محرك الاحتراق الداخلي

📅 آخر تحديث: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 25 صور
الموسوعة الحرة

رسم تخطيطي لأسطوانة كما هو موجود في محرك بنزين رباعي الأشواط ذي عمود كامات علوي:

محرك الاحتراق الداخلي ( محرك ICE أو محرك IC ) هو محرك حراري يتم فيه احتراق الوقود مع مؤكسد (عادةً الهواء) في غرفة احتراق تُعد جزءًا لا يتجزأ من دائرة تدفق سائل التشغيل . في محرك الاحتراق الداخلي، يُطبّق تمدد الغازات عالية الحرارة والضغط الناتجة عن الاحتراق قوة مباشرة على مكونات المحرك. تُطبّق هذه القوة عادةً على المكابس ( محرك المكبس )، أو شفرات التوربين ( التوربين الغازي )، أو الدوّار (محرك وانكل) ، أو الفوهة ( المحرك النفاث ). تُحرّك هذه القوة المكون لمسافة معينة. تُحوّل هذه العملية الطاقة الكيميائية إلى طاقة حركية تُستخدم لدفع أو تحريك أو تشغيل أي شيء مُتصل بالمحرك.

اختُرعت أولى محركات الاحتراق الداخلي الناجحة تجاريًا في منتصف القرن التاسع عشر. صُمم أول محرك احتراق داخلي حديث، وهو محرك أوتو ، عام ١٨٧٦ على يد المهندس الألماني نيكولاس أوتو . [ ١ ] يشير مصطلح محرك الاحتراق الداخلي عادةً إلى محرك يكون فيه الاحتراق متقطعًا ، مثل محركات المكابس ثنائية الأشواط ورباعية الأشواط الأكثر شيوعًا ، بالإضافة إلى أنواع أخرى، مثل محرك المكابس سداسي الأشواط ومحرك وانكل الدوار . وهناك فئة ثانية من محركات الاحتراق الداخلي تستخدم الاحتراق المستمر: التوربينات الغازية ، والمحركات النفاثة ، ومعظم محركات الصواريخ ، وكلها محركات احتراق داخلي تعمل وفقًا للمبدأ نفسه المذكور سابقًا. [ ١ ] [ ٢ ] في المقابل، في محركات الاحتراق الخارجي ، مثل محركات البخار أو محركات ستيرلينغ ، تُنقل الطاقة إلى سائل عامل لا يتكون من نواتج الاحتراق، ولا يختلط بها، ولا يتلوث بها. تشمل سوائل التشغيل لمحركات الاحتراق الخارجي الهواء والماء الساخن والماء المضغوط أو حتى الصوديوم السائل المسخن بواسطة الغلاية .

على الرغم من وجود العديد من التطبيقات الثابتة، تُستخدم معظم محركات الاحتراق الداخلي في التطبيقات المتنقلة، وهي مصدر الطاقة الرئيسي للمركبات مثل السيارات والطائرات والقوارب . وتُشغَّل هذه المحركات عادةً بوقود هيدروكربوني مثل الغاز الطبيعي والبنزين ووقود الديزل والإيثانول . أما الوقود المتجدد ، مثل الديزل الحيوي، فيُستخدم في محركات الاحتراق بالضغط، بينما يُستخدم الإيثانول الحيوي أو إيثيل ثالثي بوتيل الإيثر ( ETBE ) المُنتَج من الإيثانول الحيوي في محركات الاحتراق بالشرارة. في وقت مبكر من عام 1900، كان رودولف ديزل ، مخترع محرك الديزل ، يستخدم زيت الفول السوداني لتشغيل محركاته. [ 3 ] يُخلط الوقود المتجدد عادةً مع الوقود الأحفوري. أما الهيدروجين ، الذي نادرًا ما يُستخدم، فيمكن الحصول عليه إما من الوقود الأحفوري أو من الطاقة المتجددة.

تاريخ

جهاز ميكانيكي عتيق يُعرف باسم محرك برايتون ذو العارضة المتحركة، يعود تاريخه إلى عام 1872
محرك برايتون ذو العارضة المتحركة من عام 1872

ساهم العديد من العلماء والمهندسين في تطوير محركات الاحتراق الداخلي. ففي عام 1791، طوّر جون باربر التوربين الغازي . وفي عام 1794، حصل توماس ميد على براءة اختراع لمحرك غازي . وفي العام نفسه، حصل روبرت ستريت على براءة اختراع لمحرك احتراق داخلي، كان الأول من نوعه الذي يستخدم الوقود السائل ، وقام ببناء محرك في ذلك الوقت تقريبًا. وفي عام 1798، بنى جون ستيفنز أول محرك احتراق داخلي أمريكي. وفي عام 1807، قام المهندسان الفرنسيان نيسيفور نيبس (الذي اخترع التصوير الفوتوغرافي لاحقًا ) وكلود نيبس بتشغيل نموذج أولي لمحرك احتراق داخلي، باستخدام انفجارات غبار مُتحكَّم بها، وهو محرك بيرولوفور ، الذي منحه نابليون بونابرت براءة اختراع . وقد زوّد هذا المحرك قاربًا بالطاقة في نهر السون بفرنسا. [ 4 ] [ 5 ] وفي العام نفسه، اخترع المهندس السويسري فرانسوا إسحاق دي ريفاز محرك احتراق داخلي يعمل بالهيدروجين ويتم إشعاله بشرارة كهربائية. في عام 1808، قام دي ريفاز بتركيب اختراعه على مركبة عمل بدائية - "أول سيارة في العالم تعمل بمحرك احتراق داخلي". [ 6 ] وفي عام 1823، حصل صموئيل براون على براءة اختراع أول محرك احتراق داخلي يتم تطبيقه صناعياً.

في عام 1854، في المملكة المتحدة، حصل المخترعان الإيطاليان يوجينيو بارسانتي وفيليس ماتيوتشي على شهادة براءة اختراع بعنوان: "الحصول على الطاقة الحركية من خلال انفجار الغازات". وفي عام 1857، منحهما مكتب براءات الاختراع البريطاني براءة الاختراع رقم 1655 لاختراع "جهاز مُحسَّن للحصول على الطاقة الحركية من الغازات". [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] وحصل بارسانتي وماتيوتشي على براءات اختراع أخرى لنفس الاختراع في فرنسا وبلجيكا وبيدمونت بين عامي 1857 و1859. [ 11 ] [ 12 ] وفي عام 1860، أنتج المهندس البلجيكي جان جوزيف إتيان لينوار محرك احتراق داخلي يعمل بالغاز. [ 13 ] وفي عام 1864، حصل نيكولاس أوتو على براءة اختراع أول محرك يعمل بالغاز الطبيعي. في عام 1872، اخترع الأمريكي جورج برايتون أول محرك احتراق داخلي تجاري يعمل بالوقود السائل. وفي عام 1876، بدأ نيكولاس أوتو العمل مع غوتليب دايملر وويلهلم مايباخ ، وحصلوا على براءة اختراع لمحرك رباعي الأشواط يعمل بشحنة مضغوطة. وفي عام 1879، حصل كارل بنز على براءة اختراع لمحرك بنزين ثنائي الأشواط موثوق . وفي وقت لاحق، في عام 1886، بدأ بنز أول إنتاج تجاري للمركبات ذات محرك احتراق داخلي، حيث شكل المحرك رباعي الأشواط ثلاثي العجلات والهيكل وحدة واحدة. [ 14 ] وفي عام 1892، طور رودولف ديزل أول محرك يعمل بشحنة مضغوطة وإشعال بالضغط. وفي عام 1926، أطلق روبرت غودارد أول صاروخ يعمل بالوقود السائل. وفي عام 1939، أصبحت طائرة هاينكل هي 178 أول طائرة نفاثة في العالم . [ 15 ]

أصل الكلمة

في الماضي، كانت كلمة "محرك" (عبر الفرنسية القديمة ، من اللاتينية ingenium ، بمعنى "القدرة") تعني أي قطعة من الآلات - وهو معنى لا يزال قائماً في تعابير مثل " محرك الحصار ". أما "الموتور" (من اللاتينية motor ، بمعنى "المحرك") فهو أي آلة تُنتج طاقة ميكانيكية . تقليدياً، لا يُشار إلى المحركات الكهربائية باسم "محركات"؛ ومع ذلك، غالباً ما يُشار إلى محركات الاحتراق الداخلي باسم "موتور". ( يشير المحرك الكهربائي إلى قاطرة تعمل بالكهرباء).

في مجال القوارب، يُشار إلى محرك الاحتراق الداخلي المثبت في الهيكل باسم محرك، أما المحركات الموجودة على العارضة الخلفية فتُسمى محركات كهربائية. [ 16 ]

التطبيقات

محرك ترددي للسيارة
مولد ديزل للطاقة الاحتياطية

تُعدّ محركات المكابس الترددية المصدر الأكثر شيوعًا للطاقة في المركبات البرية والبحرية ، بما في ذلك السيارات والدراجات النارية والسفن ، وبدرجة أقل، القاطرات (بعضها كهربائي، لكن معظمها يعمل بمحركات الديزل [ 17 ] [ 18 ] ). تُستخدم المحركات الدوارة من تصميم وانكل في بعض السيارات والطائرات والدراجات النارية. وتُعرف هذه المركبات مجتمعةً باسم مركبات محركات الاحتراق الداخلي (ICEV). [ 19 ]

عند الحاجة إلى نسب عالية من القدرة إلى الوزن، تظهر محركات الاحتراق الداخلي على شكل توربينات احتراق ، أو أحيانًا محركات وانكل. تستخدم الطائرات عادةً محرك احتراق داخلي، والذي قد يكون محركًا تردديًا. يمكن للطائرات استخدام محركات نفاثة ، ويمكن للمروحيات استخدام محركات توربينية عمودية ؛ وكلاهما نوعان من التوربينات. بالإضافة إلى توفير الدفع، قد تستخدم الطائرات محرك احتراق داخلي منفصل كوحدة طاقة مساعدة . تُجهز العديد من المركبات الجوية غير المأهولة بمحركات وانكل .

تُشغّل محركات الاحتراق الداخلي مولدات كهربائية ضخمة تُغذي شبكات الكهرباء. وتوجد هذه المحركات على شكل توربينات احتراقية بقدرة كهربائية نموذجية تبلغ حوالي 100  ميغاواط. تستخدم محطات توليد الطاقة ذات الدورة المركبة غازات العادم ذات درجة الحرارة العالية لغلي وتسخين بخار الماء لتشغيل توربين بخاري . وبالتالي، تكون الكفاءة أعلى نظرًا لاستخلاص طاقة أكبر من الوقود مقارنةً بما يمكن استخلاصه بواسطة محرك الاحتراق الداخلي وحده. تصل كفاءة محطات توليد الطاقة ذات الدورة المركبة إلى ما بين 50 و60%. أما على نطاق أصغر، فتُستخدم محركات ثابتة ، مثل محركات الغاز أو مولدات الديزل، كنسخة احتياطية أو لتوفير الطاقة الكهربائية للمناطق غير المتصلة بشبكة الكهرباء .

تُعد المحركات الصغيرة (عادةً محركات البنزين أحادية الأسطوانة ثنائية الأشواط ) مصدر طاقة شائعًا لجزازات العشب ، وآلات تشذيب الحواف ، والمناشير الآلية ، وآلات نفخ الأوراق ، وغسالات الضغط ، والسيارات التي يتم التحكم فيها عن طريق الراديو ، وعربات الثلج ، والدراجات المائية ، والمحركات الخارجية ، والدراجات البخارية ، والدراجات النارية .

تصنيف

توجد عدة طرق ممكنة لتصنيف محركات الاحتراق الداخلي.

متبادل

حسب عدد الضربات:

حسب نوع الإشعال:

عن طريق الدورة الميكانيكية/الديناميكية الحرارية (هذه الدورات نادرة الاستخدام ولكنها شائعة في المركبات الهجينة ، إلى جانب المركبات الأخرى المصنعة لتحقيق كفاءة استهلاك الوقود [ 21 ] ):

روتاري

الاحتراق المستمر

المحركات الترددية

بناء

كتلة أسطوانات محرك V8 عارية
المكبس، وحلقات المكبس، ودبوس المكبس، وذراع التوصيل

قاعدة محرك الاحتراق الداخلي الترددي هي كتلة المحرك ، والتي تُصنع عادةً من الحديد الزهر (نظرًا لمقاومته الجيدة للتآكل وتكلفته المنخفضة) [ 23 ] أو الألومنيوم . في الحالة الأخيرة، تُصنع بطانات الأسطوانات من الحديد الزهر أو الفولاذ، [ 24 ] أو من طلاء مثل النيكاسيل أو الألوسيل . تحتوي كتلة المحرك على الأسطوانات . في المحركات التي تحتوي على أكثر من أسطوانة، تُرتّب الأسطوانات عادةً إما في صف واحد ( محرك مستقيم ) أو صفين ( محرك بوكسر أو محرك V )؛ ويُستخدم أحيانًا 3 أو 4 صفوف ( محرك W ) في المحركات الحديثة، كما توجد تكوينات أخرى للمحركات وقد استُخدمت بالفعل. تُعد المحركات أحادية الأسطوانة (أو محركات الثامبر ) شائعة في الدراجات النارية وغيرها من المحركات الصغيرة الموجودة في الآلات الخفيفة. على الجانب الخارجي للأسطوانة، تُصبّ قنوات تحتوي على سائل التبريد في كتلة المحرك، بينما في بعض المحركات الثقيلة، تكون هذه القنوات عبارة عن أكمام أسطوانات قابلة للإزالة والاستبدال. [ 23 ] تحتوي المحركات المبردة بالماء على قنوات في كتلة المحرك يدور فيها سائل التبريد ( غلاف الماء ). بعض المحركات الصغيرة مبردة بالهواء، وبدلاً من غلاف الماء، تحتوي كتلة الأسطوانات على زعانف بارزة لتبريد المحرك عن طريق نقل الحرارة مباشرة إلى الهواء. عادةً ما تُصقل جدران الأسطوانات للحصول على سطح متقاطع ، مما يسمح باحتفاظها بكمية أكبر من الزيت. قد يؤدي السطح الخشن جدًا إلى تلف المحرك بسرعة نتيجة التآكل المفرط للمكبس.

