محرك أوتو أو محرك بنزين هومصطلح يستعمل للدلالة على محرك الاحتراق الداخلي الذي يتم فيه إشعال خليط الوقود والهواء بواسطة شرارة. يختلف هذا المحرك عن محرك الديزل الذي تتم عملية الإشعال فيه نتيجة للضغط. قد يحدث المحرك ذومشواران (شوطان) أوذوأربعة مشاوير (أشواط).

تعريف

نوع من المحركات يستخدم البنزين وقودًا. ويتم في داخل المحرك احتراق الوقود المخلوط بالهواء. وينتج عن الاحتراق غازات ساخنة تتمدد، ضد أجزاء من المحرك وتسبب تحركها. ولهذا السبب سُميت محركات البنزين محركات الاحتراق الداخلي. وتحول الحركة داخل هذا المحرك إلى خارجه لإدارة العجلات والمراوح أولتشغيل الآلات، وبهذه الطَّريقة يحول محرك البنزين الطاقة الحرارية إلى عمل ميكانيكي. ويقاس معدل إنتاج الشغل في وحدة إنتاجية العمل من محرك البنزين بالقدرة الحصانية أوالواط.

ومحركات البنزين صغيرة الحجم وخفيفة الوزن بالنسبة للقدرة المنتجة. ولهذا السبب فإنَّ هذه المحركات من أبرز المحركات بالنسبة للسَّيارات. فجميع السَّيارات تقريباً وآلات قَطْع الحشائش، والدراجات البخارية، والزلاجات الثلجية، والجرارات الصغيرة، جميع هذه تعمل بمحرك البنزين، وكذلك الشاحنات، والحافلات، والطائرات، والقوارب الصغيرة. ويستخدم محرك البنزين أحياناً بوصفه مصدراً متنقلاً للقدرة، على سبيل المثال، لتوفير القدرة اللازمة لتشغيل المضخات والآلات الأخرى في المزارع.

أجزاء محرك البنزين الترددي

كتلة الأسطوانات

هيكل ثابت يُمسك الأسطوانات في مكانها السليم، وإذا كان المحرك يبرد بالسائل فالمجموعة تكون مغلقة لكي يحيط السائل بالكتلة، أوهناك مداخل للسائل حول جميع أسطوانة. وفي محركات السيارات تشكل كتلة الأسطوانات وحوض المحرك وحدةً واحدة.ً وتُصنع كتلة الأسطوانات عادة من الألومنيوم أوالحديد الزهر.

الأسطوانات

أنابيب ثابتة تستخدم محملاً للمكابس التي تتحرك إلى أعلى وإلى أسفل داخل الأسطوانات. وتكون الجدران الداخلية لهذه الأسطوانات مصقولة جداً، وهذا يساعد على إحكام القفل بين المكبس والأسطوانة لمنع الغازات من التسرب بينهما. وفي بعض المحركات غطاء أسطوانى مصنوع من فولاذ مقوى خاص أومن الحديد الزهر، وهذا الغطاء مضغوط على كتلة الأسطوانات.

رأس الأسطوانة

نطقب صب مثبت في أعلى كتلة الأسطوانات وتتكون غرفة الاحتراق من رأس الأسطوانة والجزء العلوي من الأسطوانة وقمة المكبس. ويتمُّ حرق خليط الوقود والهواء في هذه الغرفة، ومن الممكن حتى تكون الأسطوانة ورأسها بترة واحدة.

علبة المرافق

هيكل ثابت يحمل العمود المرفقي وحاملاته. وفي المحركات الصغيرةقد يكون جزء من علبة المرافق أوكلها جزءاً من كتلة الأسطوانة.

المكابس وقضبان التوصيل

عندما يحترق خليط الوقود والهواء تكون الغازات المتمددة قوة ضاغطة على المكبس. وتوصل قضبان التوصيل هذه القوة إلى العمود المرفقي، والمكبس. وللمكبس 2-6 حلقات تمنع تسرب الغازات وحفظ زيت التزليق من الدخول إلى غرفة الاحتراق.

