خطوات احتراق وقود الديزل داخل المحرك

يتوقف نجاح الاحتراق داخل غرفة احتراق محرك الديزل على توفر العديد من الشروط منها: حقن جيد للوقود (منظومة حقن تعمل بكفاءة وتوقيت الحقن مع دوران المحرك بشكل سليم)، ارتفاع السرعة النسبية بين قطرات الوقود وجزيئات الهواء (الخلط الجيد لقطرات الوقود مع الأكسجين) وارتفاع درجة حرارة الهواء المضغوط بداخل الاسطوانة إلى الحد اللازم لإشعال الخليط في موعده المحدد (نسبة انضغاط مناسية).

ما هي خطوات احتراق وقود الديزل داخل المحرك؟

للاحتراق خطوات يجب أن تتم على التوالي وهي كالتالي:

حقن الوقود:

يتم حقن الوقود بداخل غرفة الاحتراق بمحرك الديزل بواسطة مضخة الحقن وعبر الرشاش (البخاخات) وتتوقف جودة التذرية على العديد من الأمور منها: عدد ثقوب الرشاش (بالخصوص في محرك الحقن المباشر)، الحالة الفنية لأجزاء منظومة الحقن (الرشاش، مضخة الحقن، مضخة التحضير وأنابيب التوصيل والمنقيات)، نوعية وخصائص الوقود المستخدم وموضع الرشاش بداخل غرفة الاحتراق.

حركة الهواء:

لخلط الوقود بالهواء خلطاً جيداً، يجب توافر عامل مهم وهو تحريك الهواء في غرفة الاحتراق أثناء دخول الوقود، يحدث في معظم غرف الاحتراق حتى في أبسطها نوع من الإثارة وتقليب للهواء حتى في المحركات التي تحتوي على الاسطوانات الكبيرة، أما في المحركات التي تحتوي على الاسطوانات الصغيرة تحتاج إلى أنواع خاصة من غرف الاحتراق بها شروط معينة، يتم بواسطتها إعداد خليط من الوقود والهواء للاحتراق الكامل في فترة زمنية قصيرة.

درجة الحرارة:

تتحكم كل من نسبة الانضغاط في المحرك وأبعاد الاسطوانة في رفع درجة حرارة الخليط إلى الحد اللازم لاشتعاله بشكل فوري.

تبخر الوقود:

يدخل وقود الديزل مندفعاً إلى غرفة الاحتراق ويتناثر بداخلها على هيئة ضباب بواسطة الرشاش (البخاخ)، وهناك تتقابل ذرات الوقود مع الهواء الذي يملأ الاسطوانة والذي ترتفع درجة حرارته نتيجة للانضغاط إلى 700 درجة مئوية تقريباً، لذلك ترتفع درجة حرارة الوقود ويتبخر ومن ثم يختلط مع الهواء جيداً، بالتالي يبدأ بعضه في الاشتعال الذاتي الذي يسبب مزيداً من الحرارة؛ فتساعد بدورها على إشعال بقية الوقود المتبخر ويسبق إشعال الوقود تحوله من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية أي تبخره.
يساعد هواء الانضغاط على إمداد الوقود بالحرارة اللازمة، لذلك فإنها لا تكفي وحدها لإتمام تبخره في جزء صغير من الثانية، قد يصل إلى القليل من أجزاء الثانية وأحياناً إلى أجزاء من الألف من الثانية، يبدأ تبخر الوقود السائل عادة من سطحه الخارجي وللاسراع في تبخره يجب أن يتم تشتيت الوقود إلى عدد كبير من القطيرات الصغيرة جداً بغاية الحصول على أكبر سطح يتعرض للحرارة، كما أن هذه القطيرات يجب أن تنتشر بعيداً عن بعضها وبمساحة أكبر قدر الإمكان؛ حتى تلامس كل قطرة منها الهواء الساخن لضمان عدم تداخلها مع بعضها، ممّا يعطل التبخر الكلي للوقود وبذلك تطول فترة عطلة الاشعال.

اشتعال الوقود:

يشتعل بخار الوقود بمجرد أن يتكون الخليط وعلى ذلك، يبدأ الاحتراق من السطح الخارجي لقطرة الوقود، ثم يتدرج معها بعد ذلك أثناء اندفاعها خلال الهواء الساخن، حيث تتحد الغازات المتكونة منها بعد تبخرها مع جزيئات الهواء القريبة منه؛ أي أن خطوات الحقن، ثم التبخر والخلط، ثم الاشتعال بسرعة عالية جداً للنقط المتناثرة المفردة.

البحث عن الأكسجين:

يستمر الاحتراق ويزيد كلما قابلت قطيرات الوقود ذرات الأكسجين النقي طريقها، وينتج عن اندفاع قطرة الوقود في سيرها تخلف الغازات المحترقة، ويتعرض سطح جديد للقطرة إلى مزيد من الأكسجين، فيحترق وهكذا حتى استهلاك القطرة كلها، غير أن كمية الأكسجين الموجود في الاسطوانة محدود، فيتتابع اندفاع القطيرات، حيث نجد أن كل قطرة منها أوكسجيناً أقل من سابقتها، نتيجة لذلك تجد القطيرات الواصلة في آخر فترة الحقن صعوبة في إيجاد الأكسجين اللازم للاحتراق الكامل السريع، ممّا يسبب بطء عملية الاحتراق عند مراحلها الأخيرة وتزايد الملوثات في العادم وظهور الدخان.

نسبة خلط الهواء إلى الوقود في محركات الديزل:

يحتوي وقود الديزل التجاري على نسب صغيرة من الكبريت والنيتروجين والأكسجين الذي يعمل على خفض كمية الهواء اللازمة لإحراق وقود الديزل، لذلك نجد أن نسبة خلط الوقود بالهواء تبلغ 14.5:1 للوقود التجاري، وبمعرفة النسبة النظرية لخلط الهواء بالوقود يمكن تحديد وزن أقل كمية من الهواء يلزم دخولها إلى اسطوانة المحرك؛ لحرق كمية معينة من الوقود، إلا أن هذه الكمية من الهواء لا تكفي لإحراق الوقود إحراقاً كاملاً في محرك الديزل؛ نظرا لبعض الصعوبات الفنية التي تمنع بعضاً من أكسجين الهواء من المساعدة في عملية الاحتراق.