محرك مضمن: أنواع ، جهاز ، مزايا وعيوب

2024 مؤلف: Erin Ralphs | [email protected]. آخر تعديل: 2024-02-19 11:59

محرك الاحتراق الداخلي المستقيم هو أحد أبسط المحركات. سميت هذه الوحدات بهذا الشكل لأن الأسطوانات مرتبة في صف واحد. تجعل المكابس عمودًا واحدًا يدور عند تشغيل المحرك. كان المحرك المستقيم من أوائل المحركات التي تم تركيبها على السيارات. تم تصميمها وبناؤها في فجر صناعة السيارات.

كيف بدأ كل شيء؟

كان سلف محرك الاحتراق الداخلي الحديث عبارة عن محرك أحادي الأسطوانة. صممها وبناها إتيان لينوار عام 1860. من المقبول عمومًا أن الأمر كذلك ، على الرغم من وجود محاولات للحصول على براءة اختراع لهذا المحرك حتى قبل Lenoir. لكن تطورها هو بالضبط ما يشبه بقدر الإمكان تلك التصميمات المثبتة حاليًا تحت أغطية معظم سيارات الركاب التسلسلية ذات الميزانية المحدودة.

كان المحرك يحتوي على أسطوانة واحدة فقط ، وكانت قوتها تساوي 1.23 حصانًا ، وهي ضخمة في ذلك الوقت. للمقارنة ، فإن "أوكا" 1111 الحديثة لها أسطوانتان وقوتها من 30 إلى 53 حصان.

أكبر و أقوى

اتضح أن فكرة لينوار كانت رائعة. العديد من المهندسين والمخترعينقضى سنوات وجهد في محاولة تحسين المحرك قدر الإمكان (بالطبع ، على مستوى القدرات الفنية التي كانت موجودة في ذلك الوقت). تم التركيز بشكل رئيسي على زيادة القوة.

في البداية ، تركز الاهتمام على أسطوانة واحدة - حاولوا زيادة حجمها. ثم بدا للجميع أنه من خلال زيادة الحجم ، يمكنك الحصول على المزيد من القوة. وكانت الزيادة في الحجم بعد ذلك الأسهل. لكن اسطوانة واحدة لم تكن كافية. اضطررت إلى زيادة بقية التفاصيل بشكل كبير - قضيب التوصيل ، المكبس ، الكتلة.

كل هذه المحركات تبين أنها غير مستقرة للغاية ، ولها كتلة كبيرة. أثناء تشغيل مثل هذا المحرك ، كان هناك فرق كبير في الوقت بين دورات الاشتعال للخليط. حرفيا كل التفاصيل في مثل هذه الوحدة اهتزت واهتزت ، مما أجبر المهندسين على التفكير في حل. وقاموا بتجهيز النظام بميزان

طريق مسدود

سرعان ما أصبح واضحًا للجميع أن البحث قد وصل إلى طريق مسدود. لم يستطع محرك Lenoir العمل بشكل طبيعي وصحيح ، لأن نسبة القوة والوزن والحجم كانت مروعة. كانت هناك حاجة إلى الكثير من الطاقة الإضافية لزيادة حجم الأسطوانة مرة أخرى. بدأ الكثيرون في التفكير في فكرة إنشاء محرك انهيار. وسيظل الناس يركبون الخيول والعربات ، لولا حل تقني واحد.

بدأ المصممون يدركون أنه من الممكن تدوير العمود المرفقي ليس فقط بمكبس واحد ، بل بالعديد من المكابس في وقت واحد. كان أبسطها هو تصنيع محرك على الخط - لقد أضافوا عددًا قليلاً من الأسطوانات.

يمكن للعالم أن يرى أول وحدة ذات أربع أسطوانات في نهاية القرن التاسع عشر. من المستحيل مقارنة قوتها بمحرك حديث. ومع ذلك ، من حيث الكفاءة ، كانت أعلى من جميع سابقاتها الأخرى. تمت زيادة الطاقة بسبب زيادة حجم العمل ، أي بإضافة أسطوانات. بسرعة كبيرة ، تمكن المتخصصون من مختلف الشركات من إنشاء محركات متعددة الأسطوانات تصل إلى وحوش 12 أسطوانة.

مبدأ العملية

كيف يعمل ICE؟ بصرف النظر عن حقيقة أن كل محرك يحتوي على عدد مختلف من الأسطوانات ، فإن المحرك المضمن بستة أو أربع أسطوانات يعمل بنفس الطريقة. يعتمد المبدأ على الخصائص التقليدية لأي محرك احتراق داخلي.

جميع الأسطوانات في الكتلة مرتبة في صف واحد. العمود المرفقي ، الذي يتم تشغيله بواسطة المكابس بسبب طاقة احتراق الوقود ، هو العمود الوحيد لجميع أجزاء مجموعة مكبس الأسطوانة. الأمر نفسه ينطبق على رأس الأسطوانة. إنه الوحيد لجميع الأسطوانات. من بين جميع المحركات الموجودة على الخط ، يمكن تمييز التصميمات المتوازنة وغير المتوازنة. سننظر في كلا الخيارين أدناه.

