دانلود تحقیق طراحی اجزاء سیستم سوخت رسانی

اجزاء سیستم سوخت رسانی
1.17 کلیات
برای کار سیکل یک موتور احتراق داخلی نیاز به مخلوط قابل احتراقی از سوخت و اکسید کننده داریم.

به هنگام احتراق انرژی شیمیایی سوخت نبدیل به انرژی حرارتی شده و این انرژی نیز تبدیل مکانیکی برای حرکت وسیله نقلیه می شود.

اتومبیلها و تراکتورهای جدید بیشتر از موتورهای احتراقی زیر استفاده می کنند
1- موتورهایی با تشکیل مخلوط در خارج سیلندر (کاربراتوری) و ایجاد جرقه و احتراق توسط یک منبع خارجی در این موتورها از سوختهای فرار (مایع یا گاز) استفاده می شود که مخلوط سوخت در خارج از سیلندر و محفظه احتراق تشکیل می شود.

از این طرح در موتورهای کاربراتوری استفاده می شود.

این نوع موتورها همچنین می توانند مجهز به سیستم سوخت رسانی که سوخت را داخل ؟

ورودی می پاشند باشند.

2- موتورهایی با ایجاد مخلوط در داخل موتور و محفظه احتراق و ایجاد احتراق توسط خود اشتعالی سوخت (انژکتوری): در این موتورها از سوختهایی با فراریت کم (سوخت دیزل یا گازوئیل یا ...) استفاده می شود و مخلوط احتراقی در داخل محفظه تشکیل شده و به همین دلیل طراحی محفظه احتراق تأثیر مستقیمی بر مخلوط قابل احتراق و نحوه ایجاد جرقه دارد.

با توجه به طراحی محفظه احتراق و سیستم سوخت رسانی ، موتورهای دیزل جدید از محفظه های احتراقی با تزریق سوخت حجمی یا لایه ای و محفظه احتراق های تقسیم شده پیش محفظه و اتاق احتراق های گردبادی بهره می گیرند.

بدون توجه به نوع موتور احتراق داخلی خواسته ها و نیازهای اساس که سیم سوخت رسانی باید تامین کند عبارتند از :
1- اندازه گیری دقیق و صحیح سوخت و اکسید کننده برای سیکل و سیلندر
2- تهیه مخلوط قابل احتراق در شرایط دشوار کاری و در زمان خیلی کوتاه
3- تهیه مخلوط هوا و سوخت به طوری که احتراق به طور کامل انجام شود و موارد آلوده کننده در محصولات احتراق وجود نداشته باشد.

4- تغییر اتوماتیک مقدار هوا و سوخت تشکیل دهنه مخلوط با توجه به سرعت و بار موتور
5- قابلیت استارت موتور در دماهای مختلف را ایجاد نماید.

6- پایداری تنظیمات سیستم سوخت رسانی در طول مدت زمان بین دو سرویس موتور و نیز امکان تغییرات در تنظیمات را با توجه به شرایط سرویس و شرایط موتور ایجاد نماید.

7- قابلیت سویس سیستم سوخت رسانی ، ساختمان ساده و قابل اعتماد؛ نصب آسان؛ تنظیمات و تغییرات ساده و آسان را داشته باشد.

خواسته ها و نیازهای ذکر شده در بالا توسط سیستمی بوجود می آید که شرایط زیر را داشته باشد.

(a) در موتورهایی که مخلوط سوخت آنها در خارج سیلندر ایجاد می شود، از کاربراتور در موتورهای کاربراتوری ، از سیکسر در موتورهای گاز سوز و از پمپ و انژکتور در موتورهای با شش مستقیم برای این منظور استفاده شده است
(b) در موتورهای انژکتوری این کار توسط پمپ فشار بالا و انژکتور (اتمیزر) انجام می شود.

2.17 کاربرداتور:
یکی از قسمت اساسی سیستم سوخت رسانی در موتورهای کاربراتوری ، کاربراتور است.

این وسیله دارای سیستم و قسمتهایی مختلفی است که نیازهای و خواسته های ضروری سیستم سوخت رسانی موتور را تأمین می کنند و عبارتند از:
1- سیستم اندازه گیری اصلی با جبران کننده که سوخت مورد نیاز موتور را در زمان کارکرد در شرایط اصلی تأمین می کند.

2- سیستم دور آرام که وظیفه این سیستم فرآهم آوردن کارکرد پایدار موتور تحت بارهای کوچک است.

سیستم غنی سازی مخلوط که در شرایط تحت بارها و سرعتهای ماکزیمم برای بدست آوردن حداکثر توان موتور به کار برده می شود سیستم غنی سازی سوخت برای هنگام شتاب گیری موتور سیستم ها و دستگاهایی که قابلیت استارت موتور را فرآهم می آورند دستگاههای کمکی برای تامین کارکرد مطمئن کاربراتور هنگام طراحی کاربراتور به طور کلی محاسبات اجزاء اصلی مواد اندازه گیری بر پایه ایجاد و تئوری و ژیلگورها انجام می گیرد.

