مكبس

تحتاج هذه المقالة إلى مصادر إضافية للتحقق . يُرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة بإضافة مصادر موثوقة . قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها. البحث عن المصادر:  "Piston" – الأخبار  · الصحف  · الكتب  · العلماء  · JSTOR ( سبتمبر 2013 ) ( تعرف على كيفية ووقت إزالة هذه الرسالة )

المكبس هو أحد مكونات المحركات الترددية والمضخات الترددية وضواغط الغاز والأسطوانات الهيدروليكية والأسطوانات الهوائية ، من بين آليات أخرى مماثلة. إنه المكون المتحرك الموجود داخل الأسطوانة والذي يتم إحكام إغلاقه بالغاز بواسطة حلقات المكبس . في المحرك، يكون الغرض منه هو نقل القوة من الغاز المتمدد في الأسطوانة إلى العمود المرفقي عبر قضيب المكبس و/أو قضيب التوصيل . في المضخة، تنعكس الوظيفة ويتم نقل القوة من العمود المرفقي إلى المكبس لغرض ضغط أو إخراج السائل في الأسطوانة. في بعض المحركات، يعمل المكبس أيضًا كصمام عن طريق تغطية وكشف المنافذ في الأسطوانة.

يتأثر محرك الاحتراق الداخلي بضغط غازات الاحتراق المتمددة في حيز غرفة الاحتراق أعلى الأسطوانة. ثم تعمل هذه القوة إلى الأسفل من خلال ذراع التوصيل وعلى العمود المرفقي . يتم توصيل ذراع التوصيل بالمكبس بواسطة دبوس معصم دوار (الولايات المتحدة: دبوس المعصم). يتم تثبيت هذا الدبوس داخل المكبس: على عكس المحرك البخاري، لا يوجد قضيب مكبس أو رأس متقاطع (باستثناء المحركات الكبيرة ثنائية الشوط).

يظهر في الصورة تصميم المكبس النموذجي. يستخدم هذا النوع من المكبس على نطاق واسع في محركات الديزل للسيارات . وفقًا للغرض ومستوى الشحن الزائد وظروف عمل المحركات، يمكن تغيير الشكل والنسب.

تعمل محركات الديزل عالية القدرة في ظروف صعبة. يمكن أن يصل الضغط الأقصى في غرفة الاحتراق إلى 20 ميجا باسكال ويمكن أن تتجاوز أقصى درجة حرارة لبعض أسطح المكبس 450 درجة مئوية. من الممكن تحسين تبريد المكبس عن طريق إنشاء تجويف تبريد خاص. يزود الحاقن تجويف التبريد "أ" هذا بالزيت من خلال قناة إمداد الزيت "ب". لتقليل درجة الحرارة بشكل أفضل، يجب حساب البناء وتحليله بعناية. يجب ألا يقل تدفق الزيت في تجويف التبريد عن 80٪ من تدفق الزيت عبر الحاقن.

الدبوس نفسه مصنوع من الفولاذ المقوى ومثبت في المكبس، ولكنه حر في الحركة في ذراع التوصيل. تستخدم بعض التصميمات تصميمًا "عائمًا بالكامل" فضفاضًا في كلا المكونين. يجب منع جميع الدبابيس من التحرك جانبيًا ومنع أطراف الدبوس من الحفر في جدار الأسطوانة، عادةً عن طريق حلقات تثبيت .

يتم تحقيق إحكام غلق الغاز باستخدام حلقات المكبس . وهي عبارة عن عدد من الحلقات الحديدية الضيقة، مثبتة بشكل فضفاض في الأخاديد الموجودة في المكبس، أسفل التاج مباشرة. يتم تقسيم الحلقات عند نقطة في الحافة، مما يسمح لها بالضغط على الأسطوانة بضغط زنبركي خفيف. يتم استخدام نوعين من الحلقات: الحلقات العلوية لها وجوه صلبة وتوفر إحكام غلق الغاز؛ الحلقات السفلية لها حواف ضيقة وشكل حرف U، لتعمل كمكاشط للزيت. هناك العديد من ميزات التصميم الخاصة والتفصيلية المرتبطة بحلقات المكبس.

تُصنع المكابس عادةً من سبائك الألومنيوم أو تُشكل بالطرق . للحصول على قوة وعمر تعب أفضل، يمكن تشكيل بعض مكابس السباق ^[1] بالطرق بدلاً من ذلك. تُستخدم المكابس السبيكية أيضًا في محركات السباق لأنها لا تعتمد على حجم وبنية المسبوكات المتاحة، مما يسمح بتغييرات التصميم في اللحظة الأخيرة. على الرغم من أنها ليست مرئية عادةً بالعين المجردة، إلا أن المكابس نفسها مصممة بمستوى معين من البيضاوية والتدرج، مما يعني أنها ليست مستديرة تمامًا، وقطرها أكبر بالقرب من أسفل التنورة منه عند التاج. ^[2]

كانت المكابس المبكرة مصنوعة من الحديد الزهر ، ولكن كانت هناك فوائد واضحة لموازنة المحرك إذا كان من الممكن استخدام سبيكة أخف وزناً. لإنتاج مكابس يمكنها تحمل درجات حرارة احتراق المحرك، كان من الضروري تطوير سبائك جديدة مثل سبيكة Y والهيدومينيوم ، خصيصًا لاستخدامها كمكابس.