الرصيد

مهم بسبب التصميم المعقد للعمود المرفقي. تعتمد الحاجة إلى الموازنة على عدد الأسطوانات. كلما زاد عددهم في ICE معين ، يجب أن يكون الرصيد أكبر.

يمكن أن يكون المحرك غير المتوازن هو هذا التصميم فقط ، حيث لا يوجد أكثر من أربع أسطوانات. خلاف ذلك ، ستظهر الاهتزازات أثناء التشغيل ، والتي ستكون قوتها قادرة على تدمير العمود المرفقي. حتى المحركات الرخيصة ذات الست أسطواناتمع موازن سيكون أفضل من أربع مضمنة باهظة الثمن بدون أعمدة موازن. لذلك ، لتحسين التوازن ، قد يتطلب المحرك المضمن رباعي المكابس أحيانًا أيضًا تركيب أعمدة ثابتة.

موقف المحرك

عادة ما يتم تركيب الوحدات التقليدية ذات الأربع أسطوانات بشكل طولي أو عرضي أسفل غطاء السيارة. لكن لا يمكن تركيب وحدة الست أسطوانات إلا طولياً وليس أكثر (باستثناء بعض موديلات فولفو وسيارات شيفروليه إيبيكا).

يتميز محرك الاحتراق الداخلي الخطي ، والذي يتميز بتصميم غير متماثل فيما يتعلق بالعمود المرفقي ، بميزات أيضًا. غالبًا ما يكون العمود مصنوعًا من مصبوبات تعويضية - يجب أن تثبط هذه المصبوبات قوة القصور الذاتي الناتجة عن تشغيل نظام المكبس.

Inline-six اليوم أقل شعبية بالفعل - كل خطأ في استهلاك الوقود الكبير والأبعاد الكلية الكبيرة. لكن على الرغم من كتلة الأسطوانة الطويلة ، فإن المحرك متوازن تمامًا.

مميزات وعيوب الوحدة

بصرف النظر عن بعض الفروق الدقيقة ، تتمتع محركات الاحتراق الداخلي المضمنة بنفس المزايا ونفس العيوب مثل معظم محركات V ومحركات التصميمات الأخرى. المحرك رباعي الأسطوانات هو الأكثر شيوعًا ، وهو الأبسط والأكثر موثوقية. الكتلة خفيفة نسبيًا ، وتكاليف الإصلاح منخفضة نسبيًا. العيب الوحيد هو عدم وجود أعمدة التوازن في التصميم. هذا هو أفضل محرك احتراق داخلي للسيارات الحديثة حتى الطبقة المتوسطة. هناك أيضًا محركات ذات سعة صغيرة على الخط مع أقلعدد الاسطوانات. على سبيل المثال ، محرك SeAZ Oka الاقتصادي ذو الأسطوانتين 1111.

وحدات سداسية الأسطوانات لها توازن مثالي وهنا يتم تعويض عدم وجود "أربعة". ولكن هناك ثمن يجب دفعه مقابل التوازن. لذلك ، على الرغم من الخصائص الأفضل بشكل ملحوظ مقارنةً بـ "الأربعة" ، فإن محركات الاحتراق الداخلي هذه ذات الترتيب المستقيم للأسطوانات في المحرك أقل شيوعًا. العمود المرفقي طويل وتكلفة الإنتاج عالية جدًا والأبعاد كبيرة نسبيًا.

الحد الفني

الآن ليس القرن التاسع عشر ، لكن وحدات الطاقة الحديثة لا تزال بعيدة عن الكمال التقني. وهنا لن تساعد حتى التوربينات الحديثة والوقود عالي الأوكتان. تبلغ كفاءة محرك الاحتراق الداخلي حوالي 20٪ ، ويتم إنفاق كل الطاقة الأخرى على الاحتكاك والقصور الذاتي والتفجير. فقط خمس البنزين أو الديزل سيذهب للعمل المفيد

تم تطوير الخصائص الأساسية للمحركات بأكبر قدر من الكفاءة. في الوقت نفسه ، تحتوي غرف الاحتراق ومجموعة المكبس على أحجام وأبعاد أصغر بكثير. نظرًا للحجم الصغير ، فإن الأجزاء بها خمول أقل - وهذا يقلل من احتمالية التلف بسبب التفجير.

تقدم ميزات تصميم المكابس المدمجة قيودًا معينة. مع درجة عالية من الضغط ، نظرًا لصغر حجمها ، يتم تقليل انتقال ضغط المكبس إلى قضيب التوصيل. إذا كان قطر المكابس أكبر ، فمن المستحيل الحصول على عمل متوازن دقيق بسبب التعقيد الهائل. حتى محرك BMW الحديث لديه هذهعيوب بالرغم من تطويره من قبل مهندسين ألمان

الخلاصة

لسوء الحظ ، وصل بناء المحرك إلى حده التكنولوجي. من غير المحتمل أن يقوم العلماء باكتشافات تقنية جادة ويحققون كفاءة أكبر من محرك الاحتراق الداخلي. لذلك يأمل الجميع أن يأتي عصر السيارات الكهربائية.