سیکل احتراق در موتور های بنزینی

در موتور های احتراق داخلی بنزینی انرژی شیمیایی نهفته در سوخت به انرژی مکانیکی (دورانی)تبدیل می گردد.

امروزه در موتورهای بنزینی از تزریق به داخل منیفولد ورودی(پشت سوپاپ هوا)برای تشکیل مخلوط سوخت و هوا استفاده می شود.این مخلوط با حرکت روبخ پایین پیستون و انجام عمل مکش به داخل سیلندر کشیده می شود.هنگامی که پیستون بالا می اید مخلوط را فشرده می سازد تا برای انجام عمل احتراق زمان بندی شده آماده شود و این مخلوط فشرده،توسط یک انرژی خارجی(جرقه) که بوسیله شمع اعمال می شود؛محترق میگردد.گرمای آزاد شده در فرآیند احتراق،باعث منبسط شدن گازهای سوخته شده گردیده و سیلندر را تحت فشار قرار می دهد.این فشار پیستون را با سرعت به سمت پایین می راند.این حرکت توسط شاتون  به میل لنگ منتقل شده و توسط آن به حرکت دورانی تبدیل می گردد.بعد از هر مرحله احتراق گازهای سوخته شده،با حرکت روبه بالای پیستون از طریق سوپاپ خروجی(دود)به بیرون رانده می شود.

مراحل احتراق موتور

سیکل کاری موتور احتراق جرقه ای چهار زمانه

نسبت تراکم

زمانی که پیستون به سمت بالا حرکت می کند،بواسطه فشرده شدن مخلوط سوخت و هوا،حجم مخلوط کاهش یافته و متراکم می گردد.برای بیان میزان فشردگی از واژه نسبت تراکم استفاده می شود.مقدار نسبت تراکم توسط رابطه زیر تعریف گردیده است.

محدوده تغییرات نسبت تراکم برای موتورهای بنزینی از 7 تا 13 می باشد،که وابسته به ویژگی های طراحی موتور است.افزایش نسبت تراکم بدون در نظر گرفتن پیشنهادات سازنده موتور،پدیده ی مخربی به نام ضربه(knock)را در سیلندر بوجود خواهد آورد.

نسبت تراکم موتور

عوامل نامطلوب در احتراق

گشتاور تولیدی موتور توسط احتراق نادرست و نامطلوب پایین آمده و خساراتی رابرای موتور در بر خواهد داشت.این عوامل را بصورت زیر می توان دسته بندی نمود.

انفجار(Detonation)

وقتی جرقه،مخلوط هوا و سوخت متراکم شده را محترق می سازد؛شعله ی کوچکی،ابتدا آهسته اما با شتاب زیاد،بوجود می آید.جبهه شعله پیشروی می کند و مخلوط نسوخته را متراکم می کند.دمای این مخلوط،هم بر اثر تراکم و هم در نتیجه ی تابش شعله ی در حال حرکت افزایش می یابد تا اینکه خود به خود منفجر می شود.

عوامل ایجاد پدیده انفجار را می توان بصورت زیر شمرد:

1-تمایل سوخت به انفجار(عدد اکتان پایین بنزین)

2-زمان نامناسب جرقه زنی(آوانس بیش از حد جرقه زنی)

3-نسبت تراکم(بالا بردن نسبت تراکم بدون در نظر گرفتن پیشنهادات سازنده ی موتور به شدت به ایجاد ضربه در سیلندر کمک می کند.)

4-میزان تلاطم مخلوط هوا و سوخت ورودی به موتور(هرچه این تلاطم بیشتر باشد احتراق تمایل کمتری به انفجار پیدا می کند.)

اشتعال زود هنگام(Pre-Ignition)

اشتعال زود هنگام مخلوط هوا و سوخت متراکم شده قبل از جرقه زنی توسط شمع باعث ایجاد این پدیده می شود.این پدیده بدلیل اینکه دارای صدایی خفه است و در موتورهای چند سیلندر معمولا به گوش نمی رسد،بسیار خطرناکتر ار انفجار می باشد.اشتعال زود هنگام باعث از دست رفنن کنترل زمان جرقه زنی می شود.در موتورهای چند سیلندر اگر فقط یک سیلندر دچار این پدیده شود،سیلندرهای باقیمانده باید توان و دور موتور را تامین کنند و اصطلاحا سیلندر مورد نظر را به دنبال خود بکشند،

عوامل ایجاد اشتعال زود هنگام:

1-وجود نقطه ای داغ در محفظه ی احتراق(دوده گداخته شده،الکترودهای گداخته شده ی شمع،شمع نامناسب)ویا وجود عیب در سیستم خنک کننده موتور که باعث ایجاد نقاط داغ می گردد.

2-وقوع پدیده ی انفجار(موج انفجاری ایجاد شده در اثر احتراق باعث از بین رفتن فیلم عایق موجود در سیلندر و محفظه احتراق شده و باعث گداخته شدن لبه ها می گردد.)

ضربه(Knock)

در نتیجه ی عوامل بالا(انفجار و اشتعال زود هنگام)یک موج فشاری توسط گازهای سوخته شده ایجاد می گردد،این موج فشاری باعث می گردد مخلوط نسوخته در نقاط مختلف بطور نامنظم شروع به سوختن نماید و نوسانات فشاری شدیدی در محفظه احتراق ایجاد کند.این پدیده ضربه یا کوبش نامیده میشود.

قبل از این،سرب بعنوان یک ماده افزودنی که خاصیت ضد کوبش دارد به بنزین اضافه می گردید.ولی در موتورهای امروزی برای جلوگیری از ایجاد این پدیده از روش کنترل ضربه توسط ECU استفاده می گردد.ضربه در حالت تمام بار و دور پایین براحتی قابل شنیدن است.این حالت ضربه کوتاه مدت بوده و کمتر مضر است.از سوی دیگر ضربه در حالت تمام بار و در دور بالای موتوربراحتی قابل شنیدن نیست و می تواند مدت ظولانی تری ادامه داشته باشد.دراین شرایط ضربه می تواند شدیدا به موتور آسیب برساند.استراتژی ECU  نیز در کنترل این دو حالت ضربه متفاوت است.

2-