؟

شکل 1.17 : شکل شماتیک یک کاربراتور.

طراحی ونتوری : در هنگام محاسبات ونتوری ما سرعت جریان هوا و مقاطع مختلف را تعیین کرده و ابعاد ساختمان کاربراتور را بدست می آوریم.

هوا از داخل فیلتر هوا و مانیفولر ورودی عبور کرده و وارد ونتوری می شود.

در آنجا و در مقطع مینیمم سرعت هوا افزایش یافته و یک خلاء جزئی ایجاد می شود.

روابط سرعت و فشار جریان هوا در این مقطع از رابطه برنولی برای جریان تراکم ناپذیر بدست می آید.

با این فرض که فشار در مقطع I-I برابر فشار اتمسفر باشد PI-I , P0 در این صورت سرعت در مقطع I-I برار صفر می باشد.

WI-I=0 علاوه بر این بدلیل رفتار نزدیک هوا به سیال تراکم ناپذیر تعداد چگالی هوا P0 در هر نقطه در طول خط مکش ثابت در نظر گرفته می شود.

این فرضیات باعث ایجاد خطایی در حدود 2% در فشار در مقاطع مختلف کاربراتور می شوند که خیلی کوچک است.

ماکزیمم کاهش فشار در مینیمم مقطع ونتوری II-II 5PN=5P0- 5P7 نباید از 15 – 20 kpa تجاوزنماید.

شکل 2.17 دیاگرام ضریب هوای مصرفی نسبت به مقدار وکیوم (خلاء) ونتوری بنابر این مقدار سرعت تئوری هوا Wa(m/s) (بدون در نظر گرفتن افت فشار هوا) در هر مقطع از ونتوری برابر است با: (17.1) در اینجا 5Px , Px مقادیر فشار و خلاء در هر مقطع از ونتوری را نشان می دهند.

P0 , Pa مقدار چگالی هوا بر حسب kg/m3 است.

برای مینیمم مقطع ونتوری داریم (مقطع I-I) (17.2) مقدار سرعت واقعی هوا در ونتوری برابر است با: (17.3) در اینجا QE ضریب سرعت برای افت فشار اصطکاکی در ماینفولدورودی است؛ ضریب انقباض جریان هوا است که برابر با نسبت مینیمم مقطع جریان هوا ff به مینیمم مقطع عبوری هوا در ونتوری در مقطع I-I است؛ ؟

ضریب جریان ونتوری است.

شکل 17.2 نشان دهنده ؟

جریان هوا نسبت به 5Pv در لوله وانتوسی برای کاربراتورهای مختلف است.

تغییرات با مراجعه به منحنی می بینیم که با افزایش افت فشار ؟

به شدت افزایش یافته و بعد از این افزایش ناگهانی تغییرات آن مختصر است و در برخی جاه ها نیز با افزایش ؟

کاهش نیز می یابد.

محدوده هاشور خورده بین دو منحنی ؟

محدوده ؟

در اکثر کاربراتورهای اتومبیل های جدید را نشان می دهد.

در هنگام محاسبات لوله ونتوری منحنی ؟

بر پایه داده های آزمایشگاهی انتخاب می شود.

با توجه به ابعاد ونتوری میزان دبی واقعی عبوری از ونتوری با معادله زیر تعیین می شود.

در اینجا dN قطر ونتوری است P0 , m چگالی هوا اس .

kg/m3 همچنین مقدار دبی هوای عبوری از ونتوری برابر است با مقدار هوای تحویلی به سیلندرهای موتور در یک سرعت خاص که برای یک موتور چهار زمانه داریم.

در اینجا S , D به ترتیب مقادیر قطر و کورس پیستون هستند n , m سرعت موتور استrpm.

از معادلات (17.5) , (17.4) می توان روابط بین افت فشار در ونتوری و سرعت موتور را بدست آورد.

و قطر ونتوری برابر است با قطر ونتوری باید برای شرایط سرعت موتور پائین و دریچه گاز بسته انتخاب شود.

به طوری که سرعت هوای عبوری از 40-50 m/s کمتر نشود و در سرعتهای بالا نیز سرعت هوا از 120-130 m/s تجاوز نکند.م سرعتهای زیر 40 m/s بر روی نحوه تمیز شدن سوخت تاثیر می گذارد و ممکن است سبب افزایش سوخت ویژه مصرفی موتور شود.

سرعتهای بالای 130 m/s نیز باعث ایجاد تاثیراتی بر بازده حجمی موتور شده و قدرت خروجی موتور را کاهش می دهد.

طراحی ژیگلورها: قسمت اصلی اندازه گیری مدارات سوخت رسانی ژیگلورها هستند که با افزایش سرعت موتور و مقدار باز شدگی دریچه گاز باعث غنی سازی مخلوط موجود در ونتوری می شوند.

برای دیدن منحنی مشخصه کاربراتور مقدماتی 1 و کاربراتور ایده آل 2 نگاه کنید به شکل 17.3 ژیگلور کاربراتور مقدماتی با افزایش افت فشار سوخت را غنی می کند.

