نشأة محركات الديزل واستخدامها
تعدّ محطات التوليد التي تعمل بالديزل مناسبة للقدرات الصغيرة والمتوسطة. وتستخدم محطة قدرة مركزية لتغذية الأحمال الصغيرة، كما تستخدم محطات تبادلية لمحطات التوليد البخارية، وتستخدم المحطات التي تعمل بالديزل عندما يكون سعر الوقود رخيص نسبياً، وعندما تكون خطوط الكهرباء غير متيسرة. وتصل سعات المحطات التي تعمل بالديزل إلى 5 ميجاوات.
ويُستفاد بمحرك الاحتراق الداخلي مباشرة من الطاقة المختزنة في الوقود لأداء شغل. وتستخلص أنواع الوقود المستخدمة لإدارة محركات الاحتراق الداخلي من الزيوت المعدنية أساساً، وينبغي أن يكون وقود محركات الاحتراق الداخلي سهل الاشتعال، إما فورياً، أو بعد قدر محدد من الارتفاع في درجة الحرارة. وفي عملية الاحتراق تتكون غازات تتمدد بسرعة وفي كل الاتجاهات. ويستفاد من هذه الخاصية إلى أقصى حد في المحرك لتحويل الطاقة الكيمائية المختزنة في الوقود إلى طاقة ميكانيكية عن طريق الاحتراق .
تُصنف آلة الاحتراق الداخلي كالآتي:
1. بالنسبة لطرق الإشعال:
أ. إشعال بالشرارة.
ب. إشعال بالضغط.
في محرك الإشعال بالشرارة يُخلط الهواء مع الوقود، ويضغط المخلوط ويشتعل في نهاية مشوار الضغط بشرارة كهربائية. وتتراوح نسبة الضغط من خمسة إلى ثمانية، وفي محرك الإشعال بالضغط، كما في محرك الديزل، يضغط الهواء بنسبة تتراوح من 12 إلى 20 ونتيجة ارتفاع درجة حرارة الهواء المضغوط قرب نهاية شوط الانضغاط، يحقن الوقود من خلال فونية الحقن إلى الهواء الساخن في أسطوانة المحرك فيحترق الوقود. وتتمدد الغازات المحترقة وتؤدي شغلاً على المكبس، وبالتالي على الحمل المتصل بالمحرك. وتخرج عوادم الغاز بعد ذلك من الأسطوانة وتتكرر هذه الدورة.
2. دورة العمل، وتصنيف دورة العمل كالآتي:
أ. مُحرك ثنائي الأشواط.
ب. مُحرك رباعي الأشواط.
3. عدد الأسطوانات:
يمكن أن تحتوي آلة الاحتراق الداخلي على أكثر من أسطوانة مثل أربعة، أو ستة، أو ثمانية.... الخ. ويحدد عدد الاسطوانات قدرة الخرج المطلوبة، وكلما زادت عدد الاسطوانات، زاد الوزن، والتكاليف، ومساحة المكان، وعدد الأجزاء العاملة بالمحرك. ويتحدد حجم المحرك بقطر الأسطوانة وطول مشوار الأسطوانة.
4. ترتيب الأسطوانات:
تأخذ شكل الأسطوانات في محرك الاحتراق الداخلي شكل قطري، أو شكل أفقي، أو شكل خطي.
5. السرعة، يُصنف المحرك حسب السرعة كالآتي:
أ. سرعة منخفضة حتى 350 دورة في الدقيقة.
ب. سرعة متوسطة من 350 إلى 1000 دورة في الدقيقة.
ج. سرعة عالية 1000 دورة في الدقيقة فأكثر.
6. طرق تبريد الاسطوانة
يُصنف المحرك حسب طرق التبريد إلى نوعين:
أ. تبريد الهواء.
ب. تبريد الماء.
محرك الديزل ذو الأربعة أشواط
تعمل محركات الديزل على أساس الدورة رباعية الأشواط أو ثنائية الأشواط، والمسافة التي يتحركها الكباس من النقطة الميتة السفلى إلى النقطة الميتة العليا تساوي نصف لفة من لفات العمود المرفقي، وتتكون الأشواط الأربعة من الآتي:
1. شوط السحب.
2. شوط الانضغاط.
3. شوط التمدد "الاحتراق".
4. شوط العادم.
ويستفاد في محرك الاحتراق الداخلي مباشرة من الطاقة المختزنة في الوقود لأداء شغل. وتستخلص أنواع الوقود المستخدمة لإدارة محركات الاحتراق الداخلي من الزيوت المعدنية أساساً، وينبغي أن يكون وقود محركات الاحتراق الداخلي سهل الاشتعال، إما فورياً، أو بعد قدر محدد من الارتفاع في درجة الحرارة. وفي عملية الاحتراق تتكون غازات تتمدد بسرعة وفي كل الاتجاهات. ويستفاد من هذه الخاصية إلى أقصى حد في المحرك، لتحويل الطاقة الكيمائية المختزنة في الوقود إلى طاقة ميكانيكية، عن طريق الاحتراق .
