مفاهيم عامة لمحركات الجرارات والسيارات الزراعية ذات الاحتراق الداخلي
المؤلف:
د. محمود مريعي ود. عبد الهادي كاخيا
المصدر:
الآلات الزراعية
الجزء والصفحة:
ص 73-80
2025-10-29
39
مفاهيم عامة لمحركات الجرارات والسيارات الزراعية ذات الاحتراق الداخلي
يمثل المحرك المصدر الرئيس للقدرة في الجرار؛ حيث يقوم بتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة حرارية داخل الأسطوانة ومن ثم إلى طاقة ميكانيكية، يمكن استخدامها حسب الحاجة بأشكال مختلفة. تتم الدورة التشغيلية في محركات الاحتراق الداخلي اما خلال أربعة أشواط للمكبس أي ما يعادل دورتين لعمود المرفق، أو خلال شوطين فقط أي ما يعادل دورة واحدة لعمود المرفق.
الشكل (1) يبين الأجزاء الرئيسة للمحرك.
الشكل (1) يبين مخططاً توضيحياً للأجزاء الرئيسة لمحرك الاحتراق الداخلي.
1- العمود المرفقي. 2- عمود الكامات. 3- ذراع التوصيل. 4- المكبس. 5- قميص الأسطوانة. 6- المحور الدافع. 7- الرقاص (عتلة). 8- نابض إرجاع الصمام. 9- صمام. 10- إصبع المكبس.
يتحرك المكبس داخل الأسطوانة حركة ترددية، وعن طريق ذراع التوصيل يتم تحويل الحركة الترددية للمكبس إلى حركة دورانية لعمود المرفق الشكل (2).
الشكل (2) يبين مقطعا توضيحياً لأهم مؤشرات مجموعة المكبس والأسطوانة.
نبين فيما يأتي بعض المصطلحات بتصميم المحركات وأدائها :
- النقطة الميتة العليا (ن.م.ع): هي عبارة عن أعلى نقطة يصل إليها المكبس أثناء تردده.
- النقطة الميتة السفلى (ن.م.س): هي عبارة عن أدنى نقطة يصل إليها المكبس أثناء تردده.
- الشوط: يمثل المسافة التي يقطعها المكبس بين النقطة الميتة العليا (ن.م.ع)، والنقطة الميتة السفلى (ن.م.س).
- حجم غرفة الاحتراق: هو عبارة عن الحجم المتبقي داخل الأسطوانة عندما يكون المكبس عند (ن.م.ع).
- الحجم الفعال : هو عبارة عن الحجم الذي يزيحه المكبس خلال شوط واحد.
- الحجم الكلي : هو عبارة عن الحجم المتبقي داخل الأسطوانة عندما يكون المكبس عند النقطة الميتة السفلى (ن.م.س)؛ أي يمثل مجموع الحجمين الفعال وحجم غرفة الاحتراق.
- نسبة الانضغاط : هو عبارة عن نسبة الحجم الكلي إلى حجم غرفة الاحتراق تتراوح نسبة الانضغاط بالنسبة لمحركات الإشعال بالشرارة ما بين 4/1 حتى 8/1. أما في محركات الديزل فتتراوح هذه النسبة ما بين 14/1 حتى 23/1.
- الشحنة الجديدة: بالنسبة لمحركات الديزل هي عبارة عن الهواء فقط، أما في محركات البنزين فهي مزيج الهواء والبنزين الذي يدخل إلى الأسطوانة خلال الدورة التشغيلية وتتحد نوع الشحنة (فقيرة، متوازنة، غنية) من خلال النسبة الوزنية للهواء إلى الوقود (معامل زيادة الهواء). إذا كان معامل زيادة الهواء مساوياً للواحد أي أن كمية الهواء المستخدمة مساوية لكمية الهواء اللازمة لحرق الوقود حرقاً كاملاً عندها يكون الخليط متوازناً 15/1 في محركات البنزين وفي محركات الديزل 23/1، أما في حال كان معامل زيادة الهواء أكبر من الواحد فيكون الخليط فقيراً، والعكس فإنه يكون غنيا.
- الشحنة الفعالة : هي مزيج الشحنة الجديدة مع بقايا غازات الاحتراق التي لم تتمكن من الخروج أثناء الدورة التشغيلية السابقة.