بنابر این برای رسیدن از مشخصات کاربراتور مقدماتی به کاربراتور ایده آل نیاز به وسیله ای است که مخلوط را در شرایط کاری مختلف موتور ضعیف کند.

(AB در شکل 17.3) برای این هدف مدار اصلی سوخت رسانی کاربراتور مجهز به قسمتی به نام جبران کننده می شود.

جبران کننده مخلوط معمولاً برای دو هدف عمده به کار می رود.

1- کنترل افت فشار ونتوری 2- کنترل افت فشار در ژیگلورها .

که هر دو اصل یاد شده ممکن است به طور همزمان مورد استفاده قرار گیرند.

شکل 17.3 : منحنی مشخصه کاربراتور مقدماتی 1 و کاربراتور ایده آل 2 ژیگلور موازنه کننده (جبران کننده) کاهش فشار ونتوری با وجود ژیگلور اصلی (شکل 17.4) می تواند در زمانی که از سوپاپ هوای کمکی 3 (شکل a17.4( استفاده می شود باعث کاهش افت فشار در ونتوری می شود و همچنین این کار می تواند توسط سوپاپ الاستیک S که سطح عبوری ونتوری را تغییر می دهد انجام شود.

جبران کننده مخلوط برای کنترل افت فشار در ژیلگور می تواند توسط ژیلگور جبران کننده 8 نیز انجام شود.

سوخت عبوری از آن با هوای عبوری از ژیگلور 7 که با هوای آزاد در ارتباط است مخلوط شده و از نازل 6 به داخل ونتوری اسپری می شود (شکل c17.4) همچنین این کار می تواند توسط ژیگلور شماره 0 او نیز 0 ژیگلور هوای 9 (شکل d17.4) انجام شود.

در این مدار جبران کننده (شتاب منفی دهنده پنوماتیکی سوخت) مخلوط مواد سوخت داخل ونتوری اسپری می شود.

سوخت تخلیه شده از اسپری شماره 2 در نتیجه افت فشار بوجود آمده در ونتوری 4 در ونتوری تخلیه می شود مقدار سرعت تئوری سوخت عبوری از ژیگلور اصلی برابر است با : در اینجا pf وزن مخصوص سوخت است (برای بنزین pf-730 -750) kg/m3 ؛g=9.8 شتاب جاذبه ثقل است ؟

مقدار ارتفاع قرار دادی سوخت است که با تخلیه سوخت از اسپری مخالفت می کند؛ (0.002 – 0.005)m= ؟

فاصله بین سطح سوخت موجود در پیاله در کاربراتور و لبه اسپری داخل ونتوری است (شکل a,b27.4) ؟

شکل 17.4: اشکالی از کاربراتورهای مختلف با سیستمهای مختلف جبران کننده ؟

ارتفاع قرار دادی سوخت است که با میزان نیروی کشش سطحی سوخت در هنگامی که از دهانه اسپری جریان می یابد متناسب است.

(برای بنزین hp.t در حدود 3*10-6m است که معمولاً در نظر گرفته نمی شود) مقدار سرعت جریان عبوری از ژیگلور جبران کننده وابسته به ارتفاع ستون سوخت H روی ژیگلور است و d مقدار آن از رابطه زیر بدست می آید: مقدار سرعت تئوری جریان عبوری از ژیگلور 10 (شکل d17.4) از معادله زیر بدست می آید.

در اینجا ?Pwell مقدار افت فشار در گذرگاه جبران کننده 7 است؛ Fs, fa مساحت سوراخهای ژیگلور هوای 9 و اسپری 11 هستند.

مقدار سرعت واقعی سوخت تخلیه شده در اسپری با تغییرات ضریب دبی تغیر می کند.

در اینجا qf ضریب سرعت است که برای افت فشار سوخت تخلیه شده از ژیگلور در محاسبات وارد می شود ?f ضریب انقباض جریان سوخت است.

به علت سختی و پیچیدگی تعیین Qfو ؟

از اطلاعات آزمایشگاهی برای تعیین مقدار ؟

استفاده می شود.

مقدار ضریب سوخت مصرفی به طور کلی تحت تاثیر شکل و ایجاد ژیگلور قرار دارد و اول از همه تحت تاثیر نسبت طول ژیگلور Lf به قطر زیگلور df قرار دارد.

شکل 17.5 منحنی نشان دهنده ؟

نسبت به افت فشار در ونتوری برای سه نوع ژیگلور با نسبت Lf/dj=2.6 ,10 می باشد شکل 17.5: دیاگرام ضریب سوخت مصرفی نسبت به افت فشار ؟

سرعت واقعی سوخت خروجی از ژیگلور wj , wj ?

در سرعتهای موتور بین 0-6 m/s تغییر می کند در صورتیکه سرعت جریان سوخت فرعی از عبارت زیر تعیین می شود.

