احتراق در موتورهای اشتعال جرقه ای با مخلوط پیش امیخته

فرایند احتراق در موتورهای احتراق داخلی پدیده ای است که سایر مشخصه های موتور از قبیل کارایی ، بازده و انتشار الایندها را تحت تاثیر قرار می دهد با کنترل بهینه فرایند احتراق در موتور می توان سایر مشخصه های موتور را نیز به خوبی کنترل نمود

مشخصات و طبقه بندی شعله

الف شعله پیش امیخته (premixed flame)

اگر سوخت و اکسید کننده قبل از احتراق و در خارج از محفظه به صورت یکنواخت با یکدیگر مخلوط شوند و سپس مشتعل گردند شعله پیش امیخته حاصل می شود

ب شعله انتشاری یا نفوذی (diffusion flame)

اگر واکنش دهندگان (سوخت و اکسید کننده ) از پیش با هم مخلوط نشده و در همان ناحیه که واکنش انجام می گیرد مخلوط شوند گویند

در موتورهای اشتعال جرقه ای شعله از نوع پیش امیخته بوده ، مخلوط سوخت و هوا در تمامی مدتی که شعله پیش می رود در حالت گازی قرار دارد . شعله در فرایند احتراق بسیار پیچیده است زیرا همراه با مکانیزم های پیچیده شیمیایی و انتقال گرما به صورت توربولنت است . پدیده احتراق یک فرایند سریع گرما زا در فاز گازی است که در ان اکسیژن یک واکنشگر اصلی است

ناحیه واکنش جبهه شعله نامیده می شود پیشرفت شعله نتیجه ارتباط قوی بین واکنشها شیمیایی ،فرایندهای انتقالی انتشار جرم و هدایت گرمایی و جریان سیال است وجود گرما واکنشهای شیمیایی را شتاب می بخشد

فرایند احتراق

در موتورهای اشتعال جرقه ای کاربراتوری سوخت از طریق ژیگلور کاربراتور وارد هوائی می گردد که با سرعت زیاد و فشار کم از ونتوری عبور می نماید سوخت وهوا با نسبت معینی در داخل مانی فولد به طور تقریبا همگون و یکنواختی مخلوط شده از طریق سوپاپ ورودی وارد سیلندر موتور می گردد و با گازهای سوخته باقی مانده از سیکل قبل مخلوط شده و سپس متراکم می گردد تحت شرایط طبیعی کار موتور چند درجه قبل از نقطه مرگ بالا احتراق توسط جرقه الکتریکی شمع شروع می گردد به دنبال این اشتعال شعله متلاطمی (turbulent) در درون محفظه احتراق شروع به پیشروی نموده و مخلوط پیش امیخته سوخت و هوا و گازهای باقی مانده را می سوزاند این پیشروی تا رسیدن شعله به دیوارهای محفظه احتراق و خاموش شدن ان ادامه پیدا می کند

در بررسی عکس های متوالی از فراینداحتراق در یک موتور اشتعال جرقه ای مشاهده شده است که شمع 30 درجه قبل از نقطه مرگ بالا جرقه می زند ولی اولین شعله در 24 درجه قبل از نقطه مرگ بالا قابل رویت است جبهه شعله (flame front) به صورت شعله های متلاطم و ابی رنگ مشاهده می شود در نقطه مرگ بالا قطر شعله حدود دو سوم قطر سیلندر است و در 15 درجه بعد از نقطه مرگ بالا شعله به دیورهای محفظه احتراق می رسد در حدود 10 درجه بعد از نقطه مرگ بالا توده سفید رنگ که رفته رفته تمایل به صورتی شدن دارد اشکار می گردد این بیانگر مخلوطی است که در مراحل اولیه احتراق در نزدیکی شمع سوخته است و اکنون در پشت جبهه شعله در اثر سوختن سایر قسمت های مخلوطی به بالاترین دماهای موجود در محفظه احتراق متراکم می گردد در حالی که مخلوط هم چنان در حال سوختن است

