محرك البنزين (المحرك الانفجاري) The Gadoline Engine

‏إن المحرك الانفجاري الشائع، مو من النوع ذي الأشواط الأربعة . ويسمى بهذا الاسم لحدوث أربع عمليات في كل دورة من دوراته . والشكل المجاور شكل (1) يبين هذا المحرك . ومن الشكل ، يتضح أن الأجزاء الرئيسة فيه هي أسطوانة يتحرك فيها مكبس ، وفي أعلاها صمامان :

أ) (الدخول مزيج الهواء والوقود) و (ب) (لخروج الغاز العادم). كما يوجد في أعلى الأسطوانة شمعة الشرر .

الشكل (1)

لنرى الأن كيف يعمل هذا المحرك ، لنفرض أن المكبس الأن في ذروة شوطه (أي في أعلى وضع له) ، ولنفرض انه بدأ بالتحرك إلى أسفل ، وبذلك يزداد حجم الأسطوانة وفي أثناء حركة المكبس هذه يكون الصمام (أ) مفتوحا والصمام (ب) مغلقا ، ومن هنا فإن حركة هذه تسمح بدخول مزيج  ‏من الهواء والوقود إلى الأسطوانة . ويسمى هذا الشوط (شوط التعبئة). وبعد انتهاء شوط التعبئة ، يغلق الصمام (أ) ، كما يبقى الصمام (ب) مغلقا أيضا ، ثم يبدأ المكبس بالارتفاع إلى أعلى ضاغطا أمامه مزيج الهواء والوقود . ويسمى هذا الشوط (شوط الانضغاط) ، وهو عبارة عن عملية أدياباتيكية . وفي ذروة هذه المرحلة تنطلق شرارة (من شمعة الشرر) ، فتشعل مزيج الهواء والوقود بسرعة كبيرة ، وبذلك يحترق الوقود كما لو كان انفجارا . وبالتالي يزداد الضغط وترتفع درجة حرارة الغاز داخل الأسطوانة ، في حين يظل حجم الأسطوانة ثابتا تقريبا .

‏وبذلك يمكن اعتبار هذه العملية عملية ذات حجم ثابت . وفي إثر شوط الانفجار ، يجبر المكبس على التحرك إلى اسفل وتتمدد الغازات الناتجة عن الاحتراق تمددا أدياباتيكيا ، ويسمى هذا الشوط (شوط القوة) . وفي هذا الشوط يكون الصمامان (أ ، ب) مغلقين . وفي نهايته يفتح الصمام ‏(ب) ، ويبقى الصمام (أ) مغلقا. وبذلك يقل الضغط داخل الأسطوانة . ليصل إلى ضغط جدي واحد . وفي أثناء حركة المكبس إلى أعلى يطرد الغاز العادم ، ومن هنا فإن هذا الشوط يسمى (شوط التفريغ) . وبانتهاء هذا الشوط ، تكون الآلة قد أتمت دورة كاملة . وبالتالي تبدأ دورة اخرى بعدها ... وهكذا .

‏ويمكن تمثيل عمل المحرك الانفجاري بمحرك قريب منه ، هو (محرك أوتو) الموضح عمله في الشكل المجاور (شكل 2) .

الشكل (2)

‏وهذا الشكل يمثل المنحنى الذي يربط بين ضغط الهواء وحجمه في الأشواط الأربعة

‏لتكن نقطة البداية هي النقطة (a) ، فإذا تجاوزنا هذه النقطة باتجاه النقطة (b‏) . نلاحظ‌ أن الهواء يضغط بطريقة أدياباتيكية ، ثم يسخن الهواء مع بقاء حجمه ثابتا وفي زمن قصير ، تصل حالة الهواء إلى نقطة (c) ، ثم يتمدد الهواء بشكل أدياباتيكي ، حتى يصل إلى نقطة (d) ، ثم يبرد الهواء والحجم ثابت حتى يبلغ النقطة (a) ، وبعد ذلك تتكرر الدورة ... وهذا . والجدير بالذكر أن الخط (ab) يمثل مرحلة الانضغاط ، والخط (bc) مرحلة الانفجار ، حيث يزود الهواء بحرارة (Q₂) ، أما الخط (cd) ، فيمثل مرحلة الحصول على الشغل (w) والخط (da) مثل مرحلة خروج الغاز العادم بحرارة مقدراها (Q₁) .

‏والآن ، كيف نحسب فعالية المحرك الانفجاري : دعنا نفترض أن ‌(V₁) في الأسطوانة ، وان (V₂‏) مو الحجم الأصغر للهواء في الأسطوانة . إن النسبة تسمى نسبة الانضغاط .

مواضيع ذات صلة

الديناميكا الحرارية الجزيئية

توزيع بولتزمان

العلاقات بين الخواص

القانون الثالث للديناميكا الحرارية

الطاقة الحرة

القانون الثاني للديناميكا الحرارية

القانون الأول للديناميكا الحرارية

Order and entropy

Irreversibility

The Clausius-Clapeyron equation

Internal energy

Entropy