرئيسية في المحرك. وسنتحدث هنا عن المحرك رباعي الأشواط (Four-Stroke Engine) حيث أن غالبية السيارات تستخدم هذا النوع من المحركات، وأهم الأجزاء في هذا المحرك هي:

  • جسم المحرك(Engine Block): وهو عبارة عن كتلة من الألومنيوم غالبًا يحتوي على فراغات للبستونات وأجزاء المحرك الأخرى.
  • حُجْرَة الاحتراق(Combustion Chamber): وهي الجزء الذي تحصل فيه التفاعلات بين الوقود، الهواء، الضغط والكهرباء ليتشكل انفجار صغير مولدًا الحركة.
  • رأس الاسطوانات(Cylinder Head): وهي القطعة التي تغطي رأس الاسطوانات.
  • المكبس أو البستون(Piston): قطعة تتحرك للأعلى والأسفل ضمن الاسطوانات في المحرك.
  • ناقل الحركة أو عمود الكرنك(Crankshaft): وهو الذي ينقل الحركة من البستونات إلى علبة التروس(Gear Box).
  • عمود الكامات(Camshaft): وهو بمثابة عقل المحرك حيث يعمل بالتزامن مع ناقل الحركة عبر حزام توقيت يربطهما ببعضهما ليقوم بفتح وإغلاق الصمامات للتحكم بدخول وخروج الوقود والهواء إلى داخل حجرة الاحتراق.
  • نظام توقيت الحركة(Timing System): يتألف من أحزمة تربط عمود الكامات مع ناقل الحركة فيبقيهِما في نفس دور الحركة أثناء عمل المحرك وأي خلل في تزامن الحركة بين هذين العمودين سيسبب عطل المحرك.
  • الصمامات(Valves): يوجد صمَّامان غالبًا لكل اسطوانة واحد لدخول الوقود لغرفة الاحتراق والآخر ليخرُج ثاني أكسيد الكربون الناتج عن احتراق الوقود داخل الغرفة.
  • محاقن الوقود(Fuel Injectors).
  • شمعة الإشعال(Spark plug): توجد نهايتها التي تعطي شرارة الاشتعال داخل غرفة الاحتراق وهي التي تبدأ تفاعل الاحتراق بشرارة كهربائية بسيطة.§
محرك السيارة

كيف يعمل محرك السيارة

بما أن أغلبية السيارات في العالم تستخدم محركات البنزين رباعية الأشواط فسنتحدث عن كيفية عمل هذا النوع من المحركات حيث لا يوجد اختلاف بينه وبين باقي أنواع المحركات ذات الاحتراق الداخلي في طريقة العمل الرئيسية.

 يتكون هذا المحرك من أربعة أشواط هي:

  • شوط السحب (Intake Stroke).
  • شوط الضغط (Compression Stroke).
  • شوط الاحتراق (Combustion Stroke).
  • شوط الاطلاق (Exhaust Stroke).

يرتبط المكبس(البستون) بناقل الحركة عبر ذراع موصل(Connecting Rod)، و عندما يدور ناقل الحركة فإنه يعيد تلقيم المكبس إلى وضع أولي للاستعداد لدورة الإحتراق حيث يحدث التالي:

  • شوط السحب: يكون المكبس في أقصى وضع علوي بالنسبة للاسطوانة، ينفتح صمام الدخول ويبدأ المكبس بالحركة نحو الأسفل ليؤمِّن مساحة كافية للهواء والوقود من أجل الاحتراق ولكن لا يحتاج هذا الاحتراق إلا لقطرة صغيرة من البنزين وهنا يكون انتهى شوط السحب.
  • شوط الانضغاط: يبدأ المكبس بالحركة نحو الأعلى ليضغط مزيج الهواء والبنزين مما يجعل الانفجار الناجم عن الاحتراق أكثر قوًّة.
  • شوط الاحتراق: عندما يصل المكبس إلى أقصى وضع علوي في الاسطوانة، تعطي شمعة الاشتعال شرارة كهربائية مشعلًة مزيج الهواء والبنزين مما يسبب انفجارًا صغيرًا يدفع المكبس نحو الأسفل.
  • شوط الاطلاق: عند وصول المكبس إلى أقصى وضع سفلي في الاسطوانة، ينفتح صمام الخروج فيخرج ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء النَّاتجان عن عملية الاحتراق من حجرة الاحتراق ويخرجان من عادم السيارة عبر أنابيب تصريف موصولة إلى جسم المحرك.

ويتم تكرار العملية في كل دورة حتى ينتهي الوقود أو يقوم السائق بإيقاف تشغيل المحرك.§