در شکل زیر سیماهای دیگری از فرایند احتراق در یک موتور اشتعال جرقه ای مشاهده می شود این نمودارها از چندین چرخه متوالی در یک موتور اشتعال جرقه ای گرفته شده است فشار درون سیلندر کسری از جرم ورودی که سوخته است و همچنین کسری از حجم سیلندر که توسط جبهه شعله سوخته همگی به عنوان تابعی از زوایه چرخش میل لنگ نشان داده شده است به دنبال جرقه شمع مدت زمان ازاد شدن انرژی ناشی از توسعه شعله برای افزایش ناشی از احتراق که قابل تشخیص باشد خیلی کوچک است هم چنان که شعله برای پیشرفت در امتداد محفظه احتراق ادامه می یابد فشار بطور یکنواخت به مقادیر بالاتری نسبت به نبود احتراق (حالت موتور گردانی ) افزایش می یابد فشار بعد از نقطه مرگ بالا قبل از این که تمام گازهای درون سیلندر بسوزد به مقدار ماکزیمم خود می رسد و سپس هم چنان که حجم سیلندر در طی ادامه انبساط افزایش می یابد کاهش می یابد

فرایند توسعه و پیشرفت شعله از چرخه ای به چرخه ای دیگر متفاوت است به همین خاطر شکل نمودارهای افزایش فشار ،کسر حجم سوخته شده و کسر جرم سوخته شده برای چرخه ای با چرخه های دیگر اختلاف معنی داری دارد علت این امر این است که توسعه شعله بستگی به ترکیب و حرکت مخلوط های موضعی درون محفظه دارد این مقادیر در چرخه های مختلف یک سیلندر با هم متفاوت هستند حتی ممکن است تغییرات سیلندر به سیلندر نیز وجود داشته باشد مخصوصا ترکیب و حرکت مخلوطی که در نزدیکی های الکترودهای شمع در زمان جرقه زنی قرار گرفته است چون حرکت اولیه توسعه شعله را هدایت و تعیین می کند اهمیت خاصی دارد

چگالی مخلوط های نسوخته ای که در سر جبهه شعله قرار دارند حدود چهار برابر چگالی گازهای سوخته شده پشت جبهه شعله است

حتی هنگامی که شعله تمام محفظه احتراق را فرا گرفته است مقدار 0.25از جرم گازهای موجود در محفظه احتراق نسوخته باقی مانده است از این توضیح می توان به این نتیجه رسید که فرایند احتراق به چهار فاز قابل تشخیص تقسیم می شود

1-      اشتعال جرقه spark ignition

2-      توسعه شعله ابتدایی early flame development

3-      پیشرفت شعله  flame termination

در شکل 3-4 منجنی های فشار در مقابل درجات چرخش میل لنگ نشان داده شده است شکل 4a-3 نشان می دهد که چرا گشتاور موتور هنگامی که زمان جرقه زنی نسبت به TDC موقعیت های مختلفی دارد فرق می کند هنگامی که شروع فرایند احتراق قبل از TDC خیلی اوانس می شود نیروی مقاومی را در برابر بالا رفتن پیستون و تراکم گاز ایجاد می نماید و باعث می گردد که انتقال کار کورس تراکم که از پیستون به گازهای سیلندر است افزایش یابد اگر احتراق توسط ریتارد کردن زمان جرقه زنی به تاخیر بیفتد اوج فشار سیلندر در کورس انبساط دیرتر اتفاق افتاده و مقدار ان کمتر خواهد بود و این تغییرات انتقال کار کورس انبساط را که از گازهای سیلندر به پیستون کاهش می دهند . بهینه ترین زمان جرقه زنی هنگامی است که حداکثر گشتاور ترمزی

 (maximum brake torque) یا MBT به دست اید شکل 4b-3 تاثیر زمان های مختلف را بر روی گشتاور ترمزی در موتورهای اشتعال جرقهای معمولی نشان می دهد همان گونه که در شکل 4b-3 مشاهده می شود هر مقدار اوانس و یا ریتارد نسبت به زمان MBT باعث کاهش گشتاور تولیدی موتور می گردد

اغلب از قوانین تجربی برای نسبت دادن جرم سوخته و ماکزیمم فشار سیلندر در زوایای مختلف چرخش میل لنگ در نقطه MBT استفاده می شود برای مثال در حالت بهینه جرقه زنی :

1-      ماکزیمم فشار سیلندر در حدود 16 درجه بعد از نقطه مرگ بالا اتفاق می افتد

نصف جرم گاز های وارد شده به سیلندر در حدود 10 درجه بعد از نقطه مرگ بالا می سوزد

احتراق در موتورهای اشتعال جرقه ای (قسمت دوم)