كان لدى بعض محركات الغاز المبكرة ^[i] أسطوانات مزدوجة الفعل ، ولكن بخلاف ذلك فإن جميع مكابس محرك الاحتراق الداخلي كانت أحادية الفعل . خلال الحرب العالمية الثانية ، تم تجهيز الغواصة الأمريكية بومبانو ^[ii] بنموذج أولي لمحرك الديزل ثنائي الأشواط HOR غير الموثوق به بشكل سيئ السمعة . على الرغم من صغر حجمه، إلا أنه للاستخدام في غواصة ضيقة، لم يتم تكرار تصميم المحرك هذا.

الوسائط المتعلقة بمكابس محرك الاحتراق الداخلي في ويكيميديا ​​كومنز

مكابس الجذع طويلة نسبيًا بالنسبة لقطرها. تعمل كمكبس ورأس أسطواني . نظرًا لأن ذراع التوصيل مائل لمعظم دورانه، فهناك أيضًا قوة جانبية تتفاعل على طول جانب المكبس ضد جدار الأسطوانة. يساعد المكبس الأطول في دعم ذلك.

كانت مكابس الجذع تصميمًا شائعًا للمكابس منذ الأيام الأولى لمحرك الاحتراق الداخلي الترددي. وقد تم استخدامها لكل من محركات البنزين والديزل، على الرغم من أن المحركات عالية السرعة اعتمدت الآن مكبس الانزلاق الأخف وزنًا.

من خصائص معظم مكابس صندوق السيارة، وخاصة لمحركات الديزل، أنها تحتوي على أخدود لحلقة الزيت أسفل دبوس المكابس ، بالإضافة إلى الحلقات بين دبوس المكابس والتاج.

يشتق اسم "مكبس الجذع" من " محرك الجذع "، وهو تصميم مبكر لمحرك بخاري بحري . ولجعل هذه المحركات أكثر إحكاما، تجنبت استخدام قضيب المكبس المعتاد في المحرك البخاري برأس متقاطع منفصل، وكانت بدلاً من ذلك أول تصميم للمحرك يضع دبوس المكبس مباشرة داخل المكبس. وبخلاف ذلك، لم تكن مكابس محرك الجذع هذه تشبه مكبس الجذع كثيرًا؛ فقد كانت ذات قطر كبير للغاية ومزدوجة الفعل. وكان "جذعها" عبارة عن أسطوانة ضيقة مثبتة في منتصف المكبس.

الوسائط ذات الصلة بمكابس الجذع في ويكيميديا ​​كومنز

قد تتطلب محركات الديزل الكبيرة البطيئة السرعة دعمًا إضافيًا للقوى الجانبية على المكبس. تستخدم هذه المحركات عادةً مكابس ذات رأس متقاطع . يحتوي المكبس الرئيسي على قضيب مكبس كبير يمتد لأسفل من المكبس إلى ما هو في الواقع مكبس ثانٍ أصغر قطرًا. المكبس الرئيسي مسؤول عن إحكام غلق الغاز ويحمل حلقات المكبس. المكبس الأصغر هو دليل ميكانيكي بحت. يعمل داخل أسطوانة صغيرة كدليل للجذع ويحمل أيضًا دبوس الساعد.

تتمتع عملية تزييت رأس الصليب بمزايا مقارنة بمكبس الجذع حيث لا يتعرض زيت التزييت لحرارة الاحتراق : لا يتلوث الزيت بجزيئات السخام الناتجة عن الاحتراق، ولا يتحلل بسبب الحرارة ويمكن استخدام زيت أرق وأقل لزوجة. قد يكون احتكاك كل من المكبس ورأس الصليب نصف احتكاك مكبس الجذع فقط. ^[3]

بسبب الوزن الإضافي لهذه المكابس، لا يتم استخدامها للمحركات عالية السرعة.

