تم إلقاط صور لأول تصميم لمحرك لينفورد ثنائي الشوط في مجلة IC Enginesونشر من طرف Lundsay Pulications.

براءة الإختراع 1880للينفورد تظهر بمحرك ثنائي الشوط، حيث تأتي المكابس معا لتشكل غرفة احتراق واحدة وتمت إضافة دولابين عوض دولاب واحد.

لقد أوحى لي أحد الأصدقاء والذي يصنع نماذج المحركات بهذه الفكرة بدون أن أعي ذلك. صديقي هذا كان يصنع محرك لينفورد رباعي الشوط مع مكبسين متعاكسين في أسطوانة واحدة، حجرة الاحتراق في وسط الاسطوانة وبالإضافة إلى شمعة الاحتراق فإن صمام الدخول وصمام العادم موجودان أيضاً في المنتصف، وهذا يقلل إلى حد ما المساحة المخصصة من أجل الصمامات ونظام القيادة المعقد نسبياً مع الهزازات وقضبان الدفع وعمود الكامات وآليات التوزيع 1:2. لتفادي ذلك خطرت لي هذه الفكرة أن أصنع محركاً ثنائي الشوط بمكبسين متعاكسين بدلأ من محرك رباعي الشوط. فالمحرك ثنائي الشوط لا يحوي صمامات على الإطلاق لذلك فلا داعي لنظام قيادة أو آليات توزيع.

قبل البدء بالمحرك كنت قد صنعت جهازاً للتحكم بالضغط بشوطين بصماماته الكروية الفريدة واللطيفة مع المكربن البخاري للبنزين، ومن هذا المنطلق سأصنع اسطوانة بضعف الطول وأضع مكبسين فيها. ولكن يجب أن أجد حلاً لوصل المكبسين بالدولاب المعدل، وهذا أصابني ببعض المخاوف لأن عمودَي المكبسين يخرجان من جانبين متعاكسين من الاسطوانة، ولقد حللت هذه المشكلة بوضع حزام ناقل لنقل الحركة.

ملاحظة 1: إذ لم تستطع الحصول على الأجزاء فيجب في الغالب أن تصنعها بنفسك.

ملاحظة 2: عند فتحك لملفات التصميم ستجد الأسماء باللغة الإنجليزية والألمانية فقط، استعن بالجدول التالي من أجل التعرف عليها بالعربية وبالفرنسية أيضا.

ملاحظة 3: لا تنتبه للأسماء الغريبة بأي لغة، إنما تم إعطاء أسماء لقطع معينة للمحرك، ويمكنك أن ترى في صور التصميم عند تحميله فتفهم عما ندندن عنه.

العربية

المادة

الكمية

ألمانية

إنجليزية

فرنسية

الأسطوانة

الحديد الزهر الرمادي

Cilinder

Cylinder

Cylindre

المكبس

الحديد الزهر الرمادي

2

Zuiger

Piston

Piston

الناقل

2

 Bush

Bus

Bus

صمولة

Moer

Nut

Écrou

الحلمة

النحاس الأصفر

2

Nippel

Nipple

Mamelon

الشوكة

النحاس الأصفر

2

Gaffel

Fork

Fourchette

صحن الأسطوانة

2

Cilinderplaat (Alu)

Cylinder plate

Plaque de cylindre

العمود المرفقي

الصلب

2

Krukas

Crankshaft

Vilebrequin

الذراع المشغل

النحاس الأصفر

2

Drijfstang

Driving rod

Bielle

محور الدوران

الصلب

2

Asje

Pivot

Pivot

دولاب مسنن

3

Tandwiel (ALU)

Cog wheel

Roue dentée

الدوار

الصلب

2

Rol

Roller

Rouleau

القلاب

الصلب

Tuimelaar

Tumbler

Gobelet

داعمة القلاب

2

Tuimelaar steun (Alu)

Tumbler support

Support de Gobelet

محور القلاب

الصلب

2

Tuimelaar as

Tumbler axis

Axe de Gobelet

محور

الصلب

2

As

Axis

Axe

دوار الحزام المسنن

الصلب

2

Tandriem rol

Tooth belt roller

Rouleau de courroie crantée

محور عجلة الجر

الصلب

Spanrol as

Stretching wheel axis

Axe de roue d'étirage

عجلة الجر

Spanrol (Alu)

Stretching wheel

Roue d'étirage

حامل عجلة الجر

Houder voor spanrol (Alu)

