فهم المحرك وأنواعه
المحرك، أو كما يُعرف بالإنجليزية (motor)، هو جهاز يتيح تحويل مصادر الطاقة الطبيعية أو الصناعية إلى حركة ميكانيكية، سواء كانت دوراناً أو حركة خطية أو أي شكل آخر من الحركة الميكانيكية المفيدة للإنسان. وتجدر الإشارة إلى أن كل نوع من المحركات يتميز بطريقة التشغيل الخاصة به، ويتم تصنيفها وفقاً لمصدر الطاقة المستخدم. من بين الأنواع الأكثر شيوعاً نجد المحركات الكهربائية، ومحركات الاحتراق الداخلي، والمحركات البخارية.
محرك الاحتراق الداخلي
يعتمد محرك الاحتراق الداخلي (بالإنجليزية: Internal Combustion Engine) على عملية احتراق الوقود داخل غرفة محددة تُسمى غرفة الاحتراق، مما ينتج عنه طاقة حركية. ويُستخدم هذا النوع من المحركات بشكل واسع في حياتنا اليومية، كمحركات السيارات التي تعمل بالبنزين أو الديزل، وكذلك محركات الطائرات العمودية والمزيد.
المكونات الثابتة لمحرك الاحتراق الداخلي
يتكون محرك الاحتراق الداخلي من عدة مكونات ثابتة أساسية، وهي:
- كتلة الأسطوانة: (بالإنجليزية: Cylinder block) تُعتبر العنصر الأساسي للمحرك، حيث تُحرق الوقود داخلها، وتتحكم في ضغط العادم الناتج، وهي مصنوعة من الحديد الزهر العالي الجودة لتتحمل الضغوط والحرارات العالية.
- غطاء رأس الأسطوانة: يعمل على إغلاق كتلة الأسطوانة ومنع دخول أو خروج الغازات.
- الولاعة: (بالإنجليزية: Spark plug) تُستخدم لخلق شرارة داخل غرفة الاحتراق، لبدء عملية احتراق الوقود مع الهواء المضغوط.
- علبة المرفق: (بالإنجليزية: Crankcase) تُعتبر الهيكل الرئيسي للمحرك، حيث تُركب فيه الأسطوانة والعمود المرفقي والمكبس، كما تحتوي أيضاً على زيت المحرك لتبريده.
- حاقن الوقود: (بالإنجليزية: Injector) يُعتبر العنصر المسؤول عن رش الوقود في غرفة الاحتراق تحت ضغط عالٍ جداً، مما يسهم في خلط الوقود مع الهواء بكفاءة.
المكونات المتحركة لمحرك الاحتراق الداخلي
تشمل الأجزاء المتحركة لمحرك الاحتراق الداخلي العناصر التي تتحرك خلال عملية تشغيل المحرك، ومن بينها:
- المكبس: (بالإنجليزية: Piston) يُثبت داخل الأسطوانة لكي ينزلق بسهولة وينقل الطاقة من خلال قضيب التوصيل. يُصنع المكبس عادة من سبائك الألومنيوم أو الحديد الزهر.
- قضيب التوصيل: يعمل على ربط المكبس بالعمود المرفقي، حيث ينقل الطاقة ويحوّل الحركة الترددية للمكبس إلى حركة دورانية. يُصنع من فولاذ النيكل والكروم.
- العمود المرفق: (بالإنجليزية: Crankshaft) يستقبل الحركة من قضيب التوصيل ويحوّلها إلى حركة دورانية، ويعتمد تصميمه على عدد الأسطوانات.
- الصمامات: تُستخدم صمامين لكل أسطوانة، الأول للتحكم بدخول الوقود والهواء، والثاني للتحكم بخروج الغازات الناتجة عن الاحتراق.
- محامل المحرك: ترتبط بين الأجزاء المتحركة لتقليل الاحتكاك بينها.
المحرك البخاري
يعتبر المحرك البخاري (بالإنجليزية: Steam Engine) من المحركات التي تعمل باستخدام البخار كمصدر رئيسي. فهو يتكون عادة من مكبس يتحرك داخل أسطوانة بفعل الضغط الناتج عن البخار. يُعتبر إحدى فئات محركات الاحتراق الخارجي، حيث يتم تسخين الماء في غرفة منفصلة حتى يتحول إلى بخار عبر حرق الوقود أو مصدر آخر للطاقة، ثم يُنقل البخار المضغوط إلى غرفة المحرك لإنتاج طاقة ميكانيكية.
أجزاء المحرك البخاري
تشمل مكونات المحرك البخاري:
- الإطار: (بالإنجليزية: Frame) هو القاعدة الأساسية التي تُثبت عليها جميع الأجزاء الثابتة والمتنقلة للمحرك.
- الأسطوانة: (بالإنجليزية: Cylinder) هي وعاء مجوف يُصنع عادة من الحديد الزهر حيث يتحرك المكبس بفعل ضغط البخار.
- صندوق البخار: يُغذي الأسطوانة بالبخار عبر صمامات منزلقة.
- صندوق الحشوة: يمنع تسرب البخار من المكبس.
- حبل التوصيل: يُحوّل الحركة الترددية للمكبس إلى حركة دوارة.
- العمود المرفق: مصنوع من الفولاذ اللين، ويستقبل الحركة الدورانية من حبل التوصيل.
المحرك الكهربائي
المحرك الكهربائي (بالإنجليزية: Electric motor) يعد من المحركات الكهروميكانيكية، إذ يقوم بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية، ويعتمد على تفاعل المجالات المغناطيسية والكهربائية لإنتاج حركة دورانية.
أجزاء المحرك الكهربائي
يتكون المحرك الكهربائي من مجموعة من الأجزاء الرئيسية:
- الجزء الثابت: (بالإنجليزية: Stator) يتكون من مغناطيس دائم وشريحة معدنية رقيقة لتقليل الفاقد في الطاقة.
- الجزء الدوار: (بالإنجليزية: Rotor) هو الجزء المتحرك ويتصل بعمود الدوران، حيث يقوم بتوليد الطاقة.
- فجوة هوائية: (بالإنجليزية: Air Gap) هي المسافة المحددة بين الدوار والجزء الثابت لضمان كفاءة الإنتاج.
- اللفات: (بالإنجليزية: Windings) هي أسلاك رفيعة ملفوفة حول الجزء الثابت لإنتاج القطبين المغناطيسيين.
- عاكس التيار: (بالإنجليزية: Commutator) يُستخدم للتحكم في نوع التيار الداخل للمحرك، سواء كان تياراً متردداً أو مستمراً.