دو نوع احتراق غیر عادی در موتور های اشتعال جرقه ای تعریف می شود

1-      کوبش knock

2-      اشتعال سطحی surface ignition

کوبش پدیده خیلی مهمی در احتراق نامناسب موتور به شمار می رود و همان گونه که از نامش پیداست صدای خیلی بلند و شدیدی را به همراه دارد این پدیده نتیجه خودسوزی (autoignition) قسمتی از مخلوط سوخت و هوا و گازهای باقی مانده از چرخه قبل است که در جلوی جبهه شعله قرار دارد و گاز انتهایی (end gas) نامیده میشود هنگامی که شعله در امتداد محفظه احتراق پیش می رود  باعث متراکم شدن و در نتیجه افزایش فشار و دانسیته گاز انتهایی محفظه احتراق می شود

گاهی گاز انتهایی مخلوط سوخت و هوا ممکن است متحمل واکنش های شیمیایی قبل از احتراق نرمال گردد . محصولات ناشی از این واکنش ها ممکن است به طور خود به خودی و سریع مشتعل گردد و قسمت خیلی زیادی از انرژی شیمیایی خود را ازاد کند نرخ ازاد شدن انرژی در این پدیده 5 تا 25 برابر احتراق نرمال است در نتیجه فشار نوسانی با فرکانس بالا همراه با صدای خیلی شدیدی در درون سیلندر به وجود می اید . وجود یا عدم وجود کوبش نتیجه کشمکش میان جبهه شعله و واکنش های پیش احتراقی در گاز انتهایی نسوخته است اگر جبهه شعله گاز انتهایی را قبل از اینکه واکنش های خود سوزی در ان ایجاد گردد کوبش به وجود نمی اید ولی اگر واکنش های پیش احتراقی قبل از رسیدن جبهه شعله تولید خود اشتعالی نماید کوبش در موتور روی خواهد داد

دیگر پدیده احتراق ناهنجار اشتعال سطحی است که عبارت است از اشتعال مخلوط سوخت و هوا که در نتیجه گرمای بیش از حد سوپاپها شمه و یا ذرات داغ رسوب کرده در محفظه احتراق و یا هر نقطه داغ دیگر در این محفظه صورت می گیرد به عبارت ساده تر اشتعال توسط هر منبعی غیر از جرقه شمع است که ممکن است قبل از اشتعال جرقه شمع صورتگیرد که اشتعال پیش از موعد

(preignition) و یا بعد از اشتعال نرمال انجام شود که احتراق بعد از موعد (postignition) مامیده می شود این پدیده ممکن است در درون محفظه احتراق تولید یک شعله ساده یا چندین شعله نماید که در هر صورت احتراق های ناشی از این پدیده کنترل نشده خواهد بود و اثرات ام مخصوصا هنگامی که ناشی احتراق پیش از موعد باشد شدیتر است

هم چنان که هر المانی از مخلوط سوخت و هوا می سوزد چگالی ان در حدود 4 برابر کاهش می یابد

می توان مراحل زیر را برای توسعه و انتشار شعله بیان نمود

-          زاویه توسعه شعله (flame – development angle) زاویه پیموده شده میل لنگ بین شروع جرقه تا هنگامی که بخش کوچک اما قابل ملاحضه از جرم مخلوط می سوزد و مقدار 5 تا 10 درصد از انرژی سوخت ازاد می گردد

-          زاویه سوختن سریع (rapid – burning angle) : عبارت از زاویه ای از میل لنگ که در ان تمام سوخت می سوزد و برابر است با فاصله مابین انتهای زاویه توسعه شعله و پایان فرایند پیشرفت شعله که معمولا 90درصد جرم در این فاصله می سوزد

-          زاویه کل احتراق (overall burning angle) : عبارت از کل زمان احتراق و شامل مجموع دو زاویه است

بیشینه فشار سیلندر زمانی اتفاق می افتد که جبهه شعله با دورترین دیواره محفظه احتراق برخورد می کند