عمود المرفق

يغير حركة المكبس الترددية إلى حركة دورانية، وله عدد من أذرعة التدوير أوالمرافق. وهذه المرافق يقوم بعضها على بعض بزوايا معينة. فمثلاً في المحرك ذي الأسطوانات الست المتتاليات، وفي المحرك ذي الدورة الرباعية الأشواط تقع أذرعةُ التَّدوير على زاوية مقدارها 120°، ونتيجة لذلك، فإن المحرك ينتج ثلاثة أشواط قوى متساوية في جميع دورة من دورات العمود المرفقي، وذلك لضمان عملية منتظمة.

الحذافة

تخزن القدرة خلال شوط القدرة في المكبس وتطلق هذه القدرة خلال الأشواط الأخرى، وهذا يساعد في دوران العمود المرفقي بسرعة ثابتة.

الصمامات

في المحرك ذي الدورة رباعية الأشواطقد يكون لكل أسطوانة صمام أوصمامان لإدخال خليط الوقود والهواء إلى خزانة الاحتراق، وصمام أوصمامان لإخراج الغازات المحترقة. هذه الصمامات تسمى الصمامات القفّازة لأنها تقفز إلى أعلى وإلى أسفل عند الفتح والإغلاق. وتسمى الفتحة في أعلى الأسطوانة غير المغطاة بالصمام المنفذ. ففي الكثير من المحركات ذات الدورة ثنائية الأشواط، تحل حركة المكبس محل صمامات مختلفة، وحدثا تحرك المكبس فإنه يغطي ويكشف المنفذ.

عمود الحدبات

هوالذي يفتح ويغلق الصمامات في الوقت المناسب في أثناء دورة المحرك. ويساوي طوله طول المحرك وفيه حَدَبة عند جميع صمام إدخال أوإخراج. وفي المحرك، الذي تتكون دورته من أربعة أشواط فإن عمود إدارة الكاماتقد يكون مُعَشَّقًا خلال تروس العمود المرفقي لكي يدور بنصف سرعة العمود المرفقي. ومن الممكن حتى يوجد عمود الحدبات في رأس صمام المحرك المتدلي أوفي علبة المرافق.

نظام الوقود

يشتمل على: 1- خزان الوقود 2- خطوط نقل الوقود إلى الكاربريتر 3- كاربريتر لخلط البنزين والهواء 4- مشعب إدخال (مشعب سحب) لتوزيع خليط الوقود والهواء إلى الأسطوانات. وكذلك يشتمل نظام الوقود على مرشح لتنظيف الوقود من الشوائب، ومنقي هواء لإزاحة الأوساخ العالقة بالهواء، لأن هذا الهواء سيختلط بالوقود. وأحياناً يشتمل النظام على منظم ليحد من سرعة المحرك. وتعمل بعض محركات البنزين بنظام حَقْن الوقود بدلاً من نظام الكاربريتر. والتحكم في توزيع خليط الوقود والهواء في نظام الحقن أفضل منه في نظام الكاربريتر، ومن الممكن حتى يوفر نظام الحقن الوقود ويقلل الغازات المرسلة إلى العادم.

نظام العادم

يتكون من جزء أوأكثر، وقد يشتمل على: 1- مشعب العادم؛ لتجميع الغازات المحروقة من الأسطوانات 2- أنبوب العادم، لحمل الغازات المحروقة 3- خافض صوت، لخفض صوت غازات العادم.

نظام الإشعال

هوالدائرة الكهربائية الضرورية لإشعال خليط الوقود والهواء أوإحراقه في الأسطوانات المتنوعة في أوقات مختلفة. وفي السيارة تنتج البطارية التيار الكهربائي الذى يزاد جهده الكهربائي عن طريق ملف حثّ. ويحمل تيار الجهد العالي عن طريق موزِّع يوزع الكهرباء لكل أسطوانة عند لحظة وصول المكبس إلى أعلى شوط الانضغاط. هناك يقفز التيار الكهربائي، خلال فجوة فراغ بين طرفي التوصيل. ويشعل خليط البنزين والهواء. ويكون طرفا التوصيل محفوظين داخل مادة عازلة تسمى قابس (شمعة) الإشعال.وبعض السيارات فيها نظام إشعال إلكتروني. ويستخدم هذا النظام أجزاء إلكترونية كالمكثف والترانزستور لإنتاج جهد الإشعال الإلكتروني وللتحكم فيه. وتوصل أنظمة الاشتعال الإلكتروني الكهرباء إلى جميع أسطوانة إما مباشرة أوعن طريق موزع. وتحتاج الأنظمة الإلكترونية إلى عناية أقل من الأجهزة العادية، كما تحسن من أداء المحرك.