Stretching wheel holder

Porteur de roue d'étirage

جانب صحن تركيب الأسطوانة

Montageplaat cilinderzijde (Alu)

Mounting plate cylinder side

Côté de plaque de montage de cylindre

محمل الكرة

Kogellagersteun  (Alu)

Ball bearing support

L'appui à roulement à billes

محور الحذافة

الصلب

Vliegwiel as

Flywheel axis

Axe de volant

جانب صحن تركيب الحذافة

Montageplaat vliegwielzijde (Alu)

Mounting plate flywheel side

Côté de plaque de montage de volant

اللاحم

Solderen

Solder

Soudure

وعاء التوسيع

النحاس الأصفر

Expansie vat

Expansion vessel

Vase d'expansion

صمام الكرة

النحاس الأصفر

Kogelklep

Ball valve

Robinet à boisseau

الممهد

Glad

Smooth

Lissage

الحذافة (دولاب الموازنة)

النحاس الأصفر

Vliegwiel

Flywheel

Volant

قرص محدب للإشتعال

النحاس الأصفر

Nokschijf voor ontsteking

Ignition cam disc

Disque à came d'ignition

المجوف

النحاس الأصفر

Afstand bus

Spacer

Bague

شمعة الإشتعال

Bougie

Spark plug

Bougie

صحن التركيب

Montageplaat (Alu)

Mounting plate

Plaque de montage

قطعة خشبية (حائط)

الخشب

2

Houten wand

Wooden wall

Contre-plaque

عمود

4

Pilaar (Alu)

Pillar

Pilier

بكرة

النحاس الأصفر

Poelie

Pulley

Poulie

قم بتحميل التصميم من خلال الضغط على الرابطين التاليين:

تصميم 1-2

تصميم 2-2

ملاحظة: هذا التصميم ينتسب إلى مصممه Ridders ويمكنك الإتصال به عبر بريده الإليكتروني الذي تجده في الأسفل. تم إنجاز هذا التصميم سنة 2008ميلادية على يد Jan Riddersوتحديثه سنة 2009.

الحزام المسنن

من الواضح أن محوري العمودين المرفقيين متوضعين على نفس المستوى وفي مستوى المقطع العرضي المار بمركز الاسطوانة. طريقة تعشيق العمودين المرفقيين يجب أن تحقق تناظر موقعي المكبسين أثناء العمل، ويمكن تحقيق ذلك عن طريق العجلات المسننة، ولكنني اخترت الحزام المسنن للأسباب التالية:

·        ضبط المسافة بين العمود المرفقي والدولاب المعدل سهل ومرن عند استخدام الحزام المسنن، ولك الحرية المطلقة عند اختيار الأبعاد الأخرى، هذا مهم جداً في هذه الحالة لأن المسافة بين العمودين المرفقيين كبيرة نسبياً، لذلك نحتاج عجلات مسننة بأقطار كبيرة، أما عند استخدام الحزام المسنن فإن الهيكل سيكون أخف وألطف.

·        الحزام المسنن يعمل بهدوء مع احتكاك خفيف ولا حاجة للتشحيم.

·        التروس الخاصة بالحزام المسنن متوفرة بسهولة بعدة قياسات، وحتى صناعتها - عند الحاجة - سهلة خلافاً للعجلات المسننة والتي قد نحتاج منها قياسات خاصة وخبرة وحرفية في التصنيع.

يجب أن يكون الحزام المسنن تحت قوى شد خفيفة، وهذا يمكن تحقيقه بسهولة بضبط دولاب الشد والذي له حواف جانبية تمنع انزلاق الحزام.

تروس

دولاب الشد

الدولابين الموجهين

وفي الشكل جانبه يمكن رؤية دولاب الشد والدولابين الموجهين واللذين يحافظان على وضعية الحزام بشكل محيطي على التروس.

والشكل جانبه يظهر طريقة وصل عمودي المكبسين المتعاكسين مع العمودين المرفقيين عن طريق الهزازات وقضبان التوصيل.

* المحمل الكروي للهزازات

* المحمل الإنزلاقي لعمود المكبس

* الهزازات Rockers

* قضبان التوصيل

وبما أن نهاية الهزاز تتحرك على جزء من دائرة كان من الضروري عمل شقوق فيها مع محمل كروي لوصلها مع عمود المكبس الذي يتحرك بشكل شاقولي تماماً.

