كل شيء عن محرك الديزل والبترول

[م .نبيل زبن]

بسم الله الرحمن الرحيم

اولا / محركات الديزل


محرك الديزل هو من محركات الاحتراق الداخلي حيث يقوم بتحويل الطاقة الكيميائية الكامنة في وقود (زيت الغاز)إلى طاقة حركية. أول من اخترع المحرك الديزل هو رودولف ديزل في عام 1892 والهدف من وراء هذا الإختراع هو إيجاد محرك ذو كفاءة أعلى من كفاءة محرك البنزين. وتأتي الزيادة في الكفاءة من ارتفاع نسبة الضغط (compresses ratio) في محركات الديزل حيث تتراوح ما بين 1:14 إلى 1:25 أما البنزين فيتراوح ما بين 1:8 إلى 1:12 وكما هو معروف أن كفاءة المحرك تتناسب طرديا مع نسبة الضغط.

يمكن تفسير كيفية عمل محرك الديزل إستناداً إلى الترموديناميكا التي تصف عملية الديزل (Diesel Process) على النحو التالي:

1. يتم ضغط الغاز تحت ظروف إيزونتروبية أي أن الغاز يضغط دون تبادل للحرارة مع المحيط الخارجي للآلة الضاغطة(النظام).
2. إضافة حرارة للمنظومة مع الإحتفاظ بنفس الضغط (isobaric).
3. تمدد الغاز إيزونتروبيا.
4. إخراج الحرارة من الآلة الضاغطة مع المحافظة على نفس الحجم.

البنية الميكانيكية لمحرك الديزل


يتكون المحرك من مجموعه من المكابس تتناوب في حركة إزاحة ذهابا وإيابا من أجل إدارة عمود (الكرنك) وبذلك تتولُّد حركة دورانية من حركه ترددية منتظمة.

• شرح كيفية عمل الكباس الواحد
• 
  
  

1. يهبط الكباس في الاسطوانه المحكمة الغلق علية ليسحب الهواء ويملاء به الفراغ داخل الأسطوانة#وعند مكان معين من صعوده يتم حقن الديزل اللازم للإشتعال.
2. تحت الضغط العالي والحرارة الكافية مع وجود وقود يحدث احتراق قوي كاف لدفع الكباس إلى أسفل الأسطوانة.
3. يتصل الكباس بوصلات وأجزاء ميكانيكية، تساعد ميكانيكيتها على دوران عمود الكرنك المطلوب دورانه في تحريك القطع الأخرى.

1. دورة المحرك ذو الاربعة اشواط:-

تتكون دورة المحرك من أربع مراحل
هي: 1/ السحب. 2/ الانضغاط. 3/ الإشتعال أو الإحتراق.
4/ العادم.

1. دورة المحرك ذو الشوطين:-

1/سحب الهواء وطرد العادم في شوط النزول. 2/الضغط والاشتعال في شوط الصعود. ملاحظة:- هذه المحركات لاتحتوي على صمامات لدخول الهواء وخروج العادم وانما تحتوي على فتحات جانبية في اسفل الاسطوانة. وتصنف محركات الديزل من حيث السرعة ب :- 1-محركات بطيئة السرعة. 2-محركات متوسطة السرعة. 3-محركات عالية السرعة. هذا وبالله التوفيق

ميزات ومساوئ محرك ديزل

[م .نبيل زبن]

ميزات ومساوئ محرك ديزل

1. ذو كفاءة عالية مقارنة بمحرك البنزين. لنفس حجم المحرك يكون محرك الديزل ذو قدرة وعزم دوران أعلى من محرك البنزين..
2. يعتبر وقود الديزل ذو تكلفة منخفضة مقارنة بباقي أنواع الوقود كما أن الطاقة الكامنة فيه أعلى من الطاقة الكامنة في وقود البنزين.
3. إن نسبة الضغط العالية في محركات الديزل والتي تصل إلى 1:25 يجبر المصمم على زيادة حجم ووزن المحرك مما يؤدي إلى غلاء محركات الديزل نسبيا.
4. تستخدم محركات الديزل بكثرة في المعدات التي تحتاج قدرة وعزماً عاليين، على سبيل المثال مولدات الكهرباء الضخمة والآليات الكبيرة، لأن الكتلة الكبيرة لمحركات الديزل تجعل تعجيل التسارعي للمحرك قليلا مقارنة بمحرك البنزين مما يقلل من رغبة في استخدامها في السيارات الصغيرة.
5. يمكن الحصول على سرعات بطيئة مباشرة من المحرك دون اللجوء إلى علبة تخفيض السرعات.كما هو الحال فيمحركات السفن الضخمة.

