محرك غازي

أوتو ولانجن

كذلك، سجل أوتو براءة اختراع تصميمه المطور في سنة 1867، ومُنِحَ الجائزة الكبرى في معرض باريس العالمي في نفس العام.

وفي السياق ذاته، تميز هذا المحرك عن المحرك البخاري الموجود أنذاك، بإمكانية تشغيله وغلقه عند الحاجة، مما جعله مناسب جداً للعمل المتقطع مثل تحميل وتفريغ البوارج.

في هذا الإطار، لا يُبذل أيشغل فيشوط صعود المكبس. يُبذل الشغل حين يهبط المكبس والجريدة المسننة تحت تأثير الضغط الجوي ووزنهما، فيديران عمود الدوران الرئيسي والحدافات أثناء هبوطهما.

في هذا الإطار، كان محرك الضغط الجوي هذا يعمل بسحب خليط من الغاز والهواء إلى داخل أسطوانة رأسية، وعندما يرتفع المكبس لمسافة 8 بوصة على وجه التقريب يُشعل خليط الغاز والهواء بواسطة شعلة صغيرة تحترق في الخارج، فتدفعالمكبس (الذي يكون متصل بجريدة مسننة) إلى أعلى محدثة بذلك ضغط فراغ جزئي أسفله.

ومن ناحية أخرى، استُكمل عمل لينوار وحُسِنَ بواسطة المهندس الألماني نيكولاس أوجست أوتو، الذي اخترع لاحقاَ أول محرك رباعي الأشواط يحرق الوقود بكفاءة في غرفةمكبسية. تقابلأوتو مع يوجين لانجين في أغسطس 1864، الذي لاحظ نتيجة خبرته الفنية إمكانية تطوير أعمال أوتو لشئ في المستقبل، وبعد مرور شهر على هذا الاجتماع، أسس أول مصنع محركات في العالم في كولونيا، وأسماه إن ايه أوتو وسي أي إي.

الكفاءة الحرارية

وفي هذا الصدد، من المهم كذلك التأكد بأن مقارناتالكفاءة تكون على أسس متشابهة، مثلًا، يستعمل بعض الصانعين مضخات مُدارة ميكانيكياً بينما يستعمل آخرون مضخات مشغلة بالكهرباء لضخ مياه تبريد المحرك، وقد يُهمل أحياناً الاستخدام الكهربائي فتظهر الكفاءة مرتفعة مقارنة بالمحركات ذات المضخات المشغلة ميكانيكياً.

من جهة ثانية، يذكر مصنعي المحركات الكفاءات عادة اعتماداً على القيمة الحرارية المنخفضة للغاز، وتُعرف الكفاءة حينها بأنها الكفاءة بعد خصم الطاقة اللازمة لتبخير بخار الماء الموجود في الغاز.

وفي هذا السياق، تكون هذه المحركات عادة محركات متوسطة السرعة مثل محركات بيرجرين، وتظهر بعض طاقة الوقود على شكل طاقة ميكانيكية ناتجة على عمود الدوران، بينما تُعتبر الطاقة المتبقية طاقة ضائعة.

من جهة ثانية، تتراوح الكفاءة الحرارية للمحركات التي تعمل بالغاز الطبيعي بين 35-45% (بناءاً على القيمة الحرارية المنخفضة)، ويمكن أن تحقق أفضل المحركات كفاءة أعلى قليلاً من 48% (بناءاً على القيمة الحرارية المنخفضة).

وفي السياق ذاته، يُعتبر محرك جيه 624  محرك شركة جي إي جينباتشر الحالي، أول محرك غازي ذو 24أسطوانة في العالم مرتفع الكفاءة ويعمل بالميثان.

وفي السياق ذاته، تستعمل شبكات توزيع الغاز القيمة الحرارية المرتفعة للغاز (طاقة الغاز كاملة). يُمكن القول أنكفاءة محرك محسوبة بناءاً على القيمة الحرارية العليا للغاز، تساوي 44%، بينما كفاءة نفس المحرك المحسوبة بناءاً على القيمة الحرارية السفلى للغاز تساوي 39.6%.

وفي السياق ذاته، عند اعتبارالكفاءة الحرارية للمحرك، يجب الأخذ في الاعتبار إن كانت معتمدة على القيمة الحرارية المنخفضة أم القيمة الحرارية المرتفعة للغاز.

ومن جهة أخرى، تكون المحركات الكبيرة أكثر كفاءة من المحركات الصغيرة. تكون كفاءة المحركات الغازية التي تعمل على الغاز الحيوي أقل قليلاً (بمقدار 1-2% على وجه التقريب)، كما يقللغاز الاصطناع الكفاءة كذلك.