المكابس عبارة عن أجزاء أسطوانية قصيرة تُغلق أحد طرفي الأسطوانة وتمنع الضغط العالي للهواء المضغوط ونواتج الاحتراق، وتنزلق داخلها باستمرار أثناء تشغيل المحرك. في المحركات الصغيرة، تُصنع المكابس من الألومنيوم، بينما في المحركات الأكبر حجمًا، تُصنع عادةً من الحديد الزهر. [ 23 ] في تطبيقات الأداء العالي، يمكن أن تُصنع المكابس أيضًا من التيتانيوم أو الفولاذ المطروق لزيادة المتانة. يُسمى السطح العلوي للمكبس بالتاج ، وعادةً ما يكون مسطحًا أو مقعرًا. تستخدم بعض محركات الشوطين مكابس ذات رأس عاكس . المكابس مفتوحة من الأسفل ومجوفة باستثناء هيكل تقوية متكامل (شبكة المكبس). عند تشغيل المحرك، يُسلط ضغط الغاز في غرفة الاحتراق قوة على تاج المكبس، تنتقل عبر شبكته إلى مسمار المكبس . يحتوي كل مكبس على حلقات مُثبتة حول محيطه، تمنع في الغالب تسرب الغازات إلى علبة المرافق أو الزيت إلى غرفة الاحتراق. [ 25 ] يقوم نظام التهوية بطرد كمية الغازات الصغيرة المتسربة من المكابس أثناء التشغيل العادي (غازات الاحتراق المتسربة) من علبة المرافق، وذلك لمنع تراكمها وتلويث الزيت والتسبب في التآكل. [ 23 ] في محركات البنزين ثنائية الأشواط، تُعد علبة المرافق جزءًا من مسار الهواء والوقود، وبسبب التدفق المستمر للوقود، لا تحتاج هذه المحركات إلى نظام تهوية منفصل لعلبة المرافق.

نظام الصمامات فوق رأس أسطوانة محرك ديزل. يستخدم هذا المحرك أذرع التأرجح ولكن لا يستخدم قضبان الدفع.

يُثبّت رأس الأسطوانة بكتلة المحرك بواسطة العديد من البراغي أو المسامير . وله وظائف متعددة. فهو يُحكم إغلاق الأسطوانات من الجهة المقابلة للمكابس؛ ويحتوي على قنوات قصيرة ( المنافذ ) للسحب والعادم، وصمامات السحب التي تُفتح لملء الأسطوانة بالهواء النقي، وصمامات العادم التي تُفتح لخروج غازات الاحتراق. غالبًا ما تكون هذه الصمامات من نوع الصمامات القرصية [ 26 ] [ 27 ] ، ولكنها قد تكون أيضًا صمامات دوارة [ 28 ] أو صمامات أسطوانية [ 26 ] . مع ذلك، في محركات الاحتراق الداخلي ثنائية الأشواط، تُوصل منافذ الغاز مباشرةً بجدار الأسطوانة دون صمامات قرصية؛ حيث يتحكم المكبس في فتحها وإغلاقها. كما يحمل رأس الأسطوانة شمعة الإشعال في محركات الإشعال الشراري، وحاقن الوقود في المحركات التي تستخدم الحقن المباشر. جميع محركات الاحتراق بالضغط (CI) تستخدم حقن الوقود، وعادةً ما يكون الحقن المباشر، ولكن بعض المحركات تستخدم الحقن غير المباشر . تستخدم محركات الإشعال الشراري (SI) المكربن ​​أو نظام حقن الوقود، سواءً كان حقنًا مباشرًا أو حقنًا في منفذ السحب . تحتوي معظم محركات SI على شمعة احتراق واحدة لكل أسطوانة، بينما تحتوي بعضها على اثنتين . يمنع حشية رأس الأسطوانة تسرب الغاز بين رأس الأسطوانة وكتلة المحرك. يتم التحكم في فتح وإغلاق الصمامات بواسطة عمود كامة واحد أو أكثر ونوابض، أو في بعض المحركات، بواسطة آلية ديسمودرومية لا تستخدم نوابض. قد يضغط عمود الكامة مباشرةً على ساق الصمام، أو قد يؤثر على ذراع متأرجح ، إما مباشرةً أو عبر قضيب دفع .

كتلة المحرك كما تُرى من الأسفل. الأسطوانات وفوهة رش الزيت ونصف المحامل الرئيسية ظاهرة بوضوح.

يُغلق حوض الزيت من الأسفل بحوض تجميع الزيت المتساقط أثناء التشغيل العادي لإعادة تدويره. يحتوي التجويف المتكون بين كتلة الأسطوانات وحوض التجميع على عمود مرفقي يحول الحركة الترددية للمكابس إلى حركة دورانية. يُثبّت العمود المرفقي في مكانه بالنسبة لكتلة المحرك بواسطة محامل رئيسية تسمح له بالدوران. تشكل الحواجز في حوض الزيت نصف كل محمل رئيسي، أما النصف الآخر فهو غطاء قابل للفصل. في بعض الحالات، يُستخدم سطح محمل رئيسي واحد بدلاً من عدة أغطية أصغر. يتصل ذراع التوصيل بأجزاء منحرفة من العمود المرفقي ( دبابيس المرفق ) من جهة، وبالمكبس من الجهة الأخرى عبر دبوس التوصيل، وبذلك ينقل القوة ويحول الحركة الترددية للمكابس إلى حركة دائرية للعمود المرفقي. يُسمى طرف ذراع التوصيل المتصل بدبوس التوصيل بالطرف الصغير، والطرف الآخر، حيث يتصل بالعمود المرفقي، بالطرف الكبير. يحتوي الطرف الكبير على نصف قابل للفصل لتسهيل عملية التجميع حول عمود المرفق. ويتم تثبيته بذراع التوصيل بواسطة براغي قابلة للإزالة.

يحتوي رأس الأسطوانة على مشعب سحب ومشعب عادم متصلين بالمنافذ المناسبة. يتصل مشعب السحب بفلتر الهواء مباشرةً، أو بالمكربن ​​إن وُجد، والذي يتصل بدوره بفلتر الهواء . يقوم مشعب السحب بتوزيع الهواء القادم من هذه الأجهزة إلى كل أسطوانة على حدة. يُعد مشعب العادم أول مكون في نظام العادم ، حيث يجمع غازات العادم من الأسطوانات ويدفعها إلى المكون التالي في مسارها. قد يشتمل نظام عادم محرك الاحتراق الداخلي أيضًا على محول حفاز وكاتم صوت . أما الجزء الأخير في مسار غازات العادم فهو أنبوب العادم .

محركات رباعية الأشواط

رسم تخطيطي يوضح آلية عمل محرك احتراق داخلي رباعي الأشواط. الرموز: 1 - السحب 2 - الضغط 3 - القدرة 4 - العادم

النقطة الميتة العليا (TDC) للمكبس هي الموضع الذي يكون فيه أقرب ما يكون إلى الصمامات؛ أما النقطة الميتة السفلى (BDC) فهي الموضع المقابل حيث يكون أبعد ما يكون عنها. الشوط هو حركة المكبس من النقطة الميتة العليا إلى النقطة الميتة السفلى أو العكس، بالإضافة إلى العملية المصاحبة لها. أثناء تشغيل المحرك، يدور عمود المرفق باستمرار بسرعة ثابتة تقريبًا . في محرك الاحتراق الداخلي رباعي الأشواط، يمر كل مكبس بشوطين لكل دورة لعمود المرفق بالترتيب التالي. بدءًا من النقطة الميتة العليا، تكون هذه الأشواط كالتالي: [ 29 ] [ 30 ]

  1. السحب أو الحث أو الشفط: تُفتح صمامات السحب نتيجة ضغط حدبة الكامة على ساق الصمام. يتحرك المكبس للأسفل، مما يزيد من حجم غرفة الاحتراق ويسمح بدخول الهواء في حالة محرك الاحتراق الداخلي، أو خليط الهواء والوقود في حالة محركات الإشعال بالشرارة التي لا تستخدم الحقن المباشر . يُطلق على الهواء أو خليط الهواء والوقود اسم الشحنة في جميع الأحوال.
  2. شوط الضغط: في هذا الشوط، يُغلق كلا الصمامين ويتحرك المكبس للأعلى، مما يقلل حجم غرفة الاحتراق الذي يصل إلى أدنى قيمة له عندما يكون المكبس في أعلى نقطة ميتة. يبذل المكبس شغلاً على الشحنة أثناء ضغطها، ونتيجة لذلك، يزداد ضغطها ودرجة حرارتها وكثافتها؛ ويُمكن تقريب هذا السلوك بقانون الغاز المثالي . قبل وصول المكبس إلى أعلى نقطة ميتة مباشرة، يبدأ الاشتعال. في حالة محرك الإشعال بالشرارة، تتلقى شمعة الإشعال نبضة جهد عالية تُولد الشرارة التي تُعطي المحرك اسمه، وتُشعل الشحنة. أما في حالة محرك الاحتراق بالضغط، فيقوم حاقن الوقود بحقن الوقود بسرعة في غرفة الاحتراق على شكل رذاذ؛ ويشتعل الوقود نتيجة ارتفاع درجة الحرارة.
  3. شوط القدرة أو شوط العمل: يدفع ضغط غازات الاحتراق المكبس إلى الأسفل، مولدًا طاقة حركية أكبر من الطاقة اللازمة لضغط الشحنة. بالتزامن مع شوط الضغط، تتمدد غازات الاحتراق، مما يؤدي إلى انخفاض درجة حرارتها وضغطها وكثافتها. عندما يقترب المكبس من النقطة الميتة السفلى، يُفتح صمام العادم. في شوط التفريغ ، تتمدد غازات الاحتراق بشكل غير قابل للانعكاس بسبب الضغط المتبقي - الذي يتجاوز الضغط الخلفي ، وهو ضغط القياس على منفذ العادم.
  4. العادم: يبقى صمام العادم مفتوحًا أثناء تحرك المكبس للأعلى لطرد غازات الاحتراق. في المحركات ذات السحب الطبيعي، قد يبقى جزء صغير من غازات الاحتراق في الأسطوانة أثناء التشغيل العادي لأن المكبس لا يغلق غرفة الاحتراق تمامًا؛ وتذوب هذه الغازات في الشحنة التالية. في نهاية شوط المكبس، يُغلق صمام العادم، ويُفتح صمام السحب، وتتكرر هذه العملية في الدورة التالية. قد يُفتح صمام السحب قبل إغلاق صمام العادم لتحسين عملية طرد الغازات.

محركات ثنائية الأشواط

السمة المميزة لهذا النوع من المحركات هي أن كل مكبس يُكمل دورة كاملة مع كل دورة لعمود المرفق. تتم عمليات السحب والضغط والاحتراق والعادم الأربع في شوطين فقط، لذا لا يمكن تخصيص شوط لكل عملية على حدة. تبدأ الدورة من النقطة الميتة العليا، وتتكون من:

  1. القدرة: أثناء هبوط المكبس، تقوم غازات الاحتراق ببذل شغل عليه، كما هو الحال في محرك رباعي الأشواط. وتنطبق نفس قوانين الديناميكا الحرارية للتمدد.
  2. عملية التفريغ: قبل حوالي 75 درجة من دوران عمود المرفق من النقطة الميتة السفلى، يُفتح صمام أو منفذ العادم، ويحدث تفريغ للغازات. بعد ذلك بقليل، يُفتح صمام أو منفذ السحب. تُزيح الشحنة الداخلة غازات الاحتراق المتبقية إلى نظام العادم، وقد يدخل جزء منها إلى نظام العادم أيضًا. يصل المكبس إلى النقطة الميتة السفلى ويعكس اتجاهه. بعد أن يقطع المكبس مسافة قصيرة لأعلى داخل الأسطوانة، يُغلق صمام أو منفذ العادم؛ وبعد ذلك بقليل، يُغلق صمام أو منفذ السحب أيضًا.
  3. الضغط: مع إغلاق صمامَي السحب والعادم، يستمر المكبس في التحرك للأعلى ضاغطًا الشحنة ومؤديًا شغلًا عليها. وكما هو الحال في محرك رباعي الأشواط، يبدأ الاشتعال قبل وصول المكبس إلى النقطة الميتة العليا مباشرةً، وتُطبَّق نفس الاعتبارات المتعلقة بالديناميكا الحرارية للضغط على الشحنة.

بينما يستخدم محرك رباعي الأشواط المكبس كمضخة إزاحة موجبة لإتمام عملية التنظيف، مستغرقًا شوطين من أصل أربعة، يستخدم محرك ثنائي الأشواط الجزء الأخير من شوط القدرة والجزء الأول من شوط الضغط لدمج عمليتي السحب والعادم. ويأتي الشغل اللازم لإزاحة غازات الشحن والعادم إما من علبة المرافق أو من منفاخ منفصل. ولعملية التنظيف، أي طرد الغاز المحترق وإدخال خليط جديد، يُوصف نهجان رئيسيان: التنظيف الحلقي والتنظيف أحادي التدفق. وقد نشرت جمعية مهندسي السيارات (SAE) في العقد الثاني من الألفية الثانية أن التنظيف الحلقي أفضل من التنظيف أحادي التدفق في جميع الظروف. [ 20 ]

تم تنظيف علبة المرافق

رسم تخطيطي لمحرك ثنائي الأشواط بدون صمامات يعمل بنظام تنظيف علبة المرافق أثناء التشغيل

بعض محركات الاحتراق الداخلي (SI) تعتمد على نظام تنظيف علبة المرافق، ولا تستخدم صمامات دوارة. بدلاً من ذلك، تُستخدم علبة المرافق وجزء الأسطوانة أسفل المكبس كمضخة. يتصل منفذ السحب بعلبة المرافق عبر صمام ريشي أو صمام قرص دوار يُدار بواسطة المحرك. لكل أسطوانة، يتصل منفذ نقل من أحد طرفيه بعلبة المرافق ومن الطرف الآخر بجدار الأسطوانة. يتصل منفذ العادم مباشرةً بجدار الأسطوانة. يُفتح ويُغلق منفذا النقل والعادم بواسطة المكبس. يفتح الصمام الريشي عندما يكون ضغط علبة المرافق أقل بقليل من ضغط السحب، ليسمح بملئها بشحنة جديدة؛ ويحدث هذا عندما يتحرك المكبس للأعلى. عندما يتحرك المكبس للأسفل، يزداد الضغط في علبة المرافق، فيُغلق الصمام الريشي فورًا، ثم تُضغط الشحنة في علبة المرافق. عندما يتحرك المكبس للأسفل، فإنه يكشف منفذ العادم ومنفذ نقل الغازات، ويؤدي ارتفاع ضغط الشحنة في علبة المرافق إلى دخولها إلى الأسطوانة عبر منفذ نقل الغازات، مما يؤدي إلى طرد غازات العادم. يتم التزييت بإضافة زيت ثنائي الأشواط إلى الوقود بنسب صغيرة. ويُطلق على مزيج البنزين مع الزيت المذكور اسم "زيت البنزين". يتميز هذا النوع من محركات ثنائية الأشواط بكفاءة أقل من محركات رباعية الأشواط المماثلة، ويُطلق غازات عادم أكثر تلويثًا في الحالات التالية:

  • يستخدمون نظام تزييت كامل الفقد : حيث يتم حرق كل زيت التشحيم في النهاية مع الوقود.
  • هناك متطلبات متضاربة لعملية التنظيف: من ناحية، يجب إدخال شحنة جديدة كافية في كل دورة لإزاحة جميع غازات الاحتراق تقريبًا، ولكن إدخال كمية كبيرة منها يعني أن جزءًا منها يدخل في العادم.
  • يجب استخدام منفذ (منافذ) النقل كفوهة مصممة وموضوعة بعناية لتوليد تيار غازي يغطي كامل الأسطوانة قبل الوصول إلى منفذ العادم، وذلك لطرد غازات الاحتراق مع تقليل كمية الشحنة الخارجة. تتميز محركات الأشواط الأربعة بقدرتها على طرد معظم غازات الاحتراق قسرًا، لأن حجم غرفة الاحتراق ينخفض ​​إلى أدنى حد أثناء عملية العادم. أما في محركات الأشواط الثنائية ذات نظام كنس علبة المرافق، فتتم عمليتا العادم والسحب في الغالب بشكل متزامن، ويكون حجم غرفة الاحتراق في أقصى حد له.