شکل زیر فرایند توسعه شعله را در حالت های بدون حرکت گردابی (quiescent) و حرکت گردابی مخلوط (swirl) و تعداد و مکانهای مختلف شمع در درون محفظه احتراق موتور اشتعال جرقه ای را نشان می دهد . شدت حرکت گردابی شکل محفظه احتراق و موقعیت شمع مساحت سطح جبهه شعله (flame front surface area ) را تحت تاثیر قرار می دهد هنگامی که شمع در مرکز محفظه احتراق قرار دارد مساحت شعله دو برابر حالتی است که در یک طرف محفظه قرا ر دارد و سرعت پیشرفت شعله نیز دو برابر است در حالتی که دو شمع در طرفین محفظه نصب شده است نسبت به حالت قرار گرفتن شمع در مرکز محفظه مساحت شعله تفاوت قابل ملاحضه ای را نشان نمی دهد . با افزایش سرعت موتور و ایجاد حرکت گردابی سطوح جریان متلاطم در محفظه در زمان احتراق افزایش یافته در نتیجه نرخ توسعه و پیشرفت شعله های پیش امیخته متلاطم افزایش می یابد و راندمان حرارتی نیز بیشتر می گردد

نسبت هم ارزی سوخت به هوا نیز روی میزان سوختن موثر است

در شکل زیر مرکز شعله در یک جهت از الکترودهای شمع فاصله می گیرد که جهت و سرعت دور شدن مرکز شعله از شمع در جرقه های مختلف موتور متفاوت خواهد بود در شکل زیر عکس های واقعی از توسعه شعله را در فاصله 5 درجه چرخش میل لنگ از جرقه زنی شمع در دو چرخه مختلف نشان می دهد هم چنان که اشکار مشاهده می شود جهت دور شدن مرکز شعله در این دو چرخه کاملا متفاوت است

ضخامت جبهه شعله تحت شرایط متعادل در حدود 0.1 میلی متر است و هم چنان که شعله در امتداد محفظه احتراق پیشرفت می کند ضخامت ناحیه واکنش ثابت باقی می ماند

جبهه شعله شامل دو ناحیه است یک ناحیه پیش گرمایش و یک ناحیه واکنش در ناحیه پیش گرمایش دمای مخلوط نسوخته توسط گرمای انتقال یافته از ناحیه واکنش افزایش می یابد و واکنش های قابل توجهی که باعث ازاد شدن انرژی می گردد در این ناحیه روی نمیدهد ولی وقتی که دمای بحرانی واکنش ها فرا رسید واکنش های شیمیایی گرما زا شروع می شوند که این اتفاق در ناحیه واکنش روی می دهد

وجو گازهای سوخته در مخلوط نسوخته درون سیلندر که ناشی از گازهای باقی مانده از چرخه قبل یا بازخورانی گازهای EGR است باعث کاهش فزاینده ای در سرعت سوختن می شود هر گاز سوخته در مخلوط نسوخته ارزش گرمایی هر واحد جرم مخلوط را کاهش داده بنابراین دمای شعله را کاهش می دهد این گازها به عنوان یک رقیق کننده عمل می کنند

هم اینکه جبهه شعله به دورترین دیواره محفظه احتراق رسید پیشرفت شعله متوقف می شود ولی احتراق در پشت جبهه شعله تا اتمام تمام گازهای نسوخته باقی مانده انجام احتراق نهایی و خاموش شدگی شعله ادامه می یابد

مسلما چرخه های سوختن سریع تر نسبت به چرخه های کندتر دارای فشار بیشینه بالاتری خواهند بود

وقتی که مخلوط با هوای اضافی گازهای سوخته باقی مانده از چرخه قبل و گاز بازخورانی اگزوز رقیق می گردد مقدار تغییرات چرخه به چرخه احتراق افزایش می یابد نهایتا در بعضی از چرخه ها سوختن خیلی کند می شود و احتراق کامل نمی گردد چنین حالتی به جزئی سوختن موسوم است حتی برای مخلوطهای خیلی رقیق و فقیرتر به حد عدم احتراق (misfire) می رسد یعنی طول چرخه هیچ گونه اشتعالی روی نمیدهد

حد اشتعال (ignition – limited spark timing or the ignition limit) تایمینگ جرقه ای که نسبت به تایمبنگ MBT بیش از حد اوانس شده است چون تراکم در درون سیلندر هنوز به حد مطلوب نرسیده است (هنگام جرقه زنی ) در نتیجخه اشتعال روی نخواهد داد

