تعريف المحرك وأنواعه
يُعرف المحرك (بالإنجليزية: motor) بأنه جهاز يقوم بتحويل مصادر الطاقة الطبيعية أو الصناعية إلى حركة ميكانيكية، قد تكون دورانية أو خطية أو أي نوع آخر من الحركة التي تفيد الإنسان. تتنوع طرق تشغيل المحركات، حيث يملك كل نوع ميزاته الخاصة، وتُصنف المحركات بناءً على مصدر الطاقة إلى فئات متعددة. ومن بين أشهر أنواع المحركات التي نستعملها بشكل يومي هي المحركات الكهربائية، ومحركات الاحتراق الداخلي، والمحركات البخارية.
محرك الاحتراق الداخلي
يعتمد محرك الاحتراق الداخلي (بالإنجليزية: Internal Combustion Engine) على مبدأ حرق الوقود داخل غرفة احتراق مخصصة لإنتاج الطاقة الحركية. ويُستخدم هذا النوع من المحركات على نطاق واسع في التطبيقات العملية، بما في ذلك محركات السيارات التي تعمل بالبنزين أو الديزل، ومحركات طائرات الهليكوبتر، ومحركات جزازات العشب.
المكونات الثابتة في محرك الاحتراق الداخلي
يتكون محرك الاحتراق الداخلي من مجموعة من المكونات الثابتة الأساسية، ومنها:
- كتلة الأسطوانة: (بالإنجليزية: Cylinder block) تُعرف بأنها العنصر الرئيسي في المحرك، حيث تُعتبر غرفة احتراق يتم فيها حرق الوقود، مع توجيه المكبس بهدف التحكم في ضغط العادم الناتج عن الاحتراق. تُصنع من الحديد الزهر بتقنية الصب لتكون من قطعة واحدة، نظراً لتحملها الضغوط ودرجات الحرارة العالية.
- غطاء رأس الأسطوانة: يعمل كغطاء قابل للإزالة لضمان إغلاق كتلة الأسطوانة ومنع تسرب الغازات.
- الولاعه: (بالإنجليزية: Spark plug) تقوم بإحداث شرارة داخل غرفة الاحتراق للبدء في عملية الاحتراق بين الوقود والهواء المضغوط.
- علبة المرفق: (بالإنجليزية: Crankcase) تشكل الهيكل الرئيسي للمحرك حيث تُثبت داخلها الأسطوانة والعمود المرفقي والمكبس، وتحتوي على زيت المحرك للتبريد.
- حاقن الوقود: (بالإنجليزية: Injector) هو المكون المسؤول عن رش الوقود في غرفة الاحتراق تحت ضغط عالٍ، مما يعزز خلط الوقود مع الهواء بشكل فعال.
المكونات المتحركة في محرك الاحتراق الداخلي
تشمل الأجزاء المتحركة في محرك الاحتراق الداخلي الأجزاء التي تتحرك أثناء تشغيله، وأهمها:
- المكبس: (بالإنجليزية: Piston) يرتبط داخل الأسطوانة ليتحرك بسلاسة لنقل الطاقة عبر قضيب التوصيل، ويجب أن يتم تصميمه ليكون خفيف الوزن وقويًا، لذا يُستخدم عادةً الألومنيوم أو الحديد الزهر لإنتاجه.
- قضيب التوصيل: يربط المكبس بالعمود المرفقي لنقل الطاقة، ويحول الحركة الترددية للمكبس إلى حركة دورانية. يصنع عادةً من الفولاذ مع إضافة النيكل والكروم وفاناديوم لتحقيق مقاومة عالية.
- العمود المرفق: (بالإنجليزية: Crankshaft) يستقبل الحركة من قضيب التوصيل ويحولها إلى حركة دورانية، ويعتمد تصميمه على عدد الأسطوانات وترتيبها.
- الصمامات: تُستخدم صمامين في كل أسطوانة؛ أحدهما للتحكم في دخول الوقود والهواء والآخر للتحكم في خروج الغازات الناتجة عن عملية الاحتراق.
- محامل المحرك: يتم استخدامها بين الأجزاء المتحركة لتقليل الاحتكاك بينها.
المحرك البخاري
يعتبر المحرك البخاري (بالإنجليزية: Steam Engine) من المحركات التي تعتمد بشكل رئيسي على البخار. يتكون عادة من مكبس يتحرك داخل أسطوانة بواسطة البخار، ويعتبر من محركات الاحتراق الخارجي التي تستخدم غرفة خارجية لتسخين الماء حتى يتحول إلى بخار بواسطة حرق الوقود أو أي مصدر طاقة آخر، بعدها ينقل البخار المضغوط إلى غرفة أخرى تحتوي على المحرك البخاري لإنتاج طاقة ميكانيكية.
أجزاء المحرك البخاري
تشمل مكونات المحرك البخاري:
- الإطار: (بالإنجليزية: Frame) يُعتبر القاعدة التي يتم تثبيت الأجزاء الثابتة والمتحركة للمحرك عليها.
- الأسطوانة: (بالإنجليزية: Cylinder) عبارة عن وعاء مجوف مصنوع من الحديد الزهر، حيث يتحرك المكبس بفعل البخار المضغوط.
- صندوق البخار: جزء من الأسطوانة يوفر للبخار عبر صمام منزلق.
- صندوق الحشوة: يمنع تسرب البخار من خلال المكبس.
- حبل توصيل: يقوم بتحويل الحركة الترددية للمكبس إلى حركة دورانية.
- العمود المرفق: مصنوع من الفولاذ الطري ويستقبل الحركة الدورانية من حبل التوصيل ويتحرك بدون قيود، مثبتًا على محامل خاصة في المحرك.
المحرك الكهربائي
يُعتبر المحرك الكهربائي (بالإنجليزية: Electric motor) من الآلات الكهروميكانيكية التي تقوم بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية، حيث يعتمد بشكل أساسي على تفاعل المجال المغناطيسي مع المجال الكهربائي لإنتاج حركة دورانية.
أجزاء المحرك الكهربائي
يتكون المحرك الكهربائي من عدة مكونات رئيسية:
- الجزء الثابت: (بالإنجليزية: Stator) يتضمن مغناطيس دائم وشرائح معدنية رقيقة تهدف إلى تقليل فقدان الطاقة.
- الجزء الدوار: (بالإنجليزية: Rotor) هو الجزء المتحرك في المحرك الكهربائي ويتصل بعمود الدوران المرتبط بالجزء الثابت عبر الموصلات التي تولد الطاقة وتغير اتجاه العمود حسب اتجاه التيار.
- فجوة هوائية: (بالإنجليزية: Air Gap) تُشكل المسافة بين الدوار والجزء الثابت لضمان إنتاج كمية مناسبة من الطاقة.
- اللفات: (بالإنجليزية: Windings) مجموعة من الأسلاك الرقيقة الملفوفة حول الجزء الثابت لضمان إنتاج قطبين مغناطيسين من أجل توليد الطاقة.
- عاكس التيار: (بالإنجليزية: Commutator) يعمل على التحكم في نوع التيار الداخل إلى المحرك، سواء كان تياراً متردداً أو مستمراً.