تتمثل الميزة الرئيسية لمحركات الشوطين من هذا النوع في بساطتها الميكانيكية ونسبة قدرتها إلى وزنها الأعلى مقارنةً بنظيراتها من محركات الأشواط الأربعة. ورغم أن عدد أشواط القدرة في كل دورة يبلغ ضعف عددها في محركات الأشواط الأربعة، إلا أنه عمليًا لا يمكن الحصول إلا على أقل من ضعف قدرة محرك مماثل من محركات الأشواط الأربعة.

في الولايات المتحدة، مُنعت محركات الدورة الثنائية في المركبات على الطرق بسبب التلوث. ولا تزال الدراجات النارية المخصصة للطرق الوعرة تعمل في الغالب بمحركات الدورة الثنائية، ولكن نادرًا ما تكون قانونية على الطرق العامة. ومع ذلك، لا تزال آلاف من محركات صيانة الحدائق التي تعمل بمحركات الدورة الثنائية قيد الاستخدام.

تم تنظيف المنفاخ

مخطط عملية التنظيف أحادية التدفق

يُجنّب استخدام منفاخ منفصل العديد من عيوب تنظيف علبة المرافق، على حساب زيادة التعقيد، مما يعني ارتفاع التكلفة وزيادة متطلبات الصيانة. يستخدم هذا النوع من المحركات منافذ أو صمامات للسحب وصمامات للعادم، باستثناء محركات المكابس المتقابلة التي قد تستخدم منافذ للعادم أيضًا. عادةً ما يكون المنفاخ من نوع رووتس، ولكن استُخدمت أنواع أخرى أيضًا. يُعد هذا التصميم شائعًا في محركات الاحتراق الداخلي، وقد استُخدم أحيانًا في محركات الإشعال بالشرارة.

تستخدم محركات الاحتراق الداخلي المزودة بمنفاخ هواء عادةً نظام تنظيف أحادي التدفق . في هذا التصميم، يحتوي جدار الأسطوانة على عدة منافذ سحب موزعة بانتظام على محيطها فوق موضع رأس المكبس عند النقطة الميتة السفلى. ويُستخدم صمام عادم واحد أو عدة صمامات، كما هو الحال في محركات الأشواط الأربعة. الجزء الأخير من مشعب السحب هو غلاف هوائي يغذي منافذ السحب. توضع منافذ السحب بزاوية أفقية بالنسبة لجدار الأسطوانة (أي أنها في مستوى رأس المكبس) لإحداث دوامة في الشحنة الداخلة لتحسين الاحتراق. تُعد محركات الاحتراق الداخلي الترددية الأكبر حجماً من هذا النوع هي محركات الاحتراق الداخلي منخفضة السرعة؛ وتُستخدم في الدفع البحري (انظر محرك الديزل البحري ) أو توليد الطاقة الكهربائية ، وتحقق أعلى كفاءة حرارية بين جميع أنواع محركات الاحتراق الداخلي. تعمل بعض محركات قاطرات الديزل الكهربائية بدورة ثنائية الأشواط. وتبلغ قدرة كبح أقواها حوالي 4.5 ميغاواط أو 6000 حصان . تُعدّ قاطرات فئة EMD SD90MAC مثالاً على ذلك. أما قاطرات الفئة المماثلة GE AC6000CW ، التي تتمتع بمحرك رئيسي بقوة كبح مماثلة تقريباً، فتستخدم محركاً رباعي الأشواط.  

من الأمثلة على هذا النوع من المحركات محرك الديزل ثنائي الأشواط المزود بشاحن توربيني من نوع Wärtsilä-Sulzer RTA96-C ، والمستخدم في سفن الحاويات الكبيرة. يُعد هذا المحرك الأكثر كفاءة وقوة بين محركات الاحتراق الداخلي الترددية في العالم، حيث تتجاوز كفاءته الحرارية 50%. [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] وللمقارنة، تبلغ الكفاءة الحرارية لأكثر محركات الاحتراق الداخلي رباعية الأشواط الصغيرة كفاءة حوالي 43% (SAE 900648)؛ ويُعدّ الحجم عاملاً مساعداً للكفاءة نظراً لزيادة نسبة الحجم إلى مساحة السطح.

راجع الروابط الخارجية لمشاهدة فيديو عن الاحتراق داخل الأسطوانة في محرك دراجة نارية ثنائي الأشواط يمكن الوصول إليه بصريًا.

تصميم تاريخي

قام دوغالد كليرك بتطوير أول محرك ثنائي الأشواط في عام 1879. وقد استخدم أسطوانة منفصلة تعمل كمضخة لنقل خليط الوقود إلى الأسطوانة. [ 20 ]

في عام ١٨٩٩، قام جون داي بتبسيط تصميم كليرك ليصبح محركًا ثنائي الأشواط شائع الاستخدام اليوم. [ ٣٤ ] تعمل محركات دورة داي بنظام تنظيف علبة المرافق وتوقيت المنافذ. تُستخدم علبة المرافق وجزء الأسطوانة أسفل منفذ العادم كمضخة. يبدأ تشغيل محرك دورة داي عند تدوير عمود المرفق بحيث يتحرك المكبس من النقطة الميتة السفلى إلى الأعلى (باتجاه رأس الأسطوانة)، مما يُحدث فراغًا في منطقة علبة المرافق/الأسطوانة. بعد ذلك، يقوم المكربن ​​بتغذية خليط الوقود إلى علبة المرافق عبر صمام قصبة أو صمام قرص دوار (يُدار بواسطة المحرك). توجد قنوات مصبوبة من علبة المرافق إلى منفذ الأسطوانة لتوفير مدخل الهواء، وقناة أخرى من منفذ العادم إلى أنبوب العادم. يُطلق على ارتفاع المنفذ بالنسبة لطول الأسطوانة اسم "توقيت المنافذ".

في شوط الصعود الأول للمحرك، لا يدخل الوقود إلى الأسطوانة لأن علبة المرافق فارغة. في شوط الهبوط، يضغط المكبس خليط الوقود، الذي يكون قد قام بتزييت المكبس داخل الأسطوانة والمحامل بفضل إضافة الزيت إلى خليط الوقود. مع تحرك المكبس للأسفل، يكشف أولاً عن منفذ العادم، ولكن في الشوط الأول لا يوجد وقود محترق ليتم طرده. مع استمرار تحرك المكبس للأسفل، يكشف عن منفذ السحب الذي يحتوي على قناة تمتد إلى علبة المرافق. وبما أن خليط الوقود في علبة المرافق يكون تحت ضغط، فإنه ينتقل عبر القناة إلى داخل الأسطوانة.

نظرًا لعدم وجود عائق في الأسطوانة يسمح للوقود بالخروج مباشرةً من منفذ العادم قبل أن يرتفع المكبس بما يكفي لإغلاق المنفذ، استخدمت المحركات القديمة مكبسًا عالي القبة لإبطاء تدفق الوقود. لاحقًا، تم إعادة توجيه الوقود إلى داخل الأسطوانة باستخدام تصميم غرفة التمدد. عندما يقترب المكبس من نقطة المركز الميت العليا، تُشعل شرارة الوقود. ومع دفع المكبس للأسفل بفعل الطاقة، يكشف أولًا منفذ العادم حيث يُطرد الوقود المحترق تحت ضغط عالٍ، ثم منفذ السحب حيث تكتمل العملية وتستمر في التكرار.

استخدمت المحركات اللاحقة نوعًا من تعديل المنافذ ابتكرته شركة دويتز لتحسين الأداء، وهو نظام التدفق العكسي شنورل . في عام ١٩٣٢، حصلت شركة أوتو يونيون إيه جي على ترخيص حصري لمحركات ثنائية الأشواط عالية السرعة. وفي وقت لاحق من العام نفسه، أصبح طراز دي كيه دبليو بلوك ٣٥٠ أول طراز دراجة نارية يُحوّل إلى هذه التقنية الجديدة. وقد أحدث التطوير اللاحق لنظام التنظيف العكسي من قِبل شركة أوتو يونيون إيه جي ثورة في تصميم المحركات الصغيرة ثنائية الأشواط. [ ٣٥ ]

اشتعال

تتطلب محركات الاحتراق الداخلي إشعال الخليط، إما عن طريق الإشعال الشراري (SI) أو الإشعال بالضغط (CI) . قبل اختراع الطرق الكهربائية الموثوقة، كانت تُستخدم طرق الأنابيب الساخنة واللهب. وقد تم بناء محركات تجريبية تعمل بالإشعال الليزري . [ 36 ]

عملية الإشعال بالشرارة

مغناطيس بوش
نظام الإشعال بالنقاط والملف

كان محرك الإشعال الشراري تطويرًا للمحركات القديمة التي كانت تستخدم نظام الإشعال بالأنبوب الساخن. وعندما طورت شركة بوش المغناطيس الكهربائي، أصبح النظام الأساسي لتوليد الكهرباء اللازمة لتشغيل شمعة الإشعال. [ 37 ] ولا تزال العديد من المحركات الصغيرة تستخدم نظام الإشعال المغناطيسي. ويتم تشغيل هذه المحركات يدويًا باستخدام بادئ تشغيل ارتدادي أو ذراع تدوير يدوي. وقبل أن يطور تشارلز ف. كيتيرينج من شركة ديلكو بادئ تشغيل السيارات، كانت جميع السيارات التي تعمل بمحركات البنزين تستخدم ذراع تدوير يدوي. [ 38 ]

تستخدم المحركات الكبيرة عادةً الطاقة الكهربائية المخزنة في بطارية الرصاص الحمضية لتشغيل محركات بدء التشغيل وأنظمة الإشعال . ويتم الحفاظ على حالة شحن البطارية بواسطة مولد التيار المتردد في السيارة أو (سابقًا) مولد كهربائي يستخدم طاقة المحرك لتخزين الطاقة الكهربائية.

تُزوّد ​​البطارية الطاقة الكهربائية اللازمة لبدء تشغيل المحرك عند وجود نظام تشغيل ، كما تُزوّدها بالطاقة عند إيقاف تشغيل المحرك. وتُزوّد ​​البطارية الطاقة أيضًا في حالات نادرة عندما لا يستطيع المولد الحفاظ على جهد يزيد عن 13.8 فولت (لنظام  كهربائي شائع في السيارات بجهد 12 فولت). وعندما ينخفض ​​جهد المولد عن 13.8 فولت، تزداد قدرة بطارية الرصاص الحمضية على تحمل الحمل الكهربائي. وفي جميع ظروف التشغيل تقريبًا، بما في ذلك ظروف التباطؤ العادية، يُزوّد ​​المولد الطاقة الكهربائية الأساسية.

تقوم بعض الأنظمة بتعطيل طاقة مجال المولد (الدوار) عند فتح الخانق بالكامل. ويؤدي تعطيل المجال إلى تقليل الحمل الميكانيكي على بكرة المولد إلى الصفر تقريبًا، مما يزيد من قدرة عمود المرفق. في هذه الحالة، توفر البطارية الطاقة الكهربائية الأساسية بالكامل.

تستقبل محركات البنزين خليطًا من الهواء والبنزين وتضغطه بحركة المكبس من النقطة الميتة السفلى إلى النقطة الميتة العليا عندما يكون الوقود في أقصى ضغط له. ويُعبّر عن انخفاض مساحة سطح الإزاحة في الأسطوانة، مع الأخذ في الاعتبار حجم غرفة الاحتراق، بنسبة معينة. كانت نسب الضغط في المحركات الأولى 6 إلى 1. ومع زيادة نسب الضغط، زادت كفاءة المحرك أيضًا.

مع أنظمة الحث والإشعال المبكرة، كان لا بد من الحفاظ على نسب انضغاط منخفضة. ومع التقدم في تكنولوجيا الوقود وإدارة الاحتراق، أصبح بإمكان المحركات عالية الأداء العمل بكفاءة بنسبة انضغاط 12:1. لكن مع الوقود منخفض الأوكتان، كانت تظهر مشكلة مع ازدياد نسبة الانضغاط أثناء اشتعال الوقود نتيجة ارتفاع درجة الحرارة. وقد طوّر تشارلز كيتيرينج مادة مضافة من الرصاص سمحت بنسب انضغاط أعلى، إلا أنها تُركت تدريجيًا في السيارات بدءًا من سبعينيات القرن الماضي، ويعود ذلك جزئيًا إلى مخاوف التسمم بالرصاص .