أما في محرك الطائرة فيمكن إنتاج تيار كهربائي عالي الجهد من مغنيط وإيصاله إلى قوابس الإشعال، والمغنيط لايحتاج إلى بطارية لكي يعمل. نظام التزييت. يكوِّن غشاء زيتيًا عازلاً بين الأجزاء المتحركة من المحرك لمنع التآكل الناتج من الاحتكاك، ولحفظ المحرك بارداً. والنوعان الرئيسيان من أنواع أنظمة التزييت للمحرك ذي الدورة رباعية الأشواط هما: الحوض الرطب والحوض الجاف. وفي المحرك ذي الحوض الرطب،قد يكون الزيت موجوداً بداخل المحرك في أسفل علبة المرافق. أما في المحرك ذي الحوض الجاف، فإن الزيتقد يكون موجوداً في خزان زيت مستقل.

وبعض المحركات ذوات الدورة الثنائية الأشواط، مثل تلك المستخدمة في آلات تشذيب الحشائش، والدراجات النارية، والقوارب، ليس لديها نظام تزييت مستقل. فمستخدموهذه المحركات يخلطون قليلاً من زيت التزييت بالبنزين. أما المحركات ذوات الدورة الثنائية الأشواط الثقيلة فلديها أنظمة تزييت تشابه الأنظمة الموجودة في المحركات ذوات الدورة الرباعية الأشواط.

أنواع محركات البنزين

هناك نوعان رئيسيان لمحركات البنزين: محركات تردُّدية ومحركات دوَّارة. فالمحرك الترددي مكابس تتحرك جيئة وذهاباً، ويحول العمود المرفقي هذه الحركة الترددية إلى حركة دائرية. ويستخدم المحرك الدوّار ـ ويعهد كذلك بمحرك فانكل ـ نبائط دوارة بدلاً من المكابس، وتنتج هذه النبائط الدوارة حركة دوران مباشرة. وتتناول هذه الموضوعة المحركات الترددية، وهي النوع الشائع الاستخدام. وللحصول على معلومات عن المحركات الدوارة. تصنف محركات البنزين الترددية بعدة طرق منها: 1- عدد أشواط المكبس لكل دورة 2- نوع الانضغاط 3- كيفية تبريد المحرك 4- كيفية ترتيب الصمامات 5- كيفية ترتيب الأسطوانات 6- كيفية توصيل الهواء والوقود إلى المحرك.

الدورة

تعمل معظم محركات البنزين الترددية إما على شوطين أوأربعة أشواط في الدورة الواحدة. والدورة هي المراحل التي تعاد لكل عملية احتراق لخليط الهواء والوقود في الأسطوانة. والشَّوط هوحركة المكابس إلى أعلى وإلى أسفل أوحركته جيئة وذهاباً. ويكون عند المحرك ذي الدورة رباعية الأشواط شوط إدخال، وشوط ضغط، وشوط قدرة، وشوط إفراغ. أما محرك الدورة ثنائية الأشواط، فيجمع بين شوطي الإفراغ والإدخال عند إتمام شوط القدرة. وبالرغم من حتى المحرك ذا الدورة ثنائية الأشواط أقل فعالية في مردود استهلاك الوقود من المحرك ذي الدورة رباعية الأشواط، إلا أنه أقل تعقيداً وأرخص تصنيعا. ويستخدم المحرك ذوالدورة ثنائية الأشواط عندما تكون تكلفة التصنيع مهمة كما في آلات تشذيب الحشائش. فهي تنتج قدرة أكبر للوزن والحجم نفسيهما من المحرك ذي الدورة الرباعية الأشواط، فكل أسطوانة في المحرك ذي الدورة ثنائية الأشواط تنتج شوط قدرة لكل دورة من دورات العمود المرفقي، ولكن الأسطوانة في المحرك ذي الدورة رباعية الأشواط تنتج شوط قدرة لكل دورتين.

الانضغاط العالى والمنخفض

عندما يتحرك المكبس من أسفل الأسطوانة إلى أعلاها، فإنه يضغط خليط الهواء والبنزين. ونسبة الانضغاط رقم يشير على مقدار انضغاط الخليط. فمن الممكن حتىقد يكون لدى المحرك ذي الانضغاط العالي نسبة انضغاط عشرة إلى واحد، أي حتى هذا المحرك يضغط الخليط إلى عُشر حجمه السابق، أما المحرك ذوالانضغاط المنخفض فيمكن حتىقد يكون لديه نسبة انضغاط ثمانية إلى واحد. وتحرق المحركات ذات الانضغاط العالي البنزين بفعالية أكثر من المحركات ذات الانضغاط المنخفض، ولكن بحاجة المحركات ذوات الانضغاط العالي إلى بنزين فيه نسبة مرتفعة من الأوكتان. وحتى بداية السبعينيات، كان مستوى الأوكتان في البنزين يعتمد على مقدار الرصاص المضاف، فحدثا زاد الرصاص زاد الأوكتان. وفي منتصف السبعينيات بدأ مصنعوالسيارات يزوّدون سياراتهم بأجهزة تسمى المحولات الحفازة تقلل من الملوثات في عادم السيارة. وقد وُجِد حتى الرصاص يعيق فعالية المحوِّل الحفَّاز، ولذا فإن السيارة ذات المحوِّل الحفَّاز تستخدم بنزيناً قليل الأوكتان، لأن البنزين ذا الأوكتان العالي وعديم الرصاص مكلف جداً. ونتيجة لذلك، اضطر مصنعوالسيارات إلى تقليل نسب انضغاط المحركات لكي تزيد من فعالية حرق هذه المحركات للوقود المنخفض الأوكتان وعديم الرصاص.

التبريد

تنتج عملية احتراق خليط الوقود مع الهواء في الأسطوانة غازات ساخنة تصل درجة حرارتها إلى 2500°م. لذلك يجب تبريد الأجزاء المعدنية من المحرك وإلا فستنصهر هذه الأجزاء. ومعظم محركات البنزين للسيارات تبرد بالسوائل. ويُستخدم الماء عادة في تبريد الأجزاء المعدنية، وذلك بتدوير الماء حول الأسطوانات. وبعد ذلك يضخ الماء الساخن إلى مشعاع (راديتر)، وهنالك مروحة يديرها محرك السيارة أوأي محرك كهربائي، ووظيفة هذه المروحة سحب هواء خلال المشعاع وذلك لتبريد الماء. ومعظم المحركات الترددية في الطائرات تُبَرَّد بالهواء، وذلك لتخفيف الوزن المحمول على ظهر الطائرة. ولكن الهواء أقل فعالية في التبريد من السوائل، لذلك توجد جنيحات تبريد معدنية على السطح الخارجى لأسطوانات الطائرات. وتوصل هذه الجنيحات الحرارة إلى خارج الأسطوانة، وتكون سطحاً كبيرًا كي يمر الهواء على هذا السطح وبذلك تزيد فعالية التبريد.

ترتيب الصمامات. أشهر ترتيب للصمامات ترتيبان:

1- ترتيب رأس الصمامات على شكل حرف (L).

2- ترتيب رأس الصمامات على شكل حرف (I).

تكون فتحات الإدخال والإخراج في النوع الأول جنباً إلى جنب في كتلة الأسطوانة. فصمامات الإدخال تدخل خليط الوقود والهواء إلى الأسطوانة، أما صمامات الإخراج فتخرج الغازات إلى العادم. وفي صمامات المحرك ذات الشكل (I) تكون فتحات الإدخال والإخراج جنباً إلى جنب في رأس الأسطوانة (أي في الغطاء العلوي للأسطوانة). وفى بعض السيارات تكون لكل أسطوانة أربعة صمامات: اثنان للإدخال، واثنان للإخراج.

ترتيب الأسطوانات

تصنف المحركات حسب عدد الأسطوانات وترتيبها. ومن الأنواع المشهورة المتتابع، وشكل الرقم 7، ونصف القطري، والأفقي المتعاكس. ففي المحركات نصف القطرية عدد فردي من الأسطوانات كثلاث، أوخمس، أوسبع، أوتسع. أما معظم المحركات الأخرى فلديها عدد زوجي من الأسطوانات كأربع، أوست، أوثمان، أواثنتي عشرة.

الوقود والهواء

ونظرًا لأن الاحتراق يعتمد على جميع من الهواء والوقود، فقدرة المحرك محدودة بكمية الهواء، التي تصل إلى الأسطوانات ولزيادة القدرة فإن المحرك إما حتىقد يكون زائد الشحن أوذا شحن توربيني. فالمحرك الزائد الشحن مضخة تدار بمحرك، والمحرك ذوالشحن التوربيني هومضخة تدار بعادم. وكلتا المضختين تدفع الكثير من الهواء إلى داخل الأسطوانات، وبذلك تزيد قدرة المحرك، ويزن الهواء المطلوب لحرق وحدة واحدة من البنزين حوالي 15 ضِعْف وزن البنزين.يُرسل الوقود إلى الأسطوانات إما عن طريق الكاربريتر (المكربن) أوعن طريق نظام حقن. لذلك يمكن تصنيف المحركات الترددية إلى محركات مُكربنة أومحركات ذات وقود محقون.

أشواط المحرك

الشوط الأول: مشوار السحب

حيث يتحرك المكبس من الأعلى(النقطة الميتة العليا) إلى الأسفل(النقطة الميتة السفلى)،فتحدث خلخلة (انخفاض في الضغط) فتحد, ويكون صمام السحب مفتوحاً حيث يسمح بدخول الخليط المكون من الوقود والهواء بينماقد يكون صمام العادم مغلقا, إلى غرفة الإحتراق, - وهناك اختلاف في طرق التي يتم فيها تكوين الخليط, وأما الطريقة الحديثة ففيها يقوم المكبس بسحب الهواء فقط من النطاق الخارجي ماراً بمنقيات ومصافي ( فلاتر ) بينما تقوم البخاخات بنثر الهواء بشكل جزيئات في انبوب السحب, وبذلك يتكون الخليط.

وينتهي شوط السحب بوصول المكبس إلى النقطة الميتة السفلى, أي نهاية الشوط الذي يتحرك المكبس فيه ضمن الاسطوانة.

الشوط الثاني: شوط الضغط

وبهذا المشوار, يتحرك المكبس من النقطة الميتة السفلى ( التي كان قد وصلها في نهاية شوط السحب ) إلى النقطة الميتة العليا, وهي أعلى نقطة ممكن حتى يصلها المكبس ضمن الاسطوانة, ضاغطا بذلك الخليط ورافعاً درجة حراراته نتيجة الضغط, مع الملاحظة بأن الصبابان في حالة الضغطقد يكونا مغلقين.

وفي نهاية شوط الضغط أي عند وصول المكبس إلى النقطة الميتة العليا, تنطلق الشرارة من شمعة الاشعال, المبينة صورتها بين الصبابين. ليبداً بذلك شوط القدرة.

الشوط الثالث: شوط القدرة

عند وصول المكبس إلى النقطة الميتة العليا تقوم شمعة الاشعال بإرسال الشرارة, بتوقيت وقوة معينتين مفجرة بذلك الخليط المكون من البترول والهواء, والذي قد ضغط وحملت درجة حرارته نتيجة لحركة المكبس في مشوار الضغط كما أسلفنا سابقا. ونتيجة للضغط وتوفر العوامل التالية ( هواء + بترول + ضغط وفي النهاية شرارة ) فيحدث الاشعال الذي ينتقل بسرعة بين جزيئات الخليط مولداً قوة ضغط كبيرة مؤثرة على سطح المكبس فتقوم بدفعه إلى الأسفل أي من النقطة الميتة العليا إلى النقطة الميتة السلفلى, وهذا الشوط يسمى بالشوط الفعال, أوشوط القدرة لأن المحرك يعتمد في عمله على القوة التي يولدها شوط القدرة,

الشوط الرابع: شوط العادم

يبدأ هذا الشوط بانتهاء شوط القدرة, حيث يرتفع المكبس من النقطة الميتة السفلى إلى النقطة الميتة العليا, مع فتح صباب العادم سامحاً بخروج العادم المتولد عن احتراق الخليط, طارحاً إياه إلى الهواء الخارجي.

وبذلك نكون قد اتتمنا عملة الاحتراق كاملة في المحرك.

ربما سيطرح السؤال نفسه: من أين اتت حركة المكابس في الأشواط الثلاثة غير شوط القدرة, والجواب هوحتى المحرك الذي قد أسلفت في شرحه هومن أربعة اسطوانات. أي انه دائماً تكون أحد المكابس في حالة قدرة والثلاثة الأخرى, في سحب وآخر في عادم وآخر في ضغط.

- وهذه الدورة تكون في المحركات رباعية الأشواط, وهناك محركات مزدوجة الأشواط سنقوم باستعراضها لاحقاً.

الأسس الترمودينامكية

الأسس الترموديناميكية في محركات الاحتراق الداخلي تنقسم ترتكز على ثلاث قيم حرارية متغيرة وهي: الحجم والضغط والحرارة. جميع من هذا المتغيرات لها تأثير على القيمتين الأخرىتين،وبهذا يتبع التأثير على الطاقة الحرارية المتوفرة في المحرك. بشكل عام، يمكن القول أنه عندما يصغر حجم الغاز المكبوس يزيد ضغطه، فترتفع حرارته. إذن يتم استخدام الطاقة الحرارية لتوليد طاقة حركية بأن يتم تغيير الحالة الطاقية للغاز الموجود في أنبوب المحرك، وذلك من خلال التحكم بالتغيرات التالية:

• الارتفاع أوالهبوط بحرارة الخليط
• الارتفاع أوالهبوط بحجم الخليط
• الارتفاع أوالهبوط بضغط هذا الخليط

من خلال الأشواط الأربعة الحاصلة، تحدث أربع تغيرات ترموديناميكية بعمل العمليات التالية:

عملية الضغط

المكبس يتحرك إلى فوق في حين حتى الصمامات مغلقة. وبهذا:

• ينخفض حجم الخليط المكبوس
• ترتفع حرارة الخليط
• ويزيد ضغطه

مما يجعل من الخليط، مادة قابلة للإنفجار. هنا يحصل النظام الحراري على ""الشغل"" الناتج عن الضغط.

عملية الإنفجار وزيادة الحرارة

• هنا تقوم شمعة الاشتعال بحرق الخليط المضغوط، مما يؤدي إلى انفجاره. وبهذا:
• يبقى الحجم ثابتا خلال لحظة الاشتعال، كون الانفجار يحصل بسرعة كبيرة تقرب المالانهاية.
• تزيد الحرارة بشكل مرتفع جدا. هنا يحصل النظام على الطاقة الحرارية التي ستتحول فيما بعد إلى طاقة حركية

عملية التمدد

هنا يندفع المكبس إلى الأسفل بعمل الانفجار، وبهذا:

• يرتفع حجم الغاز الناتج عن احتراق الخليط.
• يهبط الضغط مع فتح صمام العادم عند وصول المكبس إلى النقطة السفلى

هنا يحصل النظام الحراري على الشغل الناتج عن دفع الانفجار للمكبس إلى الأسفل.

عملية التخلّص الحراري

مع فتح صمام العادم:

• تنفذ الحرارة إلى الخارج
• يتم إخراج الغاز العادم من الأنبوب وبهذا يقل حجم الأنبوب وتنخفض حرارته.

محرك إحتراق داخلي ذوشوطين

يأتي اسم هذا النوع من المحركات لكون طريقة حركتها تتألف من مشوارين للمكبس لأجل إتمام الأشواط الأربعة مقارنة مع محركات الأوتوذوالأربع مشاوير حيث يتم جميع شوط بمشوار. ويسمى هذا النوع من المحركات أيضا بالمحرك بلا صمام، لعدم استخدام الصمامات فيه.

