نسبت هوا به سوخت

  بنزین برای احتراق، همانند هر سوخت دیگری، به اکسیژن نیاز دارد. هوای پیرامون ما 21 درصد اکسیژن دارد و به عنوان منبعی رایگان، برای احتراق بنزین به کار می رود. با حرکت رو به پایین پیستون در مرحله مکش، فشار درون سیلندر افت می کند و اختلاف فشار داخل سیلندر و هوای بیرون افزایش می یابد. اختلاف فشار، هوای بیرون دارای فشار بیشتر را روانه سیلندر دارای کمتر می کند. بنزین بر اساس نوع سیستم سوخت رسانی، در برخی خودروها قبل از ورود به سیلندر با هوا مخلوط می شود و در برخی دیگر، داخل سیلندر مخلوط شکل می گیرد. هوا با چه نسبتی با سوخت مخلوط می شود؟

  هوا و بنزین موجود در مخلوط، پس از جرقه شمع با هم ترکیب می شوند و محصولات جدیدی به همراه تولید گرمای فراوان به دست می آید. همین گرمای حاصل شده، گازهای بالای پیستون را با سرعت و به مقدار زیادی منبسط می کند و فشار زیادی شکل می گیرد که پیستون به پایین رانده می شود. آب، مونوکسیدکربن، دی اکسید کربن و اکسیدهای نیتروژن مهمترین محصولات ترکیب هوا و بنزین هستند. نسبت استوکیومتری، نسبتی است که مواد واکنش دهنده (هوا و بنزین) کاملا با یکدیگر واکنش دهند و نه هوا و نه بنزین اضافه بیاید؛ هر چند به علت سرعت بسیار بالای احتراق، واکنش کامل صورت نمی گیرد. نسبت استوکیومتری در خودرو، 14.7 کیلوگرم هوا با 1 کیلوگرم بنزین می باشد. اگر نسبت هوا بیشتر از این مقدار باشد، نسبت را رقیق گویند؛ ولی اگر نسبت بنزین بیشتر باشد، نسبت را غلیظ می نامند. مثلا 16 هوا به 1 بنزین رقیق و 12 هوا به 1 بنزین غلیظ است. نسبت 8 به 1، غلیظترین نسبتی است که احتراق می تواند پایدار بماند و موتور تحمل کند. نسبت 18.5 به 1، هم رقیقترین نسبت است. خیلی رقیق یا خیلی غلیظ، احتراق را به خاموشی مبدل می سازد.

  غلیظتر از استوکیومتری، افزایش توان و رقیقتر از 14.7 به 1، صرفه اقتصادی را به دنبال دارد. نسبت استوکیومتری، موازنه ایست بین توان بیشتر و صرفه اقتصادی. هنگامی که پای خود را با شتاب بر روی پدال گاز فشار می دهید یا پدال را به کف چسبانده اید؛ سیستم برای پاسخ به افزایش توان درخواستی شما، بنزین بیشتری به محفظه احتراق می فرستد و نسبت سوخت به هوا را غلیظتر می کند. غلیظ سازی سوخت به هوا، اکسیژن ناکافی در اختیار سوخت قرار می دهد و مقداری بنزین نسوخته باقی می ماند و منوکسید کربن زیادی تشکیل می شود.

  در رقیق سازی سوخت به هوا، اکسیژن بیشتری در اختیار سوخت قرار می گیرد و دی اکسید کربن بیشتر و منوکسید کربن کمتری در مقایسه با نسبت سوخت به هوای غلیظ تشکیل می شود. تشکیل منوکسید کربن، گرمای کمتری در مقایسه با تشکیل دی اکسید کربن آزاد می کند؛ از اینرو در حالت رقیق، گرمای تولید شده به وسیله احتراق، بیشتر از حالت غلیظ می شود. حرارت بالای محفظه احتراق، ذوب شدن پیستون، رخ دادن ناک و تولید اکسیدهای نیتروژن را به همراه دارد. ناک یعنی انفجارهای خود به خودی و متعدد در مخلوط سوخت و هوا، در اثر فشار و دمای بالای محفظه احتراق. موج این انفجارها با موج انفجار ناشی از جرقه شمع، تصادف می کنند و فشار و صدای بسیار زیادی تولید می شود. ناک به قطعات موتور بسیار آسیب می زند. برای پیشگیری از دمای بیش از حد محفظه احتراق، نسبت هوا به سوخت را غلیظتر از 14.7 قرار می دهند؛ تا تشکیل مونوکسید کربن به جای دی اکسید کربن، گرمای تولیدی از احتراق را کاهش دهد وهم بنزین نسوخته، مقداری از حرارت محفظه احتراق را از سوپاپ خروجی خارج سازد. 

  در موتورهای مجهز به سوپر شارژر و توربوشارژر، هوای ورودی به موتور، به وسیله دمنده تامین می شود و از این رو هوای ورودی بیشتری نسبت به موتورهای عادی، وارد سیلندر می کنند. هوای بیشتر، سوخت متناسب بالاتری هم می طلبد و هوا و سوخت بیشتر، فشار ناشی از احتراق بالاتری هم تولید می کند. اگر مخلوط سوخت و هوا از سوخت رقیق باشد؛ دمای حاصل از احتراق افزایش می یابد؛ دما و فشار بالا هم عاملان ناک هستند. بنابراین در سوپر و توربوها برای کنترل دما و جلوگیری از ناک، نسبت سوخت به هوا را غلیظتر از استوکیومتری تنظیم می کنند.

سید علی حسینی