مبدأ عمل محركات الجرارات والسيارات الزراعية ذات الاحتراق الداخلي
المؤلف:
د. محمود مريعي ود. عبد الهادي كاخيا
المصدر:
الآلات الزراعية
الجزء والصفحة:
ص 80-85
2025-10-29
33
مبدأ عمل محركات الجرارات والسيارات الزراعية ذات الاحتراق الداخلي
تقسم محركات الاحتراق الداخلي الترددية حسب مبدأ عملها ونوع الدورة التشغيلية إلى نوعين رئيسين هما: محركات رباعية الأشواط، محركات ثنائية الأشواط.
1. محركات رباعية الأشواط:
عندما يدور العمود المرفقي دورتين تتحقق الدورة الحرارية في المحركات رباعية الأشواط؛ حيث إن الدورة الفعلية للمحرك بغض النظر عن نوع المحرك والتي تمثل الخطوات التي تعاد لكل عملية احتراق لخليط الهواء والوقود في الأسطوانة الواحدة، تتألف من المراحل المبينة على الشكل (1):
الشكل (1) يبين مبدأ عمل الدورة التشغيلية الرباعية لمحرك رباعي الأشواط.
1- صمام السحب. 2- صمام العادم. 3- ماسورة السحب. 4- ماسورة العادم.
أ. شوط السحب: يكون صمام السحب في بداية هذا الشوط في وضعية الفتح والمكبس قرب النقطة الميتة العليا، وتكون حجرة الاحتراق مليئة بنواتج الاحتراق المتبقية من الدورة السابقة (الغازات المتبقية)، التي يكون ضغطها أعلى من ضغط الجو بقليل. نتيجة لدوران العمود المرفقي يبدأ المكبس بالنزول للأسفل باتجاه النقطة الميتة السفلى؛ حيث تزداد سرعته وتنخفض قيمة الضغط داخل الأسطوانة عن الضغط ضمن أنبوب السحب بسبب التخلخل الجزئي الذي يحدث داخل الأسطوانة، مما يؤدي إلى امتلاء الأسطوانة بالشحنة الجديدة، يبقى صمام السحب مفتوحاً إلى ما بعد وصول المكبس الى النقطة الميتة السفلى لتحسين مردود العملية.
ب. شوط الضغط: يتحرك المكبس من النقطة الميتة السفلى إلى النقطة الميتة العليا، ويغلق فيه صمام السحب فتصبح الشحنة الفعالة محصورة ضمن الحجم الكلي للأسطوانة، مما يؤدي إلى انضغاط الشحنة، وارتفاع درجة حرارتها استعداداً لاشتعالها. تعتمد قيمة الضغط في نهاية شوط الضغط على العوامل الآتية:
قيمة نسبة الانضغاط، كمية الشحنة المتسربة من الأسطوانة إلى علبة المرفق، مقدار التبادل الحراري مع الوسط المحيط، مقدار الضغط الأولى للشحنة.
ج. شوط التمدد: يبدأ شوط التمدد عند لحظة اشتعال الشحنة؛ مرافقاً تسارع ازدياد ضغط الشحنة مع اقتراب المكبس من النقطة الميتة العليا . يرتبط شوط التمدد بالضغط الأعظمي الذي يتعلق بزاوية تسبيق الاشتعال، أو تسبيق الحقن. في هذا الشوط وتحت تأثير قوة ضغط الغازات الناتجة عن احتراق الشحنة يندفع المكبس للأسفل باتجاه النقطة الميتة السفلى، وبذلك يتم تحويل الطاقة الحرارية الناتجة عن احتراق الشحنة إلى طاقة ميكانيكية تقدر بنحو (21-38)%. فغالباً ما يسمى هذا الشوط بالشوط الفعال أو شوط القوة. ويتم فقد الجزء المتبقي من الطاقة في تسخين (ماء التبريد، وزيت التزييت، وكتلة المحرك، والجو المحيط) ديزل (30-33) % بنزين (41-45)% ، وغازات العادم ديزل (23-25) % بنزين (28-30%، والاحتكاك ديزل (87) % بنزين (5-6) %.
د. شوط الطرد (العادم): يبدأ هذا الشوط بفتح صمام الطرد قبل وصول المكبس إلى النقطة الميتة السفلى بقليل، وتبدأ نواتج الاحتراق بالخروج من الأسطوانة قبل وصول المكبس إلى النقطة الميتة السفلى؛ يعود سبب ذلك لزيادة الضغط داخل الأسطوانة عن الضغط الجوي، وتستمر عملية خروج غازات العادم حتى يعكس المكبس اتجاهه متحركاً من النقطة الميتة السفلى إلى النقطة الميتة العليا. يُغلق صمام الطرد فتحة الخروج بعد وصول المكبس إلى النقطة الميتة السفلى ويغيّر اتجاهه، وذلك من أجل الاستفادة من عطالة نواتج الاحتراق للتخلص من أكبر كمية ممكنة منها، وكذلك زيادة كمية الشحنة المسحوبة بالاعتماد على التخلخل الناتج عن استمرار خروج نواتج الاحتراق بسرعات عالية. تعتبر أشواط السحب والضغط والطرد ماصة للطاقة؛ فهي تستمد حاجتها من الطاقة التي يتم الحصول عليها أثناء شوط التمدد؛ لذلك يلاحظ احتواء المحرك على أكثر من أسطوانة من أجل تحقيق توازن عمليات توزيع الطاقة على كامل أشواط الدورة التشغيلية الواحدة. كما تقوم الحدافة المركبة على العمود المرفقي باختزان الطاقة ثم إعطائها حسب الحاجة. توضح المخططات البيانية تغيرات الحجم الفعال للأسطوانة وقيم الضغط خلال الدورة التشغيلية للمحرك. حيث تكون القيم الأعظمية للضغط في محركات الديزل أعلى مما هي عليه في محركات البنزين. الشكل (2) .