محرك رباعي الشوط

في هذا الإطار، ظهرت فيما بعد محركات الوقود السائل واستعملت الديزل (في عام 1898 على وجه التقريب) أو البنزين (في سنة 1900 على وجه التقريب).

من جانب آخر، استُبدل محرك الضغط الجوي الغازي بمحرك أوتو رباعي الأشواط. كان التحول إلىالمحركات رباعية الأشواط سريعاً بشكل ملحوظ، مع صناعة آخر محركات الضغط الجوي في سنة 1877.

حساب كمية الغاز المستهلكة

• حيث:
• : كمية الغاز المتدفقة في الظروف العادية.
• : قدرة المحرك.
• : الكفاءة الميكانيكية.
• LHV: القيمة الحرارية المنخفضة للغاز .
• معرض صور للمحركات الغازية عبر التاريخ
• انظر كذلك
• المراجع
• روابط خارجية
• محرك كروسلي الغازي
• محركات ثابتة قديمة
• محركات قديمة

وفي هذا الصدد، تظهر المعادلة التالية كمية الغاز المطلوبة للمحرك الغازي عند عمله على الحمل الكامل في الظروف العادية.

تبريد المحرك

من جانب آخر، المحرك المبرد بالهواء والمحرك المبرد بالمياه هما النوعان الأكثر شيوعاً بينالمحركات. تستعمل محركات الاحتراق الداخلي المبردة بالمياه هذه الأيام مانع تجمد. تحتوي بعض المحركات (سواء مبردة بالهواء أو المياه) علىمبرد زيت.

وفي هذا السياق، يلزم تبريد المحرك لإزالة الحرارة الزائدة، حيث قد تؤديالحرارة الزائدة إلى تعطل المحرك بسبب تمزق بعض الأجزاء أو تصدعها.

الشركات المصنعة الحالية

وفي هذا السياق، تستعمل كل من رولز رويس مع محركات بيرجرن وكاتربيلر والكثير من المصنعين الأخرين، حاوية محرك ديزل وعمود مرفق كأساس لمنتجاتهم.

من جهة ثانية، تراوحتقدرة المحركات من 10 كيلو وات (13 حصان) (استُخدمت تلك فيالتوليد المشترك للحرارة والقدرة) إلى 18 ميجاوات (24000 حصان).

تضم قائمة صانعي المحركات الغازية كل من الشركات التالية:

وعلى صعيد آخر، جي إي جينباتشر وكيشا هما الشركتان الوحيدتان اللتان تُصمم محركاتهما وتُخصص للغاز وحده.

التطبيقات

كذلك، تُعتبر المحركات الغازية الحديثة مرتفعة السرعة منافس قوي للتربينات الغازية حتى قدرة 50 ميجا وات (67000حصان)، وذلك اعتماداً على الظروف، وتُعتبر أفضل هذه المحركات أقل استهلاكاً للوقود منالتربينات الغازية.

تفاصيل تقنية

كذلك، تُعتبر صمامات العادم هي نقطة ضعف المحرك الغازي مقارنة بمحرك الديزل، وحيث أن غازات عادم المحرك الغازي تكون أكثر سخونة مقارنةبمحرك الديزل عند قدرة ما، فإن ذلك يحد من القدرة الناتجة من المحرك الغازي، ولهذا السبب يكونلمحرك الديزل قدرة أكبر من محرك غازي له نفس حجم حاوية المحرك.

علاوةً على ذلك، يختلف المحرك الغازي عن محرك البنزين في طريقة خلط الوقود والهواء. يستعمل محرك البنزينمكربن أوحقن الوقود، لكن المحرك الغازي يستعمل دائماً نظام فينشوري لحقن الغاز في تدفق الهواء.

إضافةً إلى ذلك، استعملت المحركات الغازية المبكرة نظام ثلاثي الصمام، مع صمامات دخول منفصلة للهواء والوقود.

وعلى صعيد آخر، تصنف محركات الديزل بشكل عام إلى ثلاثة تصنيفات: احتياطية وأولية ومستمرة (في المملكة المتحدة تكون التصنيفات كالتالي: تصنيف 1 ساعة، تصنيف 12 ساعة وتصنيف مستمر)، بينما يكون للمحرك الغازي تصنيف واحد فقط وهو التصنيف المستمر، والذي يكون أقل من التصنيف المستمرلمحرك الديزل.

اتزان الطاقة

التطبيقات الثابتة

كذلك، نادراً ما تُستعمل المحركات الغازية للتطبيقات الاحتياطية، بينما تُستعمل محركات الديزل لذلك.

من جانب آخر، تكون التطبيقات النموذجيةأنظمة حمل أساسي أو أنظمة توليد طاقة تعمل لساعات طويلة، وتشمل التوليد المشترك للحرارة والطاقة (حيث قد تُستعمل الحرارة المفقودة من المحرك لتدفئة المهضمات (حاويات تحتوي على مواد يتم معالجتها وتحليلها إلى مواد أخرى بالحرارة)).

