داخل محركات السيارات: كيف تعمل

كمهندس ، فأنت تعلم أن كل إنجاز تقني مثير للإعجاب أصبح ممكنًا بفضل نظام معقد من الأجزاء التي تعمل معًا بشكل مثالي.

قد يكون محرك السيارة ، الذي يستخدم الوقود لنقل السيارات والطائرات والجرارات والحافلات والدراجات النارية ، أفضل مثال على ذلك.

سواء كنت طالب هندسة أو محترفًا متمرسًا ، ستتعلم شيئًا جديدًا عن هذه التكنولوجيا المهمة والعقول اللامعة التي جعلت ذلك ممكنًا.

لذا اربط حزام الأمان وانضم إلينا في هذه الرحلة التعليمية من خلال قلب محرك السيارة!

مقدمة في محركات السيارات

تعريف رسمي:

الآلة المستهلكة للوقود والتي توفر القوة المحركة للسيارات والطائرات والجرارات والحافلات والدراجات النارية ويتم حملها في السيارة.

لذا ، إذا كنت تريد توفير المال على البنزين ، فإن أفضل شيء يمكننا إخبارك به هو إخراج محرك سيارتك. أنا فقط أمزح!

المحرك عبارة عن آلة معقدة تقوم بتحويل عجلات السيارة عن طريق تحويل الحرارة الناتجة عن احتراق البنزين إلى قوة. مما يعطي السرعة لشيء ما.

تُستخدم دورة احتراق رباعية الأشواط لتحويل البنزين إلى حركة في محرك الاحتراق الداخلي ، وهو أكثر أنواع المحركات شيوعًا.

تتكون هذه الدورة من أربعة أجزاء: المدخل والضغط والحرق والعادم.

أنواع المحركات

هناك أنواع مختلفة من المحركات ، مثل المحركات المستقيمة بأربع أسطوانات أو محركات V بستة أو ثماني أسطوانات.

يحدد تصميم المحرك حجمه ومدى عمله ومقدار قوته.

المحركات المستقيمة أصغر من المحركات على شكل V ، وهي أطول وأكثر تعقيدًا.

المكونات الرئيسية

تعتبر كتلة الأسطوانة ورأس الأسطوانة وعلبة المرافق أهم أجزاء محرك السيارة.

قلب المحرك هو كتلة الأسطوانة ، والتي عادة ما تكون مصنوعة من الحديد أو سبائك الألومنيوم. لها أسطوانات تمسك بالمكابس ، والتي تتحرك لأعلى ولأسفل لتوليد الطاقة.

توجد غرفة الاحتراق أيضًا في كتلة الأسطوانة. إنه المكان الذي يختلط فيه الوقود والهواء ليصنعوا عملية احتراق.

يوجد رأس الأسطوانة أعلى كتلة الأسطوانة. تحتوي على شمعة احتراق وأعمدة كامات وصمامات.

تتحكم أعمدة الكامات في كيفية فتح وغلق الصمامات ، مما يتحكم في كمية الوقود والهواء وغاز العادم الذي يدخل ويخرج من غرفة الاحتراق.

تضيء شمعة الإشعال مزيج الوقود والهواء بحيث يمكن أن يحدث الاحتراق.

عادة ما تكون علبة المرافق مصنوعة من الحديد الزهر وتقع في الجزء السفلي من المحرك.

إنها تحتوي على أجزاء مثل المكابس ، والعمود المرفقي ، وأعمدة الكامات ، وسلسلة التوقيت ، وحوض الزيت ، وفلتر الزيت ، وما إلى ذلك. تعمل هذه الأجزاء معًا على تحويل الوقود إلى حركة.

عندما يتم إيقاف تشغيل السيارة ، يعطي محرك بدء التشغيل للمكبس القوة التي يحتاجها للتحرك لأسفل.

تحسينات في محركات الاحتراق

في السنوات القليلة الماضية ، كانت هناك تحسينات في تكنولوجيا المحرك ، مثل الحقن المباشر للوقود ، والشحن التوربيني ، وتوقيت الصمام المتغير.