برای ژیگلور اصلی داریم: برای ژیگلور جبران کننده داریم: برای ژیگلور سوخت داریم: در جبران کننده امولسیونی (پنوماتیکی) مقدار دبی که مخلوطی از هوا و سوخت است برابر است با: در اینجا da.e قطر ژیگلور مخلوط کننده (امولسیونی) است ئ؛ ؟

و Wa,e بترتیب مقادیر مربوط به ضریب دبی هوا و سرعت تئوری هوای خروجی از ژیگلور مخلوط کننده هستند.قطر ژیگلور سوخت برابر است با : قطر ژیگلور امولسیون برابر است با: مشخصات و ویژگی های کاربراتور: ویژگی های کاربراتور از روی منحنی نشان دهنده تغییرات نسبت هوا به سوخت ؟

نسبت به افت فشار ونتوری شناخته می شوند.

نسبت هوا به سوخت بر اساس افزایش ضریب هوا ارزیابی می شود Ga/GfLo=؟

که به افت فشار ونتوری وابسته است: برای کاربراتورهایی با یک ژیگلور اصلی داریم: برای کاربراتورهای دارای ژیگلور اصلی و جبران کننده داریم: برای کاربراتورهای دارای ژیگلور امولسیونی داریم: منحنی مشخصه کاربراتور در بین حدود ?PN=(0.5-1.0)kpa تا مقدار ?PN در ماکزیمم مقدار سرعت هوا در ونتوری رسم شده است.

محاسبات انجام شده در یک جدول داده می شوند (نگاه کنید به قسمت 17.3) با روش محاسباتی گفته شده در بالا به طور تقریبی می توان ابعاد ونتوری و ژیگلورها را پیدا کرد.

ابعاد اجزاء کاربراتور بوسیله محاسباتی که بعداً توسط ماشین تست چک می شوند تعیین می شوند.

17.3: طراحی کاربراتور: بر طبق تجزیه و تحلیل حرارتی داریم: قطر سیلندر D=78 mm ؛ کورس و ستون S= 78mm ؛ تعداد سیلندرها i=4 ؛ چگالی هوا Po= 1.189 kg/m ؛ مقدار هوای تئوری برای سوختن یک کیلوگرم سوخت یک کیلو گرم سوخت/ 14.957 کیلو گرم هوا = Lo مقدار ضریب ورود هوا در توان Ne max= 60.42 km و در سرعت nN= 5600 rpm برابر ?= 0.8784 است؛ مقدار سوخت مصرفی در هر ساعت Gf=18.186 kg/hr ؛ در Ne=60.14 km و nmax=6000 rpm مقدار .

?= 0.8609 و Gf=19.125 kg/hr است.

تعیین ابعاد اصلی ونتوری و ژیگلورها برای کاربراتورهای دارای مدار اندازه گیری سوخت اصلی و ژیگلور جبران کنده و بدست آوردن مشخصات کاربراتوری که نسبت هوا به سوخت ؟

را فراهم می آورد در شرایط دریچه گاز کاملاً باز و دور موتور متغیر به صورت زیر است.

محاسبات ونتوری: سرعت هوای تئوری در n= 5600 rpm برابر wa= 145 m/s گرفته می شود.

مقدار افت فشار ایجاد شده در ونتوری طبق فرمول (17.2) برابر است با: سرعت واقعی هوا در ونتوری برابر است با: در اینجا ?= 0.840 از شکل 17.2 در ?PN= 12.5 kpa بدست می آید با این فرض که منحنی ؟

کاربراتور تحت طراحی نزدیک منحنی ماکزیمم ؟

در شکل 17.2 است.

مقدار دبی هوای عبوری از ونتوری برابر است با: قطر ونتوری برابر است با: محاسبات ژیگلور اصلی: سرعت تئوری سوخت عبوری از ژیگلور اصلی برابر است با: در اینجا Pf= 740 وزن مخصوص بنزین است ?h=4mm=0.004 m, kg/m3 ؛ مقدار سرعت واقعی سوخت در هنگام خروج از ژیگلور اصلی برابر است با: در اینجا ?= 0.798 از شکل 17.5 برای ژیگلوری با Lj/dj=2 انتخاب می شود.

بر طبق اطلاعات تجزیه و تحلیل حرارتی مقدار سوخت واقعی مصرفی در n=5600 rpm برابر 8.186 kg/hr است.

از انجایی که سوخت تحویلی از ژیگلور اصلی و جبران کننده عبور می کند ابعاد آنها باید طوری تعیین شوند که نسبت هوا به سوخت ؟

را که با توجه به سرعت موتور از تجزیه و تحلیل بدست آمده است فرآهم نماید.

مقدار اولیه ای که برای سوخت عبوری از ژیگلور اصلی و جبران کننده عبور می کند برابر Gf.m= 0.00480 kg/s و Gfc=Gf - Gfm = 0.00505 – 0.00480 =0.00025 kg/s در نظر گرفته می شود.

قطر ژیگلور اصلی برابر است با (از فرمول 17.16) محاسبات ژیگلور جبران کننده: سرعت تئوری سوخت تخلیه شده ژیگلور جبران کننده برابر است با: در اینجا H= 50 mm = 0.05 m مقدار ارتفاع سوخت موجود در پیاله کاربراتور نسبت به ژیگلور جبران کننده است.