الشكل (2) المخطط الحراري لمحركات الاحتراق الداخلي
يعد التوقيت الفعلي لفتح صمامات السحب والطرد وقفلهما خلال الدورة التشغيلية والتحكم بها أمراً ضرورياً لاستقرار أداء المحرك وتحسينه. يتداخل توقيت فتح صمام السحب مع توقيت فتح صمام الطرد الشكل (3).
الشكل (3) يبين مخططاً توضيحياً لتوقيت فتح صمامات السحب والطرد وإغلاقهما
يلحق ببعض أجهزة التغذية لمحركات الديزل منظم لتسبيق توقيت الحقن بزاوية بحدود 10-20 درجة لدوران عمود الرفق.
2. محركات ثنائية الأشواط:
تتألف المحركات ثنائية الشوط من بنية بسيطة، تبدأ الدورة عندما يتحرك المكبس إلى أعلى الأسطوانة خلال شوطي الأنضاط والسحب الشكل (4).
الشكل (4) يبين تركيب المحرك ثنائي الأشواط ومبدأ عمل الدورة التشغيلية.
1- الأسطوانة. 2- المكبس. 3- فتحة الدخول. 4- الشحنة. 5- علبة المرفق. 6- الخليط المضغوط. 7- شمعة الاشتعال. 8- الغازات الناتجة . 9- فتحة الخروج. 10- الخليط الجديد. 11- فتحة مرور الخليط الجديد. 12- ريش تبريد.
يقوم المكبس بسحب خليط الهواء والوقود للدورة الاتية الى داخل علبه المرفق ويضغط على الخليط الموجود أصلاً في الأسطوانة، وعندما يصل المكبس إلى أعلى الأسطوانة، تعطي شمعة الاشتعال الشرارة اللازمة لإشعال الخليط، وتدفع الغازات الناتجة عن احتراق الخليط المكبس إلى أسفل من أجل شوطي العادم والعمل (التمدد)؛ وحينما يبتعد المكبس عن فتحة الخروج، تبدأ الغازات بالخروج ويدخل خليط جديد إلى الأسطوانة من خلال فتحة الدخول. وهكذا يتضح لنا أن عمليات دخول الشحنة وخروج غازات العادم تتم من خلال فتحات موجودة في جدار الأسطوانة، والتي يمكن التحكم بفتحها وإغلاقها بواسطة المكبس؛ وبناء عليه يمكن الاستغناء عن الصمامات ومجموعة تشغيلها، ولا يكون في هذا النوع من المحركات ثنائية الأشواط سوى ثلاثة أجزاء متحركة هي: المكبس، ذراع التوصيل، عمود المرفق. يتم شوط عمل واحد خلال دورة واحدة لعمود المرفق، لذا يتطلب هذا المحرك مضخة تعمل على سحب الشحنة الجديدة، وتساعد في عمليتي تعبئة الأسطوانة وتفريغها؛ ولتحقيق هذا الغرض تستعمل علبة المرفق مع الجزء السفلي للمكبس كمضخة للشحنة، ويجب أن تكون هذه العلبة محكمة الإغلاق؛ لمنع تسرب الشحنة منها، ويجب ضخ الشحنة الجديدة خالصة؛ أي المحافظة عليها من التسرب أو الاختلاط مع غاز العادم. يتم تزييت المحرك عن طريق خلط الزيت مع البنزين بنسبة (25:1) أو (40:1)؛ لذلك فلا تحتاج مضخة ومصفاة زيت كما هو الحال في المحركات رباعية الأشواط، بناء عليه يكون عدد الأشواط الفعالة في المحركات ثنائية الأشواط مساوياً ضعف عدد الأشواط الفعالة في المحركات رباعية الأشواط عند عدد الدورات نفسها. لا تتناسب زيادة الاستطاعة مع هذه النسبة لأسباب مختلفة؛ حيث يلاحظ أن الزيادة في الاستطاعة لا تتجاوز (25 - 30%) بالمقارنة مع محرك رباعي الشوط الذي يملك الوزن نفسه وعدد الدورات نفسها. تتسم المحركات ثنائية الأشواط بشكل عام بالمواصفات الآتية:
- انخفاض الوزن النوعي بالنسبة لواحدة الاستطاعة.
- زيادة الاستطاعة البيانية بمقدار (1.6-1.9) [مرة] عن محركات رباعية الأشواط المماثلة لها بالحجم الفعال وعدد الدورات.
- استقرار عملها لأن عدد أشواطها الفعالة يساوي ضعف عدد الأشواط الفعالة للمحركات رباعية الأشواط.
- انخفاض الاجهادات المؤثرة على الأجزاء المتحركة.
- سلاسة التشغيل وزيادة سرعة الدوران.
- ارتفاع معدل استهلاك الوقود بمقدار (20%)، بالمقارنة مع المحركات رباعية الأشواط.
- زيادة الضجيج الناتج عن عملها.
- انخفاض المردود.
الاكثر قراءة في المكائن والالات الزراعية
اخر الاخبار
اخبار العتبة العباسية المقدسة
