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 .