مقدار افت فشار ایجاد شده برابر است با: بنابر این ضریب دبی ژیگلور جبران کننده در ?P=0.7 kpa از شکل 17.5 تعیین می شوند.

با انتخاب ژیگلوری که دارای نسبت Lj/dj= 5 مقدار ?=0.65 از شکل 17.5 تعیین می گردد مقدار قطر ژیگلور جبران کننده برابر است با: محاسبات مشخصات کاربراتور: منحنی مشخصه کاربراتور در بین حدود ?PN در nmin= 100 rpm و ?PN در nmax= 6000 rpm به کمک فرمول زیر ترسیم شده است.

تعیین مقدار ?PN در حالت دریچه گاز کاملاً باز و مقدار تعیین شده برای n و مقداری که برای ؟

بر طبق مقدار ?PN بدست آمده است تعیین شده است.

بر طبق شکل 17.2 در ?PN=0.5-0.6 kpa مقدار ؟

برابر است با ?=0.7 و در ?PN= 12 – 13 kpa مقداری که برای ؟

بدست می آید برابر ?= 0.838 است.

بنابر این در nmin=100 rpm داریم: و در nmax=6000 rpm در اینجا ?= 0.8744 و ?= 0.8609 از تجزیه و تحلیل حرارتی به دست امده اند و مقادیر ?=0.7 و ?= 0.838 با توجه به ?PN= 569 pa و ?PN= 13860 pa بدست آمده اند.

بنابر این نقاط محاسبه مشخصات کاربراتور در بین حدود ?PN=569 pa و ?PN=13860 pa در نظر گرفته می شود.

جدول 17.1: ضریب جریان ونتوری از منحنی 17.2 را با توجه به مقدار اتخاذ شده برای ?PN را بدست آورده و در جدول 17.1 درج می کنیم.

با توجه به مقدار افت فشار در ونتوری مقدار دبی جریان ونتوری از فرمول (17.4) بدست می آید.

ضریب جریان ژیگلور اصلی از منحنی 17.5 و با توجه به مقدار اتخاذ شده برای ?PN بدست می آید.

مقدار سرعت تئوری سوخت ژیگلور اصلی برابر است با: مقدار دبی سوخت موجود در ژیگلور اصلی برابر است با: دبی جریان موجود در ژیگلور جبران کننده مستقل از مقدار افت فشار موجود در ونتوری است.

دبی کل سوخت برابر است با: ضریب هوای اضافی برابر است با: کلیه اطلاعات بدست آمده جدل بندی شده (جدول 17.1) و پس منحنی مشخصه کاربراتور رسم می شود (شکل 17.6) ؟

شکل 17.6: دیاگرام مشخصه کاربراتور با مراجعه به شکل بالا می بینیم که مقادیر بدست آمده برای ؟

نسبت به ?PN خیلی به مقدار بدست آمده برای ؟

از آنالیز حرارتی نزدیک هستند.

این مقادیر در شکل 17.6 توسط نقطه مشخص شده اند.

بنابر این نتایج اولیه بدست آمده از محاسبات تقریباً خواسته ها و نیازهای تحمیلی بر کاربراتور را ارضا می کند.

17.4: طراحی اجزاء سوخت رسانی موتور دیزل: سیتم سوخت رسانی موتور دیزل از اجزاء زیر تشکیل شده است: مخزن سوخت ، پمپ انتقال سوخت فشار پائین ، فیلترها، پمپ انژکتورفشار بالا، انژکتورها و لوله های انتقال سوخت.

بیشتر موتورهای دیزل امروزی از سیستم سوخت رسانی که شامل یک پمپ انژکتور چند واحدی و انژکتورهایی که توسط لوله های تحویل سوخت به پمپ انژکتور مرتبط شده اند بهره می گیرند.

در نوع دیگری از سیستتم سوخت رسانی پمپ فشار بالا و انژکتورها در یک واحد با یکدیگر تلفیق شده و در سر سیلندر نصب می شوند در سالهای اخیر از یک سیستم سوخت رسانی جدید در موتورها استفاده شده است که دارای یک پمپ تقسیم کننده سوخت می باشد این پمپ دارای یک یا دو پلانجر و بارل می باشد.

وظیفه پمپ انژکتور در این سیستم اندازه گیری ، تحویل و تقسیم به طور کلی محاسبات سیستم سوخت رسانی منحصر به تعیین و محاسبه قطعات اصلی مانند پمپ انژکتور و انژکتورها می شود.

پمپ انژکتور: پمپ فشار بالا سیستم سوخت رسانی مهمترین قطعه سیستم سوخت رسانی دیزل می باشد.

وظیفه این پمپ تعیین دقیق مقدار سوخت مورد نیاز موتور و تحویل آن به سیلندرها در لحظه معین مطابق با ترتیب احتراق موتور می باشد.

در پمپ انژکتور موتور اتومبیل ها و تراکتورهای جدید از پمپ انژکتور دارای بارل و پلانجر استفاده شده است که توسط یک میل بادامک دوار وظیفه سوخت رسانی به سیلندرها را انجام می دهند.