يُشعل خليط الوقود في مراحل مختلفة من حركة المكبس داخل الأسطوانة. عند سرعات دوران منخفضة، يُضبط توقيت الشرارة ليحدث بالقرب من وصول المكبس إلى النقطة الميتة العليا. ولزيادة القدرة، مع ارتفاع سرعة الدوران، تُقدم الشرارة بشكل أسرع أثناء حركة المكبس. وتحدث الشرارة بينما لا يزال الوقود يُضغط، ويزداد الضغط تدريجيًا مع ارتفاع سرعة الدوران. [ 39 ]

يتم توفير الجهد العالي اللازم، والذي يبلغ عادةً 10000 فولت، بواسطة ملف حثي أو محول. يعمل الملف الحثي بنظام الارتداد العكسي، حيث يستخدم قطع التيار الكهربائي الأساسي عبر قاطع متزامن. يمكن أن يكون القاطع نقاط تلامس أو ترانزستور طاقة. تكمن مشكلة هذا النوع من الإشعال في أنه مع زيادة سرعة دوران المحرك، تقل الطاقة الكهربائية المتاحة. وتُعد هذه مشكلة خاصة، نظرًا لارتفاع كمية الطاقة اللازمة لإشعال خليط وقود أكثر كثافة. غالبًا ما ينتج عن ذلك احتراق غير منتظم عند سرعات دوران عالية.

طُوِّر نظام الإشعال بتفريغ المكثف ، الذي يُنتج جهدًا متزايدًا يُرسل إلى شمعة الإشعال. يمكن أن يصل جهد نظام الإشعال بتفريغ المكثف إلى 60,000 فولت. [ 40 ] يستخدم هذا النظام محولات رفع الجهد، التي تستخدم الطاقة المخزنة في مكثف لتوليد شرارة كهربائية . في كلا النظامين، يُوفر نظام تحكم ميكانيكي أو كهربائي جهدًا عاليًا مُوقَّتًا بدقة للأسطوانة المناسبة. تُشعل هذه الشرارة، عبر شمعة الإشعال، خليط الهواء والوقود في أسطوانات المحرك.

على الرغم من سهولة تشغيل محركات الاحتراق الداخلي التي تعمل بالبنزين في الطقس البارد مقارنةً بمحركات الديزل، إلا أنها قد تواجه مشاكل في التشغيل في الظروف الباردة القاسية. لسنوات، كان الحل هو ركن السيارة في أماكن دافئة. في بعض أنحاء العالم، كان يتم تفريغ الزيت وتسخينه طوال الليل ثم إعادته إلى المحرك لتشغيله في الطقس البارد. في أوائل الخمسينيات، طُوّرت وحدة تحويل البنزين إلى غاز، حيث يُحوّل البنزين الخام إلى هذه الوحدة عند بدء التشغيل في الطقس البارد، ليحترق جزء منه ويتحول الجزء الآخر إلى بخار ساخن يُرسل مباشرةً إلى مشعب صمامات السحب. لاقت هذه الوحدة رواجًا كبيرًا حتى أصبحت سخانات كتلة المحرك الكهربائية قياسية في محركات البنزين المباعة في المناطق الباردة. [ 41 ]

عملية الاشتعال بالضغط

تعتمد محركات الديزل، ومحركات PPC ، ومحركات HCCI، في عملية الاحتراق، كليًا على درجة الحرارة والضغط العاليين الناتجين عن عملية الضغط. عادةً ما يكون مستوى الضغط فيها ضعف أو أكثر من محرك البنزين. تستقبل محركات الديزل الهواء فقط، وقبل الوصول إلى ذروة الضغط بقليل، ترش كمية صغيرة من وقود الديزل في الأسطوانة عبر حاقن وقود، مما يسمح للوقود بالاشتعال الفوري. أما محركات HCCI، فتستقبل الهواء والوقود معًا، لكنها تستمر في الاعتماد على عملية احتراق ذاتي غير مُساعد، نظرًا لارتفاع الضغط ودرجة الحرارة. وهذا أيضًا سبب كون محركات الديزل وHCCI أكثر عرضة لمشاكل بدء التشغيل في الطقس البارد، على الرغم من أنها تعمل بكفاءة عالية في الطقس البارد بمجرد بدء تشغيلها. تستخدم محركات الديزل الخفيفة ذات الحقن غير المباشر في السيارات والشاحنات الخفيفة شمعات التسخين المسبق (أو غيرها من وسائل التسخين المسبق: انظر Cummins ISB#6BT ) لتسخين غرفة الاحتراق قبل بدء التشغيل مباشرةً، مما يقلل من احتمالية عدم بدء التشغيل في الطقس البارد. تحتوي معظم محركات الديزل أيضًا على بطارية ونظام شحن. مع ذلك، يُعدّ هذا النظام ثانويًا، ويضيفه المصنّعون كخاصية إضافية لتسهيل التشغيل، وفتح وإغلاق الوقود (والذي يمكن القيام به أيضًا عبر مفتاح أو جهاز ميكانيكي)، ولتشغيل المكونات والملحقات الكهربائية المساعدة. وتعتمد معظم المحركات الجديدة على وحدات تحكم إلكترونية كهربائية (ECU) تُعدّل عملية الاحتراق لزيادة الكفاءة وتقليل الانبعاثات.

تشحيم

رسم تخطيطي لمحرك يستخدم نظام تزييت مضغوط

تتطلب الأسطح المتلامسة والمتحركة بالنسبة لبعضها البعض التشحيم لتقليل التآكل والضوضاء وزيادة الكفاءة عن طريق تقليل فقد الطاقة الناتج عن التغلب على الاحتكاك ، أو لضمان عمل الآلية من الأساس. كما يمكن لمادة التشحيم المستخدمة أن تقلل الحرارة الزائدة وتوفر تبريدًا إضافيًا للمكونات. على الأقل، يحتاج المحرك إلى التشحيم في الأجزاء التالية:

  • بين المكابس والأسطوانات
  • محامل صغيرة
  • محامل الطرف الكبير
  • المحامل الرئيسية
  • آلية الصمامات (قد لا تكون العناصر التالية موجودة):
    • تابيتس
    • أذرع التأرجح
    • قضبان الدفع
    • سلسلة التوقيت أو التروس. لا تتطلب الأحزمة المسننة تزييتًا.

في محركات الاحتراق الداخلي ثنائية الأشواط ذات نظام التزييت بالزيت، يتم رش الجزء الداخلي لعلبة المرافق، وبالتالي عمود المرفق وذراع التوصيل وقاعدة المكابس، بزيت الاحتراق الموجود في خليط الهواء والوقود والزيت، والذي يحترق لاحقًا مع الوقود. قد يكون نظام الصمامات موجودًا في حجرة مملوءة بمادة التشحيم، مما يُغني عن الحاجة إلى مضخة زيت .

في نظام التزييت بالرش، لا تُستخدم مضخة زيت. بدلاً من ذلك، يغوص عمود المرفق في الزيت الموجود في حوض الزيت، وبسبب سرعته العالية، يرش الزيت على عمود المرفق وأذرع التوصيل وقاع المكابس. قد تحتوي أغطية نهايات أذرع التوصيل الكبيرة على مغرفة ملحقة لتعزيز هذا التأثير. كما يمكن أن يكون نظام الصمامات مغلقًا في حجرة مغمورة بالزيت، أو مفتوحًا على عمود المرفق بطريقة تسمح له باستقبال الزيت المرشوش وتصريفه عائدًا إلى حوض الزيت. يُعد التزييت بالرش شائعًا في المحركات الصغيرة رباعية الأشواط.

في نظام التزييت القسري (أو المضغوط ) ، يتم التزييت في دائرة مغلقة تنقل زيت المحرك إلى الأسطح التي يخدمها النظام، ثم تعيد الزيت إلى خزان. عادةً لا تُخدَم المعدات المساعدة للمحرك بهذه الدائرة؛ فعلى سبيل المثال، قد يستخدم المولد محامل كروية محكمة الإغلاق بمادة تشحيم خاصة به. عادةً ما يكون خزان الزيت هو حوض الزيت، وفي هذه الحالة يُسمى النظام بنظام الحوض الرطب . أما في حال وجود خزان زيت منفصل، فإن علبة المرافق تجمع الزيت، ولكن يتم تصريفه باستمرار بواسطة مضخة مخصصة؛ وهذا ما يُسمى بنظام الحوض الجاف .

يحتوي حوض الزيت في أسفله على مدخل زيت مغطى بفلتر شبكي، متصل بمضخة زيت ثم بفلتر زيت خارج علبة المرافق. ومن هناك، يُحوّل الزيت إلى محامل عمود المرفق الرئيسية ونظام الصمامات. تحتوي علبة المرافق على قناة زيت واحدة على الأقل (قناة داخل جدار علبة المرافق) يُضخ إليها الزيت من فلتر الزيت. تحتوي المحامل الرئيسية على أخدود يمتد على كامل محيطها أو نصفه؛ يدخل الزيت إلى هذه الأخاديد من قنوات متصلة بقناة الزيت. يحتوي عمود المرفق على ثقوب تأخذ الزيت من هذه الأخاديد وتوصله إلى محامل الطرف الكبير. تُشحّم جميع محامل الطرف الكبير بهذه الطريقة. قد يُزوّد ​​محمل رئيسي واحد الزيت لصفر أو واحد أو اثنين من محامل الطرف الكبير. يمكن استخدام نظام مماثل لتزييت المكبس ودبوس التوصيل الخاص به والطرف الصغير لذراع التوصيل. في هذا النظام، يحتوي الطرف الكبير لقضيب التوصيل على أخدود حول عمود المرفق وثقب متصل بالأخدود يقوم بتوزيع الزيت من هناك إلى أسفل المكبس ومن ثم إلى الأسطوانة.

تُستخدم أنظمة أخرى أيضًا لتزييت الأسطوانة والمكبس. قد يحتوي ذراع التوصيل على فوهة لضخ الزيت إلى الأسطوانة وأسفل المكبس. تتحرك هذه الفوهة بالنسبة للأسطوانة التي تُزيّتها، ولكنها دائمًا ما تكون موجهة نحوها أو نحو المكبس المقابل.

تتميز أنظمة التزييت القسري عادةً بتدفق مُزيّت أعلى من اللازم للتزييت الأمثل، وذلك للمساعدة في التبريد. ويعمل نظام التزييت تحديدًا على نقل الحرارة من أجزاء المحرك الساخنة إلى سائل التبريد (في المحركات المبردة بالماء) أو الزعانف (في المحركات المبردة بالهواء)، والتي بدورها تنقلها إلى البيئة المحيطة. ويجب تصميم المُزيّت بحيث يكون مستقرًا كيميائيًا ويحافظ على لزوجة مناسبة ضمن نطاق درجات الحرارة التي يتعرض لها داخل المحرك.

تكوين الأسطوانة

تشمل التكوينات الشائعة للأسطوانات التكوين المستقيم أو الخطي ، والتكوين V الأكثر إحكامًا ، والتكوين المسطح أو البوكسر الأعرض والأكثر سلاسة . كما يمكن لمحركات الطائرات أن تعتمد التكوين الشعاعي ، مما يسمح بتبريد أكثر فعالية. وقد استُخدمت أيضًا تكوينات أخرى غير شائعة مثل H و U و X و W.

بعض التكوينات الأسطوانية الشائعة: أ - مستقيمة، ب - على شكل حرف V، ج - متقابلة، د - على شكل حرف W

في المحركات متعددة الأسطوانات، يُصمم نظام الصمامات وعمود المرفق بحيث تكون المكابس في مراحل مختلفة من دورتها. من المستحسن أن تكون دورات المكابس متباعدة بانتظام (وهذا ما يُسمى بالاحتراق المتساوي )، خاصةً في محركات الشحن التوربيني؛ إذ يُقلل ذلك من نبضات عزم الدوران [ 42 ] ويجعل المحركات الخطية التي تحتوي على أكثر من 3 أسطوانات متوازنة سكونيًا في قواها الأساسية. مع ذلك، تتطلب بعض تصميمات المحركات احتراقًا فرديًا لتحقيق توازن أفضل مما هو ممكن مع الاحتراق المتساوي. على سبيل المثال، يتمتع محرك I2 رباعي الأشواط بتوازن أفضل عندما تكون الزاوية بين محاور المرفق 180 درجة، لأن المكابس تتحرك في اتجاهين متعاكسين وتلغي قوى القصور الذاتي بعضها بعضًا، لكن هذا يُعطي نمط احتراق فرديًا حيث تُشعل إحدى الأسطوانات 180 درجة من دوران عمود المرفق بعد الأخرى، ثم لا تُشعل أي أسطوانة لمدة 540 درجة. مع نمط احتراق متساوٍ، تتحرك المكابس في وقت واحد وتتجمع القوى المصاحبة لها.

لا تتطلب تصميمات عمود المرفق المتعددة بالضرورة رأس أسطوانة، إذ يمكن استبدالها بمكبس في كل طرف من أطراف الأسطوانة، وهو ما يُعرف بتصميم المكبس المتقابل . وبفضل وجود مداخل ومخارج الوقود في طرفي الأسطوانة المتقابلين، يُمكن تحقيق كنس أحادي التدفق، وهو ما يُعد فعالاً، كما هو الحال في محرك رباعي الأشواط، ضمن نطاق واسع من سرعات المحرك. كما تتحسن الكفاءة الحرارية نتيجةً لعدم وجود رؤوس أسطوانات. استُخدم هذا التصميم في محرك يونكرز جومو 205 للطائرات الذي يعمل بالديزل، حيث استُخدم عمودا مرفق في طرفي صف واحد من الأسطوانات، وبشكلٍ ملحوظ في محركات نابير ديلتيك التي تعمل بالديزل. استخدمت هذه المحركات ثلاثة أعمدة مرفق لخدمة ثلاثة صفوف من الأسطوانات ذات الطرفين، مرتبة على شكل مثلث متساوي الأضلاع مع وجود أعمدة المرفق في الزوايا. كما استُخدم هذا التصميم في محركات القاطرات أحادية الصف ، ولا يزال يُستخدم في محركات الدفع البحرية والمولدات المساعدة البحرية.

دورة الديزل

مخطط الضغط والحجم لدورة الديزل المثالية. تتبع الدورة الأرقام من 1 إلى 4 في اتجاه عقارب الساعة.

تستخدم معظم محركات الديزل في الشاحنات والسيارات دورةً تُشبه دورة الأشواط الأربعة، ولكن مع ارتفاع درجة الحرارة الناتج عن الضغط الذي يُسبب الاشتعال، بدلاً من الحاجة إلى نظام إشعال منفصل. يُطلق على هذا النوع من المحركات اسم دورة الديزل. في دورة الديزل، يُحقن وقود الديزل مباشرةً في الأسطوانة بحيث يحدث الاحتراق عند ضغط ثابت، أثناء حركة المكبس.

