تتشابه محركات الديزل والبنزبن من حيث مبادئ التشغيل، لكن محركات البنزين هي الأكثر انتشاراً في السيارات، في الغالب تستعمل محركات الديزل عندما تكون الأوزان ضخمة وثقيلة مثل الشاحنات والحافلات وغيرها، وفي هذا المقال سنتعرف على مراحل عملية الاحتراق في محركات الديزل.
مراحل عملية الاحتراق في محركات الديزل:
1- مرحلة عطلة الإشعال (فترة عطلة الإشعال):
تعرف بأنها الفترة الزمنية بين بداية عملية الحقن وبداية عملية الاشتعال الذاتي، تقدر هذه الفترة بحوالي جزء من الألف من الثانية أو من 10 إلى 30 درجة من درجات زوايا عمود المرفق، حيث يمثل هذا الوقت تحول الوقود بعد حقنه داخل غرفة الاحتراق من سائل إلى بخار ومن ثم خلطه مع الهواء، أما الوقود الذي يتم حقنه بعد بدء الاشتعال فيشتعل فوراً (بعد نهاية فترة عطلة الإشعال)، يوجد العديد من العوامل التي تقلل من فترة عطلة الإشعال منها: استعمال وقود يحتوي على رقم سيتان مرتفع، عملية حقن الوقود بتذرية جيدة في غرفة الاحتراق ودرجة حرارة هواء مناسبة لتبخر الوقود.
كذلك يوجد العديد من العوامل التي تطيل فترة عطلة الإشعال منها: استعمال وقود ذي اشتعال ذاتي بطيء، عملية خلط الوقود بالهواء غير جيدة، انخفاض درجة حرارة المحرك وتقديم توقيت الحقن (حيث يتم حقن الوقود عندما يكون الضغط ودرجة حرارة الهواء منخفضة).
2- مرحلة الاحتراق السريع:
هي المرحلة التي تأتي بعد مرحلة فترة عطلة الإشعال وتتميز بالارتفاع الشديد في الضغط ودرجة الحرارة؛ نتيجة لاشتعال خليط الهواء بالوقود المتكون خلال فترة عطلة الإشعال، حيث تقدر درجة حرارة الاحتراق أثناء هذه المرحلة بحوالي 1600 درجة مئوية تقريباً ويصل الضغط تقريباً إلى 70 بار، يوجد العديد من العوامل التي تؤدي إلى ارتفاع الضغط خلال مرحلة الاحتراق السريعة منها: درجة حرارة اشتعال الوقود، نسبة الانضغاط (لكن بزيادة الضغط يزداد احتمال حدوث الدق).
3- مرحلة الاحتراق البطيء:
تعتمد هذه المرحلة على معدل انتشار الوقود وكمية الأكسجين المتبقي اللازم للاحتراق وتمتاز هذه المرحلة بثبوت الضغط بسبب، انخفاض معدل الاحتراق لقلة الأكسجين وارتفاع الضغط يقابله زيادة في حجم الاسطوانة لنزول المكبس.
4- مرحلة الاحتراق المتأخر:
هي آخر مرحلة من مراحل الاحتراق عندما يحصل تأخير في توقيت الحقن، يؤدي ذلك إلى عدم احتراق الوقود بشكل كامل خلال شوط التمدد، فيكمل الوقود احتراقه أثناء شوط العادم ويظهر دخان أسود.
الطرق بمحركات الديزل Diesel Engine Knock:
يحدث الطرق في محركات الديزل نتيجة لطول فترة عطلة الإشعال، حيث تتجمع كمية كبيرة من الوقود داخل غرفة الاحتراق، ثم تشتعل فجأة خلال فترة الاحتراق السريع بالقرب من النقطة الميتة العليا، ممّا يؤدي إلى رفع معدل الضغط في زمن قصير جداً إلى أقصى قيمة له (زيادة ارتفاع معدل الضغط بالنسبة لزوايا عمود المرفق)، فيحدث الطرق المصاحب باهتزاز وصوت يترواح بين الرنين الدقيق والطرق المرتفع .
العوامل التي تؤدي إلى حدوث الطرق في محركات الديزل:
- انخفاض درجة حرارة المحرك؛ تبريد زائد للاسطوانة وغرفة الاحتراق لعدم كفاءة الحاكم الحراري (الثرموستات) وخاصة في الأجواء الباردة
- استخدام وقود ذو خاصية إشعال ذاتي منخفضة (رقم سيتان منخفض).
- دوران المحرك بسرعة اللاحمل لمدة طويلة (قلة سرعة دخول الهواء تقلل جودة التذرير وبالتالي تطول فترة عطلة الإشعال).
- معدل حقن كبير للوقود أثناء فترة عطلة الإشعال.
- تصميم غرفة الاحتراق وموضع الرشاش (البخاخات) بها.
الأضرار التي تنتج عن حدوث الطرق في محركات الديزل:
- زيادة الإجهاد المفاجئ على مجموعة المكبس، ممّا يسبب زيادة الخلوص بين الأجزاء المتحركة (رأس المكبس، النهاية الصغرى لذراع التوصيل، استقامة ذراع التوصيل، النهاية الكبرى الذراع التوصيل وعمود المرفق).
- الارتفاع المفاجئ لدرجة الحرارة بداخل غرفة الاحتراق والاسطوانة ورأس المكبس، قد تؤدي إلى التصاق المكبس بجدار الاسطوانة لتمدده بالحرارة الشديدة.
- حل مسامير تثبيت أجزاء المحرك نتيجة لكثرة الاهتزازات.
العوامل التي تساعد على تجنب الطرق في محركات الديزل:
يمكن تجنب حدوث الطرق في محركات الديزل بتقليل فترة عطلة الإشعال بالعوامل التالية:
- استخدام وقود ذو رقم سيتان مناسب لنوع المحرك (منخفض للبطيء وعالي للمتوسط والسريع).
- معدل حقن منخفض عند بدء الحقن (أثناء فترة عطلة الإشعال) ويراعي ذلك عند اختيار منظومة الحقن أثناء تصميم المحرك.
- درجة حرارة مناسبة لغرفة الاحتراق (الحفاظ على درجة حرارة التشغيلية لمحرك الديزل)؛ يكون ذلك من خلال الصيانة بشكل مستمر لدورة التبريد وتغيير الحاكم الحراري في حال انتهاء عمره الافتراضي.