محاسبات واحد پمپاژ شامل تعیین قطر و کورس پلانجر می باشد.

این ابعاد و اندازه های اصلی وابسته به مقدار و قدرت خروجی موتور هستند.

مقدار سوخت تحویلی در هر سیکل برابر است با (دبی جرمی) g/cycle و بر واحد دبی حجمی برابر است با (mm3/cycle) به علت تراکم سوخت و ایجاد نشتی سوخت در محل های اتصال و به علت انبساط لوله های تحویل سوخت ظرفیت تحویل سوخت پمپ باید بیشتر از Vc انتخاب شود.

به علت تاثیر پارامترهای بالا در مقدار سوخت تحویلی به سیلندر پارامتری با عنوان نسبت تحویل سوخت تعریف می کنیم که برابر است با نسبت مقدار سوخت تحویلی به سیلندر در هر سیکل با مقدار سوختی که باید پلانجر تحویل دهد.

در اینجا Vt=fPLSact مقدار سوخت نظری تحویلی در هر سیکل است mm3/cycle (FPL سطح مقطع پلانجر است mm3 ؛ Sact کورس مؤثر پلانجر است mm) بنابر این مقدار سوخت نظری تحویلی واحد پمپ کننده برابر است با: تحت بارهای نامی مقدار ؟

برای موتور اتومبیلها و تراکتورها در حدود 0.7 – 0.9 است.

ظرفیت کل واحد پمپاژ برای حالت تمام بار و نیز برای استارت خوردن راحت موتور تحت درجه حرارتهای زیر صفر درجه توسط فرمول زیر تعیین می شود: این مقدار سوخت باید برابر مقدار سوختی باشد که پلانجر در کورس کامل خود باید قادر به تحویل آن باشد.

ابعاد اصلی پمپ از رابطه زیر بدست می آید.

در اینجا dPL و SPL بترتیب مقادیر قطر و کورس کامل پلانجر هستند.

قطر پلانجر برابر است با: نسبت dPL/SPL بین 1.7-1 متغیر است.

قطر پلانجر نباید کمتر از 6mm باشد.

قطر کم پلانجر باعث تاثیراتی بر ماشین کاری و آب بندی بارل و پلانجر می شود.

بر اساس آمارهای بدست آمده در موتورهای بدون سوپر شارژر قطر پلانچر بیشتر از همه فاکتورها به قطر سیلندر وابسته است و این فاکتور مستقل از روش انژکسیون سوخت و سرعت موتور است.

پلانچرهای با نسبت dPL/D=0.065 – 0.08 برای موتورهای بدون سوپر شارژ با محفظه احتراق تقسیم شده و محفظه احتراق باز با vh= 0.61 – 1.9 و دور موتور n = 2000 – 4000 rpm کاربرد دارد.

کورس کامل پلانجر برابر است با: مقادیر بدست امده برای قطر و کورس پلانجر باید با مقادیر داده شده با استاندارد منطبق شوند.

با انتخاب قطر بدست آمده برای پلانجر از استانداردهای داده شده مقدار مؤثر پلانجر برابر است با: برای دیدن مشخصات بعضی از پمپ انژکتورها به جدول 17.2 نگاه کنید.

جدول 17.2: محاسبات پمپ انژکتور: از اطلاعات بدست آمده از قسمت انالیز حرارتی (قسمت 4.3) برای بدست اوردن قطر و کورس پلانجر استفاده می کنیم.

اطلاعات اولیه عبارتند از : قدرت مؤثر موتور Ne=220 kw دور موتور n = 2600 rpm تعداد سیلندرها J=8؛ دبی سوخت ویژه برابر است با ye=220 g/kwhr موتور چهار زمانه است و وزن مخصوص سوخت برابر Pf=0.842 g/cm3 .

مقدار سوخت تحویلی در هر سیکل برابر است با: نسبت تحویل پمپ برابر ?= 0.75 است.

مقدار سوخت نظری تحویلی پمپ برابر است با : ماکزیمم سوخت تحویلی واحد پمپاژ برابر است با: نسبت قطر به کورس پلانجر برابر یک در نظر گرفته می شود.

قطر پلانجر برابر است با: قطر کورس کامل پلانجر برابر است با: مقدار کورس مؤثر پلانجر برابر است با: انژکتور: وظیفه انژکتورها تمیز کردن و توزیع یکسان سوخت در داخل محفظه احتراق است.

انژکتورها در دو نوع باز و بسته ساخته می شوند.

در انژکتورهای نوع بسته ارتباط بین سوراخ های اسپری سوخت و لوله های فشار بالای انتقال سوخت فقط در زمان تحویل سوخت بر قرار می شود.

در انژکتورهای باز این ارتباط همیشه بر قرار است.

محاسبات انژکتورها شامل تعیین قطر سوراخ های نازل شوخت است.

حجم سوخت تزریقی در هر کورس یک موتور دیزل چهار زمانه مانند زیر است: مدت زمان تخلیه سوخت برابر است با: در اینجا ؟

زاویه گردش میل لنگ است (درجه).