بسبب هذه التغييرات ، تستخدم السيارة غازًا أقل ، وتتمتع بقوة أكبر ، وتقلل من التلوث.

فيديو: كيف يعمل؟

نصيحة: قم بتشغيل زر التسمية التوضيحية إذا كنت بحاجة إليه. اختر "ترجمة آلية" في زر الإعدادات ، إذا لم تكن معتادًا على اللغة الإنجليزية. قد تحتاج إلى النقر فوق لغة الفيديو أولاً قبل أن تصبح لغتك المفضلة متاحة للترجمة.

أنواع محركات السيارات

هناك أنواع مختلفة من المحركات المستخدمة في السيارات ، ويمكن تجميعها حسب شيئين: نوع الوقود وطريقة إعداد المحرك (عدد الأسطوانات) (تكوين الأسطوانة).

محركات البنزين والديزل هي أكثر أنواع محركات السيارات شيوعًا ، ولكن هناك أشياء أخرى تميز محركًا عن الآخر.

• محركات مستقيمة أو مضمنة.

تكون جميع الأسطوانات في المحرك المستقيم / الخطي في خط مستقيم ، وتتجه لأعلى وعادة ما تكون عموديًا على السيارة.

هذا هو التصميم الأكثر شيوعًا لسيارات الهاتشباك العائلية والسيارات الأصغر.

• أعطال.

تحتوي المحركات المسطحة على جانبين من الأسطوانات على جانبي العمود المرفقي الفردي.

• محركات V.

يتم وضع الأسطوانات في المحرك على شكل V في بنكين منفصلين يشكلان V حول العمود المرفقي.

• محركات W.

تحتوي المحركات W على ثلاثة صفوف من الأسطوانات التي تشكل حرف W حول العمود المرفقي.

يمكن أن تكون طريقة إعداد الأسطوانات مختلفة أيضًا.

تحتوي السيارات الصغيرة على محركات ثلاثية الأسطوانات ، لكن الشاحن التوربيني جعل من الممكن وضعها في سيارات هاتشباك عائلية أكبر أيضًا.

توجد محركات سداسية الأسطوانات عادةً في السيارات الرياضية الراقية والسيارات عالية الأداء. يمكن وضعها في شكل V أو في خط مستقيم.

تمتلك السيارات الخارقة والصالونات الفاخرة محركات بثمانية أسطوانات أو أكثر ، مثل V8s و V10s و V12s.

بعض من أعلى سيارات مجموعة فولكس فاجن لديها محركات W12.

محركات البنزين والديزل

في تطبيقات السيارات ، تتمثل الاختلافات الرئيسية بين محركات البنزين والديزل في كيفية إنتاج الطاقة ، ونوع الوقود المستخدم ، والكفاءة الحرارية ، ومتوسط ​​العمر المتوقع ، والدورات في الدقيقة (RPM) ، وعزم الدوران.

• محركات البنزين.

يستخدم الاحتراق المشتعل بالشرارة في محركات البنزين لخلط الغاز مع الهواء قبل ضغطه وإشعاله.

في معظم الأوقات ، تمتلك محركات البنزين عدد دورات في الدقيقة أعلى من محركات الديزل ، ولكنها تتميز بعزم دوران أقل.

• محركات الديزل.

قبل حقن الوقود في الهواء ، تقوم محركات الديزل بضغطه لأسفل ، مما يجعل المحرك أكثر كفاءة من الناحية الحرارية ومن المرجح أن يستمر لفترة أطول.

لأن الديزل له كثافة طاقة أعلى من البنزين ، فإن محركات الديزل تستخدم وقودًا أقل من محركات البنزين.

لقد تغيرت كيفية استخدام هذه الأنواع المختلفة من المحركات في السيارات بمرور الوقت وتعتمد على كيفية استخدام السيارة ، ومدى جودة أدائها وكمية الوقود التي تحتاجها.

