خبط المحرك هو صوت الأزيز الناتج عن الاشتعال المبكر لخليط الهواء والوقود في محركات السيارات، بينما درجة الأوكتان هي مقياس لقدرة الوقود على تجنب صوت الخبط غير المرغوب.
يعتبر خبط المحرك، أو كما يُعرف أيضًا بالدق أو التصفيق ظاهرة شائعة للغاية، وتحدث نتيجة لعدة أسباب. السبب الأكثر شيوعًا هو الاحتراق غير الطبيعي أو غير المنتظم للوقود. قد تتسبب أمور أخرى في إحداث الخبط أو صوت الأزيز، مثل النسبة غير الصحيحة من خليط الهواء والوقود، أو شمعة الاحتراق التالفة، أو رواسب الكربون على جدار الاسطوانة أو استخدام وقود منخفض الأوكتان.
لنفهم سبب إصدار المحرك لصوت الخبط غير المألوف، علينا أولًا أن نفهم آلية عمل محرك السيارة.
كيف يعمل محرك السيارة؟
تنقسم محركات السيارات إلى نوعين، محركات البنزين ومحركات الديزل. تعرف تلك المحركات علميًّا بمحركات الاشتعال بالشرر ومحركات الاشتعال بالانضغاط على الترتيب. تختلف تلك المحركات في آلية عملها بالإضافة إلى اختلافها في نوعية الوقود المستخدم.
تُستخدم شمعات الاحتراق في محركات الاشتعال بالشرر من أجل إحداث الاحتراق لخليط الهواء والوقود، بينما تعتمد محركات الاشتعال بالانضغاط على ضغط الخليط بدرجة كبيرة لإحداث الاشتعال بصورة طبيعية. تُستخدم محركات الاشتعال بالشرر في السيارات والدراجات النارية، بينما تعتمد المركبات الثقيلة مثل الشاحنات والحافلات على محركات الاشتعال بالانضغاط.
لنلقي نظرة مفصلة على كيفية عمل محركات الاشتعال بالشرر عن طريق الرسم التوضيحي التالي:
يمكن تقسيم دورة المحرك في محركات الاشتعال بالشرر إلى أربع مراحل، والتي يُطلق عليها أشواط المحرك. الأشواط الأربعة هي شوط سحب الهواء، وشوط الانضغاط، وشوط القدرة، وشوط العادم.
شوط سحب الهواء: يتحرك الكباس إلى أسفل بينما يُشفط الهواء للداخل من خلال صمام سحب الهواء المفتوح، في نفس الوقت يُحقن الوقود داخل الاسطوانة.
شوط الانضغاط: تُغلق اسطوانتي السحب والعادم ويتحرك الكباس إلى أعلى ضاغطًا خليط الهواء والوقود داخل الاسطوانة؛ فترتفع درجة حرارة الخليط نتيجة الانضغاط وتصدر شمعة الاحتراق الشرر الذي يُسبب احتراق الخليط.
شوط القدرة: يتمدد الخليط المحترق ويُدفع الكباس للحركة إلى أسفل وتنتقل تلك الحركة إلى عمود الكرنك عن طريق ذراع التوصيل، وأخيرًا تنتقل الحركة إلى عجلات السيارة عن طريق مجموعة من التروس الموجودة في مجموعة نقل الحركة.
شوط العادم: في الشوط الأخير، يتحرك الكباس إلى أعلى وتُطرد نواتج الاحتراق خلال صمام العادم المفتوح.
في الواقع، لا تعمل المحركات بهذه البساطة إذ توجد الكثير من التفاصيل المعقدة خلف الكواليس. ولكن من أجل معرفة ما يسبب خبط المحرك، لا نحتاج سوى لمعرفة الأساس، وما قرأتَه يعتبر أكثر من كافٍ. الآن لننتقل إلى ما يصدر صوت الخبط.
كيف يحدث الخبط؟
كما ذكرنا، فالاحتراق غير المنتظم لخليط الهواء والوقود هو السبب الأساس وراء صوت الخبط في المحركات. في المحرك الذي يعمل بصورة طبيعية، يحترق الخليط عندما يلامس مقدمة اللهب الحادث نتيجة الشرر. يُضبط توقيت الاحتراق بدقة مع حركة الكباس لأسفل ومع زاوية عمود الكرنك.
في المحركات المعرضة للخبط، تحترق أجزاء من الخليط قبل أن تلامس مقدمة اللهب، كما يظهر في الرسم التوضيحي السابق.
نتيجة للانفجار غير المنتظم، توجد اثنتان أو أكثر من مقدمات اللهب داخل الاسطوانة في نفس الوقت. عندما تقابل مقدمة اللهب الناتجة من شمعة الاحتراق نظيرتها الناتجة من الانفجار غير المنتظم تتولد موجات الصدمة. تلك الموجات تتسبب في اهتزاز أجزاء المحرك بقوة محدثة صوت الخبط غير المرغوب.
