ما هي الأشواط الأربعة لمحرك رباعي الأشواط؟

ما هي الأشواط الأربعة لمحرك رباعي الأشواط؟

محرك دورة رباعية الأشواط هو محرك احتراق داخلي يستخدم أربع أشواط مختلفة للمكبس (السحب، والضغط، والاحتراق، والعادم) لإكمال دورة عمل واحدة. يُكمل المكبس شوطين كاملين داخل الأسطوانة لإتمام دورة العمل. تتطلب دورة العمل الواحدة دوران عمود المرفق مرتين، أي 720 درجة.

تُعد محركات الدورة الرباعية الأشواط النوع الأكثر شيوعًا من محرك صغيرs. يكمل محرك رباعي الأشواط خمسة أشواط في دورة عمل واحدة، بما في ذلك شوط السحب، وشوط الضغط، وشوط الاشتعال، وشوط القدرة، وشوط العادم.

ضربة الشهيق

يشير حدث السحب إلى اللحظة التي يُضخ فيها خليط الهواء والوقود لملء غرفة الاحتراق. يحدث حدث السحب عندما يتحرك المكبس من النقطة الميتة العليا إلى النقطة الميتة السفلى، ويفتح صمام السحب. تُولّد حركة المكبس نحو النقطة الميتة السفلى ضغطًا منخفضًا داخل الأسطوانة. يدفع الضغط الجوي المحيط خليط الهواء والوقود إلى داخل الأسطوانة عبر صمام السحب المفتوح لملء منطقة الضغط المنخفض الناتجة عن حركة المكبس. تستمر الأسطوانة في الامتلاء قليلًا بعد النقطة الميتة السفلى، حيث يستمر خليط الهواء والوقود في التدفق بفعل قصوره الذاتي، ويبدأ المكبس في تغيير اتجاهه. بعد النقطة الميتة السفلى، يبقى صمام السحب مفتوحًا لبضع درجات من دوران عمود المرفق، وذلك حسب تصميم المحرك. ثم يُغلق صمام السحب، ويُحكم إغلاق خليط الهواء والوقود داخل الأسطوانة.

شوط الضغط: شوط الضغط هو الوقت الذي يُضغط فيه خليط الهواء والوقود المحصور داخل الأسطوانة. تُغلق غرفة الاحتراق بإحكام لتكوين شحنة. الشحنة هي حجم خليط الهواء والوقود المضغوط داخل غرفة الاحتراق، وهو جاهز للاشتعال. يؤدي ضغط خليط الهواء والوقود إلى إطلاق المزيد من الطاقة أثناء الاشتعال. يجب إغلاق صمامات السحب والعادم لضمان إحكام إغلاق الأسطوانة وتوفير الضغط. الضغط هو عملية تقليل أو ضغط الشحنة في غرفة الاحتراق من حجم كبير إلى حجم أصغر. يساعد دولاب الموازنة في الحفاظ على الزخم اللازم لضغط الشحنة.

عندما يضغط مكبس المحرك على خليط الوقود والهواء، ينتج عن زيادة قوة الضغط الناتجة عن الشغل المبذول من المكبس توليد حرارة. ويؤدي ضغط وتسخين بخار الوقود والهواء في الخليط إلى ارتفاع درجة حرارته وزيادة تبخر الوقود. ويحدث ارتفاع درجة حرارة الخليط بشكل متساوٍ في جميع أنحاء غرفة الاحتراق، مما يُسرّع عملية الاحتراق (أكسدة الوقود) بعد الاشتعال.

يزداد تبخر الوقود عندما تتبخر قطرات الوقود الصغيرة بشكل كامل نتيجة للحرارة المتولدة. وتسمح زيادة مساحة سطح القطرات المعرضة للهب باحتراق أكثر اكتمالاً للشحنة في غرفة الاحتراق. ويشتعل بخار البنزين فقط. وتؤدي زيادة مساحة سطح القطرات إلى إطلاق البنزين المزيد من البخار بدلاً من بقائه سائلاً.