التوسع في صناعة السيارات

تطوير محرك السيارة

خلال الثورة الصناعية ، أدى نمو صناعة السيارات والحاجة إلى محركات ذات طاقة أكبر إلى إنشاء محركات احتراق داخلي (ICEs).

تم تصنيع هذه المحركات في الأصل للعمل على الوقود السائل ، ولكن تم تغييرها بحيث يمكن تشغيلها بالبنزين.

في القرن العشرين ، تم تصنيع محركات ذات دورتين وأربع دورات ، وأصبح من الممكن صنع الكثير من السيارات في وقت واحد.

تحسينات في تحويل الوقود السائل وخفض الانبعاثات

توصل المهندسون إلى طرق لتحويل الوقود السائل إلى أبخرة بحيث يمكن استخدامها. أدى هذا إلى تحسين كفاءة الوقود وإخراج المحرك.

لحل مشكلة التلوث من السيارات ، تم أيضًا إنشاء أنظمة إدارة المحرك المحوسبة.

تم خفض انبعاثات ICE من ملوثات المعايير مثل أكاسيد النيتروجين (Nox) والجسيمات (PM) بأكثر من 99 ٪ بفضل البحث والتطوير على مدار الثلاثين عامًا الماضية.

بحث وتطوير محرك الاحتراق المتقدم

اليوم ، يحاول الناس جعل محركات الاحتراق الداخلي تعمل بشكل أفضل وتكون أفضل للبيئة.

يركز البحث والتطوير في محركات الاحتراق المتقدمة على التقنيات الجديدة مثل الاشتعال بضغط الشحنة المتجانس (HCCI) ومحركات المكبس المتقابل (OPE) ، فضلاً عن جعل مجموعات نقل الحركة كهربائية وهجينة بشكل أكبر.

على الرغم من تزايد عدد السيارات الكهربائية ، لا تزال محركات الاحتراق الداخلي مهمة لصناعة النقل وسيتم استخدامها لفترة طويلة في المستقبل.

حجم محرك السيارة وتدفق الهواء

تقاس معظم محركات السيارات باللترات ، وهو الحجم الإجمالي لجميع أسطواناتها.

إذا قمت بتكبير المحرك ، فيمكنه أحيانًا زيادة القدرة الحصانية وعزم الدوران ، ولكن هذا ليس هو الحال دائمًا.

استشعار تدفق الهواء في محركات السيارات

يعد مقياس الريشة والسلك الساخن الطريقتين الأكثر شيوعًا لمحرك لقياس كمية الهواء القادمة.

يتم استخدام ريشة هواء محملة بنابض متصلة بمقاوم متغير بواسطة مقياس الريشة لقياس كمية الهواء الداخل إلى المحرك.

من ناحية أخرى ، يستخدم مستشعر تدفق الهواء الكتلي بالسلك الساخن سلكًا مقاومًا يتدلى لأسفل في تدفق الهواء ويتم تسخينه إلى درجة حرارة معينة

ثم يبرد الهواء الداخل السلك ، مما يغير التيار الكهربائي بطريقة تتناسب مع كمية الهواء المار.

من ناحية أخرى ، لا يعد مستشعر دوامة كارمان طريقة لقياس تدفق الهواء الوارد في محرك السيارة.

بدلاً من ذلك ، إنها طريقة لقياس سرعة تدفق الهواء عن طريق إحداث دوامات في تدفق الهواء ثم قياس التغيرات في الضغط التي تسببها الدوامات.

صيانة محرك السيارات

فلاتر زيت المحرك

تعتبر فلاتر زيت المحرك جزءًا مهمًا للتأكد من عمل محرك السيارة جيدًا.

إنهم يعملون على إزالة الأوساخ والزيوت والجزيئات المعدنية من الزيت. يتيح ذلك تدفق الزيت بسلاسة وتنظيف الزيت وحماية الأجزاء المعدنية.

السعر والتصميم والبناء والاهتمام بالتفاصيل كلها أمور مهمة يجب التفكير فيها عند اختيار فلتر زيت المحرك.

