عبد العزيز: بوت: إصلاح أخطاء فحص أرابيكا من 1 إلى 104

2023-07-10T09:21:48Z

بوت: إصلاح أخطاء فحص أرابيكا من 1 إلى 104

صفحة جديدة

[[ملف:Four stroke cycle compression.jpg|تصغير|250px|رسم حاسوبي لعمل الصمامات في محرك أوتو.]]

[[ملف:4-Stroke-Engine.gif|تصغير|رسم حاسوبي متحرك يوضح طريقة عمل الصمامات في محرك أوتو]]

'''دورة أوتو''' في [[هندسة الميكانيك|الهندسة الميكانيكية]] هي دورة ترموديناميكية تقوم بتحويل [[حرارة|الحرارة]] إلى [[شغل (ديناميكا حرارية)|شغل ميكانيكي]] عن طريق [[محرك احتراق داخلي|آلة احتراق داخلي]].<ref>{{استشهاد ويب| مسار = https://www.jstor.org/topic/otto-cycle | عنوان = معلومات عن دورة أوتو على موقع jstor.org | ناشر = jstor.org| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20200126151239/https://www.jstor.org/topic/otto-cycle/ | تاريخ أرشيف = 26 يناير 2020 }}</ref> تسمى الدورة باسم المهندس الألماني [[نيكولاوس أوتو]] الذي اخترعها.

تعتبر دورة أوتو دور حجم ثابت مثالية، حيث تدخلها [[حرارة|الحرارة]] في حجم ثابت للاسطوانة ([[عملية متساوية الحجم]]) ، هذا بعكس [[دورة ديزل]] المثالية، والتي تُمد بالحرارة خلال [[عملية متساوية الضغط]].

اخترع أوائل القرن العشرين توربين الحجم الثابت وكان يستغل أسطوانة ثابتة الحجم في عملية احتراق دوري لمخلوط غاز. ذلك التروبين المسمى باسم مخترعه هانز هولتزفارت كان يستخدم [[ضاغط غاز|ضاغط]] كأداة مساعدة. ثم استبدل توربين هولتزفارت بعد ذلك
بتوربين غازي يعمل بضغط ثابت ومستمر.

== الدورة ==
[[ملف:PvDiagramm-Otto.png|تصغير|300px|[[مخطط الضغط والحجم]] لدورة أوتو مثالية.]]

[[ملف:TsDiagramm-Otto.png|تصغير|300px|[[مخطط درجة الحرارة والإنتروبي]] لدورة أوتو مثالية.]]

[[ملف:OTTO CYCLE.png|تصغير|OTTO Engine cycle]]

هي دورة تتم فيها [[تغير حالة|تغيرات لحالة]] [[غاز مثالي]] داخل [[نظام (تحريك حراري)|نظام ترموديناميكي مغلق]]. ولا تحتوي تلك الدورة المشابهة على احتراق غازات. تتكون الدورة من المراحل التالية (قارن الرسمين البيانيين):
* 1 - 2 : الكبس في [[عملية متساوية الاعتلاج|عملية متساوية الإنتروبية]] ،
* 2 - 3 : امداد للحرارة خلال [[عملية متساوية الحجم]] ، (ولذلك تسمى دورة ثابتة الحجم)،
* 3 - 4 : عملية تمدد ([[عملية متساوية الاعتلاج|عملية متساوية الإنتروبية]])
* 4 - 1 : تصريف للحرارة في [[عملية متساوية الحجم]].

تمثل المساحة المحصورة 1-2-3-4 في الرسم البياني الشغل w الناتج من الدورة.

كفاءة دورة اوتو الحراريه. بغرض تسهيل حساب الكفاءة الحرارية لدورة أوتو سنفترض أن غاز الوسط [[غاز مثالي]] لا تعتمد [[حرارة نوعية|حرارته النوعية]] على [[درجة حرارة|درجة الحرارة]]. فلا تصبح كفاءة دورة أوتو المثالية معتدة على كمية الحرارة التي نمد بها الآلة، طبقا للمعادلة:

::: <math> \eta_{th,Otto} = 1 - \frac{1}{\varepsilon^{\varkappa-1}} </math>
وكلما زادت نسبة الحجم ( <math> \varepsilon = \frac {V_1}{V_2} </math>) خلال عملية التمدد (حجم انضغاطي صغير V<sub>2</sub> إلى حجم تممدي كبير V<sub>1</sub>)كلما زادت الكفاءة.