اگر زمان جرقه زنی نسبت به MBT بیش از حد ریتارد گردد پیشرفت شعله در درصد کوچکی از جرقه ها کامل نخواهد بود اصولا برای مخلوطهای که فقیر هستند باید اوانس جرقه بیشتری قائل شد تا احتراق کامل حاصل شود

در حدود 0.2 میلی ژول انرژی برای اشتعال یک مخلوط سوخت و هوای خاموش توسط جرقه در حالت استوکیو متریک و شرایط عادی موتور لازم است . برای مخلوطهای فقیرتر یا غنی تر مقادیر بیشتری از انرژی در حدود 3 میلی ژول ممکن است نیاز باشد . سیستم های اشتعال معمولی انرژی الکتریکی در حدود 30 تا 50 میلی ژول به جرقه تحویل می دهند

با یک نسبت هم ارزی مناسب برای اشتعال توزیع یکنواخت و همگون مخلوط یک میلی ژول انرژی جرقه و همچنین چند میلی ثانیه مدت زمان فرایند احتراق شروع می شود ولی عملا این فرایندها کمتر به صورت ایده ال روی میدهند هوا سوخت و گاز اگزوز بازخورانی شده به طور یکنواخت بین سیلندرها توزیع نمی شوند . به علاوه مخلوط سوخت هوا گاز بازخورانی شده و گازهای باقی مانده از چرخه قبل نیز در درون هر یک از سیلندرها همگون و یکنواخت نمی باشد . همچنین فشار دما و چگالی مخلوط بین الکترودهای شمع در زمان جرقه زنی روی ولتاژ مورد نیاز برای جرقه تاثیر گذارند . این پارامترها نیز به طور قابل ملاحضه ای در دامنه بارها و سرعت های مختلف موتور تغییر می نماید بنابراین مدت زمان و انرژی جرقه باید برای شروع احتراق تحت بسیاری از شرایط نامطلوب در اطراف الکترودهای شمع کافی باشد . معمولا اگر انرژی جرقه از 50 میلی ژول بیشتر باشد و مدت زمان ان نیز از 0.5 میلی ثانیه طولانی تر گردد اشتعال مناسبی به دست خواهد امد

هنگامی که پدیده کوبش روی می دهد ازاد شدن بی نهایت سریع انرژی شیمیای گاز انتهایی باعث فشار موضعی خیلی شدید و انتشار امواج فشار به صورت یک میدان نوسانی قابل ملاحضه در امتداد محفظه احتراق می شود . به دنبال اشتعال سطحی نیز ، شعله ای به صورت توربولنت در محل ایجاد این اشتعال به وجود می اید و به طریقه مشابه ان چه در احتراق عادی اتفاق می افتد شروع به پیشروی در امتداد محفظه احتراق می نماید

چون پدیده اشتعال خود به خودی که باعث به وجود امدن کوبش می شود ، بستگی به دما و فشار گاز انتهایی دارد  

کوبش توسط تنظیم زمان جرقه زنی قابل کنترل است اوانس جرقه شدت ضربه کوبش را افزایش و ریتارد جرقه ان را کاهش می دهد . چون اشتعال سطحی معمولا باعث افزایش شدیدی در فشار و دمای گاز انتهایی نسبت به احتراق عادی می گردد (زیرا شعله زودتر شروع به انتشار می کند و یا توسعه شعله از بیش از یک منبع صورت می گیرد ) در نتیجه کوبش یک نتیجه احتمالی از وقوع اشتعال سطحی خواهد بود کوبش ناشی از اشتعال سطحی معمولا توسط احتراق پیش از موعد (preignition) که ناشی از ذرات داغ رسوب کرده در محفظه احتراق است صورت می گرد کوبش ناشی از اشتعال سطحی را نمی توان به طور معمول توسط ریتارد کردن زمان جرقه زنی کنترل کرد زیرا شعله ناشی از جرقه شمع باعث کوبش نشده است

(قسمت سوم) 

پدیده های دیگری نیز از احتراق غیر عادی ناشی از اشتعال سطحی به وجود می ایند که عبارتند از :

Wild ping  : نوع متفاوتی از کوبش ناشی از اشتعال سطحی است که تولید صدای خرد شدن یا انفجار شدید می کنند . علت ان احتراق زود هنگام مخلوط سوخت و هوای درون محفظه احتراق توسط ذرات داغ معلق است . این پدیده زمانی که ذرات معلق توسط فرایند تخلیه ازسیلندر خارج می شوند اتفاق نمی افتد ولی اگر این ذرات رسوب کرده به نحوی از سطوح محفظه احتراق جدا شوند و به صورت معلق درایند احتمال وقوع این پدیده وجود خواهد داشت .