أنظمة إدارة محركات السيارات

هناك العديد من الطرق لضبط نظام إدارة المحرك وتغييره لتحسين أدائه.

تتمثل بعض طرق تغيير الأنظمة في إعادة معايرة وحدات التحكم الإلكترونية في المصنع ، والضبط مع أجهزة التحميل ، والمعترضات ، والأجزاء الإضافية الأخرى ، وتصميم وتعديل وبناء مشعبات السحب.

يمكن أيضًا استخدام أنظمة إدارة المحرك القابلة للبرمجة بشكل منفصل لتغيير كيفية عمل المحرك بشكل جيد.

للحصول على أفضل أداء ، من المهم إجراء تغييرات بطريقة آمنة وموثوقة.

قبل إجراء تغييرات على نظام إدارة المحرك الخاص بك ، يجب عليك التحدث إلى أحد الخبراء أو القراءة عن هذا الموضوع.

ساعات محرك

ساعات عمل المحرك هي عدد الساعات التي كان يعمل فيها المحرك منذ صنعه لأول مرة ، حتى عندما لا تتحرك السيارة.

هذا المقياس مفيد في قياس التآكل على المركبات التجارية ، خاصة لتتبع وقت التباطؤ ، نظرًا لأن عداد المسافات لا يسجل الأميال عندما تستخدم السيارة PTO للجلوس ساكنًا لساعات كل يوم.

يمكن أيضًا استخدام ساعات عمل المحرك للتخطيط للصيانة الوقائية ومعرفة مقدار استخدام السيارة.

يمكن استخدام العلاقة بين ساعات عمل المحرك والأميال لوضع خطة كاملة لاستبدال المركبات وتحسين جداول الصيانة وتتبع مدى جودة أداء الأسطول.

تحتوي المحركات الحديثة على جزء يسمى وحدة التحكم في المحرك (ECM) التي تحسب عدد مرات دوران المحرك والمدة التي يستغرقها كل دور.

وحدات التحكم في محرك السيارات

تستخدم وحدات التحكم في محرك السيارات (ECMs) عددًا من الإجراءات الأمنية للتأكد من أنها تعمل بشكل صحيح وتمنع الأشخاص من العبث بها.

على سبيل المثال ، يقومون بتضمين أجهزة التحقق وآليات السلامة ، ويستخدمون معايير أمان السيارات مثل SAE J3061 و ISO / SAE 21434 ، ويخضعون لعمليات التحقق.

يمكن أيضًا حماية وحدات التحكم الإلكترونية باستخدام فحوصات المعقولية للعثور على الإشارات التي تم انتحالها أو تغييرها.

يتم ذلك من خلال مقارنة قيم المستشعر مع قيم الأسلاك الصلبة للتأكد من صحتها. هذا يجعل من الصعب على الأشخاص السيئين إجراء تغييرات على ECM.

أخيرًا ، يتم تصنيع وحدات التحكم الإلكترونية الحديثة من أجزاء الكمبيوتر مثل المعالجات الدقيقة التي يمكنها استقبال مدخلات المستشعر وتفسيرها والعمل عليها بسرعة. يساعد هذا في التأكد من أن النظام يعمل بشكل صحيح.

لدى وكالة حماية البيئة سياسة معمول بها للتأكد من اتباع حظر الهواء النظيف على العبث وأجهزة ما بعد البيع.

تستمر عمليات الحظر هذه طوال عمر السيارة ، وتجعل من غير القانوني للتجار بيع المركبات التي تم العبث بها والموجودة بالفعل على الطريق ، وتتطلب عمليات تفتيش منتظمة للمركبات للتأكد من أن أنظمة التشخيص الخاصة بالانبعاثات تعمل بشكل صحيح.

قد تكون أجهزة التوليف ، وهي منتجات تعمل على تغيير وحدة التحكم الإلكترونية ، بمثابة أجهزة هزيمة غير قانونية لما بعد البيع ، وقد يكون استخدامها أو وضعها فيها تلاعبًا غير قانوني.

