عملية الاحتراق في محركات البنزين

الاحتراق كما نعلم هو هو تفاعل كيمائي عادي يحدث عندما يتحد غاز الأكسجين مع العناصر الأخرى مثل الكربون أو الهيدروجين، يحدث بداخل محرك السيارة نوع واحد من عمليات الاحتراق، حيث يضغط مخلوط الوقود والهواء ثم يشتعل، يحتوي الهواء على حوالي 20 % من الأكسجين ويتكون الجزء الأكبر من الوقود من الهيدروجين والكربون.

عملية الاحتراق في محركات البنزين:

يكون التفاعل الكيميائي في أثناء الاحتراق بين العناصر الثلاثة الأكسجين والهيدروجين والكربون، تحتوي ذرة الأكسجين على 8 بروتونات و8 نيوترونات بداخل نواة الذرة وينقسم الوقود أثناء عملية الاحتراق إلى هيدروجين وكربون ويتحد هذان العنصران مع الأكسجين، إن عملية الاحتراق عبارة عن اتحاد الأكسجين الموجود في الهواء مع الهيدروجين والكربون الموجود في الوقود، وينتج عن ذلك ماء وثاني أوكسيد الكربون ويكون الماء على شكل بخار؛ لأن عملية الاحتراق تتم عند درجات حرارة عالية ( حوالي 4500 فهرنايت).
تطرد أبخرة الماء وثاني أكسيد الكربون من المحرك عن طريق مجموعة غاز العادم، خلال عملية الاحتراق لا يتغير وزن كل عنصر، كمية الأكسجين اللازمة للاحتراق الكامل تعتمد على نوع الوقود المستخدم، يمكن أن تكون كمية الأكسجين الداخلة في التفاعل كالآتي:

• الكمية النظرية: يتم استهلاك كمية الأكسجين بالكامل في حرق مكونات الوقود احتراقاً كاملاً وبذلك لا يخرج أي أكسجين مع العادم، عندما تكون كمية الأكسجين أكبر من الكمية النظرية؛ تخرج كمية من الأكسجين مع غازات العادم، كذلك عندما تكون كمية الأكسجين أقل من الكمية النظرية؛ تؤدي إلى عدم الاحتراق الكامل لمكونات الوقود وبذلك يخرج أول أوكسيد الكربون CO مع غازات العادم.
  

أشكال الاحتراق في محركات البنزين:

1- احتراق طبيعي:

يحدث الاحتراق الطبيعي عندما ينتشر اللهب بانتظام وبسهولة داخل غرفة الاحتراق، الخليط الضعيف ودرجات الحرارة العالية والأوكتان المنخفض وكذلك الوقود الخالي من الرصاص يمكنها أن تقود إلى احتراق غير طبيعي.

2- احتراق الصفع:

ينتج الصفع عند جزء من خليط الوقود غير المحترق والذي ينفجر بقوة، ففي هذه الحالة يمكن أن يدمر المحرك ويكون الاحتراق غير طبيعي، علامة الصفع هو سماع صوت دق للمحرك، التي تجعل أجزاء المحرك تهتز بشدة بسبب الصعود السريع للضغط، نتيجة لتقدم جبهة اللهب ينضغط الجزء المتبقي وترتفع درجة حرارته ويتم الاشتعال في صورة انفجار؛ ممّا يؤدي إلى ظاهرة الصفع وقد يؤدي إلى تصدع المكبس.

3- احتراق سبق الإشعال:

يحدث عندما يشتعل خليط الوقود في غرفة الاحتراق، فعادة تكون منطقة الخليط ساخنة فيكون الاحتراق قبل بدء الشرارة (سبق إشعال) أي في توقيت غير صحيح وتبدأ جبهة اللهب من النقطة الساخنة وعند حدوث الشرارة تتقدم جبهة اللهب الأخرى ويحدث تصادم بين الجبهتين، هنا تحدث الضوضاء التي يمكن أن تسمع خلال سبق الإشعال وهي ليست ضارة إذا ما قورنت بعملية الصفع.

وقود البنزين:

يتم إنتاج وقود محركات البنزين من مشتقات البترول وهو عبارة عن مركب هيدروكربوني ويتم إنتاجه من خلال عملية تكرير الزيت الخام، يمكن تقسيم طرق الإنتاج إلى ثلاثة أقسام هي:

• فصل مكونات البترول المختلفة بواسطة التقطير.
  
• تحويل البترول إلى هيدروكربونات أخرى بواسطة التكسير أو إعادة التشكيل أو بوسائل أخرى.
  
• التكرير للتخلص من المكونات غير المرغوب فيها مثل الكبريت على سبيل المثال، ويتم الحصول على الوقود في صورته النهائية بعد إجراء بعض العمليات هي الخلط ويكون عن طريق خلط مكونات مختلفة، كذلك يتم ضبط الوقود للوصول إلى الخصائص المطلوبة.
  النتيجة النهائية هي أن وقود محركات البنزين يتكون من خليط من هيدروكربونات مختلفة بها إضافات معينة، هناك إضافات ضد الصفع في صورة مركبات الرصاص (تترايثيل الرصاص وتتراميثيل الرصاص)، تستخدم مركبات الأكسجين العضوية مثل الكحول (ميثانول أو ايثانول) أو بعض أنواع الإيثير؛ لزيادة رقم الأوكتان للوقود الخالي من الرصاص unleaded fuels.
  هناك إضافات أخرى تستخدم للتخلص من أو منع تكون رواسب في غرفة الاحتراق مثل مساعدات الأكسدة أو موانع التآكل؛ لضمان نقاء مجمع السحب، كما أن هناك إضافات لمنع تكون الثلج في مجمع السحب.
  

استهلاك الوقود في المحرك:

تعرف كمية الوقود المستهلكة في فترة زمنية محددة لمدة ساعة واحدة لكل كيلو وات من القدرة المولدة بأنها الاستهلاك النوعي للوقود ( specific fuel consumption)، والاستهلاك النوعي للوقود مبني على معرفة القدرة البيانية أو القدرة الفرملية ويحسب من المعادلة التالية، (الاستهلاك النوعي للوقود البياني = الوقود المستهلك في الساعة / القدرة البيانية بالكيلو وات)، ويقاس استهلاك الوقود للمحركات باستخدام منصات اختبار المحركات بواسطة وسيلة خاصة معايرة بدقة، وتعطي استهلاك الوقود بشكل مباشر بوحدة كيلوجرام /ساعة أو بوحدة لتر/ساعة.