متطلبات وقود محركات الإشعال بالشرارة - 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.

متطلبات وقود محركات الإشعال بالشرارة – البنزين:

البنزين عبارة عن العديد من المواد الهيدروكربونية المتنوعة وكل مادة منها لها خواصها، يجب أن يكون البنزين متصفاً بالعديد من المواصفات؛ لكي يوفر تشغيلاً سهلاً وانسيابياً للمحرك، من هذه المواصفات الاحتراق المنتظم داخل غرفة الاحتراق، القابلية للتبخر أي سريع التبخر بدرجة عالية في درجات الحرارة العادية ويقصد بعملية التبخير سهولة البنزين للتطاير، من خلال زيادة درجة حرارة وقود البنزين إلى درجة تحدث عندها عملية التبخير يمكن تحديد قابليته للتطاير، كذلك أن تكون الكثافة النوعية منخفضة ( الكثافة النسبية) والتأكسد المستقر والأداء النظيف.

رقم الأوكتان وظاهرة الصفع (الدق – الطرق):

ارتفاع الضغط بشكل منتظم في غرفة الاحتراق يؤدي إلى إحتراق جيد، أما في حال احترق الوقود بسرعة كبيرة، فإن الضغط في هذه الحالة يزداد بشكل سريع ومفاجئ محدثاً حملاً كبيراً مفاجئاً على المكبس، ممّا يؤدي إلى حدوث صفع مسموع داخل غرفة الاحتراق، فهذه الحالة تضر بحالة المحرك ويمكن قياس قابلية البنزين للصفع من خلال مصطلح رقم الأوكتان.
عندما يكون رقم الأوكتان في الوقود مرتفع فتكون مناعته كبيرة ضد الطرق، أما عندما يكون رقم الأوكتان منخفض، فمن السهل حدوث عملية الصفع، وقود أيزو أوكتان ذو رقم أوكتان يساوي 100 ذو مناعة ضد الصفع، أما وقود الهبتين يعطي رقم أوكتان يساوي صفراً ولا يوجد لدية مناعة ضد الصفع، يتم تحديد رقم الأوكتان للوقود المناسب للمحرك تحت ظروف تشغيلية مختلفة.
عندما يكون البنزين ذو رقم أوكتان 90 يسمى بالبنزين العادي، أما البنزين الذي يحتوي على رقم أوكتان أكبر من 90 يسمى بالبنزين السوبر(عالي الجودة) فالمحركات التي لها نسبة ضغط عالية تتطلب وقود بنزين عالي الجودة أي أن له رقم أوكتان عالي لكي تعمل بسهولة وانسيابية خالية من الأصوات، تحدد المواصفات الألمانية الصناعية محركات البنزين على النحو التالي:

• نوعية الخصائص المانعة للصنع (Anti – Knock Quality).
  
• تعديل توقيت الاشعال.
  
• منع زيادة تآكل أجزاء المحرك.
  

نوعية الخصائص المانعة للصنع (Anti – Knock Quality):

هناك نظامان لتحديد ذلك:

• رقم الأوكتان البحثي (Research Octane Number (RON: يحدد ذلك خصائص الوقود عند السرعات المنخفضة للمحرك.
  
• رقم الأوكتان للمحرك (Motor Octane Number (MON: يحدد ذلك خصائص الوقود عند السرعات المرتفعة للمحرك.
  

منحنى الغليان والضغط البخاري:

يعتبر منحنى الغليان والضغط البخاري لوقود محركات البنزين من الخصائص الهامة للوقود، حيث أنها تحدد درجة تطاير الوقود وبالتالي تؤثر على أداء المحرك عند ظروف التشغيل على البارد أو ظروف التشغيل على الساخن، فالمحرك البارد يتطلب وقوداً ذا نقطة غليان منخفضة ووقوداً ذو ضغط بخاري مرتفع (ذو درجة تطاير عالية)؛ وذلك لضمان سهولة التشغيل على البارد، وانتظام سرعة الدوران عند اللاحمل واستجابة جيدة لتغير الحمل.
المحرك الساخن يتطلب وقوداً له درجة تطاير (ذو نقطة غليان عالية وضغط بخاري منخفض) منخفض لضمان عدم تكون عوائق بخارية في مسار الوقود، لهذا السبب فإنه في الصيف يخلط مع الوقود نسبة من وقود منخفض التطاير؛ ولذلك فإن الجازولين (البنزين) الصيفي يتطاير بنسبة 50 % عند درجة حرارة في حدود 100 درجة مئوية، أما في الشتاء تخلط مع الوقود نسبة من وقود سريع التطاير، لذلك فان الجازولين الشتوي يتطاير بنسبة 50 % عند درجة حرارة في حدود 95 درجة مئوية.
في الوقود الخالي من الرصاص، يتم الوصول إلى رقم الأوكتان المطلوب بإضافة مكونات الرصاص، في المحركات التي تستخدم المحولات الحفازة يلزم استخدام وقود خالي من الرصاص وبالتالي فإن رقم الأوكتان لهذا النوع من الوقود الخالي من الرصاص يتراوح بين 95 إلى 96 بدلاً من رقم الأوكتان للوقود العادي والذي يتراوح بين 82.7 إلى 91.
لذلك يلزم إجراء تعديلات على المحرك في حالة تشغيله على الوقود الخالي من الرصاص مثل، خفض نسبة الانضغاط، يؤدي ذلك إلى زيادة استهلاك الوقود نظراً لانخفاض الكفاءة الحرارية للمحرك، لذلك فإن المحركات المستخدمة في الولايات المتحدة الأمريكية واليابان تكون ذات نسب انضغاط منخفضة نظراً لشروط التلوث الشديدة في هذه البلاد.