مدت زمانی که برای انژکسیون سوخت در نظر گرفته می شود با توجه به نحوه انژکسیون سوخت موتور دیزل تعیین می شود.

در تزریق سوخت لایه ای این مدت زمان 15 تا 25 درجه از گردش میل لنگ را شامل می شود.

در تزریق حجمی سوخت که برای انژکتورهایی با سرعت بالا کاربرد دارد این مدت زمان در حدود 10 تا 20 درجه از چرخش میل لنگ طول می کشد.

سرعت متوسط سوخت تزریقی از دهانه سوراخهای نازل از فرمول زیر تعیین می شود.

در اینجا Pm فشار متوسط سوخت است.

Pa ، Pc= (Pc''+Pz)/2 مقدار فشار متوسط گاز درون سیلندر در هنگام تزریق سوخت است، Pz , Pc" , Pa مقادیر فشار در انتهای زمان تراکم و زمان احتراق هستند که از تجزیه و تحلیل حرارتی موتور بدست می آیند.

در موتورهای بدون سوپر شارژر Pc= 3 – 6 mpa است که این مقدار در موتورهای سوپرشارژردار خیلی بیشتر است.

مقدار فشار متوسط تزریق سوخت Pm در موتورهای دیزل در حدود 15 تا 40 مگاپاسکال است که این مقدار به نیروی فنر انژکتور ، افت اصطکاکی سوخت در نازل ، مقدار قطر و سرعت پلانجر بیشترین فشار انژکسیونسوخت ، بیشترین سرعت تخلیه سوخت و بهبود اتمیزه شدن سوخت بستگی دارد.

مقدار سرعت متوسط تخلیه سوخت در حدود wm= 150 – 300 m/s متغیر است.

مقدار سطح کل سوراخهای اسپری کننده سوخت از عبارت زیر تعیین می شود.

در اینجا ؟

ضریب دبی سوخت است که معادل 0.65 – 0.85 در نظر گرفته می شود.

قطر سوراخهای نازل سوخت برابر است با: در اینجا m نشان دهنده تعداد سوراخهای نازل است.

تعداد و نحوه قرار گیری سوراخهای انژکتور به شکل محفظه احتراق و نحوه انژکسیون سوخت بستگی دارد.

مقدار قطر سوراخهای انژکتور در انژکتورهای تک سوراخه و دو سوراخه در حدود 0.4 – 0.6 mm است.

در انژکتورهای چند سوراخه که در انژکسیون حجمی کاربرد دارند قطر سوراخهای نازل در حدود 0.2mm و بیشتر است (جدول 17.3) جدول (17.3): محاسبات انژکتور: با توجه به اطلاعات بدست آمده از آنالیز حرارتی موتور دیزل (قسمت 4.3) و پمپ انژکتور قطر سوراخهای نازل را تعیین می کنیم.

اطلاعات مقدماتی عبارتند از: فشار واقعی در انتهای زمان تراکم برابر است با Pc''=8.669 mpa فشار در پایان زمان احتراق برابر است با: Pz=11.307 mpa دور موتور n=2600 rpm مقدار سوخت تحویلی در هر سیکل Vc= 97.5 mm3/cycle ؛ وزن مخصوص سوخت برابر است با: Pf= 842 kg/m3.

مدت زمان تحویل سوخت بر حسب درجه گردش میل لنگ برابر ?Q=18^ است.

مدت زمان تخلیه سوخت برابر است با: مقدار فشار متوسط گاز درون سیلندر در زمان انژکسیون سوخت برابر است با: مقدار فشار متوسط اتمیزه سوخت در حدود Pa= 40 mpa در نظر گرفته می شود.

مقدار سرعت متوسط سوخت تزریقی از دهانه سوراخهای نازل برابر است با: مقدار ضریب دبی سوخت ?=0.72 در نظر گرفته می شود.

مقدار سطح کل سوراخهای نازل برابر است با: تعداد سوراخهای نازل برابر m=4 در نظر گرفته می شود.

قطر سوراخهای نازل برابر است با: محاسبات بالا که برای تعیین پارامترهای پمپ انژکتور و انژکتور صورت گرفت بطور تقریبی و غیر دقیق است.

این بدان دلیل است که مقدار سوخت تحویلی تغییرات نسبتاً زیادی نسبت به مقادیر استفاده شده در محاسبات دارد.

این تفاوتها یه علت پدیده های هیدرودینامیکی که در سیستم سوخت رسانی بوجود می آید ایجاد می شوند.

فصل 18 طراحی اجزاء سیستم روانکاری 18.1: پمپ روغن وظیفه سیستم روانکاری ، روغن کاری قطعات موتور، برای کاهش اصطکام بین قطعات محرک ، جلوگیری از خوردگی و زنگ زدگی قطعات موتور ، انتقال تکه های ایجاد شده در اثر سایش و خوردگی خنک کاری قطعات موتور است.

با توجه به نوع و ساختمان موتور از سیستمهای روغن کاری پاشش ، تحت فشار و یا ترکیبی از این دو سیستم در موتور استفاده می شود.

