مبدأ عمل “آلة الاحتراق الداخلي”

2016 عصر البخار

جون كلارك

KFAS

التكنولوجيا والعلوم التطبيقية

في الآلة البخارية، التي كانت المصدر الرئيس للطاقة خلال فترة الثورة الصناعية، يتم حرق الوقود لغلي الماء وتحويله إلى بخار خارج منظومة الآلة نفسها.

وبذلك تمثل الآلة البخارية هذه مثالاً لآلة الاحتراق الخارجي. لكن حرق الوقود داخل أسطوانات الآلة نفسها، مثلما يحدث في آلات الاحتراق الداخلي، يرفع كفاءة الآلة بشكل كبير.

يعتبر المهندس البلجيكي إتينيه لينو (١٨٢٢-١٩٠٠) أول من نجح في تصنيع آلة احتراق داخلي، وذلك عام ١٨٥٩. استخدمت الآلة غاز الفحم وقوداً وكان الغاز بعد خلطه مع الهواء يشفط إلى داخل أسطوانات الآلة من خلال حركة مكابسها.

عند بلوغ المكبس منتصف المسافة ما بين طرفي الأسطوانة تنبعث شرارة كهربائية فتشعل مزيج الغاز والهواء لينفجر ويدفع بالتالي المكبس إلى نهاية شوطه. وبعودة المكبس يشفط خليط الهواء والغاز من الناحية الأخرى من الأسطوانة لتتكرر العملية مجدداً.

 

وبذلك كانت آلة لينو آلة مزدوجة الفعل. بلغت قدرة الآلة حوالي حصان ميكانيكي واحد مع دورة عاملة بطيئة تبلغ ٢٠٠ دورة في الدقيقة ( د.ف.د.). ونظراً للاهتزاز الكبير للآلة خلال مرحلة عملها ضمت دولاب موازنة ثقيل.

سجل المهندس الفرنسي ألفونس بيو دي روتشا (١٨١٥-٩٣) عام ١٨٦٢ براءة اختراع آلة ذات مراحل، أو أشواط، أربعة. لكن روتشا نفسه لم يشيد الآلة، لذا وعند انتهاء صلاحية تسجيل الإختراع، إغتنم الفرصة المهندس العصامي العملي الألماني نيكولاس أووتو (١٨٣٢-٩١) والذي كان يصنع آلات تشبه آله لينو.

شيد أووتو عام ١٨٧٦ أولى آلته الأفقية ذات الأشواط ضمنها مخارج، أو ثقوباً، على سطح أسطواناتها لإدخال اللهب اللازم لإشعال مزيج الغاز والهواء. بلغت قدرة الآلة ثلاثة أحصنة ميكانيكية وبمعدل ١٨٠ دورة في الدقيقة. ولفترة من الزمن عرفت الآلات ذات الآشواط الأربعة بدورة أووتو، والتي مايزال مبدؤها أساس تشغيل الآلات الحديثة.

 

استمر أووتو باستخدام غاز الفحم وقوداً. وفي عام ١٨٦٧ إبتكر المهندس النمساوي سيغفرايــــد ماركوس (١٨٣١-٩٨) المُكَربن (كاربريتور) الذي يقوم بتبخير الغازولين السائل ويمزجة مع الهواء. في عام ١٨٨٥ إبتكر كلٌ من المهندسين الألمانيين كارل بنز (١٨٤٤-١٩٢٩) وغوتليب دايملر (١٨٣٤-١٩٠٠)، وبشكلٍ مستقلٍ عن بعضهما، إبتكرا أول آلة احتراق داخلي وقودها الغازولين.

ومما يجدر ذكره أن الرجلين عملا من قبل مساعدين لأووتو. استخدمت الآلتان لتطوير محركات السيارات والدراجات النارية. بلغت سرعة دوران آلة دايملر ٩٠٠ دورة في الدقيقة واستخدمت أنبوباً متوهجاً من البلاتين لإشعال الوقود، كما تضمنت مكربناً من اختراع شريكه المهندس الألماني فلهلم ميباخ (١٨٤٦-١٩٢٩).

عُرف مكرين ميباخ بالمكرين السطحي نظراً لإنتاجه مزيج الغازولين والهواء من خلال دفع تيار هوائي على امتداد سطح الغازولين. أما آلة بنز فكانت أقل في سرعتها الدورانية (٢٥٠ د.ف.د.) منتجة قدرة تقل عن حصان ميكانيكي واحد، لكن السيارة التي استخدمت الآلة لتشغيلها احتوت مواصفات حديثة، بما في ذلك ملف إشعال يستمد طاقته من بطارية وموزع (مفتاح كهربائي دوار متصل بالآلة).

 

بدأ تحليل المبادئ العلمية لعمل الآلات في نهايات القرن التاسع عشر – تطبيقات الديناميكا الحرارية. ومن بين نتائج هذه الدراسات عدم الحاجة إلى شمعة إشعال في حالة وجود مزيج غازي هوائي مناسب تحت ضغط عالٍ ودرجة حرارة مرتفعة مناسبتين.

وأول من وضع المبدأ موضع التطبيق هو المهندس الإنجليزي هيربرت ستيوارت (١٨٦٤-١٩٢٧) الذي سجل عام ١٨٩٠ براءة اختراع أول آلة من الآلات التي تسمى رسمياً آلات الإشتعال الضغطي.

كما قام المبتكر الألماني رودولف ديزل (١٨٥٨-١٩١٣) بعد سنتين بتسجيل اختراع آلة شبيهة عرضها عام ١٨٩٧. ومنذ ذلك الحين عُرفت آلات الإشتعال الضغطي عالمياً بآلات ديزل.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]