أكثر كفاءةً وصديق للبيئة: كيف يعمل محرك الاحتراق الداخلي؟

توفر محركات الاحتراق الداخلي قدرةً فائقةً على القيادة والمتانة؛ حيث تعتمد عليها أكثر من 250 مليون مركبة نقل على الطرق السريعة في الولايات المتحدة الأميركية وحدها، وإلى جانب البنزين أو الديزل؛ يمكنها أيضاً استخدام أنواع الوقود المتجددة أو البديلة؛ مثل الغاز الطبيعي أو البروبان أو الديزل الحيوي أو الإيثانول. ويمكن أيضاً دمجها مع مجموعات نقل الحركة الكهربائية الهجينة لزيادة الاقتصاد في استهلاك الوقود، أو الأنظمة الكهربائية الهجينة الموصولة بالكهرباء لتوسيع نطاق المركبات الكهربائية الهجينة؛ لكن كيف يعمل محرك الاحتراق الداخلي؟

مفهوم الاحتراق الداخلي

بينما يطلق الاحتراق الأساسي الطاقة من احتراق الوقود بمساعدة الهواء؛ تتم عملية الاحتراق بأكملها داخل المحرك في عملية الاحتراق الداخلي. بعد ذلك؛ يقوم المحرك بتسخير الطاقة الصادرة لتعمل. يوجد مكبس متحرك وأسطوانة ثابتة في محرك الاحتراق الداخلي، وعندما يتمدد غاز الاحتراق، فإنه يدفع المكبس، ونتيجةً لذلك، يبدأ العمود المرفقي في الدوران. في النهاية من خلال نظام تروس في مجموعة نقل الحركة؛ يتم قيادة محرك السيارة بواسطة الحركة التي تم إنشاؤها.

كيف يعمل محرك الاحتراق الداخلي؟

الاهتياج؛ المعروف أيضاً باسم الاحتراق، هو العملية الكيميائية الأساسية لإطلاق الطاقة من خليط الوقود والهواء. كيف يعمل محرك الاحتراق الداخلي على حدوث ذلك؟ يحدث اشتعال واحتراق الوقود داخل المحرك نفسه، ثم يقوم المحرك بتحويل الطاقة جزئياً من الاحتراق إلى العمل.

يتكون المحرك من أسطوانة ثابتة ومكبس متحرك؛ إذ تدفع غازات الاحتراق المتوسعة المكبس؛ والذي بدوره يقوم بتدوير العمود المرفقي. وفي النهاية من خلال نظام التروس في مجموعة نقل الحركة؛ تدير هذه الحركة عجلات السيارة.

هناك نوعان من محركات الاحتراق الداخلي قيد الإنتاج حالياً؛ محرك البنزين الذي يعمل بالشرارة، ومحرك الديزل الذي يعمل بالضغط. معظمها عبارة عن محركات دورة رباعية الأشواط؛ مما يعني أن هناك حاجة إلى أربعة أشواط للمكبس لإكمال دورة؛ إذ تتضمن الدورة أربع عمليات متميزة؛ وهي: السحب، والضغط، والاحتراق وإطلاق الطاقة، والنفث عبر العادم.

تختلف محركات البنزين التي تعمل بالشرارة ومحركات الديزل التي تعمل بالضغط في كيفية تزويد الوقود وإشعاله، ففي محرك الإشعال بالشرارة، يتم خلط الوقود بالهواء ثم إدخاله في الأسطوانة أثناء عملية السحب، وبعد أن يضغط المكبس على خليط الوقود والهواء، تشعله الشرارة مسببةً الاحتراق؛ إذ يؤدي تمدد غازات الاحتراق إلى دفع المكبس أثناء شوط إطلاق الطاقة.

أما في محرك الديزل، يتم إدخال الهواء فقط إلى المحرك ثم ضغطه، ثم تقوم محركات الديزل برش الوقود في الهواء المضغوط الساخن بمعدل مناسب ومُقاس؛ مما يؤدي إلى اشتعاله.

اقرأ أيضاً: كهربائياً كان أو تقليدياً: كيف يعمل محرك السيارة؟

تحسين محركات الاحتراق

على مدى الثلاثين عاماً الماضية، ساعد البحث والتطوير الشركات المصنعة على تقليل انبعاثات محركات الاحتراق الداخلية من الملوثات المعيارية؛ مثل أكاسيد النيتروجين «NOx» والجسيمات الدقيقة «PM» بأكثر من 99% للامتثال لمعايير انبعاثات وكالة حماية البيئة الأميركية.

كما أدت الأبحاث أيضاً إلى تحسينات في أداء محرك الاحتراق الداخلي من ناحية القوة الحصانية والوقت اللازم للانطلاق من سرعة 0 إلى 100 كيلومتر في الساعة؛ مما يساعد الشركات المصنّعة على الحفاظ على الاقتصاد في استهلاك الوقود أو زيادته.

الوقود المستخدَم في محرك الاحتراق الداخلي

عادةً ما يستخدم محرك الاحتراق الداخلي أنواعاً من الوقود الأحفوري مثل البترول والغاز الطبيعي، أما في فئة المنتجات البترولية، فيتم استخدام البنزين وزيت الوقود ووقود الديزل. علاوةً على ذلك؛ يوجد في هذه الأيام استخدام متزايد للوقود المتجدد مثل الديزل الحيوي والإيثانول الحيوي والميثانول، بينما يتم استخدام وقود الديزل الحيوي لمحركات الاشتعال بالضغط، يمكن استخدام الإيثانول الحيوي أو الميثانول لمحركات الشرارة، وفي بعض الأحيان؛ يُستخدم الهيدروجين أيضاً كوقود لمثل هذه المحركات.

فوائد وجود محرك احتراق داخلي في السيارة

يتميز محرك الاحتراق الداخلي ببعض المزايا؛ وهي كالتالي:

• يمكن تسخير الغاز الناتج للعمل بشكلٍ مباشر على توليد الحركة. على سبيل المثال؛ يمكن أن يعمل الغاز على المكابس أو الدوارات أو حتى المحرك بأكمله؛ مما يتيح له دفع السيارة.
• تُستخدم هذه المحركات في الغالب في النقل والحالات الأخرى التي تتطلب محركاً غير كهربائي.
• يوفر محرك الاحتراق الداخلي قدرةً عاليةً على القيادة بالإضافة إلى المتانة، مما يجعله خياراً ذكياً للسيارات.
• بالمقارنة مع توربينات الغاز، فإن محركات الاحتراق الداخلي أكثر كفاءة في سرعة الحمل الخالي من حيث استهلاك الوقود. علاوةً على ذلك، في حين أن توربينات الغاز قد أخرت الاستجابة للتغييرات المختلفة في متطلبات الطاقة، فإن محركات الاحتراق الداخلي تستجيب بسرعة.
• هذه المحركات قابلة للحمل بطبيعتها لأنها أكثر ملاءمةً للاستخدام في المركبات التي تعمل على الكهرباء.