: <math>\ V_{1} </math> : حجم التمدد بالاحتراق عند النقطة الميتة السفلى،
: <math>\ V_{2} </math> : حجم الانضغاط عند النقطة الميتة العلوية،
: <math>\ p_{1} </math> : الضغط الابتدائي،
: <math>\ p_{2} </math> : ضغط عملية الكبس،
: <math> \varepsilon = \frac {V_1}{V_2} </math> : نسبة الحجمين
: <math> \varkappa = \frac{c_p}{c_v} </math> : [[نسبة السعة الحرارية|معامل ثبات الاعتلاج]] (امداد المخلوط الغازي عند 500 °C [[درجة حرارة مئوية|درجة مئوية]] حيث ''κ'' = 1,35 وغاز الاحتراق عند 1000 °C وله ''κ'' = 1,3)
: <math>\ c_p </math> : [[حرارة نوعية|الحرارة النوعية عند ثبات الضغط]] ،
: <math>\ c_v </math> : [[حرارة نوعية|الحرارة النوعية عند ثبات الحجم]].

ونجد أن الكفاءة الحرارية لدورة أوتو (دورة متساوية الحجم) تكون أعلى من كفاءة دورة متساوية الضغط.

== محرك أوتو المثالي ==
[[ملف:Otto-Prozess.jpg|تصغير|300px|الأشواط في دورة أوتو ذات المكبس.]]

المحرك المثالي هو المحرك الذي لا يحدث فيه احتكاك يتسبب في خفض الشغل الميكانيكي المكتسب، ولا يحتاج إلى محرك ثانوي مساعد. ولا يحدث انتقال حرارة بين الغاز إلى جدران غرفة الاحتراق ولا ضياع عن طريق التسريب (غرفة احتراق محكمة). يحترق الوقود تماما في غرفة الاحتراق ولا يضيع جزء منه بالانتشار (قارن [[شغل في نظام مفتوح]]). وتبقى خصائص الغاز مستقرة لا تتغير خلال الدورة، ولا يحدث اختلاط بين غاز الوقود والغاز العادم.

من محركات أوتو توجد محركات ثنائية الشوط ومحركات رباعية الشوط. ويقترن كل شوط بدفعة للمكبس وبالتالي نصف دورة [[مرفق (آلية)|للمرفق]]. وتتمثل أشواط دورة محرك أوتو الرباعية في [[تغير حالة|تغيرات الحالة]] الآتية:
* 1. شوط = سحب الغاز: 0<math> \leftarrow</math>1
* 2. شوط = كبس : ([[عملية متساوية الاعتلاج|عملية متساوية الإنتروبية]] 1<math> \leftarrow</math>2 وإمداد للحرارة والاشتعال عن طريق شرارة كهربائية 2<math> \leftarrow</math>3 عند النقطة الميتة العليا. ونظرا لعدم تغير الحجم عند إمداد الغاز بالحرارة فعتبر [[تغير حالة|تغير الحالة]] من نوع [[عملية متساوية الحجم]] ، ولهذا تسمى الدورة «دورة احتراق متساوية الحجم».
* 3. شوط = قدرة الشغل : تمدد خلال [[عملية متساوية الاعتلاج|عملية متساوية الإنتروبية]] 3<math> \leftarrow</math>4.
* 4. شوط = خروج العادم : تتمدد الغازات إلى الخارج بانفتاح صمام المخرج عند النقطة الميتة السفلى 4<math> \leftarrow</math>1, ولا يكتسب من دفع المكبس للعادم إلى الخارج 1<math> \rightarrow</math>0 شغلا إضافيا. بذلك تُطرد الحرارة الموجودة في غاز العادم <math>Q_{41}</math> وكذلك تضيع الحركة الأخيرة للمكبس مع العادم <math>p_{4}</math>.