[م .نبيل زبن]

محرك الديزل الحديث في السيارات



تعتمد محركات الديزل على مبدئ الإشتعال الذاتي لخليط الوقود بالهواء إلا أن هذا الخليط تطبيقيا لا يشتعل حين يكون المحرك باردا مما يجعل محرك الديزل يحتاج رغم كونه محرك اشتعال ذاتي إلى شموع إشعال. كما أن المحرك يحتاج ليبدئ عمله إلى أن يطلقه محرك كهربائي. أي أنه في البداية يقوم محرك كهربائي بتحريكه وبضخ الهواء فيه. تستعمل العديد من المحركات تقنية صمام الضخ الموحد common rail الذي يمكن من الوصول إلى درجات عالية من الضغط بالوقود والتحكم في في ضخه في غرف احتراق المحرك وهو نظام موجود تقريبا في معظم المحركات ذلت الضخ المباشر أي المحركات التي يتم مباشرة إحراق الوقود فيها بعد خروجه من المضخة على عكس أنظمة الضخ الغير المباشرة حيث تكون طريقة بناء غرفة الإحتراق والضخ بكيفية تجعل الخليط يختلط جيدا قبل الإحتراق حيث أن هذه التقنية لا لزوم لها في تقنية الضخ المباشر. محركات الديزل الحديثة كلها متحكم فيها عن طريق حاسوب إلكتروني مضمن في السيارة يقوم بالتحكم في كمية الوقود المضخة في غرف الإحتراق بالإضافة إلى التحكم في العديد من المعاملات الأخرى إنطلاقا إما من نماذج عن تلك العمليات أو عن مستشعرات مثل مستشعر لمدا أو مستشعر التدفق الهوائي. يمكن التحكم في محركات الديزل من الوصول إلى خاصيات أفضل والحصول على قوة أكبر باستهلاك أقل للديزل بالإضافة إلى التحكم في نسبة الإنبعاثات.

[م .نبيل زبن]

ثانيا / محركات البترول

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.




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..

يستخدم مدفع المبدأ الأساسيّ خلف أيّ موتور احتراق داخليّ مبادل إذا وضعت كمّيّة قليله من الوقود العالي الطّاقة ( مثل الجازولين )*في المكان المحاط وأشعلته* كمّيّة من طاقة الغير معقولة تُحَرَّر . يمكن أن تستخدم تلك الطّاقة لدفع الكره 500 قدمًا . في هذه الحالة* الطّاقة تُتَرْجَم في حركة الكره . أيضًا يمكن أن تستخدمه لأغراض ممتعة أكثر . على سبيل المثال* إذا يمكن أن تخلق الدوره التي تسمح لك أن تفجّر الانفجارات مثل هذه لمئات من المرّات في الدّقيقة* و إذا يمكن أن تستخدم تلك الطّاقة في طريقة مفيدة* ماذا يصبح لديك هو قلب محرّك سيّارة…

[م .نبيل زبن]

تقريبًا كلّ السّيّارات حاليًّا تستعمل ما يُسَمَّى دورة الإشعال الرباعيّة لتحويل الجازولين إلى الحركة . الطّريقة الرّباعيّة معروفة أيضًا كالدورة أوتو* على شرف نيكولوس أوتو الذي اخترعه في 1867 . الأربعة دورات تُوَضَّح كلآتي:-

خطوات عمل محرك السيارة

(1) شوط الأخذ Intake stroke

(2) شوط الانضغاط Compression stroke

(3) شوط الاحتراق Combustion stroke

(4) شوط العادم Exhaust stroke




نرى في الشكل السابق الجزء الأساسي من المحرك والذي يسمى المكبس Piston الرمز(M) 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.

[م .نبيل زبن]

مكونات محرك السيارة


(ِِِِA) الصمامات لادخال الوقود والهواء Intake Valves

(B) غطاء الصمام Valve Cover

(C) فتحه لدخول الهواء (المخلوط بالوقود) Intake port

(D) هـــيد HEAD

(E) المبرد Coolant


(F) كتلة المحرك Engine Block


(ِِِِG) خزان الزيت Oil pan

(H) حوض الزيت Oil sump


I ) عمود ناقل الحركة أعلى الصمامات Camshaft

(J) الصمامات لاخراج ناتج الاحتراق Exhaust Valves

(K) البوجيه Spark plug

(L) فتحة العادم Exhaust port

(M) المكبس Piston

(N) عمود التوصيل Connecting rod

(O) بيرنج عمود التوصيل Rod bearing

(P) عمود الكرنك Crank shaft

[م .نبيل زبن]

شرح لبعض وظائف مكونات المحرك


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.

المبرد Coolant
وهو سائل مكون من الماء وبعض الكيماويات ليحافظ على درجة حرارة المحرك من الارتفاع. وله مجرى خاص في **كتلة المحرك Engine Block حتى لا يختلط مع زيت المحرك.

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.