- الدورة الحرارية والتشغيلية: هي عملية تعبئة الأسطوانة بالشحنة الجديدة ومن ثم ضغط الشحنة الفعالة وإحراقها والاستفادة من عمل تمدد نواتج احتراقها، وطرد أكبر قسم منها خارج الأسطوانة، ويمكن أن تتحقق الدورة الحرارية الفعلية في المحركات الترددية وفق الانظمة الآتية :
أ. نظام تأمين احتراق الخليط بواسطة شرارة كهربائية داخل حجرة الاحتراق:
تدعى المحركات التي يحدث فيها الاحتراق عن طريق الشرارة الكهربائية بمحركات الوقود الخفيف والغاز، وقد تحوي على مفحم (كربيراتور) الشكل (3) أو موزع الكتروني؛ حيث يتم عن طريقهما تشكيل الشحنة التي تنتقل عن طريق موزع الخليط وأنابيب السحب وصمامات الدخول إلى داخل الأسطوانات.
الشكل (3) يبين مخططاً توضيحياً للمكونات الرئيسة للفحم
1- مصفاة الهواء. 2 - الصمام الخانق. 3- فالة رئيسة. 4- أنبوبة فإنتوري. 5- صمام التحكم. 6- موزع الخليط للأسطوانات. 7- بزال تعيير.8- الوقود. 9- غرفة العوامة. 10- العوامة. 11- ماسورة التغذية بالوقود. 12- خليط الوقود والهواء (الشحنة).
تتم مراحل عمل هذه المحركات وفق التسلسل الآتي:
مع فتح صمام الدخول يبدأ المكبس بالنزول نحو الأسفل؛ فيحدث نتيجة ذلك تخلخل في الأسطوانة، مما يجعل الشحنة تواصل انسيابها لداخل الأسطوانة حتى يصل المكبس إلى النقطة الميتة السفلى، ثم يبدأ المكيس بالصعود نحو الأعلى من جديد بعد إغلاق صمام الدخول، ويرافق استمرار صعود المكبس نحو الأعلى تجمع الشحنة المضغوطة داخل غرفة الاحتراق، وزيادة في قيمة الضغط داخل الأسطوانة، وارتفاع درجة حرارة الشحنة أيضاً، وقبل وصول المكبس النقطة الميتة العليا بقليل يتم توليد شرارة كهربائية عن طريق شمعة الاشتعال الموجودة في غرفة الاحتراق؛ فتشتعل الشحنة، وينتج عن هذا الاشتعال غازات احتراق ذات درجة حرارة عالية، وطاقة حركية كبيرة، فتضغط هذه الغازات الناتجة على سطح المكبس، فتدفعه نحو الأسفل محدثة الحركة المطلوبة لعمود المرفق الشكل (4).
الشكل (4) مخطط عمل محرك البنزين المزود بالمفحم
1- مصفاة الهواء. 2- اختناق. 3- كأس البنزين. 4- غرفة الاحتراق. 5- شمعة الاشتعال (القابس).
تزود بعض هذه المحركات بآلية خاصة تدعى الشراقة (صمام) مهمتها تسهيل عملية إقلاع المحرك، وذلك عن طريق تشكيل خليط احتراق غني من خلال التحكم الميكانيكي بوضعية الصمام الخانق وإغلاقه جزئياً في بداية تشغيل المحرك وخاصة في الأجواء الباردة والذي يعود تلقائياً لوضعه الطبيعي بعد انتظا عمل المحرك. اما في المحركات الغازية التي تستخدم الغاز المسال فتزود بنظام تغذية خاص يتم فيه تبخير الوقود في المبادل الحراري قبل وصوله إلى المفحم، ويتكون من مصفاة هواء وخزان للوقود المضغوط ومصفاة وقود ومبادل حرارة بالإضافة للمفحم. أما المحركات التي تحوي الموزع الإلكتروني فإنها تعتمد مبدأ حقن الوقود وفق مبدأ عمل محركات الديزل بواسطة بخاخات لكن عملية الاشتعال فيها تتم بواسطة شرارة كهربائية، وتضبط كمية الوقود المحقونة عن طريق لوحة تحكم إلكترونية حسب سرعة دوران المحرك والحمولة المطبقة عليه، الشكل (5).
الشكل (5) مخطط عمل محرك البنزين المزود بنظام الحقن الإلكتروني.