الوسائط ذات الصلة بمكابس Crosshead في ويكيميديا ​​كومنز

المكبس المنزلق هو مكبس لمحرك البنزين تم تقليل حجمه ووزنه قدر الإمكان. في الحالة القصوى، يتم تقليلها إلى تاج المكبس، ودعم حلقات المكبس، والقدر الكافي من تنورة المكبس المتبقية لترك أرضين بحيث يتوقف المكبس عن الاهتزاز في التجويف. يتم تقليل جوانب تنورة المكبس حول دبوس الساعد بعيدًا عن جدار الأسطوانة. والغرض من ذلك هو في الغالب تقليل الكتلة الترددية، مما يجعل من السهل موازنة المحرك وبالتالي السماح بسرعات عالية. ^[4] في تطبيقات السباق، يمكن تكوين تنانير المكبس المنزلق لإعطاء وزن خفيف للغاية مع الحفاظ على صلابة وقوة التنورة الكاملة. ^[5] كما يعمل انخفاض القصور الذاتي على تحسين الكفاءة الميكانيكية للمحرك: حيث تتسبب القوى المطلوبة لتسريع وإبطاء الأجزاء الترددية في احتكاك المكبس بجدار الأسطوانة أكثر من ضغط السائل على رأس المكبس. ^[6] قد تكون الفائدة الثانوية هي تقليل الاحتكاك بجدار الأسطوانة، حيث يتم تقليل مساحة التنورة، التي تنزلق لأعلى ولأسفل في الأسطوانة، إلى النصف. ومع ذلك، فإن معظم الاحتكاك يرجع إلى حلقات المكبس ، وهي الأجزاء التي تناسب بشكل أكثر إحكامًا في التجويف وأسطح تحمل دبوس المعصم، وبالتالي يتم تقليل الفائدة.

الوسائط ذات الصلة بمكابس النعال في ويكيميديا ​​كومنز

تُستخدم مكابس الانحراف في المحركات ثنائية الشوط ذات ضغط علبة المرافق، حيث يجب توجيه تدفق الغاز داخل الأسطوانة بعناية من أجل توفير التنظيف الفعال . مع التنظيف المتقاطع ، تكون منافذ النقل (مدخل الأسطوانة) والعادم على جوانب متقابلة مباشرة لجدار الأسطوانة. لمنع الخليط الوارد من المرور مباشرة من منفذ إلى آخر، يحتوي المكبس على ضلع مرتفع على تاجه. يهدف هذا إلى انحراف الخليط الوارد إلى الأعلى، حول غرفة الاحتراق . ^[7]

بذلت جهود كبيرة وتصميمات مختلفة لتاج المكبس لتطوير عملية التنظيف المحسنة. تطورت التيجان من ضلع بسيط إلى انتفاخ غير متماثل كبير، وعادة ما يكون لها وجه حاد على جانب المدخل ومنحنى لطيف على العادم. وعلى الرغم من ذلك، لم يكن التنظيف المتقاطع فعالاً كما كان متوقعًا. تستخدم معظم المحركات اليوم فتحات Schnuerle بدلاً من ذلك. يضع هذا زوجًا من منافذ النقل على جانبي الأسطوانة ويشجع تدفق الغاز على الدوران حول محور رأسي، بدلاً من المحور الأفقي. ^[8]

الوسائط ذات الصلة بمكابس العاكس في ويكيميديا ​​كومنز

في محركات السباق، تكون قوة المكبس وصلابته أعلى بكثير من تلك الموجودة في محرك سيارة الركاب، بينما يكون الوزن أقل بكثير، لتحقيق سرعة دوران المحرك العالية اللازمة في السباق. ^[9]

يمكن أن تكون الأسطوانات الهيدروليكية ذات فعل واحد أو فعل مزدوج . يتحكم المحرك الهيدروليكي في حركة المكبس ذهابًا وإيابًا. تعمل حلقات التوجيه على توجيه المكبس والقضيب وامتصاص القوى الشعاعية التي تعمل بشكل عمودي على الأسطوانة وتمنع التلامس بين الأجزاء المعدنية المنزلقة.

عادةً ما تكون محركات البخار مزدوجة الفعل (أي أن ضغط البخار يعمل بالتناوب على كل جانب من جوانب المكبس) ويتم التحكم في دخول البخار وخروجه بواسطة صمامات انزلاقية أو صمامات مكبس أو صمامات قفازة . وبالتالي، تكون مكابس محرك البخار دائمًا تقريبًا أقراصًا رفيعة نسبيًا: يبلغ قطرها عدة أضعاف سمكها. (الاستثناء الوحيد هو مكبس محرك الجذع ، الذي يشبه شكله تلك الموجودة في محرك الاحتراق الداخلي الحديث.) عامل آخر هو أنه نظرًا لأن جميع محركات البخار تقريبًا تستخدم رؤوسًا متقاطعة لترجمة القوة إلى قضيب القيادة، فهناك عدد قليل من القوى الجانبية التي تعمل لمحاولة "هز" المكبس، وبالتالي فإن تنورة المكبس على شكل أسطوانة ليست ضرورية.

يمكن استخدام مضخات المكبس لنقل السوائل أو ضغط الغازات .

هناك نوعان خاصان من المكابس المستخدمة في مدافع الهواء : المكابس ذات التسامح الضيق والمكابس المزدوجة. في المكابس ذات التسامح الضيق تعمل الحلقات الدائرية كصمام، ولكن لا تُستخدم الحلقات الدائرية في أنواع المكابس المزدوجة. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

• إيرفينج، بي إي (1967). وحدات الطاقة ثنائية الأشواط . نيونز.
• ريكاردو، هاري (1922). محرك الاحتراق الداخلي . المجلد الأول: المحركات البطيئة السرعة (الطبعة الأولى). لندن: بلاكي .

• مقال عن محركات المكبس
• كيف تعمل الأشياء – أجزاء المحرك الأساسية
• معادلات حركة المكبس