عند تعرض أجزاء معينة من الخليط للضغط والحرارة قد يؤدي ذلك لانفجارها. تعتبر المحركات ذات نسب الانضغاط العالية أكثر عرضة للاحتراق المبكر، وبالتالي الخبط.
سبب آخر للخبط هو رواسب الكربون على جدران الاسطوانة وبقية الأجزاء. تؤدي رواسب الكربون إلى انخفاض الحجم الكلي للاسطوانة. وبالتالي يزداد انضغاط الخليط بشكل ملحوظ، وأخيرًا يحدث الخبط. كما يؤدي استخدام شمعة احتراق تالفة أو غير متوافقة، أو استخدام الوقود منخفض الأوكتان إلى حدوث الخبط.
ما هي درجة الأوكتان الخاصة بالوقود؟
يتسبب الخبط الطبيعي في إحداث الضرر للمحركات، وفي بعض الحالات المتأخرة قد يدمر أجزاء المحرك. تتسبب موجات الصدمة والضغط الناتجة من الانفجارات غير الطبيعية لأجزاء الخليط في دفع أجزاء المحرك للاهتزاز مثل هواتف نوكيا القديمة.
يؤدي الخبط أيضًا إلى ارتفاع درجة حرارة شمعة الاحتراق وتآكل أجزاء من غرفة الاحتراق وتصدعها. كما يتسبب الخبط في تقليل كفاءة عمل المحركات أكثر من أي شيء آخر.
منحنى الضغط
يتسبب الضغط الزائد الناتج من الخبط في العديد من المشاكل. تلف أجزاء المحرك ومشاكل الأداء تمثل الخطورة الأكبر. استخدام الوقود ذي درجة الأوكتان الأعلى يقلل من احتمالية حدوث الخبط.
تشير درجة الأوكتان إلى خصائص الوقود المقاومة للخبط، بمقارنة خليط من الأيزو أوكتان (4,2,2-ثلاثي ميثيل البينتان) والهبتان. تشير أيضًا درجة الأوكتان إلى رقم الأوكتان في الوقود.
تتراوح درجة الأوكتان لجميع أنواع الوقود بين صفر و100. إذ تشير درجة اوكتان 100 إلى أقل احتمالية للخبط أو عدم وجودها من الأساس (أيزو-أوكتان)، بينما تشير درجة أوكتان صفر إلى قابلية مرتفعة جدًا لحدوث الخبط (هبتان). ولكن هناك بعض أنواع الوقود الحديثة المقاومة للخبط أكثر من الأيزو-أوكتان، لذا تتخطى درجة الأوكتان في هذه الحالات حاجز المئة.
إذا افترضنا أن أحد أنواع الوقود لديه نفس خصائص مقاومة الخبط الموجودة في خليط يتكون من 90% أيزو-أوكتان و10% هبتان، فإن درجة الأوكتان لهذا الخليط ستكون 90.
لكن درجة الأوكتان للوقود تستخدم فقط للمحركات التي تعتمد على البنزين، مثل محركات الاشتعال بالشرر. بينما تستخدم محركات الديزل التي لا تضغط الوقود -بل تضغط الهواء، ثم يُحقن الوقود بعد ذلك- نظامًا معياريًا آخر يطلق عليه رقم السيتان.
الأيزو-أوكتان والهبتان
بسبب قدراته الهائلة على مقاومة الخبط، يحمل الأيزو-أوكتان تصنيف أوكتان 100. على النقيض تعتبر مواصفات الهبتان هي الأسوأ من ناحية مقاومة الخبط؛ لذا يحمل الهبتان تصنيف أوكتان صفر.
يحترق الوقود ذو درجة الأوكتان المرتفعة عند درجات حرارة أعلى؛ لذا يتطلب الأمر المزيد من الانضغاط للوقود كي يشتغل ذاتيًا. إذن، استخدام الوقود ذي تصنيف الأوكتان المرتفع يستبعد احتمالية الاشتعال المبكر، وبالتالي حدوث الخبط.
الخاتمة
بجانب استخدام وقود ذي تصنيف أوكتان مرتفع، يمكننا تجنب الخبط عن طريق استخدام شمعات الاحتراق الموصى بها من الشركة المصنعة، أو خلق خليط غني نسبيًا بالوقود، أو الاعتماد على المحركات الأقل في نسبة الانضغاط. كما يمكن إضافة حساس التحكم في الخبط للمساعدة في مراقبة ظاهرة الخبط.
ولكن معظم تلك الخطوات لا يمكن للمستهلك العادي القيام بها بنفسه، لذا عندما تبدأ سيارتك في الخبط عليك الذهاب سريعًا لأقرب مركز صيانة؛ لمساعدتك على حل المشكلة.
اقرأ أيضًا:
كيف تعمل السيارات ذاتية القيادة ؟
تعرف على تاريخ ومستقبل أسرع السيارات في العالم
ترجمة: شريف فضل
تدقيق: محمد الصفتي