Rumble : این پدیده صدای نسبتا ثابت با فرکانس پایین (600تا 1200) هرتز تولید می کند و همراه با اشتعال سطحی ناشی از ذرات داغ رسوب کرده در موتورهایی با نسبت تراکم بالا اتفاق می افتد . این نوع اشتعال سطحی افزایش فشار زیادی را به وجود می اورد که می تواند با کوبش نیز همراه باشد

Run-on : هنگامی اتفاق می افتد که اشتعال مخلوط سوخت و هوای درون سیلندر حتی بعد از قطع سوئیچ جریان برق (خاموش کردن موتور) هم چنان ادامه داشته باشد در طی این پدیده موتور معمولا ایجاد صداهایی شبیه به کوبش می کندعلت ان احتمالا اشتعال تراکمی مخلوط سوخت و هوا قبل از اشتعال سطحی است.

Runaway : اشتعال سطحی که به صورت متوالی و زیاد در چرخه موتور اتفاق می افتد . این پدیده معمولا توسط شمع ، سوپاپ ها یا دیگر سطوح محفظه احتراق که بیش از حد داغ شده اند . روی میدهد این پدیده مخرب ترین نوع اشتعال سطحی است که می تواند منجر به گرم شدن بیش از حد و جدی موتور و صدمات ساختاری به ان گردد

اشتعال سطحی مسئله ای است که می تواند با تدابیر مناسب در طراحی موتور و کیفیت سوخت و روغن برطرف گردد . ولی در مقام مقایسه کوبش به عنوان یک مشکل جدا نشدنی روی عملکرد و بازده موتور تاثیر دارد زیرا ماکزیمم نسبت تراکمی را که با هر نوع سوختی سازگار باشد محدود می نماید

در بین پدید های اشتعال سطحی موتور اشتعال پیش از موعد (preignition) قابلیت تخریب بیشتری دارد . زیرا هر فرایندی که شروع احتراق را از زمان ماکزیمم گشتاور اوانس نماید باعث افزایش گرما می شود این افزایش گرما ناشی از افزایش فشار گازهای سوخته شده درون محفظه احتراق است گرمای زیاد باعث گرم شدن بیشتر اجزای موتور که به نوبه خود می تواند نقطه اشتعال پیش از موعد را ان قدر اوانس نماید تا قسمت های مختلف موتور به حالت دمای بحرانی رسیده خراب شوند . قسمتهای که می توانند باعث احتراق پیش از موعد شوند بخش هایی هستند که کم تر سرد شده و زیادی رسوبات تشکیل شده بر روی انها ایجاد عایق حرارتی اضافه نموده است :

مثال اولیه : شمع ها، سوپاپهای خروجی و فلزات باریک شده لبه پیاله های ایجاد شده در تاج پیستون است تحت شرایط عادی و استفاده از شمع هایی با دامنه حرارتی مناسب اشتعال پیش از موعد معمولا توسط سوپاپ تخلیه پوشیده شده از رسوبات ناشی از سوخت و روغن که به داخل مححفظه احتراق نفوذ کرده اند اتفاق می افتد . خنک کاری بهتر سوپاپ های تخلیه و کاهش نشت روغن معمولا این مشکل را کم تر می نماید . محل ونحوه قرار گیری سوپاپ تخلیه و شمع در سرسیلندر و محفظه احتراق نیز حایز اهمیت است . از دیگر موارد طراحی موتور که احتمال اشتعال پیش از موعد را به حداقل می رساند عبارتند از : شمع با دامنه حرارتی مناسب ، استفاده از الیاژ مناسب در ناحیه احتراق ، کاهش تیزی لبه های فلزات سرد شدن بهتر سوپاپ تخلیه یا به کار گیری سوپاپ هایی که با سدیم خنک می شود (sodium-coold valve)