المحامل الانزلاقية لعمودي المكبسين

استخدمت أولاً المحامل الانزلاقية البرونزية، ولكنها اهترأت مع الزمن، ربما بسبب القوى العرضية المطبقة على العمود هذا بالرغم من وجود المحمل الكروي في الهزازات. ونتيجة لذلك فإن عمود المكبس يبدأ بالميلان والانزلاق بشكل كبير، وأيضاً تحصل بعض التسربات الغير مرغوب بها للهواء بين العمود والمحمل لأن خليط الوقود الجديد ينضغط بين المكبس وصفائح الاسطوانة.

الحل كان بسيطاً وعملياً: استبدلت المحامل البرونزية بمحامل مصنوعة محلياً من التفلون والتي تقلل الاحتكاك بشكل كبير وتزيد من إحكام العمود.

الاسطوانة والمكبسين

استعملت الحديد الصب لصنع الاسطوانة والمكبسين، واخترت معدل الضغط المنخفض بحدود 1:4، وهذا يجعل الإقلاع أسهل ويسمح بتخفيض سرعة الدوران، هذه طبعاً مسألة ترجع للمصمم ولكنني أفضل إقلاعاً موثوقاً وعملاً منخفض الضجيج بدلاً من الارتجاجات التي تكون صاخبة وغالباً ما تحتاج إلى مقلع يدوي للبدء. النتيجة أن مستوى القوى سيكون منخفضاً إلى حد ما خصوصاً مع حجم الاسطوانة الصغير هذا.

تجربتي مع هذا النوع من المحركات علمتني ألا أستخدم الحلقات المكبسية هنا لأن الاحتكاك الناتج عنها يصعب التغلب عليه، ولكن لا مانع من عدم استخدامها إذا كان قياس المكبس دقيقاً وهذا ليس صعباً عند استخدام الحديد الصب، وقد نجحتُ بجعل تجويف الاسطوانة بدقة 0.0.1mmوبنعومة كبيرة وذلك باستخدام مخرطة ضبط يدوية.

أثناء الخراطة وباستخدام العديد من زيوت القطع أدرت الاسطوانة مراراً وتكراراً باستخدام الضبط الخاص بالمخرطة.

وبعد ذلك باستخدام مخرطة أكبر نسبياً أعدت العملية السابقة حتى لم أعد أجد أي اختلافات في الأقطار في أي مكان.

هذه العملية تشبه إلى حد بعيد الجلخ وبقليل من الصبر فإن النتائج تصبح شبيهة جداً بالجلخ.

بما أن الخلوص بين المكبس والأسطوانة صغير جداَ 0.03مم، فتركيب المكبس داخل الأسطوانة يحتاج إلى بعض الطرق كيف يستقر في مكانه بدون احتكاك تقريبا ً. وهذا يجعل المحرك وكأنه يدار بواسطة الهواء رغم أن الانضغاط أكثر من كافٍ.

وبسبب التمدد الحراري المنخفض والمتساوي للحديد الصب لا يحدث كبح للمكبس في الاسطوانة حتى بدون نظام للتزييت.

نظام الوقود مع الصمامات الكروية والمكربن البخاري للبنزين

يوضح الشكل التالي مخطط نظام الوقود. الأجزاء الفرعية من هذا النظام مصنوعة من النحاس ويمكن صنعها بعمل بسيط على مخرطة. كراسي الكرات الفولاذية ذات 45درجة يجب ان تصنع بدقة ويجب أن تكون ناعمة.

صنعتُ محاور للصمامات الكروية بحيث كل واحد منها يمكنه ضبط المساحة الحرة لتحرك الكرة عندما يعمل المحرك، وهناك أفضلية معينة لهذه المساحة الحرة في الاتجاه العمودي (حوالي 0.5). تتحرك الكرة في مساحة صغيرة فيما يشبه القناة على المحور، وبدون هذه الترتيبات فإن الكرة تميل إلى الطفو في الصمام وكنتيجة لذلك فإن المحرك قد لا يعمل أو يعمل بدون انتظام.

من المستحسن جعل كل براغي الإحكام محكمة الشد، وبالإمكان استخدام السليكون المانع للتسرب  لهذا الغرض، مما يمكّن من انتزاع الصمامات عند الحاجة، ولكن يجب الانتباه إلى أن كراسي الكرات يجب أن لا تسمح بالتسرب.