شوط السحب
يتحرك المكبس في اتجاه النقطة الميتة السفلى، وحينئذ يكون السحب مفتوحاً، ونتيجة لضغط الهواء المحيط المرتفع نسبياً فإن الهواء الجديد يمر إلى غرفة الاحتراق. ويظل العادم في هذه الحالة مغلقاً. وفي هذه الأثناء يكون عمود المرفق قد أتم نصف لفة من لفاته.
شوط الانضغاط
يتحرك الكباس إلى أعلى في اتجاه النقطة الميتة العليا. ويكون الصمامان مغلقين، بحيث ينضغط الهواء المحبوس في غرفة الاحتراق، وباكتمال الشوط الثاني يكون عمود المرفق قد أتم لفة كاملة من لفاته.
شوط التمدد "الاحتراق"
يبدأ حقن الوقود قبل وصول الكباس إلى النقطة الميتة العليا. ويخلط الوقود المحقون بالهواء الساخن المنضغط فيشتعل الخليط ذاتياً، نتيجة درجة الحرارة المرتفعة الناشئة من الانضغاط، وتتمدد الغازات العادمة دافعة أمامها الكباس إلى أسفل، وباكتمال الشوط الثالث يكون العمود المرفق قد أتم لفة ونصف لفة.
شوط العادم
يتحرك الكباس في اتجاه النقطة الميتة العليا، في حين يكون صمام العادم مفتوحاً، وتنصرف الغازات الموجودة في غرفة الاحتراق عن طريق صمام العادم، وباكتمال الشوط الرابع يكون عمود المرفق قد أتم لفتين كاملتين.
المحركات ثنائية الأشواط
تُبنى فكرة المحرك ثنائي الأشواط على دوران عمود المرفق لفة واحدة، ويتم السحب والانضغاط في شوط واحد، بينما التمدد والعادم في الشوط الثاني للكباس.
شوط السحب والانضغاط
يتحرك الكباس إلى النقطة الميتة العليا ضاغطاً الخليط الموجود في غرفة الاحتراق، وفي الوقت نفسه يكشف الطرف السفلي للكباس إحدى فتحات السحب، ويُنشأ تخلخل في علبة المرفق نتيجة حركة الكباس إلى أعلى بحيث يتمكن الهواء الجديد من الدخول. وفي هذه الحالة يكون العمود المرفق قد أتم نصف لفة من لفاته.
شوط التمدد والعادم
قبل وصول الكباس إلى النقطة الميتة العليا مباشرة، يُشعل الخليط بواسطة الشرارة المنبعثة من شمعة البوجيه. ويُدفع الكباس إلى أسفل نتيجة ضغط الغازات المتمددة عليه. وبانزلاق الكباس إلى أسفل فإنه يضغط الخليط في علبة المرفق، كاشفاً في الوقت نفسه فتحات الانتقال. وبالتالي يدخل الوقود المخلوط إلى غرفة الاحتراق فيملؤها، في حين تنصرف الغازات المحترقة المضغوطة عن طريق فتحة العادم. وفي هذه الحالة يكون عمود المرفق قد أتم لفة كاملة.
محركات الديزل ثنائية الأشواط
يتميز محرك الديزل ثنائي الأشواط عن محرك البنزين بصمام عادم يجري التحكم فيه بواسطة كامة. ويتكون المحرك عادة من ثلاث إلى سبع أسطوانات، والحجم المُزاح فيه 1.5 لتر لكل أسطوانة في المتوسط.ونظراً لأن لهذه المحركات خصائص ممتازة، فيما يتعلق ببدء حركتها، حتى في درجات الحرارة المنخفضة؛ فإنها تحقن بطرق الحقن المباشر بضغط يتراوح بين 175 ضغط جوي وبين 230 ضغط جوي.
مكونات المحرك
للمحرك تصميمات مختلفة، والمحركات رباعية الأسطوانات قد تكون أسطواناتها رأسية وفي صف واحد، أو مائلة وتتخذ شكل الحرف V، وتصمم المحركات ذات الأسطوانات الثلاث أو الأربع، أو المتعددة، بحيث تكون أسطواناتها عادة في صف واحد.
وقد تكون أسطوانات منفصلة عن بعضها البعض أو متحدة في كتلة واحدة تُسمى "كتلة الأسطوانة". ويستخدم ترتيب الأسطوانات المنفصلة عن بعضها البعض في محركات تبريد الهواء.
الوحدات الرئيسية في المحرك
1. كتلة الأسطوانة:
| أ. | المجموعة المرفقية، وتتكون من الآتي:
| ||||||||||
| ب. | مجموعة توقيت الحركة، وتتكون من الآتي:
| ||||||||||
| ج. | المجموعة التكميلية، وتتكون من الآتي:
|