کوبش به طور ابتدایی تحت شرایطی اتفاق می افتد که موتوربا حداکثر گاز کار می کند بنابراین این پدیده محدودیت های مستقیمی را بر روی عملکرد موتور وارد می سازد . به طوری که با کاهش نسبت تراکم موتور به منظور کاهش فشار گاز انتهایی ، بازده موتور نیز کاهش می یابد . وقوع و شدت کوبش بستگی به میزان مقاومت سوخت در مقابل کوبش و مشخصات ضد کوبشی موتور دارد . قابلیت مقاومت به کوبش یک سوخت توسط عدد اکتان اندازه گیری می شود : اعداد اکتان بالاتر بیشترین مقاومت در برابر کوبش را تعریف می کنند مقادیر عدد اکتان بنزین می تواند توسط فرایندهای پالایشی بهتر گردد مانند انجام کراکینگ کاتالیزوری که هیدروکربن هایی با عدد اکتان پایین را تبدیل به هیدروکربن هایی با عدد اکتان بالا می نماید همچنین مواد ضد کوبشی مانند الکل ،الکیل های سرب (تترا اتیل سرب) و ترکیبات الی منگنز دار برای بالا بردن عدد اکتان قابل استفاده است عدد اکتان مورد نیاز (octane number requirement) یا (ONR) یک موتور بستگی به چگونگی طراحی موتور و شرایط کاری ان ،دما و فشار گاز انتهایی جلوی شعله و زمان مورد نیاز برای وختن مخلوط ورودی به سیلندر دارد . حساسیت یک موتور به کوبش توسط عدد اکتان مورد نیاز ان (مقدار اکتان سوخت مورد نیاز برای جلوگیری از کوبش ) تعیین می شود که توسط عواملی که دما و فشار بالاتری یا زمان طولانی تر سوختن را به وجود می اورد افزایش می یابد بنابراین مسئله کوبش که هم بستگی به کیفیت سوخت های موجود و هم بستگی به مهارت طراح موتور برای ایجاد یک رفتار احتراقی عادی و مطلوب دارد به طوری که مشخصه های طراحی موتور مقدار کوبش را به حداقل برساند

شکل 3-33 تغییرات فشار در سه موتور مجزا از هم را که به صورت احتراق عادی ٰ کوبش ضعیف و کوبش شدید است نشان می دهد

هنگامی که کوبش روی می دهد ، تغییرات فشاری با فرکانس بالا مشاهده می شود که میزان نوسانهای ان  با زمان کاهش می یابد .

شکل 33a-3 شدت تغییرات کوبش در باقی مانده سیکل اتفاق می افتد در کوبش ضعیف ،کوبش در فرایند سوختن دیر اتفاق می افتد . و میدان نوسانی تغییرات فشار کوچک تر است

در کوبش شدید که زمان جرقه زنی خیلی اوانس است ، کوبش نزدیک به نقطه مرگ بالا و در مرحله احتراق روی می دهد و میدان نوسان تغییرات فشار خیلی بزرگ تر است . این تغییرات فشار صدای شدیدی به نام کوبش ایجاد می کند . این پدیده نتیجه ازاد شدن خود به خودی مقادیر بالایی از انرژی شیمیایی سوخت موجود در گاز انتهایی است که موجب افزایش قابل ملاحضه ای در فشار و دمای گاز شده در نتیجه ان موج ضربه ای در اطراف ناحیه گاز انتهایی و در متداد محفظه احتراق منتشر می شود این موج ضربه ای را موج تانبساط همراهی می کند و انعکاس این موج ها توسط دیوارهای محفظه احتراق فشار نوسانی را که در مقابل ثبت می شود به وجود می اورد باید توجه کرد که به هنگام روی دادن یک کوبش توزیع فشار در سراسر امتداد محفظه احتراق یکسان نیست در نتیجه اندیکاتور فشار که در نقاط مختلف قرار گرفته اند سطح فشار متفاوتی را در یک زمان معین ثبت خواهد کرد