كلما زاد ضغط جزيئات البخار المشحونة، زادت الطاقة المكتسبة من عملية الاحتراق. الطاقة اللازمة لضغط الشحنة أقل بكثير من الطاقة الناتجة عن الاحتراق. على سبيل المثال، في محرك صغير نموذجي، الطاقة اللازمة لضغط الشحنة لا تتجاوز ربع الطاقة الناتجة عن الاحتراق.

نسبة انضغاط المحرك هي مقارنة حجم غرفة الاحتراق عندما يكون المكبس في أدنى نقطة ميتة بحجمها عندما يكون المكبس في أعلى نقطة ميتة. هذه المساحة، بالإضافة إلى تصميم غرفة الاحتراق وشكلها، تحدد نسبة الانضغاط. محرك بنزينتتراوح نسبة انضغاط المحركات عادةً بين 6:1 و10:1. كلما ارتفعت نسبة الانضغاط، زادت كفاءة المحرك في استهلاك الوقود. عادةً ما تؤدي نسبة الانضغاط المرتفعة إلى زيادة ملحوظة في ضغط الاحتراق، أو القوة المؤثرة على المكبس. مع ذلك، تزيد نسبة الانضغاط المرتفعة من الجهد المطلوب من المشغل لبدء تشغيل المحرك. تحتوي بعض المحركات الصغيرة على أنظمة لتخفيف الضغط أثناء شوط الانضغاط لتقليل الجهد المطلوب من المشغل عند بدء تشغيل المحرك.

حدث الاشتعال (الاحتراق) هو عملية كيميائية سريعة الأكسدة تحدث عندما تشتعل شحنة ما وتتأكسد بسرعة عبر تفاعل كيميائي، مما يؤدي إلى إطلاق طاقة حرارية. الاحتراق هو تفاعل كيميائي مؤكسد سريع، حيث يتحد الوقود كيميائيًا مع أكسجين الهواء الجوي، ويطلق طاقة على شكل حرارة.

يتطلب الاحتراق السليم فترة زمنية قصيرة ومحدودة ينتشر خلالها اللهب في جميع أنحاء غرفة الاحتراق. تبدأ شرارة شمعة الإشعال عملية الاحتراق عندما يدور عمود المرفق حوالي 20 درجة قبل النقطة الميتة العليا. يستهلك اللهب المتقدم الأكسجين الجوي وبخار الوقود. يمثل اللهب الحاجز الفاصل بين الشحنة ونواتج الاحتراق. ويستمر اللهب في المرور عبر غرفة الاحتراق حتى يتم احتراق الشحنة بالكامل.

ضربة قوية

شوط القدرة هو شوط تشغيل المحرك الذي تدفع فيه الغازات الساخنة المتمددة رأس المكبس بعيدًا عن رأس الأسطوانة. تنتقل قوة المكبس وحركته اللاحقة عبر ذراع التوصيل لتطبيق عزم الدوران على عمود المرفق. يبدأ عزم الدوران المطبق دوران عمود المرفق. يتحدد مقدار عزم الدوران الناتج بضغط المكبس وحجمه وشوط المحرك. خلال شوط القدرة، يكون كلا الصمامين مغلقين.

شوط العادم: يحدث شوط العادم عندما تُطرد غازات العادم من غرفة الاحتراق وتُطلق في الغلاف الجوي. شوط العادم هو الشوط الأخير، ويحدث عند فتح صمام العادم وإغلاق صمام السحب. حركة المكبس هي التي تدفع غازات العادم إلى الغلاف الجوي.

عندما يصل المكبس إلى أدنى نقطة ميتة خلال شوط القدرة، يكتمل الاحتراق وتمتلئ الأسطوانة بغازات العادم. يُفتح صمام العادم، وتدفع قوة القصور الذاتي لعجلة الموازنة والأجزاء المتحركة الأخرى المكبس إلى أعلى نقطة ميتة، مما يجبر غازات العادم على الخروج عبر صمام العادم المفتوح. في نهاية شوط العادم، يكون المكبس عند أعلى نقطة ميتة، وبذلك تكتمل دورة التشغيل.