كما يبدو أنه لا مفر من وعاء التمدد، وفي الحقيقة فإن حجم هذا الوعاء هو تعويض عن حجم صندوق المرفق في أي محرك ثنائي الشوط، هذا الحجم يلعب دوراً مهما في عمليتي الانضغاط والانفجار في أي محرك ثنائي الشوط، والمكربن كجزء من نظام الوقود أيضاً بسيط وخال من المشاكل.

شمعة الاحتراق

استخدمت لشمعة الاحتراق دارة كلاسيكية مع ملف اشعال والذي اشتريته كعينة من محل لكهرباء السيارات.

لم استخدم شمعة الإحتراق الكريستالية، لأن طاقة الشرارة الناتجة عنها تبدو غير كافية لعمل إشتعال موثوق في المحرك ثنائي الشوط، ولا زلت لا أفهم لماذا عملت بشكل ممتاز مع المحرك رباعي الشوط على عكس ثنائي الشوط.

على كل حال، وجدتُ حلا ً للمشكلة، وذلك بصنع ملف اشعال في قاعدة المحرك الخشبية، ومن أجل طاقة الـ 12فولط استخدمت البطارية من آلة الثقب اليدوية التي أملكها، ووضعتها على حامل صنعته شخصياً ووصلتها بمأخذ في القاعدة الخشبية، قد لا يكون هذا الحل الأكثر إبداعاً ولكنه عملي وموثوق جداً.

يجب أن تقدح الشرارة عندما يصل المكبس تماماً إلى النقطة الميتة العليا TDC، أي عند النقطة التي يصبح المكبسان في أقرب مسافة بينهما.

الهامش المسموح به هو 5+/- درجة، والنصيحة التي غالباً ما نسمعها حول الإشتعال المبكر غير صحيحة هنا لأن هذه المحركات تعمل عند سرعات منخفضة وبالتالي فإن الاشتعال المبكر قد يؤدي إلى احتراق خلفي.

و لأن هندسة ملف الاشعال وعناصر الدارة الأخرى تعتمد على مدى توفرها فإنها غير متضمنة في الرسوم التوضيحية، وفي الواقع إن إنشاء الدارة إلى حد ما ارتجالي عند العمل، ومن الصعب رسمها على الورق، ولكن هذا على ما اعتقد ليس مشكلة لمن يريدون صنع هذا المحرك.

o      وقود هذا المحرك هو البنزين العادي المستخدم للسيارات ويفضل وقود Coleman Latern

o      الحديد الصب هو المسؤول عن عدم كربجة المكبس بدون إضافة أي زيوت للوقود.

o      الخزان يجب أن يملئ حتى المنتصف وهذا كاف للعمل حوالي 20دقيقة، وعموماً فإن النموذج لن يعمل لهذه المدة لأن 5دقائق كافية للتجريب الناجح.

هذا المحرك يحتاج القليل فقط من الخليط الغازي لذلك فإن البوابة الحاصرة لخلط الهواء الإضافي عند مخرج المكربن يجب أن تكون تقريباً مفتوحة عند بدء التشغيل، وبعد ذلك أغلق البوابة بالتدريج حتى تسمع إقلاع المحرك (انظر إلى تفصيل المكربن في الأشكال).

عندما يعمل المحرك يمكن ضبط السرعة بسهولة بين 150و15000دورة بالدقيقة عن طريق حاصر الهواء.

ولاحظ ان السرعة على ما يبدو تقل كلما كان مزيج الوقود غنياً.

ولأن مشغل المحرك يجب أن يتعود على ضبط المكربن فإنه من المفيد والضروري أن يشغل المحرك بإرخاء الحزام المطاطي حول بكرة محور الدولاب المعدل بنفس الطريقة التي تفعلها عند تشغيل آلة الثقب اليدوية. وعند الإلمام بطريقة الضبط سيصبح بإمكانك تشغيل المحرك بدفعة بسيطة للدولاب المعدل.

من المفيد من وقت لآخر وضع نقطة من الزيت على سطح المكبس عن طريق فوهة العادم ليس لتجنب الكبح ولكن للحفاظ على سطح المكبس والاسطوانة بحالة جيدة، وهذا مفيد بشكل خاص عند تخزين المحرك لفترة  طوية.

هذا المحرك لا يحوي أي كاتم للصوت (اشطمان) وخبرتي عند العمل مع النماذج أنه لا يوجد لها وظيفة عملية، إنها تبدو جيدة بالطبع ولكن لحد الآن لم أجد حلاً لوضعها ضمن المساحة الضيقة عند فوهات العادم.

 أدعو الجميع لتصميم شيئ جيد وأروني إياه في أي وقت.