در بیشتر موتورها از سیستم روغن کاری ترکیبی استفاده می شود.

یکی از قطعات اصلی و اساسی سیستم روغن کاری پمپ روغن است.

وظیفه پمپ روغن انتقال روغن به سطوح اصطکاکی قطعات متحرک موتور است.

پمپ های روغن در دو نوع دنده ای و پیچی ساخته می شوند.

پمپ های دنده ای دارای ساختمان ساده کوچک و قابل اعتماد هستند و در گستره وسیعی از موتور تراکتورها و اتومبیل ها کاربرد دارند.

طراحی پمپ روغن شامل تعیین سایز و اندازه دنده های پمپ روغن است در نتیجه این طراحی می توان دبی روغن موجود در مدار سیستم روغن کاری را تعیین کرد.

مقدار دبی روغن گردش در موارد روغن کاری Vc به مقدار گرمایی که توسط روغن از موتور دفع می گردد وابسته است.

Qa بر پایه تجزیه و تحلیل حرارتی مقدار Qa برای اتومبیل و تراکتورهای جدید در حدود 5/1 تا 3/0% مقدار کل گرمایی است که توسط سوخته شدن سوخت به موتور وارد می شود.

بنابر این داریم.

مقدار گرمای تولید سوخت در هر ثانیه برابر است با: در اینجا HN بر حسب Kj/Kg است؛ Gf بر حسب kg/hr مقدار دبی روغن گردشی بر حسب مقدار Q برابر است با: در اینجا P0 مقدار چگالی روغن است؛ مقدار p را در محاسبات برابر P=900 kg/m3 در نظر می گیریم.

C0=2.094 ظرفیت گرمایی متوسط روغن است Kj/Kjk؛ ?T0= 10 -15 k مقدار اختلاف دمای ایجاد شده برای روغن در موتور است.

برای ایجاد فشار روغن پایدار در سیستم روغن کاری موتور مقدار دبی روغن را معمولاً دو برابر آنچه از فرمول بالا بدست آمد در نظر می گیرند.

به علت ایجاد نشتی از فاصله های دو طرف و فاصله شعاعی دنده های پمپ در هنگام طراحی ظرفیت پمپ پارامتری را به عنوان بازده حجمی در نظر می گیریم.

مقدار ؟

در بین حدود 0.6 – 0.8 متغیر است.

در هنگام طراحی پمپ روغن فرض می کنیم که حجم کل حاصل از دنده ها برابر حجم فضای خالی بین آنها می باشد.

در اینجا D0 قطر دایره گام دنده ها می باشد h, m ارتفاع دنده ها است b, m مقدار عرض پیشانی دنده ها است m؛ ظرفیت طراحی پمپ برابر است با: در اینجا np مقدار سرعت دنده پمپ است rpm.

با این فرض که ارتفاع دنده ها دو برابر مدول آنها در نظر گرفته شود.

(h,2m)و D0=zm داریم.

در اینجا Z=6-12 تعداد دنده های چرخ دنده پمپ است؛ m= 3-6 mm مدول دنده های پمپ است.

سرعت دوران چرخ دنده پمپ برابر است با: در اینجا up مقدار سرعت محیطی در قطر خارجی دنده است.

D=m(z+2) , m/s قطر خارجی دنده است m مقدار سرعت محیطی در قطر خارجی دنده نباید از 8-10m/s تجاوز نماید، در سرعتهای محیطی بیشتر مقدار بازده حجمی پمپ به شدت افت پیدا خواهد کرد.

با داشتن مقادیر up,Z, m مقدار عرض پیشانی دنده را از معادله (18.7) بدست می آوریم.

برای دیدن اطلاعات اولیه پمپ روغن هایی که در چندین موتور مختلف مورد استفاده قرار گرفته اند نگاه کنید به جدول 18.1.

جدول 18.1 مقدار توان مصرف پمپ روغن برابر است با: در اینجا Vd ظرفیت طراحی پمپ است p, m3/s مقدار مقدار فشار در سیستم ،روغن کاری است (P=0.3-0.5 mpa برای موتورهای کار براتوری و`p=03-d.fmpa برای موتورهای دیزل ) ?M , p=0.85 , 0,90 مکانیکی پمپ روغن است.

محاسبات پمپ روغن: ابعاد اصلی دنده پمپ روغن برای یک موتور کاربراتوری: مقدار حرارت کل تولیدی توسط سوخت در هر ثانیه از آنالیز حرارتی (قسمت 4.2) بدست می آید.

Q0= 221.92 KJ/S.

مقدار حرارت دفع شده از موتور توسط روغن برابر است با: ظرفیت حرارتی سوخت برابر است با: چگالی روغن برابر است با: مقدار اختلاف دمای ایجاد شده برای روغن در موتور: مقدار دبی روغن گردشی در مدار روغن برابر است با: مقدار دبی روغن که باعث ایجاد پایداری در فشار روغن سیستم می شود برابر است با: بازده حجمی برابر است با ظرفیت طراحی پمپ برابر است با: