هيكل المحرك The Engine Structure

​

هيكل المحرك The Engine Structure:

كتلة الأسطواناتThe Cylinder Block:

هي الموقع الرئيسي الذي يتم فيه استخلاص الطاقة الحرارية الكامنة بالوقود بهدف تحويلها لاحقاً إلى طاقة ميكانيكية على عمود المرفق وهي بالتالي الحيز المخصص لحدوث العمليات الترموديناميكية الرئيسية لدارة المحرك العاملة.

صنع كتلة الأسطوانات في الغالب على شكل وحدة من حديد الصب، وتؤمن في المحركات المبردة بالسوائل الهيكل الصلب الذي يتضمن أسطوانات المحرك والممرات اللازمة لماء التبريد وللزيت كما تشكل جزءاً داعماً لحامل عمود المرفق وعمود الكامات.

تستخدم محركات الديزل نوعين من الأسطوانات:

في النوع الأول تصنع فتحات في كتلة الأسطوانات بحيث تصبح الأسطوانات (الثقوب المصنوعة) وكتلة الأسطوانات قطعةً واحدةً.

في النوع الثاني تحشر جلبة (بطانة) liner فولاذية في كل فتحة مخصصة ضمن كتلة الأسطوانات لتشكيل الأسطوانات.

وفي كلا الطريقتين يجب أن تمتلك الأسطوانات المتانة اللازمة لتحمل الضغوط المرتفعة لغازات الاحتراق والعمل كدليل المكابس المحرك.

في المحركات التي تتضمن "بطانة" ثمة نوعان من البطانات جاف ورطب.

في النوع الجاف تحاور البطانة كتلة الأسطوانات ولا تتلامس مباشرة مع وسيط تبريد المحرك (الماء).

في النوع الرطب من البطانات يوجد تلامس مباشر بين البطانة وماء التبريد يبين الشكل التالي مثالاً على البطانة الرطبة، يطلق على الحيز الذي تصنعه البطانة أو الأسطوانة "حجرة الاحتراق" Combustion Chamber وهو الحيز الذي يحقن فيه الوقود.

البطانة الرطبة لمحرك الديزل

 تتعرض جدران الأسطوانة أثناء عمل المحرك إلى تأثير الغازات الناتجة عن عملية الاحتراق وقوى الاحتكاك الناشئة عن حركة المكبس لذا يجب أن تكون الأسطوانة متينة أما سطحها الداخلي المعروف باسم المرآة فيجب أن يتمتع بمقاومة كبيرة للاحتكاك.

ويجب أن تبرد الأسطوانة وخاصة المجالات العلوية منها تجنباً لحدوث تمدد غير متجانس لأجزائها يؤدي إلى ظهور التشققات، إن ارتفاع درجة حرارة الأسطوانة فوق الحدود المسموح بها يقود إلى انخفاض في استطاعة المحرك نظراً لانخفاض كمية الشحنة الوزنية الداخلة إلى الأسطوانة، يتم التبريد إما بواسطة الهواء أو الماء.

في التبريد الهوائي يتم تسليط تيار قوي من الهواء على الأسطوانة وفي هذه الحالة تجهز الأسطوانة بأضلاع جانبية يطلق عليها الزعانفfins، الغرض منها زيادة مساحة سطح التبريد كما يبين الشكل التالي.

تتوضع الزعانف على جسم الأسطوانة بحيث تكون الزعانف الموجودة على السطح العلوي أطول من الزعانف الموجودة على السطح السفلي من الأسطوانة وذلك تبعا لتوزع درجات الحرارة.

التبريد الهوائي للمحرك

يستخدم هذا النوع من التبريد في محركات الطائرات وفي المحركات الخفيفة (الدراجات النارية والسيارات الصغيرة) حيث تصنع كل أسطوانة بمفردها وتسكب مع زعانفها من معدن حديد الصب.

 أما أسطوانة المحرك المبرد بالماء فتتألف من قسمين: قميص الأسطوانة وبطانة الأسطوانة cylinder liner حيث يتشكل بين هذين القسمين تجويف مخصص لمرور مياه التبريد يعرف بالقميص المائي water jacket.

تصنع بطانة للأسطوانة sleeve أي قسم يتحرك فيه المكبس بشكل مستقل ويوجد نوعان: الرطبة والجافة.

أنواع بطانات المحرك

في البطانة الرطبة يلامس الماء المستخدم في التبريد البطانة مباشرة أما في البطانة الجافة فيتم التخلص من كمية الحرارة الزائدة المتشكلة ضمن الأسطوانة عبر قميص الأسطوانة ومنه إلى مياه التبريد أي أن المياه لا تلامس بطانة الأسطوانة.

تصنع البطانة الجافة من حديد الصب أما البطانة الرطبة فتصنع من الفولاذ المقاوم للصدأ.

المساند الرئيسية لعمود المرفق The main Bearings:

تركب هذه المساند في مجار خاصة ضمن القاعدة كما في الشكل (2-6) وهي مؤلفة من نصفين سفلي وعلوي يمكن فكهما بمعزل عن عمود المرفق.

