خاص بموقع فنّات.كوم

تحدثنا في المقالة السابقة عن الأجزاء الأساسية والرئيسية في المحرك الأكثر شيوعاً في السيارات، وذكرنا بأن المحرك يحتوي على أسطوانات، وتحتوي كل أسطوانة على مكبس متصل بواسطة ذراع بعمود المرفق، ويتم تغطية رأس الأسطوانة بواسطة غطاء الأسطوانات، الذي يحتوي على صمامين يركبان على رأس كل أسطوانة (أي أنه يوجد 8 صمامات في المحرك المؤلف من 4 أسطوانات كحد أدنى) وتدعى المسافة بين رأس المكبس ورأس الأسطوانة، المحصورة بواسطة غطاء الأسطوانات والصمامات، بحجرة الاحتراق، وذلك لحدوث عملية احتراق الوقود داخل هذه المنطقة.

العمليات داخل الأسطوانة:

تحتوي أكثر المحركات على أربع أو ست أسطوانات، وما يحدث في أسطوانة واحدة هو نفس ما يحدث في كل الأسطوانات، لذلك سنركز شرحنا على أسطوانة واحدة عند شرح عمل المحرك.

ويتم تقسيم مراحل العمل التي تحدث في المحرك إلى أربع مراحل أو أشواط، والمقصود بالشوط هو تحرك المكبس من إحدى نهايتي الأسطوانة إلى النهاية الأخرى، وما يطلق على النهاية السفلى للأسطوانة، والتي يستطيع رأس المكبس الوصول إليها بـ (BDC) أو النقطة الميتة السفلى، أما النهاية العليا، والتي يستطيع رأس المكبس الوصول إليها فتدعى (TDC) أو النقطة الميتة العليا.

وكنا قد ذكرنا بأن المحرك الشائع، يعتمد في مبدأ عمله على أربعة أشواط (أي دورتين لعمود المرفق، وذلك لأن كل º180 تؤدي إلى تحرك المكبس من BDC إلى TDC أو العكس، وبالتالي حدوث شوط)، وتدعى الأشواط الأربعة للمحرك: شوط السحب، شوط الضغط، شوط الاشتعال، وشوط الطرد.

وقبل أن نشرح الأشواط، سنفترض بأن الصمامات تفتح وتغلق عند (TDC وBDC)، ويتم ذلك بواسطة عمود الكامات، علماً بأن الواقع مغاير نسبياً لذلك، ولكننا سنشرح مبدأ عمل المحرك بأبسط شكل ممكن وأقله تعقيداً.

1- شوط السحب:

في شوط السحب يتحرك المكبس من TDC إلى BDC، ويكون صمام السحب (في المحرك الذي يحتوي على صمامين لكل أسطوانة، تكون وظيفة الصمام الأول إدخال مزيج الهواء والبنزين، أما الثاني فوظيفته إخراج الغازات الناتجة عن الاحتراق) مفتوحاً، أما صمام العادم فيكون مغلقاً، وحركة المكبس من الأعلى إلى الأسفل، تساهم في دخول الوقود (الهواء + البنزين) إلى داخل الأسطوانة، علماً بأن تحضير الوقود يتم بواسطة مجموعة الوقود التي سنتحدث عنها لاحقاً.

2- شوط الضغط:

بعد وصول المكبس إلى BDC، يبدأ بالحركة من الأسفل إلى الأعلى، وبالتالي يبدأ شوط الضغط، ويغلق كلاً من صمام السحب والطرد، وبذلك تصبح حجرة الاحتراق مقفلة تماماً، وعندما يتحرك المكبس إلى الأعلى (يندفع إلى الأعلى أو الأسفل بواسطة عمود المرفق وذراع التوصيل)، يضغط الوقود (هواء + بنزين)، حتى يصل إلى TDC، عندها يكون قد ضغط الوقود إلى أن أصبح حجمه أقل بحوالي سبع مرات عن حجمه الأصلي كحد أدنى ! و ينتج عن هذا الضغط ارتفاع في درجة حرارة الوقود.

3- شوط الاشتعال:

على غطاء الأسطوانات وفي رأس كل أسطوانة شمعة احتراق (بوجي)، وعندما يصل المكبس إلى TDC في نهاية شوط الضغط، تقوم شمعة الاحتراق بإطلاق شرارة إلى داخل حجرة الاحتراق، مما يتسبب في انفجار الوقود (بنزين + هواء)، فينتشر اللهب بسرعة ضخمة داخل الأسطوانة مسبباً ارتفاعاً كبيراً في الضغط، يصل إلى أكثر من 40 كغ على سم² في محركات البنزين، وهذا الضغط الكبير يدفع المكبس إلى الأسفل وبقوة كبيرة، مما يتسبب في دوران عمود المرفق وبقوة، وبالتالي دوران دولاب المعدل.

ولتوضيح مقدار قوة الضغط، سنأخذ محرك الفولكس فاغن غولف الجديدة، والمكون من 4 أسطوانات، قطر كل مكبس 81 مم، وبالتالي فإن مساحته تبلغ حسب قانون حساب مساحة الدائرة: r² л ، حوالي الـ 50 سم²، فإذا كان الضغط المتولد نتيجة انفجار الوقود 40 كغ.سم² فإن المكبس سيندفع إلى الأسفل بقوة 2000 كغ!! أي طنين! مما يفسر القوة الكبيرة للمحرك.

4- شوط الطرد:

عندما يصل إلى المكبس إلى BDC نتيجة انفجار الوقود، يفتح صمام الطرد، ويكون صمام السحب مغلقاً، وعندها يندفع المكبس إلى الأعلى، مما يدفع الغازات الناتجة عن احتراق الوقود إلى خارج حجرة الاحتراق خلال صمام الطرد، الذي يكون موصولاً مع مخارج تؤدي إلى العادم (الأشطمان)، وعندما يصل المكبس إلى TDC يغلق صمام السحب، وعندئذ يتم سحب شحنة وقود جديدة إلى حجرة الاحتراق، وبالتالي بدأ دورة عمل جديدة للمحرك، وتتكرر الأشواط الأربعة المذكورة آنفاً طول مدة دوران المحرك.