**** **** *
عمود الكرنك Crank shaft:-
وهو الذي يعمل على تحريك المكبس للأعلى وللأسفل.

***
حوض الزيت Oil sump:-
وهو وعاء يحتفظ بالزيت ليغمر عمود ناقل الحركة Crank shaft

* من الاسماء الأخرى المتداوله ” الصبابات ”

** من الاسماء الأخرى المتداوله ” البلوك ”

*** من الاسماء الأخرى المتداوله ” كرنك كيس”

**** من الاسماء الأخرى المتداوله ” كام شفت ”

**** * من الاسماء الأخرى المتداوله ” بلاكات ”

**** ** من الاسماء الأخرى المتداوله ” بســاتن”

**** *** من الاسماء الأخرى المتداوله ” رنج بستن ”

**** **** من الاسماء الأخرى المتداوله ” كونيكتنج رود أو ذراع البستن ”

**** **** * من الاسماء الأخرى المتداوله ” الكرنك ”

[م .نبيل زبن]

أنواع المحركات
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



ونظام هذا المحرك ان البساتن تكون بجانب بعضها البعض بشكل طولي يعني البستن يصعد وينزل بصورة عامودية ويكون كل بستن جنب الاخر يعلوه رأس واحد بعكس المحركات الاخرى ويأتي هذا المحرك اما ستة سلندر مثل محركات السيارات الياباني التويوتا ( السوبرا* الانكروزر )النيسان (النيسان بترول* الجي تي آر ) والسيارات الألمانيه مثل المرسيدس( 320S ) والبي أم دبليو( M3 * 2.8) وغيرها من السيارات …… او اربعة وهو اغلب السيارات ذات الاربعة سلندر مثل السيارات اليابانيه( الكامري او الهايلكس والهونداي والهوندا ومن السيارات الألمانيه ذات الفئه الصغيره وغيرها …….. او حتى يأتي بخمسة سلندرات مثل الفولفو أو الأودي.

ميزاته ……….

1- انه اكثر المحركات تحمل واطولها عمرا ( عملي جدا جدا ) …….
ولا تكاد تجد محرك موضوع للاعمال الشاقة ( مثل محركات الكهرباء * او الدراكترات الا ووضع المحرك بهذا النظام )

2- سهل الصيانة والتوضيب ونظامه سهل وغير معقد ويأتي برأس واحد للمحرك.
__________

ترتيب الاسطوانات على خطين بزاوية حادة تعمل شكل حرف V




وهو ايضا محرك معروف جدا وقديم ودائما ما ترى خلف السيارات علامة
6V
8V
والمقصود بهذا المحرك ان السلندرات تأتي على شكل V * نصفها من طرف ويقابلها النصف الاخر …..
وكل طرف يعلوه رأس وتعمل هذه البساتن في هذه المحركات بدرجة ميلان معينة من كلا الجانبين وتختلف درجة الميلان هذه من شركة الى اخرى ……

وهذا المحرك يأتي على اغلب السيارات الثمانية سلندر اذا لم تكن كلها …….
الامريكي كله والالماني (بي ام دبليو* مرسيدس) الياباني (اللاندكروزر* لكزيس) وغيرها وبعض السيارات الستة السلندر مثل الياباني (الباث فندر* والزدكس) وبعض المحركات للسيارات الامريكية ونادر ما يأتي على الاربعة سلندر .

ميزاته ……..

1- انه يوفر مساحة كبيرة في حجرة المحرك مما يسهل تقليل حجم السيارة حتى وان كان المحرك ضخما ويقلل من وزنها ……

2- اسرع وانشط وخاصة على الأر بي أم منخفض. لأنه بعكس المحرك السابق متى ما مالت السلندرات قَلت مقاومة الجاذبية بعكس الطولي ………
بالاضافة الى السبب الاخر وهو قصر عمود الكرنك.
__________

[م .نبيل زبن]

الاسطوانات في خطين متوازيين



وهو محرك يأتي نادرا في السيارات. ويكون نظام السلندرات متقابلة يعني نص من جهة والنصف الاخر من جهة اخرى وهذه في اغلب محركات السوبارا والبورش ………

ميزاته ……..

مثل ما ذكرنا في المحرك V اضف الى ذلك انه اكثر قوة ايضا بسبب ضعف مقاومة الجاذبية الى حد كبير.
ولذلك تجد ان السيارات التي بها هذا المحرك فيها عزم غير طبيعي مقارنة بمحركاتها وحجمها مثل السوباروا

عيوبه

انه يحتاج الى صيانة أكثر وخاصة في رؤؤس المحرك( الهيد ) لان اغلب ضغط المحرك عليها ……..

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.

[م .نبيل زبن]

توزيع الشرارة الكهربية

يوضح الشكل في الأسفل الدائرة الكهربية المسؤولة عن توزيع شرارة الاحتراق. لا حظ دور الدتربيوتر distributor (باللون الاحمر) في توزيع الكهرباء على الـ Spark. حيث أنه موصل في مصدر فرق الجهد العالي عند المنتصف ويخرج منه اربعة توصيلات لكل اسطوانة بحيث تحصل كل اسطوانة على الكهرباء في الوقت المناسب.





(B) غطاء الموزّع Distributor Cap

(C) الدوار Rotor

(D) سلك ملف الجهد عال High Voltage Coil Lead

(E) جسم الموزع Distributor Body

(F) حدبة الموزع Distributor Cam

(G) جهاز استشعار المشغل Ignition Signal Sensor

(H) مركبة المشغل Ignition Module

( I ) ملف الإشعال Ignition Coil

(J) شمعة الإشعال Spark Plug