علبة المرفق وحوض الزيت Crankcase and Oil Pan:

توجد علبة المرفق عادة في أسفل كتلة الأسطوانات وهي بالتعريف المساحة المحيطة بعمود المرفق ومسانده وهذه المساحة تطوق عمود المرفق الدوار وأوزانه المعدلة وتوجه الزيت العائد إلى حوض الزيت، يقع حوض الزيت في أسفل علبة المرفق وهو يقوم بجمع وتخزين زيت التزليق وفي محركات الديزل الكبيرة لا يوجد الزيت في الجزء السفلي من علبة المرفق بل يتم جمعه هناك ليضخ إلى خزان آخر أعلى.

وتزود بعض محركات الديزل الكبيرة ذات سرعات الدوران المنخفضة بعوارض من الفولاذ الملحوم أو المصبوب على شكل حرف A يساوي عدها عدد المساند الرئيسية العمود المرفق.

وكما يبين الشكل فإما تركب على القاعدة لتصنع فراغاً يحتوي عمود المرفق وأذرع التوصيل وهي تحتوي على مجار خاصة تتحرك عليها رؤوس الانزلاق (الواقعة بين محور المكبس وذراع التوصيل) صعوداً وهبوطاً في المحركات التي تتضمن رأس انزلاق cross head.

براغي ربط أجزاء هيكل المحرك Tie Bolts:

توصل أجزاء الهيكل بواسطة براغٍ فولاذية طويلة تمتد من قاعدة المحرك إلى قمة كتلة الأسطوانات مخترقة عوارض الهيكل.

       أجزاء هيكل المحرك 1- غطاء الأسطوانات 2- كتلة الأسطوانات 3- براغي الربط

4- علبة المرفق 5- قاعدة المحرك

 - أما المحركات التي تأخذ شكل حرف ۷ فتجمع كما هو مبين في الشكل. 

 هو مجموعة أجزاء ثابتة تحتضن معظم الأجزاء المتحركة للمحرك.

هيكل المحرك

 تؤدي الوظائف التالية:

• حمل عمود المرفق وعمود الكامات ومساند المحرك
• تغليف آلية نقل الحركة
• حمل الأسطوانات والأجهزة المساعدة.

• احتواء أقنية وفراغات وسيط التبريد ووسيط التزييت.

ولتصميم القاعدة والهيكل يجب مراعاة الأمور التالية:

• توفر متانة كافية لتحمل العمل الطويل
• أن يكون التشوه أصغر ما يمكن وخاصة في مناطق ملاطات رأس الأسطوانة وعند مساند عمود المرفق وعمود الكامات
• تخفيف الضجيج الناتج عبر تجنب ظاهرة الطنين resonance
•  أن تكون الكتلة صغيرة فالهيكل يشكل جزءاً كبيراً من كتلة المحرك بمجمله
•  بساطة التصميم وسهولة الوصول إلى الأجزاء الداخلية للمحرك

في المحركات الصغيرة يصب الهيكل مجمعة (قطعة واحدة) كما هو الحال في عربات النقل وزوارق النجاة... ويغلق من الأسفل بقطعة من الصاج (لا تشارك في المتانة الإنشائية للهيكل) لينشأ حيز يتجمع فيه الزيت.

 أما في المحركات الكبيرة فإن الهيكل يتكون من أجزاء عديدة يتم تجميعها وربطها بواسطة مسامير طويلة.

يتألف الهيكل من أجزاء عديدة هي:

• القاعدة (صفيحة الاستناد).
• المساند الرئيسية لعمود المرفق.
• علبة المرفق وحوض الزيت.
• كتلة الأسطوانات.
• غطاء الأسطوانات.
• براغي ربط أجزاء هيكل المحرك.

القاعدة (صفيحة الاستناد) Bedplate:

تعتبر قاعدة المحرك جزءاً رئيسياً من أجزاء الهيكل وهي تصنع كجزء مستقل بذاته في المحركات الكبيرة، ترتكز عليها المساند (المساند أو القشور) الثابتة لعمود المرفق كما يبين الشكل (2-6).

 تتألف هذه القاعدة عادة من عارضتين طوليتين ترتبطان مع بعضهما بواسطة عوارض عرضانية (مقطعها على شكل حرف I) تحتوي على بتجاويف (فتحات) مخصصة للمساند (القشور) الثابتة العمود المرفق.

قاعدة المحرك

1-فتحة براغي شد أجزاء هيكل المحرك

2- النصف السفلي لمسند عمود المرفق

3- العوارض  

4- كرسي الدفع (تتلقى قوة دفع الرغاص وتنقلها إلى قاعدة المحرك المثبتة على بدن السفينة)

 5- قاعدة تثبيت العوارض العرضانية تقسم القاعدة إلى قطاعات (عددها يساوي عدد أسطوانات المحرك) تدور فيها مرافق عمود المرفق.

يتم تثبيت إطار قاعدة المحرك على أرضية السفينة بواسطة صفائح للتثبيت مثقبة وهناك تصاميم عديدة للقاعدة.

غطاء الأسطوانات

​