دورة أوتو

تُعد دورة أوتو الدورة الأكثر شيوعًا في معظم محركات الاحتراق الداخلي للسيارات التي تستخدم البنزين كوقود. وهي تتكون من نفس الخطوات الرئيسية الموصوفة لمحرك رباعي الأشواط: السحب، والضغط، والاشتعال، والتمدد، والعادم.

محرك خماسي الأشواط

في عام 1879، قام نيكولاس أوتو بتصنيع وبيع محرك ذي تمدد مزدوج (كانت مبادئ التمدد المزدوج والثلاثي شائعة الاستخدام في المحركات البخارية)، يتألف من أسطوانتين صغيرتين على جانبي أسطوانة أكبر ذات ضغط منخفض، حيث يحدث تمدد ثانٍ لغاز شوط العادم؛ إلا أن مالكه أعاده مدعيًا ضعف أدائه. وفي عام 1906، تم دمج هذا المفهوم في سيارة صنعتها شركة EHV ( شركة أيزنهوث للمركبات غير الحصانية )؛ [ 43 ] وفي القرن الحادي والعشرين، صمم إلمور واختبر بنجاح محرك احتراق داخلي بخمسة أشواط وتمدد مزدوج، يتميز بقدرة عالية واستهلاك منخفض للوقود. [ 44 ]

محرك سداسي الأشواط

تم اختراع المحرك سداسي الأشواط عام 1883. تستخدم أربعة أنواع من هذه المحركات مكبسًا عاديًا داخل أسطوانة عادية (محرك غريفين سداسي الأشواط، ومحرك باجولاز سداسي الأشواط، ومحرك فيلوزيتا سداسي الأشواط، ومحرك كراور سداسي الأشواط)، حيث يتم إطلاق الشرارة كل ثلاث دورات لعمود المرفق. تستغل هذه الأنظمة الحرارة المهدرة من دورة أوتو رباعية الأشواط عن طريق حقن الهواء أو الماء.

تعمل محركات Beare Head و "piston charger" كمحركات ذات مكابس متقابلة ، مكبسان في أسطوانة واحدة، يتم إطلاق النار كل دورتين بدلاً من كل أربع دورات مثل محرك رباعي الأشواط.

دورات أخرى

لم تكن محركات الاحتراق الداخلي الأولى تضغط الخليط. ففي الجزء الأول من شوط المكبس الهابط، كان يُسحب خليط الوقود والهواء، ثم يُغلق صمام السحب، وفي الجزء المتبقي من الشوط، يُشعل خليط الوقود والهواء. ويُفتح صمام العادم لشوط المكبس الصاعد. وقد باءت هذه المحاولات لمحاكاة مبدأ عمل المحرك البخاري بالفشل. وهناك العديد من الاختلافات في هذه الدورات، أبرزها دورة أتكينسون ودورة ميلر .

تفصل محركات الدورة المنفصلة الأشواط الأربعة - السحب والضغط والاحتراق والعادم - في أسطوانتين منفصلتين لكنهما متقابلتان. تُستخدم الأسطوانة الأولى للسحب والضغط. ثم يُنقل الهواء المضغوط عبر ممر عرضي من أسطوانة الضغط إلى الأسطوانة الثانية، حيث يحدث الاحتراق والعادم. في الواقع، يُعد محرك الدورة المنفصلة ضاغط هواء من جهة وغرفة احتراق من الجهة الأخرى.

عانت محركات الدورة المنفصلة السابقة من مشكلتين رئيسيتين: ضعف كفاءة الاحتراق (الكفاءة الحجمية) وانخفاض الكفاءة الحرارية. ومع ذلك، يجري تطوير تصاميم جديدة تسعى إلى معالجة هاتين المشكلتين. يعالج محرك سكوديري مشكلة الاحتراق عن طريق تقليل الخلوص بين المكبس ورأس الأسطوانة باستخدام تقنيات الشحن التوربيني المختلفة. يتطلب تصميم سكوديري استخدام صمامات تفتح للخارج، مما يسمح للمكبس بالتحرك بالقرب من رأس الأسطوانة دون تداخل الصمامات. كما يعالج سكوديري مشكلة انخفاض الكفاءة الحرارية عن طريق الإشعال بعد النقطة الميتة العليا.

يمكن تحقيق إطلاق النار عند النقطة الميتة العليا باستخدام هواء عالي الضغط في ممر النقل لخلق تدفق صوتي واضطراب عالي في أسطوانة الطاقة.

توربينات الاحتراق

محرك نفاث

محرك نفاث توربيني مروحي

تستخدم المحركات النفاثة عدة صفوف من شفرات المروحة لضغط الهواء الذي يدخل بعد ذلك إلى غرفة الاحتراق حيث يُخلط بالوقود (عادةً وقود الطائرات) ثم يُشعل. يؤدي احتراق الوقود إلى رفع درجة حرارة الهواء الذي يُطرد بعد ذلك من المحرك مُولِّدًا قوة الدفع. يمكن لمحرك توربيني مروحي حديث أن يعمل بكفاءة تصل إلى 48%. [ 45 ]

يتكون محرك التوربوفان من ستة أقسام:

  • معجب
  • ضاغط
  • غرفة الاحتراق
  • توربين
  • خلاط
  • الفوهة [ 46 ]

التوربينات الغازية

محطة توليد الطاقة التوربينية

تقوم التوربينة الغازية بضغط الهواء واستخدامه لتدوير التوربينة . وهي في الأساس محرك نفاث يوجه ناتجه إلى عمود. تتكون التوربينة من ثلاث مراحل: 1) يُسحب الهواء عبر ضاغط حيث ترتفع درجة حرارته نتيجة الضغط، 2) يُضاف الوقود إلى غرفة الاحتراق ، 3) يُطرد الهواء الساخن عبر شفرات التوربينة التي تدير عمودًا متصلًا بالضاغط.

التوربين الغازي آلة دوارة تشبه في مبدأ عملها التوربين البخاري ، وتتكون من ثلاثة مكونات رئيسية: ضاغط، وغرفة احتراق، وتوربين. بعد ضغط الهواء في الضاغط، ترتفع درجة حرارته بحرق الوقود فيه. يتمدد الهواء الساخن ونواتج الاحتراق في التوربين، منتجًا طاقة ناتجة. يُستخدم حوالي ثلثي هذه الطاقة لتشغيل الضاغط، بينما يُتاح الثلث المتبقي كطاقة مفيدة. [ 47 ]

تُعدّ التوربينات الغازية من بين أكثر محركات الاحتراق الداخلي كفاءة. وتُصنّف محطات توليد الطاقة الكهربائية ذات الدورة المركبة من طراز جنرال إلكتريك 7HA و9HA بكفاءة تزيد عن 61%. [ 48 ]

دورة برايتون

دورة برايتون

التوربين الغازي آلة دوارة تشبه إلى حد ما التوربين البخاري من حيث المبدأ. يتكون من ثلاثة مكونات رئيسية: الضاغط، وغرفة الاحتراق، والتوربين. يُضغط الهواء بواسطة الضاغط، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارته. ثم تُرفع درجة حرارة الهواء المضغوط أكثر باحتراق الوقود المحقون في غرفة الاحتراق، مما يؤدي إلى تمدد الهواء. هذه الطاقة تُدير التوربين الذي يُشغل الضاغط عبر وصلة ميكانيكية. بعد ذلك، تُطرد الغازات الساخنة لتوليد قوة الدفع.

تستخدم محركات دورة التوربينات الغازية نظام احتراق مستمر، حيث يحدث الضغط والاحتراق والتمدد في آن واحد في أماكن مختلفة من المحرك، مما يوفر طاقة مستمرة. والجدير بالذكر أن الاحتراق يحدث عند ضغط ثابت، على عكس دورة أوتو التي تتطلب حجمًا ثابتًا.

محركات وانكل

دورة وانكل الدورانية. يدور العمود ثلاث مرات لكل دورة للدوار حول الفص ومرة ​​واحدة لكل دورة مدارية حول العمود اللامركزي.

لا يحتوي محرك وانكل (المحرك الدوار) على أشواط مكبس. يعمل بنفس فصل الأطوار كما في محرك الأشواط الأربعة، حيث تحدث الأطوار في مواقع منفصلة داخل المحرك. من الناحية الديناميكية الحرارية، يتبع دورة أوتو ، لذا يمكن اعتباره محركًا "رباعي الأطوار". صحيح أن ثلاث أشواط قدرة تحدث عادةً لكل دورة للدوار، إلا أنه نظرًا لنسبة دوران الدوار إلى العمود اللامركزي 3:1، فإن شوط قدرة واحد فقط يحدث فعليًا لكل دورة للعمود. يدور عمود الإدارة (اللامركزي) مرة واحدة خلال كل شوط قدرة بدلًا من مرتين (عمود المرفق)، كما في دورة أوتو، مما يمنحه نسبة قدرة إلى وزن أعلى من محركات المكابس. استُخدم هذا النوع من المحركات بشكل ملحوظ في مازدا RX-8 ، و RX-7 السابقة ، وغيرها من طرازات السيارات. كما يُستخدم هذا المحرك في الطائرات بدون طيار، حيث يُعد صغر الحجم والوزن ونسبة القدرة إلى الوزن العالية من المزايا المهمة.

الحث القسري

الشحن القسري هو عملية تزويد محرك الاحتراق الداخلي بالهواء المضغوط. يستخدم محرك الشحن القسري ضاغط غاز لزيادة ضغط الهواء ودرجة حرارته وكثافته . أما المحرك الذي لا يستخدم الشحن القسري فيُعتبر محركًا يعمل بسحب الهواء الطبيعي .

يُستخدم الشحن التوربيني في صناعتي السيارات والطيران لزيادة قوة المحرك وكفاءته. وهو مفيد بشكل خاص لمحركات الطائرات، حيث تحتاج إلى العمل على ارتفاعات عالية.

يتم تحقيق الشحن القسري بواسطة شاحن فائق ، حيث يتم تشغيل الضاغط مباشرة من عمود المحرك أو، في الشاحن التوربيني ، من توربين يعمل بواسطة عادم المحرك.

الوقود والمؤكسدات

تعتمد جميع محركات الاحتراق الداخلي على احتراق وقود كيميائي ، عادةً مع الأكسجين من الهواء (مع إمكانية حقن أكسيد النيتروز لزيادة كمية الوقود وتحسين الأداء). ينتج عن عملية الاحتراق عادةً كمية كبيرة من الطاقة الحرارية، بالإضافة إلى إنتاج البخار وثاني أكسيد الكربون ومواد كيميائية أخرى عند درجات حرارة عالية جدًا؛ وتُحدد درجة الحرارة الناتجة بالتركيب الكيميائي للوقود والمؤكسدات (انظر القياسات الكيميائية )، بالإضافة إلى نسبة الانضغاط وعوامل أخرى.

الوقود

تتكون معظم أنواع الوقود الحديثة الشائعة من الهيدروكربونات ، وهي مشتقة في الغالب من الوقود الأحفوري ( البترول ). تشمل أنواع الوقود الأحفوري وقود الديزل والبنزين وغاز البترول ، بالإضافة إلى استخدام البروبان الذي يُعدّ أقل شيوعًا . باستثناء مكونات توصيل الوقود، يمكن لمعظم محركات الاحتراق الداخلي المصممة لاستخدام البنزين أن تعمل بالغاز الطبيعي أو غاز البترول المسال دون تعديلات كبيرة. يمكن لمحركات الديزل الكبيرة أن تعمل بالهواء المخلوط بالغازات مع حقن وقود الديزل التجريبي للإشعال. كما يمكن استخدام أنواع الوقود الحيوي السائلة والغازية ، مثل الإيثانول والديزل الحيوي (وهو نوع من وقود الديزل يُنتج من محاصيل تُنتج الدهون الثلاثية مثل زيت فول الصويا ). يمكن للمحركات، بعد إجراء تعديلات مناسبة، أن تعمل أيضًا بغاز الهيدروجين أو غاز الخشب أو غاز الفحم ، بالإضافة إلى ما يُسمى بغاز المُنتِج المُصنَّع من أنواع أخرى من الكتلة الحيوية المُتاحة. كما أُجريت تجارب باستخدام أنواع الوقود الصلب المسحوق، مثل دورة حقن المغنيسيوم .

تشمل أنواع الوقود المستخدمة حاليًا ما يلي:

حتى مساحيق المعادن المميعة والمتفجرات شهدت بعض الاستخدام. تُسمى المحركات التي تستخدم الغازات كوقود بمحركات الغاز، وتلك التي تستخدم الهيدروكربونات السائلة تُسمى محركات النفط؛ ومع ذلك، غالبًا ما يُشار إلى محركات البنزين بشكل عام باسم "محركات الغاز" (" محركات البنزين " خارج أمريكا الشمالية).

تتمثل القيود الرئيسية على أنواع الوقود في أنه يجب أن يكون سهل النقل عبر نظام الوقود إلى غرفة الاحتراق ، وأن يطلق الوقود طاقة كافية على شكل حرارة عند الاحتراق لتحقيق الاستخدام العملي للمحرك.

تتميز محركات الديزل عمومًا بأنها أثقل وزنًا وأعلى صوتًا وأقوى عند السرعات المنخفضة مقارنةً بمحركات البنزين . كما أنها أكثر كفاءة في استهلاك الوقود في معظم الظروف، وتُستخدم في المركبات الثقيلة، وبعض السيارات (بشكل متزايد نظرًا لكفاءتها العالية في استهلاك الوقود مقارنةً بمحركات البنزين)، والسفن، وقاطرات السكك الحديدية ، والطائرات الخفيفة . أما محركات البنزين فتُستخدم في معظم المركبات الأخرى، بما في ذلك معظم السيارات والدراجات النارية والدراجات البخارية . في أوروبا ، استحوذت السيارات المتطورة التي تعمل بمحركات الديزل على حوالي 45% من السوق منذ تسعينيات القرن الماضي. وهناك أيضًا محركات تعمل بالهيدروجين ، والميثانول ، والإيثانول ، وغاز البترول المسال ، والديزل الحيوي ، والبارافين ، وزيت تبخير الجرارات .

هيدروجين

قد يحلّ الهيدروجين في نهاية المطاف محلّ الوقود الأحفوري التقليدي في محركات الاحتراق الداخلي التقليدية. أو قد تُحقق تقنية خلايا الوقود وعودها، بل وقد يتمّ الاستغناء تدريجياً عن استخدام محركات الاحتراق الداخلي.