وفي هذا السياق، أحد الاستثناءات هو مولد الطوارئ الصغير (قدرته أقل من 150 كيلو وات) الذي تستعمله دائماً المزارع والمتاحف والشركات الصغيرة والمساكن. تكون هذه المولدات متصلة بمصدرغاز طبيعي من المرافق العامة أو غاز البروبان من خزانات، ويُمكن ضبط المولدات بحيث تعمل عقب انقطاع الطاقة.

المحركات المحفوظة

في هذا الإطار، يضم متحف محرك أنسون في بوينتون،  بالقرب من ستوكبورت في إنجلترا، مجموعة منالمحركات تشمل عدة محركات غازية تعمل، من ضمنها أكبر محرك ضغط جوي صنعته كروسلي.

تانجي

من جهة ثانية، كان هناك شركات أخرى في منطقة مانشستر. باعت شركة المتحدة في سميثويك بالقرب من برمنجهام، أول محرك غازي لها ثنائي الشوط وقدرته 1 حصان في عام 1881.

بدأت الشركة تصنيع محرك غازي رباعي الأشواط في عام 1890.

استخدام غاز الميثان أو البروبان

من جهة ثانية، تُنتج محركات الغاز تلوث هيدروكربوني أقل تعقيداً، بالرغم من أن انبعاث الكربون لم يختلف كثيراً، كما أنها تتعرض لمشاكل داخلية أقل.

في هذا الإطار، يتطلب في الولايات المتحدة التحديد الصريح بأن المحرك محرك غاز طبيعي، وذلك لشيوع استخدام لفظ «غاز» هناك إشارةللجازولين (هناك كذلك ما يُسمى الجازولين الطبيعي لكن هذا المصطلح نادراً ما يُلاحظ خارج صناعة التكرير).

من جانب آخر، صُممت أو عُدلت الكثير من المحركات الصناعية لاستخدام الغاز الطبيعي (الميثان)، والذي عُرف بكونه وقود نظيف واقتصادي ومتوفر بسهولة.

وفي هذا السياق، يُعتبر محرك الغاز النفطي المسال (البروبان) المستعمل في الكثير من الرافعات الشوكية، أحد الأمثلة.

المواصلات

ومن جهة أخرى، يدعم تحالف الحافلة الغازية استخدام الحافلات الغازية، ومن ضمن الصانعين سكانيا ايه بي.

ومن ناحية أخرى، يتزايد كذلك استخدام المحركات التي تعمل على الغاز الطبيعي المضغوط في قطاعالحافلات، ومن ضمن المستعملين في المملكة المتحدة .

وفي السياق ذاته، يتزايد وجود محركات الغاز الطبيعي (الغاز الطبيعي المسال) في الاستخدامات البحرية، حيث يتوافق المحرك ذو الاحتراق النظيف مع شروط الانبعاث الجديدة بدون أي معالجة إضافية للوقود أو أنظمة تنظيفللعادم.

كروسلي

إضافةً إلى ذلك، حصلت الشركة كذلك على حقوق محرك أوتو رباعي الأشواط الأكثر كفاءة في عام 1876.

إضافةً إلى ذلك، تُعتبر شركة كروسلي في مانشستر أشهر صانع للمحركات الغازية في المملكة المتحدة. حصلت الشركة على حقوق براءات اختراع أوتو ولانجين لمحرك الضغط الجوي الغازي الجديد في المملكة المتحدة والعالم (ماعدا ألمانيا) في عام 1869.

لينوار

وفي السياق ذاته، عاني محرك لينوار منالقدرة المنخفضة والاستهلاك المرتفع للوقود.

ومن جهة أخرى، كان هناك الكثير من التجارب المتعلقة بالمحرك الغازي في القرن التاسع عشر، لكن أول محرك احتراق داخلي عملي يعمل بالغاز صُنع بواسطة إتيان لينوار في سنة 1860.

مقالات باللغة الإنجليزية عن المحركات الغازية

من جانب آخر، مجلة المحرك الغازي، مجلة عن محركات الاحتراق الداخلي التاريخية.

الإنتاج المشترك للطاقة والحرارة

من جهة ثانية، يُمكن استخدام الحرارة المطرودة من المحرك في تدفئة المباني أو عمليات التسخين. تنتج نصفالحرارة المفقودة من المحرك (من غلاف المحرك ومبرد الزيت ودوائر المبرد اللاحق) كمياه ساخنة تصل درجة حرارتها إلى 110 درجة مئوية، بينما تنتجالحرارة الباقية كحرارة ذات درجة حرارة مرتفعة، يُمكن أن تولد مياه ساخنة مضغوطة أوبخار ماء باستخدام مبادل حراري لغاز العادم.