== محرك أوتو ==

لا ينطبق [[تغير حالة|تغيرات الحالة]] المثالية على المحرك أوتو الحقيقي بالكامل. ويمكن تمثيل محرك أوتو أكثر دقة بعملية متساوية الضغط وهي تمثل لأيضا [[محرك ديزل|محرك الديزل]]. وتحدد مقاومة مخلوط الوقود للاشتعال في محرك أوتو الحقيقي مقدار الضغط. وعلاوة على ذلك فلا يكون مخلوط الوقود ولا الغاز العادم [[غاز مثالي|عازات مثالية]] ، بالإضافة إلى أن معامل ثبات الاعتلاج لها صغير. ويؤثر اشتعال الوقود سواء كان [[بنزين (توضيح)|بنزين]] أو [[ديزل (توضيح)|ديزل]] على خواص الغاز الحرارية.

وتبلغ كفاءة محرك أوتو الحقيقي أقل من كفاء الدورة المثالية، بسبب:
* سحب الوقود وطرد العادم يكون مصحوبا باحتكاك،(دورة معكوسة بين 0 - 1 في مخطط الضغط والحجم ([[إعادة شحن الأسطوانة]])،
* لا يجري الاشتعال ك [[عملية متساوية الحجم]] وإنما يحتاج الزمن الذي يكمل خلاله [[مرفق (آلية)|مرفق المكبس]] دورته. ولذلك يبدأ الاشتعال قبل وصول المكبس إلى النقطة الميتة العلوية ويكتمل بعد تعديتها. وهذا يعمل على تقوس القمة المحدبة 3 في المخطط إلى أسفل وإلى اليمين،
* يفقد جزء من الطاقة الناشئة عن [[تفاعل كيميائي|تفاعل الاحتراق الكيميائي]] (بالإضافة إلى عدم الاحتراق الكامل، وتكون أكسيد النيتروجين الذي يستهلك جزءا من الطاقة) عن طريق التوصيل الحراري لجدران أسطوانة الاشتعال. وهذا يعمل على خفض التمدد الناتج بالمقارنة بمنحنى الدورة المثالية.
* انفتاح صمام خروج العادم قبل وصول المكبس إلى النقطة الميتة السفلى. هذا يعمل على تقوس القمة المحدبة عن النقطة 4 إلى أسفل، مما يصغر من مساحة الشغل الناتج من الدورة .

وتمثل النسبة بين الشغل الناتج من المحرك إلى كمية الشغل المحسوبة نظريا «الكفاءة». (كما يعمل الاحتكاك في المحرك الحقيقي على خفض الكفاءة بنسبة نحو 10% للكفاءة الاسمية، ولهذا تنخفض الكفاءة الكلية عن الكفاءة المحسوبة نظريا).

== انظر أيضًا ==
* [[محرك بنزين]]
* [[دورة ديزل]]
* [[آلة كظومة]]
* [[شمعة توهج]]
* [[شغل (ديناميكا حرارية)|عمل (ترموديناميك)]]
* [[ديناميكا حرارية]]
* [[دالة حالة|دالة الحالة]]
* [[ستة درجات حرية]]
* [[طاقة حرارية]]
* [[دورة ميلر]]

== مراجع ==
{{مراجع}}

{{دورات ديناميكية حرارية|state=uncollapsed}}
{{شريط بوابات|تاريخ العلوم|هندسة ميكانيكية|شاحنات|طاقة|الفيزياء|سيارات}}

[[تصنيف:خواص دينامية حرارية]]
[[تصنيف:دورات ديناميكية حرارية]]
[[تصنيف:محركات مكبسية]]
[[تصنيف:مفاهيم فيزيائية]]
[[تصنيف:هندسة الميكانيك]]

دورة أوتو - تاريخ المراجعة

عبد العزيز: بوت: إصلاح أخطاء فحص أرابيكا من 1 إلى 104