على الرغم من وجود طرق متعددة لإنتاج الهيدروجين الحر، إلا أن هذه الطرق تتطلب تحويل جزيئات قابلة للاحتراق إلى هيدروجين أو استهلاك الطاقة الكهربائية. ما لم تُنتج هذه الكهرباء من مصدر متجدد، ولا تُستخدم لأغراض أخرى، فإن الهيدروجين لا يحل أي أزمة طاقة . في كثير من الحالات، تكمن عيوب الهيدروجين، مقارنةً بالوقود الكربوني، في تخزينه . يتميز الهيدروجين السائل بكثافة منخفضة للغاية (أقل بـ 14 مرة من كثافة الماء) ويتطلب عزلًا مكثفًا، بينما يتطلب الهيدروجين الغازي خزانات ضخمة. حتى عند تسييله، يتمتع الهيدروجين بطاقة نوعية أعلى ، لكن سعة تخزين الطاقة الحجمية لا تزال أقل بخمس مرات تقريبًا من البنزين. مع ذلك، فإن كثافة طاقة الهيدروجين أعلى بكثير من كثافة طاقة البطاريات الكهربائية، مما يجعله منافسًا قويًا كناقل طاقة بديل للوقود الأحفوري. تُنتج عملية "الهيدروجين عند الطلب" (انظر خلية وقود البوروهيدريد المباشر ) الهيدروجين حسب الحاجة، لكنها تواجه مشكلات أخرى، مثل ارتفاع سعر بوروهيدريد الصوديوم ، المادة الخام.

المؤكسدات

محرك بنزين أحادي الأسطوانة، حوالي عام 1910

بما أن الهواء متوفر بكثرة على سطح الأرض، فإن المؤكسد المستخدم عادةً هو الأكسجين الجوي، الذي يتميز بعدم الحاجة إلى تخزينه داخل المركبة. وهذا بدوره يزيد من نسبتي القدرة إلى الوزن والقدرة إلى الحجم. وتُستخدم مواد أخرى لأغراض خاصة، غالباً لزيادة القدرة الناتجة أو لتمكين التشغيل تحت الماء أو في الفضاء.

تبريد

يُعدّ التبريد ضروريًا لإزالة الحرارة الزائدة، إذ يمكن أن تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى تعطل المحرك، وعادةً ما يكون ذلك نتيجةً للتآكل (بسبب تلف نظام التشحيم الناتج عن ارتفاع درجة الحرارة)، أو التشققات، أو التشوّه. أكثر أنواع تبريد المحركات شيوعًا هما التبريد الهوائي والتبريد المائي . معظم محركات السيارات الحديثة مُبرّدة بالماء والهواء معًا، حيث يُنقل الماء/سائل التبريد إلى زعانف و/أو مراوح مُبرّدة بالهواء، بينما قد تُبرّد المحركات الأكبر حجمًا بالماء فقط نظرًا لثباتها وتزويدها المستمر بالماء عبر شبكة المياه الرئيسية أو المياه العذبة، في حين أن معظم محركات الأدوات الكهربائية والمحركات الصغيرة الأخرى مُبرّدة بالهواء. تحتوي بعض المحركات (المُبرّدة بالهواء أو الماء) أيضًا على مُبرّد زيت . في بعض المحركات، وخاصةً لتبريد شفرات محركات التوربينات ومحركات الصواريخ السائلة ، يُستخدم الوقود كمُبرّد، حيث يُسخّن مسبقًا قبل حقنه في غرفة الاحتراق.

بدء

تشغيل محرك ديزل يدوياً في بحيرة إنلي ( ميانمار )
بادئ التشغيل الكهربائي المستخدم في السيارات

يجب بدء دورات محركات الاحتراق الداخلي. في المحركات الترددية، يتم ذلك بتدوير عمود المرفق (عمود دوار وانكل) الذي يُحفز دورات السحب والضغط والاحتراق والعادم. كانت المحركات الأولى تُشغل بتدوير دولاب الموازنة ، بينما كانت أول مركبة (دايملر رايتفاجن) تُشغل بذراع تدوير يدوي. كانت جميع السيارات التي تعمل بمحركات الاحتراق الداخلي تُشغل بذراع تدوير يدوي حتى طور تشارلز كيتيرينج بادئ التشغيل الكهربائي للسيارات. [ 51 ] تُعد هذه الطريقة الآن الأكثر استخدامًا، حتى في غير مجال السيارات.

مع ازدياد حجم محركات الديزل وثقل آلياتها، شاع استخدام بادئات التشغيل الهوائية . [ 52 ] ويعود ذلك إلى نقص عزم الدوران في بادئات التشغيل الكهربائية. تعمل بادئات التشغيل الهوائية عن طريق ضخ الهواء المضغوط إلى أسطوانات المحرك لبدء دورانه.

يمكن تشغيل محركات المركبات ذات العجلتين بإحدى الطرق الأربع التالية:

  • عن طريق التبديل، كما هو الحال في الدراجة الهوائية
  • عن طريق دفع السيارة ثم تشغيل القابض، وهو ما يُعرف باسم "بدء التشغيل بالدفع والتشغيل بالدفع".
  • عن طريق الضغط لأسفل على دواسة واحدة، وهو ما يُعرف باسم "بدء التشغيل بالركلة".
  • بواسطة بادئ تشغيل كهربائي، كما هو الحال في السيارات

وهناك أيضاً بادئات تشغيل حيث يتم ضغط زنبرك بواسطة حركة عمود المرفق ثم يستخدم لتشغيل المحرك.

تستخدم بعض المحركات الصغيرة آلية سحب الحبل المعروفة باسم "التشغيل الارتدادي"، حيث يلتف الحبل تلقائيًا بعد سحبه لتشغيل المحرك. تُستخدم هذه الطريقة عادةً في جزازات العشب اليدوية وغيرها من التطبيقات التي لا تتطلب سوى عزم دوران بسيط لتشغيل المحرك.

غالباً ما يتم تشغيل محركات التوربينات بواسطة محرك كهربائي أو بواسطة الهواء المضغوط.

مقاييس أداء المحرك

تختلف أنواع المحركات اختلافاً كبيراً في عدد من الجوانب المختلفة:

كفاءة الطاقة

بمجرد اشتعالها واحتراقها، تمتلك نواتج الاحتراق - وهي غازات ساخنة - طاقة حرارية متاحة أكبر من خليط الوقود والهواء المضغوط الأصلي (الذي كان يتمتع بطاقة كيميائية أعلى ). وتتجلى هذه الطاقة المتاحة في ارتفاع درجة الحرارة والضغط ، ما يسمح للمحرك بتحويلها إلى طاقة حركية . في المحرك الترددي، تدفع الغازات عالية الضغط داخل الأسطوانات مكابس المحرك.

بعد استنفاد الطاقة المتاحة، تُصرّف الغازات الساخنة المتبقية ( غالبًا عن طريق فتح صمام أو كشف مخرج العادم)، مما يسمح للمكبس بالعودة إلى موضعه السابق (نقطة المركز الميت العلوي). ثم ينتقل المكبس إلى المرحلة التالية من دورته، والتي تختلف من محرك لآخر. تُعتبر أي طاقة حرارية لا تُحوّل إلى شغل ناتجًا ضائعًا، وتُزال من المحرك إما بواسطة نظام تبريد هوائي أو سائل.

تُعتبر محركات الاحتراق الداخلي محركات حرارية (إذ أن إطلاق الطاقة الكيميائية في الاحتراق يُعادل انتقال الحرارة إلى المحرك)، وبالتالي يمكن تقريب كفاءتها النظرية بدورات ديناميكية حرارية مثالية . لا يمكن أن تتجاوز الكفاءة الحرارية لدورة نظرية كفاءة دورة كارنو ، التي تُحدد كفاءتها بالفرق بين درجتي حرارة التشغيل الدنيا والعليا للمحرك. تُحدَّد درجة حرارة التشغيل العليا للمحرك بعاملين رئيسيين: حدود التشغيل الحرارية للمواد، ومقاومة الوقود للاشتعال الذاتي. لكل المعادن والسبائك حد تشغيل حراري، وهناك أبحاث مكثفة تُجرى على المواد الخزفية التي يمكن تصنيعها بثبات حراري أكبر وخصائص هيكلية مرغوبة. يسمح الثبات الحراري العالي بفرق أكبر في درجة الحرارة بين درجتي حرارة التشغيل الدنيا (المحيطة) والعليا، وبالتالي كفاءة ديناميكية حرارية أعلى. كذلك، مع ارتفاع درجة حرارة الأسطوانة، يصبح الوقود أكثر عرضة للاشتعال الذاتي. يحدث هذا عندما تقترب درجة حرارة الأسطوانة من نقطة الوميض للشحنة. عند هذه النقطة، يمكن أن يحدث الاشتعال تلقائيًا قبل إطلاق شمعة الإشعال، مما يُسبب ضغوطًا زائدة داخل الأسطوانة. يمكن التخفيف من الاشتعال الذاتي باستخدام أنواع الوقود ذات المقاومة العالية للاشتعال الذاتي ( تصنيف الأوكتان )، ومع ذلك فإنه لا يزال يضع حدًا أعلى لدرجة حرارة الأسطوانة القصوى المسموح بها.

تفترض الحدود الديناميكية الحرارية أن المحرك يعمل في ظروف مثالية: بيئة خالية من الاحتكاك، غازات مثالية، عوازل مثالية، وتشغيل مستمر إلى ما لا نهاية. تُدخل التطبيقات العملية تعقيدات تُقلل من الكفاءة. على سبيل المثال، يعمل المحرك الحقيقي بأفضل كفاءة عند حمل محدد، يُسمى نطاق قدرته . عادةً ما يعمل محرك السيارة التي تسير على الطريق السريع بأقل بكثير من حمله المثالي، لأنه مُصمم للأحمال الأعلى اللازمة للتسارع السريع. بالإضافة إلى ذلك، تُقلل عوامل مثل مقاومة الهواء من كفاءة النظام الإجمالية. يُقاس استهلاك الوقود في المركبات بالأميال لكل جالون أو باللترات لكل 100 كيلومتر. يفترض حجم الهيدروكربون محتوى طاقة قياسيًا.

حتى مع استخدام الشواحن التوربينية ووسائل تحسين الكفاءة القياسية، تحافظ معظم المحركات على كفاءة متوسطة تتراوح بين 18 و20%. [ 53 ] ومع ذلك، شهدت أحدث التقنيات في محركات الفورمولا 1 ارتفاعًا في الكفاءة الحرارية لتتجاوز 50%. [ 54 ] هناك العديد من الابتكارات التي تهدف إلى زيادة كفاءة محركات الاحتراق الداخلي. بشكل عام، تُعاني المحركات العملية دائمًا من مفاضلات بين خصائص مختلفة مثل الكفاءة، والوزن، والقدرة، والحرارة، والاستجابة، وانبعاثات العادم، أو الضوضاء. أحيانًا يلعب الاقتصاد دورًا في تكلفة تصنيع المحرك، وتصنيع وتوزيع الوقود. زيادة كفاءة المحرك تُحسّن من اقتصاد الوقود، ولكن فقط إذا كانت تكلفة الوقود لكل وحدة طاقة ثابتة.

مقاييس كفاءة استهلاك الوقود وكفاءة الوقود الدافع

بالنسبة للمحركات الثابتة ومحركات العمود بما في ذلك محركات المروحة، يتم قياس استهلاك الوقود عن طريق حساب استهلاك الوقود المحدد للفرامل ، والذي يقيس معدل تدفق كتلة استهلاك الوقود مقسومًا على الطاقة المنتجة.

بالنسبة لمحركات الاحتراق الداخلي على شكل محركات نفاثة، يختلف ناتج الطاقة بشكل كبير مع سرعة الهواء ويتم استخدام مقياس أقل تغيرًا: استهلاك الوقود النوعي للدفع (TSFC)، وهو كتلة الوقود اللازم لتوليد الدفعات التي يتم قياسها إما بوحدة رطل القوة في الساعة أو غرامات الوقود اللازمة لتوليد دفعة تقيس كيلونيوتن واحد في الثانية.

بالنسبة للصواريخ، يمكن استخدام TSFC، ولكن عادة ما يتم استخدام مقاييس مكافئة أخرى بشكل تقليدي، مثل الدفع النوعي وسرعة العادم الفعالة .

تلوث الهواء والضوضاء

تلوث الهواء

علامة الطريق في منتجع Svatá Kateřina، Počátky ، التشيك

تُنتج محركات الاحتراق الداخلي، مثل محركات الاحتراق الداخلي الترددية، انبعاثات ملوثة للهواء نتيجة الاحتراق غير الكامل للوقود الكربوني . والمشتقات الرئيسية لهذه العملية هي ثاني أكسيد الكربون (CO₂).٢- الماء وبعضالسخام- الذي يُسمى أيضًاالجسيمات الدقيقة(PM). [ ٥٥ ] دُرست آثار استنشاق الجسيمات الدقيقة على البشر والحيوانات، وتشمل الربو وسرطان الرئة ومشاكل القلب والأوعية الدموية والوفاة المبكرة.[٥٦] ومع ذلك، توجد بعض المنتجات الإضافية لعملية الاحتراق، بما في ذلك أكاسيد النيتروجين والكبريت وبعض الهيدروكربونات غير المحترقة،وذلكاعتمادًا على ظروف التشغيل ونسبة الوقود إلى الهواء.

تساهم انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من محركات الاحتراق الداخلي (وخاصة تلك التي تستخدم الوقود الأحفوري مثل البنزين والديزل) في تغير المناخ الناتج عن النشاط البشري. ويمكن أن يؤدي تحسين كفاءة استهلاك الوقود في المحرك إلى تقليل كمية ثاني أكسيد الكربون ، ولكنه لا يقضي عليها تمامًا.٢- انبعاثات ثاني أكسيد الكربونالناتجة عن احتراق الوقود القائم على الكربون2. منذ إزالة أولأكسيد الكربوننظراً لعدم جدوى استخدام ثاني أكسيد الكربون الناتج عن عوادم المحركات، يتزايد الاهتمام بالبدائل. ومن الأمثلة على ذلك أنواع الوقود المستدامة مثلالوقود الحيويوالوقودالاصطناعيوالمحركاتالكهربائيةالتي تعمل بالبطاريات.

