هل توقفتم يوماً للتفكير في سبب ظهور محركات الديزل وكأنها لا تقهر وتستهلك وقوداً أقل في الرحلات الطويلة؟ الجواب يكمن في نسبة الضغط العالية جداً لديها، التي قد تصل إلى 20:1 أو أكثر، بينما محركات البنزين تتراوح حول 10:1. لا يكون الفرق عشوائياً: إنه مهندسة كيميائية بحتة!
ما هي نسبة الضغط ولماذا غيرت محركات السيارات
نسبة الضغط هي القلب النابض لأي محرك احتراق داخلي. تخيل الاسطوانة كحقنة ضخمة: تقيس مدى تقليل حجم الهواء (ووقود البنزين في حالة البنزين) عندما يصعد المكبس من النقطة الميتة السفلى (PMI) إلى النقطة الميتة العلوية (PMS). على سبيل المثال، تعني نسبة 15:1 أن 15 وحدة من الهواء تُضغط في وحدة واحدة فقط. تولد هذه الضغطة حرارة قصوى – تصل إلى 600°C أو أكثر – ضرورية للحرق المثالي.
في محركات البنزين، تتراوح النسب بين 8:1 و 12:1 في الطرز الشائعة، مثل تويوتا كامري V6 أو هوندا أكورد. لكن لماذا؟ يبدأ الأمر مع الوقود. البنزين متطاير بشكل كبير: يتبخر بسرعة، وله نقطة اشتعال منخفضة (تقريباً -40°C)، وإشعال تلقائي حول 280°C (536°F). إذا ضاغط بشدة، ستحدث انفجار مبكر، أو “ضرب في المكبس”، الذي يتلف المكابس والصلابات. لهذا السبب، تتطلب السيارات الرياضية ذات الضغط العالي، مثل بعض مازدا مياتا المعدلة، تتطلب بنزين ممتاز بوقود 98 أوكتان.
أما الديزل فهو العكس: أكثر كثافة، أقل تطايراً، يتبخر ببطء وله إشعال تلقائي عند حوالي 210°C (410°F). هو يحتاج إلى ضغط هائل لتسخين الهواء بما يكفي وإشعاله تلقائياً، بدون شمعة إشعال. النتيجة؟ نسب ضغط تتراوح بين 14:1 و 25:1، مثل ما نجده في ديزل كامنز في رام باور واغن، الذي يوفر عزم سحب هائل للقيادة على الطرق الوعرة.
| الميزة | محرك ديزل | محرك بنزين |
|---|---|---|
| نسبة الضغط النموذجية | 14:1 إلى 25:1 | 8:1 إلى 12:1 |
| نوع الإشعال | بالضغط | بالشرارة (شمعات) |
| الإشعال التلقائي (°C) | ~210°C | ~280°C |
| الكفاءة الحرارية | 35-45% | 25-35% |
تلخص هذه الجدول المعركة: يحقق الديزل كفاءة أعلى لأنه يستخلص المزيد من الطاقة من الوقود. محرك ديزل حديث يحول حتى 45% من الطاقة الكيميائية إلى حركة، مقابل 35% للبنزين. إنها علم الديناميكا الحرارية الأساسي – كلما ضاغط أكثر، أصبح أكثر سخونة، وأكثر انفجاراً في الاحتراق.
كيميائية الوقود: لماذا يتحمل الديزل الضغط الشديد
البنزين هو مزيج خفيف من الهيدروكربونات C4 إلى C12، مصمم للتبخر فورياً في حاضنة السحب. يشكل ضباباً دقيقاً تُشعله الشمعة بدقة. لكن تحت ضغط عالٍ، تتفاعل الجزيئات وتشتعل تلقائياً – ومن هنا جاء تصنيف الأوكتان، الذي يؤخر هذه التفاعل غير المرغوب فيه.
أما الديزل، الذي يتراوح بين C10 و C20، يُحقن مباشرة في الاسطوانة وهو مضغوط بالفعل. الهواء الساخن (يتراوح بين 500-700°C) يبخر النفاثة الدقيقة من الديزل، التي تحترق تدريجيًا. بدون شمعة؟ لا مشكلة! هذا هو مبدأ دورة الديزل، الذي اخترعه رودولف ديزل عام 1892، الذي يعطي الأولوية للكفاءة على سرعة الإشعال.
“ليست فقط ضغطاً هائلاً: إنه الحيلة لحرق ديزل بشكل أكثر كمالاً، مما يقلل الانبعاثات ويوفر الوقود في الرحلات الطويلة.” – مهندسو بوش.
الاستثناءات المذهلة؟ محرك مازدا Skyactiv-G يصل إلى 14:1 في البنزين العادي (87 أوكتان) بفضل مكابس محدبة وحقن مزدوج، مما يمنع الانفجار. ولكن حاول ذلك في ديزل عادي، وستحصل على 20% أكثر كم/لتر. مثال آخر: محركات بومضتين إشعال، التي تحرق البنزين بشكل أنظف، وتقارب كفاءة الديزل.
ومخاطر الخطأ؟ وضع ديزل في محطة بنزين يسبب انسداداً وتوقفاً – أو العكس، احتراق غير فعال. اطلع على ماذا يحدث وتجنب خسائر هائلة.
أمثلة حقيقية: من الشاحنات إلى السيارات السوبر
في الممارسة، انظر إلى كامنز 6.7L في رام: نسبة ضغط 24:1، 420 حصان، وعزم لدفع 15 طناً. الكفاءة؟ متوسط 12 كم/لتر على الطرق السريعة. قارن ذلك بمحرك V8 البنزين هيمي: بنسبة 10:1، قوة أعلى عند السرعة العالية، ولكنه يستهلك وقود أكثر في المدينة.
وفي السيارات السوبر، كانت محركات الديزل النادرة مثل أودي R10 TDI في ليمان تتبع نسب ضغط 17:1 لسيطرة على سباقات التحمل. اليوم، تدمج السيارات الهجينة مثل لامبورغيني تيميرو تاتشو التيربو مع ضغط عالي، مع بقاء جذورها في البنزين.
- مزايا الديزل: استهلاك أقل للوقود (كثافته أعلى: 38 ميجا جول/ل مقابل 32 ميجا جول/ل للبنزين)، عزم فوري منخفض، متانة (سهولة الوصول إلى 500 ألف كم).
- العيوب: الاهتزاز، الضوضاء، الانبعاثات NOx (تحل بواسطة أداة أديبلو).
- البنزين يتفوق في: التكرير، التسارع عند ارتفاع السرعة، التكلفة الابتدائية الأقل.
حديثاً، رفعت التوربو ونظام الحقن المباشر من مستوى الديزل إلى مراحل غير مسبوقة: مثل مرسيدس OM654 الذي يصل إلى 16:1 بـ 190 حصان/لتر. ما هي الكفاءة الحرارية؟ تقارب 50% في المختبرات. المستقبل؟ السيارات الهجينة الديزل-الكهربائية تعد بإنهاء هذه الثنائية.
باختصار، ارتفاع الضغط في الديزل ليس ترفاً: إنه ضرورة كيميائية لإشعال تلقائي وفعالية هائلة. المرة القادمة التي تقود فيها بيك آب كامينز أو VW TDI، اشعر بالعزم – إنه الضغط يعمل. فضولي لمزيد؟ تابع أخبار المحركات على قناة السيارة وتجنب الأساطير التي تكلف الكثير في المحطات!
微信分享
打开微信，扫描下方二维码。