محرك الاحتراق الداخلي: كيف يعمل وتاريخ تطوره
محرك الاحتراق الداخلي: القوة التي تحرك العالم
يُعد محرك الاحتراق الداخلي (ICE) محركاً حرارياً يتم فيه حرق الوقود مع مؤكسد (عادةً ما يكون الهواء) داخل غرفة احتراق تشكل جزءاً لا يتجزأ من دائرة تدفق مائع العمل. في هذا النوع من المحركات، يؤدي تمدد الغازات عالية الحرارة والضغط الناتجة عن الاحتراق إلى تسليط قوة مباشرة على مكونات المحرك، مما يحول الطاقة الكيميائية الكامنة في الوقود إلى طاقة حركية تُستخدم لدفع المركبات أو تشغيل الآلات.
كيفية عمل محرك الاحتراق الداخلي
تعتمد آلية العمل على تسليط القوة الناتجة عن الاحتراق على أجزاء متحركة مختلفة حسب نوع المحرك:
- المكابس: في المحركات المكبسية التقليدية.
- شفرات التوربينات: في التوربينات الغازية.
- الدوار: في محرك وانكل (Wankel).
- الفوهة: في المحركات النفاثة.
أنواع الاحتراق
تنقسم محركات الاحتراق الداخلي إلى فئتين رئيسيتين بناءً على طبيعة عملية الاحتراق:
- الاحتراق المتقطع: مثل محركات المكبس ثنائية الأشواط ورباعية الأشواط، ومحرك وانكل الدوار.
- الاحتراق المستمر: مثل التوربينات الغازية، المحركات النفاثة، ومعظم محركات الصواريخ.
الفرق بين الاحتراق الداخلي والخارجي
على عكس محركات الاحتراق الداخلي، تقوم محركات الاحتراق الخارجي (مثل المحركات البخارية أو محركات ستيرلينغ) بتسليم الطاقة إلى مائع عمل لا يختلط بنواتج الاحتراق، حيث يتم تسخين المائع (ماء، هواء، أو حتى صوديوم سائل) في غلاية خارجية.
تاريخ وتطور المحركات
ساهم العديد من العلماء والمهندسين في تطوير هذه التقنية عبر القرون:
- 1791: طور جون باربر التوربين الغازي.
- 1807: قام المهندسان الفرنسيان نيسيفور وكلود نييبس بتشغيل نموذج أولي لمحرك يستخدم انفجارات الغبار المتحكم بها.
- 1808: اخترع فرانسوا إيزاك دي ريفاز محركاً يعمل بالهيدروجين مع إشعال كهربائي، وصنع أول مركبة تعمل بمحرك احتراق داخلي.
- 1876: صمم المهندس الألماني نيكولاس أوتو أول محرك احتراق داخلي حديث (محرك أوتو).
- 1886: بدأ كارل بنز الإنتاج التجاري الأول للمركبات التي تعمل بمحرك احتراق داخلي.
- 1892: طور رودولف ديزل أول محرك يعمل بضغط الشحنة والاشتعال بالضغط.
الوقود المستخدم
تعتمد معظم هذه المحركات على الوقود الهيدروكربوني مثل الغاز الطبيعي، البنزين، الديزل، أو الإيثانول. كما يتم استخدام الوقود المتجدد مثل الديزل الحيوي والإيثانول الحيوي، وقد استخدم رودولف ديزل زيت الفول السوداني لتشغيل محركاته في عام 1900.
أسئلة شائعة
ما هو الفرق بين محرك الاحتراق الداخلي ومحرك الاحتراق الخارجي؟
في محرك الاحتراق الداخلي، يحدث الاحتراق داخل غرفة الاحتراق التي هي جزء من مائع العمل، بينما في الاحتراق الخارجي، يتم تسخين مائع عمل خارجي (مثل الماء في الغلاية) لنقل الطاقة إلى المحرك.
ما هي أنواع الوقود التي يمكن أن تعمل بها هذه المحركات؟
تعمل عادةً بالوقود الهيدروكربوني مثل البنزين والديزل والغاز الطبيعي، بالإضافة إلى الوقود الحيوي مثل الإيثانول والديزل الحيوي.
من هو مخترع أول محرك احتراق داخلي حديث؟
يُنسب الفضل للمهندس الألماني نيكولاس أوتو الذي صمم محرك أوتو في عام 1876.