لا يُستهلك الوقود بالكامل في عملية الاحتراق. تبقى كمية ضئيلة منه بعد الاحتراق، ويتفاعل جزء منها لتكوين مركبات مؤكسجة، مثل الفورمالديهايد أو الأسيتالديهايد ، أو هيدروكربونات لم تكن موجودة في خليط الوقود الأصلي. ينتج الاحتراق غير الكامل عادةً عن عدم كفاية الأكسجين لتحقيق النسبة المثالية للوقود . تُخمد جدران الأسطوانة الباردة نسبيًا اللهب، تاركةً وراءها وقودًا غير متفاعل يُطرد مع العادم. عند التشغيل بسرعات منخفضة، يُلاحظ إخماد اللهب عادةً في محركات الديزل (الاشتعال بالضغط) التي تعمل بالغاز الطبيعي. يُقلل إخماد اللهب من الكفاءة ويزيد من طرق المحرك، مما قد يؤدي أحيانًا إلى توقفه. كما يؤدي الاحتراق غير الكامل إلى إنتاج أول أكسيد الكربون (CO). ومن المواد الكيميائية الأخرى المنبعثة البنزين و1،3 -بيوتادين، وهما من ملوثات الهواء الخطرة .

يؤدي زيادة كمية الهواء في المحرك إلى تقليل انبعاثات نواتج الاحتراق غير الكامل، ولكنه يعزز أيضًا التفاعل بين الأكسجين والنيتروجين في الهواء لإنتاج أكاسيد النيتروجين ( NOx ). تُعد أكاسيد النيتروجين ضارة بصحة النبات والحيوان، وتؤدي إلى إنتاج الأوزون ( O3 ).3 ) لا ينبعث الأوزون بشكل مباشر، بل هو ملوث ثانوي للهواء، ينتج في الغلاف الجوي عن تفاعل أكاسيد النيتروجينمعالمركبات العضوية المتطايرةبوجود ضوء الشمس. يُعدّ الأوزون الموجود على مستوى سطح الأرض ضارًا بصحة الإنسان والبيئة. ورغم أنهما نفس المادة الكيميائية، إلا أنه لا ينبغي الخلط بين الأوزون الموجود على مستوى سطح الأرضوأوزون الستراتوسفير، أوطبقة الأوزون، التي تحمي الأرض من الأشعة فوق البنفسجية الضارة.

تنتج أنواع الوقود الكربوني التي تحتوي على الكبريت أكاسيد الكبريت (SO) وثاني أكسيد الكبريت ( SO).2 ) المساهمة فيالأمطار الحمضية.

في الولايات المتحدة، تُنظَّم أكاسيد النيتروجين، والجسيمات الدقيقة ، وأول أكسيد الكربون، وثاني أكسيد الكبريت، والأوزون، باعتبارها ملوثات هواء معيارية بموجب قانون الهواء النظيف، وذلك إلى مستويات تضمن حماية صحة الإنسان وسلامته. أما الملوثات الأخرى، مثل البنزين و1،3-بيوتادين، فتُنظَّم باعتبارها ملوثات هواء خطرة، ويجب خفض انبعاثاتها قدر الإمكان وفقًا للاعتبارات التقنية والعملية.

تُضبط أكاسيد النيتروجين وأول أكسيد الكربون والملوثات الأخرى عادةً عن طريق إعادة تدوير غازات العادم، مما يُعيد جزءًا من العادم إلى مدخل المحرك. وتُستخدم المحولات الحفازة لتحويل المواد الكيميائية في العادم إلى أول أكسيد الكربون.2 (غاز دفيئة)،H2O (بخار الماء، وهو أيضاً غاز دفيئة) و​​N2 (نيتروجين).

محركات غير مخصصة للطرق

تتضمن معايير الانبعاثات المستخدمة في العديد من البلدان متطلبات خاصة للمحركات غير المخصصة للطرق ، والتي تُستخدم في المعدات والمركبات التي لا تسير على الطرق العامة. وتُفصل هذه المعايير عن معايير المركبات المخصصة للطرق. [ 57 ]

التلوث الضوضائي

تُساهم محركات الاحتراق الداخلي بشكل كبير في التلوث الضوضائي . وتُصدر حركة السيارات والشاحنات على الطرق السريعة والشوارع ضوضاءً، وكذلك رحلات الطائرات بسبب ضجيج الطائرات النفاثة، وخاصة الطائرات الأسرع من الصوت. وتُصدر محركات الصواريخ أعلى مستويات الضوضاء.

تسكع

تستمر محركات الاحتراق الداخلي في استهلاك الوقود وانبعاث الملوثات أثناء التوقف. ويتم تقليل التوقف عن العمل بواسطة أنظمة الإيقاف والتشغيل .

تكوين ثاني أكسيد الكربون

يمكن إيجاد طريقة جيدة لتقدير كتلة ثاني أكسيد الكربون المنبعثة عند احتراق لتر واحد من وقود الديزل (أو البنزين) على النحو التالي: [ 58 ]

كتقريب جيد، الصيغة الكيميائية للديزل هي Cن هـ٢ن . في الواقع، الديزل عبارة عن خليط من جزيئات مختلفة. بما أن الكتلة المولية للكربون تبلغ ١٢ غ/مول، والكتلة المولية للهيدروجين (الذري) تبلغ حوالي ١ غ/مول، فإن نسبة الكربون في الديزل بالوزنتبلغحوالي١٢/١٤.

يُعطى تفاعل احتراق الديزل بالمعادلة التالية:

2 جن هـ2ن + 3نO2 ⇌2nCO2 + 2nH2 O

يبلغ الوزن الجزيئي لثاني أكسيد الكربون 44 غ/مول، لأنه يتكون من ذرتين من الأكسجين (16  غ/مول) وذرة واحدة من الكربون (12 غ/مول). لذا، فإن 12  غ من الكربون تُنتج 44  غ من ثاني أكسيد الكربون.

تبلغ كثافة الديزل 0.838  كجم لكل لتر.

وبجمع كل شيء معًا، يمكن حساب كتلة ثاني أكسيد الكربون الناتج عن حرق لتر واحد من الديزل على النحو التالي:

0.838كز/ل⋅1214⋅4412=2.63كز/ل{\displaystyle 0.838kg/L\cdot {\frac {12}{14}}\cdot {\frac {44}{12}}=2.63kg/L}

إن الرقم الذي تم الحصول عليه من خلال هذا التقدير قريب من القيم الموجودة في الأدبيات.

بالنسبة للبنزين، الذي تبلغ كثافته 0.75  كجم/لتر ونسبة ذرات الكربون إلى الهيدروجين فيه حوالي 6 إلى 14، فإن القيمة التقديرية لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن احتراق لتر واحد من البنزين هي:

0.75كز/ل⋅6⋅126⋅12+14⋅1⋅4412=2.3كز/ل{\displaystyle 0.75kg/L\cdot {{\frac {6\cdot 12}{6\cdot 12+14}}\cdot 1}\cdot {\frac {44}{12}}=2.3kg/L}

الخسارة الطفيلية

يُستخدم مصطلح الفقد الطفيلي عادةً لوصف الأجهزة التي تسحب الطاقة من المحرك لتعزيز قدرته على توليد المزيد من الطاقة أو تحويلها إلى حركة. في محرك الاحتراق الداخلي، يتسبب كل مكون ميكانيكي تقريبًا، بما في ذلك نظام نقل الحركة ، في فقد طفيلي، وبالتالي يمكن وصفه بأنه حمل طفيلي.

أمثلة

تُعدّ المحامل ، ومضخات الزيت، وحلقات المكابس ، ونوابض الصمامات، وعجلات الموازنة، وعلب التروس ، وأعمدة الدوران ، والتروس التفاضلية ، جميعها أحمالاً طفيلية تستنزف طاقة النظام. ويمكن تقسيم هذه الأحمال الطفيلية إلى فئتين: أحمال ناتجة عن تشغيل المحرك نفسه، وأحمال ناتجة عن فقدان الطاقة في نظام نقل الحركة الذي ينقل الطاقة من المحرك إلى الطريق (مثل علبة التروس، وعمود الدوران، والتروس التفاضلية، والمحاور).

على سبيل المثال، تشمل الفئة الأولى (الأحمال الطفيلية للمحرك) مضخة الزيت المستخدمة لتزييت المحرك، وهي عنصر ضروري يستهلك طاقة من المحرك (المحرك المضيف). ومن الأمثلة الأخرى على الأحمال الطفيلية للمحرك الشاحن التوربيني ، الذي يستمد طاقته من المحرك ويزيد من طاقته. تُعرف الطاقة التي يستهلكها الشاحن التوربيني بالفقد الطفيلي، وعادةً ما تُقاس بالكيلوواط أو الحصان . ورغم أن الطاقة التي يستهلكها الشاحن التوربيني ضئيلة مقارنةً بما يولده، إلا أنها قابلة للقياس أو الحساب. ومن الميزات المرغوبة للشاحن التوربيني مقارنةً بالشاحن الفائق انخفاض الفقد الطفيلي فيه. [ 59 ]

تشمل الخسائر الطفيلية في نظام نقل الحركة الأحمال الثابتة والديناميكية. تحدث الأحمال الثابتة عند السرعات الثابتة، وقد تنشأ من مكونات منفصلة مثل محول عزم الدوران ، ومضخة زيت ناقل الحركة ، و/أو مقاومة القابض ، بالإضافة إلى مقاومة مانع التسرب/المحمل، وحركة مواد التشحيم، واحتكاك التروس / مقاومة الهواء الموجودة في جميع أنحاء النظام. أما الأحمال الديناميكية فتحدث أثناء التسارع، وتنتج عن قصور المكونات الدوارة و/أو زيادة الاحتكاك. [ 60 ]

قياس

على الرغم من شيوع استخدام قواعد عامة، مثل نسبة فقد الطاقة البالغة 15% نتيجة الأحمال الطفيلية في نظام نقل الحركة، إلا أن الفقد الفعلي للطاقة بسبب هذه الأحمال يختلف بين الأنظمة. ويتأثر هذا الفقد بتصميم نظام نقل الحركة، ونوع المُزَلِّق ودرجة حرارته، والعديد من العوامل الأخرى. [ 60 ] [ 61 ] في السيارات، يمكن تحديد كمية فقد الطاقة في نظام نقل الحركة بقياس الفرق بين الطاقة المقاسة بواسطة دينامومتر المحرك ودينامومتر الهيكل . مع ذلك، تُعد هذه الطريقة مفيدة بشكل أساسي لقياس الأحمال الثابتة، وقد لا تعكس بدقة الفقد الناتج عن الأحمال الديناميكية. [ 60 ] يمكن استخدام طرق أكثر تطورًا في المختبر، مثل قياس ضغط الأسطوانة، ومعدل التدفق، ودرجة الحرارة عند نقاط محددة، واختبار الأجزاء أو المجموعات الفرعية لتحديد فقد الاحتكاك والضخ. [ 62 ]

على سبيل المثال، في اختبار دينامومتر أجرته مجلة هوت رود ، سجلت سيارة فورد موستانج مزودة بمحرك فورد V8 صغير الحجم سعة 357 بوصة مكعبة معدل وناقل حركة أوتوماتيكي، متوسط ​​فقد في قوة نظام الدفع بلغ 33%. وفي الاختبار نفسه، سجلت سيارة بويك مزودة بمحرك V8 سعة 455 بوصة مكعبة معدل وناقل حركة يدوي رباعي السرعات، متوسط ​​فقد في قوة نظام الدفع بلغ 21%. [ 63 ]

أظهرت الاختبارات المعملية لمحرك ديزل ثقيل أن 1.3% من طاقة الوقود المدخلة تُفقد بسبب الأحمال الطفيلية لملحقات المحرك مثل مضخات الماء والزيت. [ 62 ]

تخفيض

يُجري مهندسو السيارات ومُعدِّلوها عادةً خيارات تصميمية تُقلل الأحمال الطفيلية لتحسين الكفاءة وقوة المحرك. قد يشمل ذلك اختيار مكونات أو أنظمة رئيسية للمحرك، مثل استخدام نظام تزييت الحوض الجاف بدلاً من نظام الحوض الرطب . كما يُمكن تحقيق ذلك من خلال استبدال مكونات ثانوية متوفرة كتعديلات ما بعد البيع، مثل استبدال المروحة التي تعمل مباشرةً بالمحرك بأخرى مزودة بقابض مروحة أو مروحة كهربائية. [ 63 ] ومن التعديلات الأخرى لتقليل الفقد الطفيلي، والتي تُلاحظ عادةً في سيارات السباق، استبدال مضخة الماء التي تعمل بالمحرك بمضخة ماء كهربائية. [ 64 ] وقد يعود انخفاض الفقد الطفيلي الناتج عن هذه التغييرات إلى انخفاض الاحتكاك أو العديد من المتغيرات الأخرى التي تُحسِّن كفاءة التصميم.

