سيكل احتراق در موتورهاي بنزيني
در موتورهاي احتراق داخلي بنزيني انرژي شيميايي نهفته در سوخت به انرژي مكانيكي(دوراني) تبديل ميگردد. امروزه در موتورهاي بنزيني از تزريق به داخل منيفولد ورودي (پشت سوپاپ هوا) براي تشكيل مخلوط سوخت و هوا استفاده ميشود. اين مخلوط با حركت روبه پايين پيستون و انجام عمل مكش به داخل سيلندر كشيده ميشود. هنگاميكه پيستون بالا ميآيد مخلوط را فشرده ميسازد تا براي انجام عمل احتراق زمانبندي شده آماده شود و اين مخلوط فشرده، توسط يك انرژي خارجي (جرقه) كه بوسيله شمع اعمال ميشود، محترق ميگردد. گرماي آزاد شده در فرآيند احتراق، باعث منبسط شدن گازهاي سوخته شده گرديده و سيلندر را تحت فشار قرار ميدهد. اين فشار پيستون را با سرعت به سمت پايين ميراند. اين حركت توسط شاتون به ميللنگ منتقل شده و توسط آن به حركت دوراني تبديل ميگردد. بعد از هر مرحله احتراق گازهاي سوخته شده، با حركت روبه بالاي پيستون ازطريق سوپاپ خروجي (دود) به بيرون رانده ميشود.
نسبت تراكم
زمانيكه پيستون به سمت بالا حركت ميكند، بواسطه فشرده شدن مخلوط سوخت و هوا، حجم مخلوط كاهش يافته و متراكم ميگردد. براي بيان ميزان فشردگي از واژه نسبت تراكم استفاده ميشود. مقدار نسبت تراكم توسط رابطه زير تعريف گرديده است. محدوده تغييرات نسبت تراكم براي موتورهاي بنزيني از 7 تا 13 ميباشد؛ كه وابسته به ويژگي هاي طراحي موتور است. افزايش نسبت تراكم بدون در نظر گرفتن پيشنهادات سازنده موتور، پديدهي مخربي به نام ضربه (Knock ) را در سيلندر بوجود خواهد آورد.
عوامل نامطلوب در احتراق
گشتاور توليدي موتور توسط احتراق نادرست و نامطلوب پايين آمده و خساراتي را براي موتور در بر خواهد داشت. اين عوامل را بصورت زير میتوان دسته بندي نمود.
انفجار (Detonation )
وقتي جرقه، مخلوط هوا و سوخت متراكم شده را محترق ميسازد؛ شعله كوچكي، ابتدا آهسته اما با شتاب زياد، بوجود مي آيد. جبهه شعله پيشروي ميكند و مخلوط نسوخته را متراكم ميكند. دماي اين مخلوط، هم بر اثر تراكم و هم در نتيجه ي تابش شعله ي در حال حركت افزايش مييابد تا اينكه خود به خود منفجر ميشود. عوامل ايجاد اين پديده را ميتوان بصورت زير برشمرد:
1- تمايل سوخت به انفجار (عدد اكتان پايين بنزين)
2- زمان نامناسب جرقه زني (آوانس بيش از حد جرقه زني)
3- نسبت تراكم (بالا بردن نسبت تراكم بدون در نظرگرفتن پيشنهادات سازندهي موتور به شدت به ايجاد ضربه در سيلندر كمك ميكند).
4- ميزان تلاطم مخلوط هوا و سوخت ورودي به موتور (هرچه اين تلاطم بيشتر باشد احتراق تمايل كمتري به انفجار پيدا ميكند).
اشتعال زود هنگام (Pre-Ignition)
اشتعال زود هنگامِ مخلوط هوا و سوخت متراكم شده قبل از جرقه زني توسط شمع باعث ايجاد اين پديده ميگردد.
اين پديده بدليل اينكه داراي صدايي خفه است و در موتورهاي چند سيلندر معمولا به گوش نميرسد، بسيار خطرناك تر از انفجار ميباشد. اشتعال زود هنگام باعث از دست رفتن كنترل زمان جرقه زني ميشود. در موتورهاي چند سيلندر اگر فقط يك سيلندر دچار اين پديده شود، سيلندرهاي باقيمانده بايد توان و دور موتور را تامين كنند و
اصطلاحا سيلندر موردنظر را به دنبال خود بكشند. عوامل ايجاد اين پديده عبارتند از:
1 -وجود نقطه اي داغ در محفظه احتراق (دوده گداخته شده، الكترودهاي گداخته شدهي شمع، شمع نامناسب) و يا
وجود عيب در سيستم خنك كننده موتور كه باعث ايجاد نقاط داغ ميگردد.
2 -وقوع پديدهي انفجار (موج انفجاري ايجاد شده در اثر احتراق باعث از بين رفتن فيلم عايق موجود در سيلندر و
محفظه احتراق شده و باعث گداخته شدن لبه ها ميگردد).
ضربه (Knock)
در نتيجه ي عوامل بالا (انفجار و اشتعال زود هنگام) يك موج فشاري توسط گازهاي سوخته شده ايجاد ميگردد، اين موج فشاري باعث ميگردد مخلوط نسوخته در نقاط مختلف بطور نامنظم شروع به سوختن نمايد و نوسانات فشاري شديدي در محفظه احتراق ايجاد كند. اين پديده ضربه يا كوبش ناميده ميشود. قبل از اين، سرب بعنوان يك ماده افزودني كه خاصيت ضدكوبش دارد به بنزين اضافه ميگرديد. ولي در موتورهاي امروزي براي جلوگيري از ايجاد اين پديده از روش كنترل ضربه توسط ECU استفاده ميگردد. ضربه در حالت تمام بار و دور پايين براحتي قابل شنيدن است. اين حالت ضربه كوتاه مدت بوده و كمتر مضر است. از سوي ديگر ضربه در حالت تمام بار و در دور بالاي موتور براحتي قابل شنيدن نيست و ميتواند مدت طولاني تري ادامه داشته باشد. در اين شرايط ضربه ميتواند شديدا به موتور آسيب برساند. استراتژي ECU نيز در كنترل اين دو حالت ضربه متفاوت است