1- مصفاة الهواء .2 - بخاخ الوقود .3- صمام دخول. 4- مضخة وقود. 5- المكبس. 6- الأسطوانة. 7- ماسورة الوقود. 8- لوحة التحكم الإلكترونية.
يراعى أن تتوفر خواص مناسبة للوقود المستخدم بغية تحسين عملية الاشتعال ومنع حدوث ظاهرة الصفع (الاحتراق المبكر وحدوث صوت انفجار قوي) ويدل رقم الأوكتان على جودة الوقود ويقارن بنسبة خليط الإيزوكتان مع الهيبتان، وكلما زاد رقم الأوكتان انخفض الصفع في المحرك. فإذا كانت نسبة الإيزوكتان 65% والهيبتان 35% في مخلوط فيكون رقم الأوكتان 65.
ب- تأمين احتراق الخليط ذاتياً عن طريق حقن الوقود داخل حجرة الاحتراق:
تسمى المحركات التي تعمل وفق هذا المبدأ بمحركات الوقود الثقيل (الديزل). وفيها يتم سحب الهواء نتيجة تحرك المكبس نحو الأسفل بعد فتح صمام الدخول، ثم يضغط بنسبة ضغط كبيرة بعد إغلاق صمام الدخول والخروج، وتحرك المكبس نحو الأعلى، الأمر الذي يؤدي إلى رفع درجة حرارة الهواء المحصور داخل الأسطوانة بشكل كبير حتى تصل إلى حدود (500-700) درجة مئوية [م]، والتي تمثل درجة الاشتعال الذاتي للوقود، ومن ثم يحقن الوقود على شكل رذاذ داخل حجرة الاحتراق فيختلط مع الهواء المضغوط ويشتعل تلقائياً (ذاتياً)، ونتيجة الاحتراق يتولد الضغط الكافي لتحريك المكبس الشكل (6).
الشكل (6) مخطط عمل محرك الديزل
1- مصفاة الهواء. 2- صمام الشهيق. 3- غرفة الاحتراق. 4- مضخة حقن الوقود. 5- الحاقن.
ولكي يستمر المكبس بالحركة الترددية، فلابد من ضرورة تأمين دورة عمل ذات نظام خاص؛ والدورة هذه هي عبارة عن عدة مراحل مختلفة يمر بها المكبس أثناء حركته حتى يعود لنقطة البدء من جديد، تتألف الدورة من عدة مراحل؛ حيث يطلق على المرحلة الواحدة اسم الشوط. وقد تكتمل دورة العمل بشوطين عندها تسمى محركات ثنائية الأشواط، أو بأربعة أشواط فتسمى محركات رباعية الأشواط، أي تكتمل دورة العمل بتردد المكبس من النقطة الميتة السفلى إلى النقطة الميتة العليا مرتين أو أربع مرات. تزود هذه المحركات بآلية خاصة مهمتها تسهيل عملية إقلاع المحرك وذلك عن طريق تخفيف الضغط داخل الأسطوانات بواسطة فتح صمامات العادم جزئياً لمدة قصيرة حتى يكتسب المحرك السرعة المناسبة من خلال مجموعة تحكم بالرقاص من الجهة العلوية أو من الجهة السفلية الشكل (7).
الشكل (7) مخطط توضيحي يبين أنواع مخفف الانضغاط
1- ذراع تحكم. 2- برعي معايرة مسافة الفتح. 3- الرقاص. 4- الصمام.
كما يمكن تزويد المحركات بشمعات أو ملفات تسخين لرفع درجة حرارة جسم المحرك أو تدفئة الهواء الداخل للأسطوانات، وقد تزود بعض المحركات الكبيرة بآلية إقلاع خاصة مؤلفة من محرك بنزين مستقل، ويجب أن يتمتع وقود الديزل برقم سيتان عال الذي يضبط بدء الاشتعال الذاتي للوقود ويمنع من تأخره الأمر الذي يحسن من عملية الاشتعال، ويقارن بنسبة خليط السيتان ويقارن بنسبة خليط السيتان مع الألفامتيل نفتالين وكلما زاد قل الصفع في المحرك ويتراوح رقم السيتان لوقود الديزل من 30 حتى 50.
الاكثر قراءة في المكائن والالات الزراعية
اخر الاخبار
اخبار العتبة العباسية المقدسة