الميزات

• صغر الحجم لبساطة التصميم
• الوزن الخفيف بفضل الاستغناء عن الصمامات وتوابعها. هنا يقوم المكبس بتنظيم دخول وخروج الخليط.
• يحصل الاشتعال عند جميع مشوار للمكبس. مما يسرع حركة دوران المحرك.
• طريقة عمله تؤمن له مجالات استخدام أوسع حيث تكون الوضعية الأفقية أوالمائلة لازمة. (منشار كهربائي، دراجة نارية جبلية)
• كلفة تصنيع منخفضة.
• يتم مزج الزيت بمادة الاحتراق، مما يزيد من ازدياد نسبة الغازات السامة المنبعثة من المحرك.

تطبيقات لمحرك ذوشوطين

منشار كهربائي، دراجات نارية، سيارات صغيرة، سيارات سكارت، سكووتر..

تطوّر محرك البنزين

استخدمت محركات الاحتراق الداخلي القديمة الغازات بدلاً من البنزين وقودا. فقد قدم الكاهن سيسل بحثاً فهمياً أمام جمعية كمبردج الفلسفية في إنجلترا عام 1820م، يصف فيه تجاربه مع محرك يدار بانفجار خليط الهيدروجين والهواء. ويعتقد حتى ذلك المحرك هوأول محرك عمل بالغاز.

كذلك سجل مخترع إنجليزي آخر يسمى وليم بارنيت، في عام 1838م براءة اختراع محرك غاز يضغط خليط الوقود. وكان محرك بارنت ذا أسطوانة أحادية الحركة إلى أعلى وإلى أسفل، وتنشأ الانفجارات أولاً عند أعلى المكبس وثانياً عند أسفله.

وفي فرنسا بنى جان جوزيف إتيان لانوار عام 1860م أول محرك احتراق داخلي عملي، وكان يستخدم غاز إنارة الشوارع وقوداً. هذا المحرك الأحادي الأسطوانة كان مزودًا بنظام إشعال مركمي. ومع بداية عام 1865م كان هناك 400 من هذه المحركات تستخدم في مدينة باريس في أعمال الطباعة والخراطة ومضخات الماء. ولقد ركب لانوار واحدًا من محركات البنزين في سيارة زيت خام.

وفي عام 1862م صمم فرنسي آخر هوبودوروشا، على الورق فكرة المحرك ذي الأشواط الأربعة ولكنه لم ينفذ هذا التصميم. وبعد أربع سنوات قام الألمانيان نيكولاس أوغست أوتو، ويوجين لانجن، ببناء محرك غاز ناجح ذي أربعة أشواط.

وصمم جوتليب ديملر أول محرك بنزين ذي أربعة أشواط ناجح في عام 1885م. وهذا المصمم زميل للألمانيين أوتوولانجن. وفي نفس السَّنة قام الألماني كارل بنز بتصنيع محرك بنزين ناجح. وتشبه تلك المحركات القديمة إلى حد بعيد محركات البنزين التي تصنع في الوقت الحاضر. وللحصول على معلومات عن التطورات الأخيرة في محرك البنزين.

التحكم في تلوث الهواء

تُنْتُج محركات البنزين عناصر ملوثة للهواء. وقد حددت معظم الدول الصناعية النسب المسموح بها من الغازات المنطلقة من عادم السيارة. وللوصول إلى هذه النسب قام مصنعوالسيارات بالكثير من التعديلات على تصميم محركاتهم. فقد بدأوا هجريب المحول الحفاز في السيارات الجديدة للحد من إخراج الغازات الملوثة من العادم.

وفي السيارات الآن محرك يتم التحكم فيه إلكترونيًا. ويوجد بنظام التحكم هذا مجس أكسجيني عند نظام العادم. فعندما لاقد يكون أداء المحول الحفاز كما ينبغي، يرسل هذا المجس إشارة إلى معدات التحكم الإلكتروني في المحرك لكي تُعدل نسبة خلط البنزين بالهواء، وذلك لتحسين أداء المحول الحفاز. ومن الممكن مستقبلاً حتى تستخدم السيارات الهيدروجين وقوداً للحد من تلوث البيئة، لأن احتراق الهيدروجين ينتج بخار الماء عديم الضرر.

المصادر

• الموسوعة المعهدية الكاملة

أنظر أيضاً

• gasoline direct injection