تئوری احتراق ، آگاهی از ماهیت گازهای حاصل از آن و همچنین بررسی رفتار این گازها کمک میکند تا درک بهتری از نحوه عملکرد موتورها داشته باشیم.
تئوری احتراق:
احتراق پدیده ای حاصل از عکس العمل مابین یک ماده سوختی و یک اکسید کننده است که همراه با تولید حرارت و تغییر خواص شیمیایی است .
در یک احتراق کامل تمام عناصر ماده سوختی با ماده اکسید کننده ترکیب می شوند و تمام مواد حاصل از احتراق دارای عناصر ماده سوختی خواهند بود:
CH4 + 2O2
CO2 + 2H2O
2H2 + O2
2H2O
احتراق کامل هیچ گاه قابل انجام نیست. در یک احتراق واقعی مواد دیگری حاصل از احتراق وجود خواهند داشت مانند منواکسید کربن و حتی کربن (دوده).
همچنین احتراق در هوای معمولی چندین نوع اکسید نیتروژن که 78 درصد از هوا را شامل می شود را تولید میکند. هرچه دمای احتراق بالاتر برود عناصر بیشتری از هوا اکسید می شوند. مثلاً اکسیدهای نیتروژن در دمای باالتر از2800f یا 1540C تولید می شوند.
هنگامیکه اکسیژن در احتراق کم باشد مقداری از کربن،بصورت CO محترق می شود و مقداری از هیدروژن ها نسوخته باقی می مانن به چنین احتراقی،احتراق ناقص می گویند.
هرچه میزان هوا در احتراق بیشتر باشد دمای احتراق باالتر باشد یا مخلوط شدن هوا با سوخت کاملتر انجام شود احتراق کاملتر خواهد بود. انفجار احتراقی است که بسیار سریع انجام شده و مقدار زیادی حرارت و شعله تولید می کند
احتراق خود بخود نیز احتراقی است که افزایش دمای حاصل از خود احتراق باعث ادامه آن می شود و نتیجتا ً سرعت احتراق آن افزایش می یابد.
سوخت هر مایع برای احتراق باید ابتدا به صورت گاز درآید بنابر این برای احتراق مایعات به حرارت اولیه نیاز است پس از شروع احتراق ادامه آن به صورت خودبخود ادامه می یابد.
چنین فرآیند احتراقی در موتورها باعث آزادسازی انرژی جنبشی مورد نیاز برای حرکت چرخ صنایع شده است.
احتراق در موتورهای دیزلی معمولاً بصورت زیر است:
اگر هنگام متراکم شدن مخلوط سوخت و هوا و باال رفتن دما در کورس تراکم ، دما به اندازه کافی باال برود آنگاه قبل از زدن جرقه توسط سیستم جرقه زن موتور این مخلوط منفجر می شود. به این پدیده detonation گفته می شود.
در موتورهای بنزینی شرایط متفاوت است ؛ این پدیده در موتورهای بنزینی به دلیل هرگونه نقطه داغ (Spot Hot) در داخل محفظه احتراق موتور پیش می آید.
گازهای حاصل از احتراق Co2–H2O – CO – NOX CxHY So2 ,PM (Particulate maters)دها ریزگر CO2-دی اسید کربن در اثر سوختن کامل کربن موجود در سوخت ها بوجود میآید.
این گاز توسط گیاهان تنفس میشود. H2O-بخار آب از سوختن هیدروژن موجود در سوخت ها بوجود میآید وپس از خروج از اگزوز وارد چرخه آب در طبیعت می شود.
CO-منو اکسید کربن از سوختن ناقص کربن بوجود میآید . تنفس این گاز در انسان ایجاد سرطان میکند. همچنین تجمع این گاز در الیه های باالیی جو باعث تشدید اثر گلخانه ای و گرم شدن زمین میشود.
NOX-اکید های نیتروژن از سوختن نیتروژن موجود در هوا و ترکیب آن با اکسیژن موجود در هوا بوجود میآید.این گاز در لایه های پایین جو تولید ازون میکند. تنفس ازون برای انسان به شدت سرطان زا میباشد.
SO2-اکسید گوگرد از سوختن گوگرد موجود در سوخت بوجود میآید . این گاز در شهر های بزرگ باعث باران های اسیدی میشود.
(maters Particulate (PM-ریزگردها یا ذرات معلق شامل گرد و غبار موجور در هوا , دوده که همان کربن نسوخته است و ناخالصی های موجود در سوخت میباشد. تنفس این گاز مشکالت تنفسی را بوجود میآورد. برخی ار ترکیبات هیدروکربن ها نیز به صورت نسوخته از اگزوز خارج میشوند