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 "تاريخ التكنولوجيا: محركات الاحتراق الداخلي" . موسوعة بريتانيكا . Britannica.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 مارس 2012 .
  2. ↑ بولكرابيك ، ويلارد و. (1997). أساسيات هندسة محرك الاحتراق الداخلي . برنتيس هول. ص 2. ISBN  978-0-13-570854-5.
  3. ↑ شاي، إي. غريفين (يناير 1993). "وقود الديزل من الزيوت النباتية: الوضع الراهن والفرص المتاحة". الكتلة الحيوية والطاقة الحيوية . 4 (4): 227-242 . Bibcode : 1993BmBe....4..227S . doi : 10.1016/0961-9534(93)90080-N .
  4. ↑ "البيريولوفور: مبدأ محرك جديد" . متحف منزل نيسيفور نيبس . 17 فبراير 2021. تم الاطلاع عليه في 3 أبريل 2021 .
  5. ^ "محرك البيريولوفور" . باليو إنيرجيتيك . 9 سبتمبر 2019 . تم الاسترجاع في 3 أبريل 2021 .
  6. ↑ إيكرمان، إريك (2001). التاريخ العالمي للسيارات . ألمانيا: جمعية مهندسي السيارات. ص 371. ISBN  978-0-7680-0800-5تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 سبتمبر 2020 .
  7. ↑ داي، لانس؛ ماكنيل، إيان (2002). قاموس السير الذاتية لتاريخ التكنولوجيا . روتليدج. ISBN 978-1-134-65020-0.
  8. ↑ ألفريد إيوينغ، ج. (2013). المحرك البخاري ومحركات الحرارة الأخرى . مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 978-1-107-61563-2.
  9. ↑ جافي، روبرت ل.؛ تايلور، واشنطن (2018). فيزياء الطاقة . مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 978-1-107-01665-1.
  10. ^ GB 185401072 ، بارسانتي، يوجينيو وماتيوتشي ، فيليس، “الحصول على القوة الدافعة عن طريق انفجار الغازات” 
  11. ↑ «اختراع محرك الاحتراق الداخلي: شرارة الإبداع الإيطالي» (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 20 يونيو 2019. تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 يونيو 2019 .
  12. ↑ "براءات الاختراع" . مؤرشف من الأصل في 14 يونيو 2020. تم الاطلاع عليه في 20 يونيو 2019 .
  13. ↑ "إتيان لينوار" . موسوعة بريتانيكا . تم الاطلاع عليه في 3 أبريل 2021 .
  14. ↑ «من اخترع السيارة؟» . مكتبة الكونغرس . مؤرشف من الأصل في 1 فبراير 2021. تم الاطلاع عليه في 3 أبريل 2021 .
  15. ↑ كونستابل، جورج؛ سومرفيل، بوب (2003). قرن من الابتكار: عشرون إنجازًا هندسيًا غيّرت حياتنا . مطبعة جوزيف هنري. ص 35. ISBN  9780309089081.
  16. ↑ "كلمات عالمية: محرك وموتور" . كلمات عالمية . 27 ديسمبر 1998. تم الاطلاع عليه في 31 أغسطس 2016 .
  17. ↑ جيمس، فالس. التكنولوجيا اليوم وغداً . ص 344. 
  18. ↑ أرمنتروت، باتريشيا. الآلات المتطرفة على الأرض . ص 8. 
  19. ↑ إم إيه ديلوتشي (1991). انبعاثات غازات الاحتباس الحراري الناتجة عن استخدام وقود النقل والكهرباء: النص الرئيسي . مركز أبحاث النقل، مختبر أرغون الوطني. ص 100–. 
  20. 1 2 3 "محرك ديزل ثنائي الأشواط" . معلومات مباشرة . مؤرشف من الأصل بتاريخ 23 أغسطس 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 سبتمبر 2016 .
  21. ↑ هاسيلي، يوسف (2020). تحليل الإنتروبيا في أنظمة الهندسة الحرارية . doi : 10.1016/C2018-0-04777-5 . ISBN 978-0-12-819168-2.
  22. ↑ هول، نانسي. "محرر" . ناسا . تم الاسترجاع في 26 يونيو 2020 .
  23. 1 2 3 4 هيوود 2018 ، ص 11 
  24. ↑ دينتون 2011 ، ص 109 
  25. ↑ ياماغاتا 2005 ، ص 6 
  26. 1 2 ستون، ريتشارد (16 سبتمبر 2017). مقدمة في محركات الاحتراق الداخلي . بلومزبري. ISBN 978-1-137-02829-7.
  27. ↑ كيركباتريك، آلان ت. (23 نوفمبر 2020). محركات الاحتراق الداخلي: العلوم الحرارية التطبيقية . جون وايلي وأولاده. ISBN 978-1-119-45450-2.
  28. ↑ "أشياء غريبة! محرك الصمام الدوار الكروي من كوتس: لا توجد صمامات، فقط سلسلة من الكرات على قضيب: نوع من الكباب" . 27 أكتوبر 2009.
  29. ↑ ستون 1992 ، ص 1-2.
  30. ↑ نوني 2007 ، ص 5.
  31. ↑ "شركة CFX تساعد في تصميم أكثر توربينات البخار كفاءة في العالم" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 16 نوفمبر 2010. تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 أغسطس 2010 .
  32. ↑ "معايير جديدة لكفاءة التوربينات البخارية - هندسة الطاقة" . Pepei.pennnet.com. 24 أغسطس 2010. مؤرشف من الأصل في 18 سبتمبر 2009. تم الاطلاع عليه في 28 أغسطس 2010 .
  33. ↑ تاكايشي، تاتسو؛ نوماتا، أكيرا؛ ناكانو، ريوجي؛ ساكاغوتشي، كاتسوهيكو (مارس 2008). "نهج لمحركات الديزل والغاز عالية الكفاءة" (ملف PDF) . مجلة ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة التقنية . 45 (1) . تاريخ الاسترجاع: 4 فبراير 2011 .
  34. ↑ "محرك ثنائي الأشواط ذو إشعال شراري" . معلومات مباشرة . مؤرشف من الأصل بتاريخ 9 أغسطس 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 سبتمبر 2016 .
  35. ^ راوخ، سيغفريد (1988). DKW – ​​Die Geschichte einer Weltmarke (باللغة الألمانية). شتوتغارت: Motorbuch Verlag. ص. 56-63. رقم ISBN  3-87943-759-9.
  36. ↑ "الليزر يُحدث ثورة في محركات الاحتراق الداخلي" . Physorg.com . 20 أبريل 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 ديسمبر 2013 .
  37. ↑ "التاريخ المبكر لشركة بوش ماغنيتو في أمريكا" . ذا أولد موتور . 19 ديسمبر 2014. تم الاطلاع عليه في 1 سبتمبر 2016 .
  38. ↑ "تشغيل المحرك يدويًا" . السيارة في الحياة والمجتمع الأمريكيين . جامعة ميشيغان-ديربورن . تم الاطلاع عليه في 1 سبتمبر 2016 .
  39. ↑ "دحض الخرافات المتعلقة بتوقيت الشرارة - شرح الخرافات المتعلقة بتوقيت الشرارة: ملاحظات تطبيقية" . شركة إنوفيت موتورسبورتس . تم الاطلاع عليه في 1 سبتمبر 2006 .
  40. ↑ "نظرة عامة على الإشعال الإلكتروني" . Jetav8r . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2 سبتمبر 2016 .
  41. ↑ "مُحَوِّل الغاز يُساعد في بدء تشغيل المحرك في ظروف القطب الشمالي" . مجلة Popular Mechanics . مجلات هيرست . يناير 1953. ص 149. 
  42. ↑ نوني 2007 ، ص 15.
  43. ↑ سوزوكي، تاكاشي (1997). رومانسية المحركات . جمعية مهندسي السيارات. الصفحات 87-94 . 
  44. ↑ "تصميم وتطوير محرك خماسي الأشواط" . شركة إلمور للهندسة. مؤرشف من الأصل بتاريخ 13 مارس 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 ديسمبر 2015 .
  45. ↑ "الطيران والغلاف الجوي العالمي" . الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 يوليو 2016 .
  46. ↑ "المحركات" . الولايات المتحدة: مركز أبحاث غلين التابع لناسا. 12 يونيو 2014. تم الاطلاع عليه في 31 أغسطس 2016 .
  47. ↑ "كيف تعمل التوربينات الغازية" . شركة جنرال إلكتريك لتوليد الطاقة . مؤرشف من الأصل بتاريخ 13 أغسطس 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 يوليو 2016 .
  48. ↑ «تصميمات 7HA و9HA المبردة بالهواء مصنفة بكفاءة تزيد عن 61% في دورة التشغيل» . مجلة عالم التوربينات الغازية . مؤرشف من الأصل في 20 يوليو 2016. تم الاطلاع عليه في 14 يوليو 2016 .
  49. ↑ طوربيد وايتهيد، ملاحظات حول التعامل معه وما إلى ذلك . الولايات المتحدة: مكتب الذخائر. 1890. تم الاطلاع عليه في 15 مايو 2017 - عبر جمعية منتزه سان فرانسيسكو البحري الوطني. بعد التجميع، يتم شحن قارورة الهواء إلى ضغط 450 رطلًا.
  50. ↑ "إعادة كتابة التاريخ" . ناسا. مؤرشف من الأصل في 1 ديسمبر 2007.
  51. ↑ "نظام التشغيل الذاتي الكهربائي من كاديلاك يحتفل بمرور 100 عام" (بيان صحفي). الولايات المتحدة: جنرال موتورز . تاريخ الاطلاع: 2 سبتمبر 2016 .
  52. ↑ "بدء تشغيل محركات إنجرسول راند - التوربينات، والريش، ومحركات الغاز والهواء" . إنجرسول راند. مؤرشف من الأصل بتاريخ 13 سبتمبر 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 5 سبتمبر 2016 .
  53. ↑ "تحسين كفاءة محركات الاحتراق الداخلي" . Courses.washington.edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 أغسطس 2010 .
  54. ↑ شيمكوفسكي، شون (1 أكتوبر 2017). "محرك مرسيدس AMG F1 يحقق كفاءة حرارية بنسبة 50%" . موتور أثورتي . الولايات المتحدة . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 أغسطس 2020 .
  55. ↑ عوادم محركات الديزل والبنزين . فريق عمل الوكالة الدولية لأبحاث السرطان المعني بتقييم المخاطر المسببة للسرطان على الإنسان: عوادم محركات الديزل والبنزين وبعض مركبات النيتروأرين (تقرير فني). المجلد 46. الوكالة الدولية لأبحاث السرطان. 1989. الصفحات 41-185 . PMC 7681285. PMID 2483418. تاريخ الاطلاع: 30 يوليو 2024 .    
  56. ↑ لومنيكي، سلاوو؛ غوليت، برايان؛ ستوغر، توبياس؛ كينيدي، إيان؛ دياز، جيم؛ دوغاس، تامي ر.؛ فارنر، كورت؛ كارلين، دانييل؛ ديلينجر، باري؛ كورمييه، ستيفانيا أ. (يناير 2014). "نواتج الاحتراق الثانوية وآثارها الصحية - هندسة الاحتراق والصحة العالمية في القرن الحادي والعشرين: قضايا وتحديات" . المجلة الدولية لعلم السموم . 33 (1): 3-13 . doi : 10.1177/1091581813519686 . ISSN 1091-5818 . PMC 3944372. PMID 24434722 .   
  57. ↑ "دليل التوريد العالمي لعام 2013" (ملف PDF) . منشورات توربينات الديزل والغاز. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 25 سبتمبر 2013. تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 ديسمبر 2013 .
  58. ↑ هيلجرز، مايكل (2020). محرك الديزل، ضمن سلسلة: تكنولوجيا المركبات التجارية . برلين/هايدلبرغ/نيويورك: سبرينغر. ISBN 978-3-662-60856-2.
  59. ↑ ويتزنبرغ، غاري (12 ديسمبر 2018). "الشواحن التوربينية مقابل الشواحن الفائقة: أيهما أفضل؟" . مجلة كار آند درايفر . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 أبريل 2020 .
  60. 1 2 3 برات، ديفيد (9 مارس 2020). "فقدان طاقة مجموعة نقل الحركة - قاعدة الـ 15%"" . SuperStreetOnline . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 أبريل 2020 .
  61. ↑ كو، يوشيوكي؛ هوسوي، كينزو (1 فبراير 1984). "قياسات فقد الطاقة في نظام نقل الحركة للسيارات" . سلسلة أوراق SAE التقنية . المجلد 1. doi : 10.4271/840054 . 
  62. 1 2 ثيروفينغادام، أرفيند؛ برادان، ساروج؛ ثيروفينغادام، براغالاث؛ بيش، مارك؛ كاردر، دانيال (أكتوبر 2014). "تقييم كفاءة محركات الديزل للمركبات الثقيلة ومراجعة الطاقة" (ملف PDF) . مركز الوقود البديل والمحركات والانبعاثات - عبر جامعة ويست فرجينيا.
  63. 1 2 سميث، جيف (1 نوفمبر 2003). "فقدان الطاقة في نظام نقل الحركة" . مجلة كار كرافت . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 أبريل 2020 .
  64. ↑ هولدينر، ريتشارد (1 نوفمبر 2006). "تقليل السحب الطفيلي - زيادة القوة - دكتور داينو" . موستانج 360 .

فهرس

  • أنيبي، إي إيه (2009). محرك الاحتراق وعملياته، دليل تكنولوجيا السيارات . المجلد  2.
  • دينتون، ت. (2011). الأنظمة الميكانيكية والكهربائية للسيارات . الأنظمة الميكانيكية والكهربائية للسيارات: تكنولوجيا السيارات  : صيانة وإصلاح المركبات. تايلور وفرانسيس. ISBN 978-1-136-27038-3.
  • هيوود، ج. (2018). أساسيات محركات الاحتراق الداخلي، الطبعة الثانية . ماكجرو هيل للتعليم. رقم ISBN 978-1-260-11611-3.
  • نوني، مالكولم ج. (2007). تكنولوجيا المركبات الخفيفة والثقيلة (  الطبعة الرابعة). إلسيفير بتروورث-هاينمان. ISBN 978-0-7506-8037-0.
  • ريكاردو، هاري (1931). محرك الاحتراق الداخلي عالي السرعة .
  • سينغال، آر كيه. محركات الاحتراق الداخلي . نيودلهي، الهند: كاتاريا بوكس. رقم ISBN 978-93-5014-214-1.
  • ستون، ريتشارد (1992). مقدمة في محركات الاحتراق الداخلي (  الطبعة الثانية). ماكميلان. ISBN 978-0-333-55083-0.
  • ياماغاتا، هـ. (2005). علم وتكنولوجيا المواد في محركات السيارات . منشورات وودهيد. علم وتكنولوجيا المواد في محركات السيارات. إلسيفير ساينس. ISBN 978-1-84569-085-4.
  • براءات الاختراع:
    • ES 433850 ، أوبيرنا لاسيانا، "Perfeccionamientos en Motores de Explosion، con Cinco Tiem-Pos y Doble Expansion"، نُشر في 1 نوفمبر 1976 
    • ES 230551 ، أورتونو جارسيا خوسيه، "محرك انفجار جديد"، نُشر في 1 مارس 1957 
    • ES 249247 ، أورتونو جارسيا خوسيه، "Motor de Carreras Distintas"، نُشر في 1 سبتمبر 1959 

للمزيد من القراءة

  • سينغر، تشارلز جوزيف؛ ريبر، ريتشارد (1978). تشارلز، سينغر؛ وآخرون  (محررون). تاريخ التكنولوجيا: محرك الاحتراق الداخلي . مطبعة كلارندون. الصفحات 157-176 . ISBN  978-0-19-858155-0.
  • سيترايت، إل جيه كيه (1975). بعض المحركات غير العادية . لندن: معهد المهندسين الميكانيكيين. ISBN 978-0-85298-208-2.
  • سوزوكي، تاكاشي (1997). رومانسية المحركات . الولايات المتحدة: جمعية مهندسي السيارات. ISBN 978-1-56091-911-7.
  • هاردنبرغ، هورست أو. (1999). العصور الوسطى لمحرك الاحتراق الداخلي . الولايات المتحدة: جمعية مهندسي السيارات.
  • غانستون، بيل (1999). تطوير محركات الطائرات المكبسية . PSL. ISBN 978-1-85260-619-0.