استخدم حالات

مهمة:	وصف:
السيارات والمركبات الأخرى	السيارات والشاحنات والحافلات هي الأماكن الأكثر شيوعًا التي تستخدم فيها محركات السيارات. تمنح هذه المحركات السيارة القوة التي تحتاجها للمضي قدمًا. هم جزء مهم من وسائل النقل الحديثة.
دفع الطائرات	مكان آخر مهم حيث تستخدم محركات السيارات هو الطائرات ، حيث توفر قوة الدفع اللازمة للإقلاع والطيران. تعتبر معظم محركات الطائرات أكثر قوة وكفاءة من محركات السيارات لأنها تحتاج إلى أن تكون قادرة على خلق مزيد من الرفع والتغلب على مقاومة الهواء.
المعدات الزراعية	غالبًا ما تستخدم محركات السيارات في الجرارات وأنواع أخرى من المعدات الزراعية. يجب أن تكون هذه المحركات قوية وطويلة الأمد بما يكفي لتحمل الأحمال الثقيلة والعمل الشاق الذي يصاحب الزراعة.
توليد الطاقة	هناك أوقات يمكن فيها أيضًا استخدام محركات السيارات لتوليد الطاقة. في معظم الأحيان ، تُستخدم هذه المحركات في مجموعات المولدات ، والتي تُستخدم لتزويد المنازل والشركات بالطاقة عند انقطاع التيار الكهربائي.
الدفع البحري	يمكن أيضًا تشغيل القوارب والأنواع الأخرى من المراكب المائية بمحركات السيارات. عادة ما تصنع المحركات البحرية لتدوم لفترة أطول وتقاوم التآكل بشكل أفضل من محركات السيارات لأنها تعمل في البيئة البحرية القاسية.
سباق	هناك طريقة أخرى لاستخدام محركات السيارات وهي السباق ، حيث يتم تشغيل السيارات عالية الأداء التي يمكن أن تسير بسرعة كبيرة. يتم تعديل معظم محركات السباق لتحقيق أقصى استفادة منها ، ويمكنها إنتاج طاقة أكبر بكثير من محرك السيارة العادي.
جزازات العشب والأدوات الصغيرة الأخرى	أخيرًا ، يمكن أيضًا استخدام محركات السيارات لتشغيل جزازات العشب والمناشير وغيرها من الأدوات الصغيرة. في معظم الأوقات ، لا تكون هذه المحركات قوية مثل نظيراتها الأكبر حجمًا ، لكنها لا تزال بحاجة إلى أن تكون موثوقة وفعالة بما يكفي للتعامل مع الاستخدام اليومي.

مراجع:

https://en.wikipedia.org/wiki/Automotive_engine

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B0080431526000863

خاتمة

في الختام ، يعد محرك السيارة قطعة تقنية رائعة غيرت الطريقة التي نسافر بها ونعيشها.

كان المهندسون في طليعة صنع هذه الآلات المدهشة ، من محركات الاحتراق الداخلي الأولى إلى المحركات الهجينة والكهربائية الأكثر تقدمًا اليوم.

لكن محرك السيارة هو أيضًا رمز لشيء أعمق: رغبتنا الطبيعية في تجاوز حدود ما هو ممكن ، وكسر الحواجز ، والحلم بغد أفضل.

بينما نتطلع إلى المستقبل ، من الواضح أن محرك السيارة سيظل جزءًا مهمًا من حياتنا

إنه المحرك الذي يمد السيارات بالطاقة الذي يأخذنا إلى العمل والمدرسة وأماكن أخرى.

ولكنه أيضًا تذكير بمدى قوة الإبداع البشري ، ومدى استعداد الناس لتجربة أشياء جديدة ، ومدى قدرة العقل البشري على القيام به.

لذا في المرة القادمة التي تبدأ فيها تشغيل سيارتك ، توقف لحظة للتفكير في الهندسة المذهلة التي تجعل كل شيء ممكنًا ، وتذكر أن الاحتمالات لا حصر لها حقًا.