روش های زیادی برای تعیین کوبش و مشخصات ان استفاده می شود گوش انسان یک وسیله حساس و شگفت انگیز تشخیص دهنده کوبش است و به طور عادی در تشخیص عدد اکتان مورد نیاز یک موتور استفاده می شود . اشکار سازهای کوبش که در سیستم های کنترل کوبش استفاده می شوند معمولا به شتاب حرکت ارتعاشی قسمت هایی از ساختمان موتور که توسط امواج فشاری کوبش به وجود امده پاسخ می دهند . هنگامی که کوبش اتفاق می افتد نور شدیدی مشاهده می شود که با افزایش زیاد یونیزاسیون همراه است بنابراین اشکارسازهای دمای یونیزاسیون و ابزار ازمایش های نوری نیز مورد استفاده قرار می گیرد . شمع نیز می تواند به عنوان یک اشکار ساز یونیزاسیون به خدمت گرفته شود برای مطالعات خیلی دقیق کوبش موتور و نشان دادن نوسان های فشار استفاده از تراسدیور فشار نوع پیزوالکتریک (piezoelectric pressure transducer ) خیلی مفید خواهد بود اغلب سیگنال های ارسالی توسط ترانسدیور از نظر فرکانس های خاصی فیلتر می شود به طوی که تغییرات فشار به وجود امده توسط کوبش به صورت جدا از هم ثبت می شوند

کوبش در مرحله شتاب گیری به خاطر گذرا بودن ان بعید به نظر می رسد که باعث صدمات جدی به موتور می شود ولی کوبش در سرعت ثابت موتور منجر به صدمات جدی به موتور می گردد

باید توجه داشت که کوبش های شدید قادرند رسوبات روی دیوارهای محفظه احتراق را برطرف کنند.

در هنگام کوبش یک موج ضربه ای از لبه بیرونی گاز انتهایی با سرعت صوت در امتداد محفظه منتشر می گردد و هم زمان موج انبساط نیز به درون ناحیه فشار بالا و به طرف نزدیکی دیواره پیشروی می نماید موج ضربه ای و موج ابساط بعد از برخورد به دیواره ها منعکس می شود و سرانجام تولید موج های ایستاده می کنند . معمولا این موج های ایستاده نتیجه ارتعاش متقابل گاز بوده چزو میدان نوسانی هستند نوسان های فشار میدان نوسانی بر اثر موج های ایستاده به وجود امده سپس در اثر حرکت گاز کاهش می یابند فرکانس های نوسان های فشار به طور عادی و نوسانی کوچکی حاصل می گردد  بنابراین سیگنال های فشار فرستاده توسط یک اندیکاتور در طی کوبش به جزیات فرایند اشتعال گاز انتهایی هندسه طراحی محفظه احتراق و محل اندیکاتور نسبت به ناحیه گاز انتهایی بستگی خواهد داشت

شکل زیر دو نوسان فشار از یک کوبش را نشان می دهد که در هر دو اندیکاتور فشار ،بالای بوش سیلندر ولی در اولی نزدیک به ناحیه گاز انتهایی ، افزایش بی نهایت سریع فشار با مقادیر بالاتری را نشان می دهد موج های ایستاده سپس رکود پیدا می کند و میدان نوسان ها نیز کاهش می یابد تئوری های اصولی کوبش بر روی مدل های خود اشتعالی مخلوط سوخت و هوای گاز انتهایی پایه گذاری شده است منظور از خود اشتعالی (auto ignition) واکنش احتراق سریعی است که توسط هیچ گونه منیع اشتعال خارجی به وجود نیامده باشد اغلب در علوم احتراق پایه این پدیده یک انفجار (explosion) نامیده می شود

خود اشتعالی یک مخلوط گازی شکل سوخت و هوا هنگامی روی می دهد که انرژی گرمایی ازاد شده توسط واکنش ها بیشتر از گرمای منتقل شده به محیط اطراف باشد کهنتیجه ان افزایش دمای مخلوط خواهد بود . میزان افزایش دما نیز بستگی به مقادیر این واکنش ها دارد . دمایی را که در ان اشتعال خود به خودی روی می دهد . دمای خود اشتعالی (selfignition temperature) می نامند و نتیجه ان افزایش سریع خود به خودی دما و فشار است که به عنوان انفجار گرمایی بیان می گردد

دو روش موجود برای تعیین عدد اکتان : روش تحقیق(research method) و روش موتور (motor method) است که در انجمن تست مواد امریکا (astm) ثبت گردیده اند . هر دو روش در یک موتور تک سیلندر استاندارد صورت می گرد . ولی در روش موتور شرایط عملکردی موتور دقیق تر است علاوه بر این روش تحقیق عدد اکتان جاده ای نیز برای تعیین کیفیت ضد ک