دانلود مقاله بررسی سیستم های سوخت رسانی کاربراتوری و انژکتوری و مقایسه آنها

چکیده :

در ابتدا به نحوه عملکرد سیستم سوخت رسانی کاربراتوری پرداخته ، سپس به چگونگی اصلاح نواقص موجود در کاربراتور پرداختیم و دیدیم که با وجود اصلاح کاربراتور (کاربراتور در ابتدا ساختمان بسیار ساده ای داشت) و پیچیده تر شدن ساختمان کاربراتور که بواسطه لحاظ کردن پارامترهای مختلف در حالتهای مختلف نظیر استارت زدن – کار با دور آرام – کار با دور زیاد و از این گونه موارد ... باز هم نواقص زیادی در کارکرد کاربراتور مشاهده می شود . شاید به همین خاطر بود که مهندسان و متخصصان را بر آن داشت که از سیستم پیشرفته انژکتور (تزریق سوخت) استفاده کنند .

همانطور که قبلاً اشاره کردیم تزریق سوخت سابقه تاریخی درازی دارد . اما چرا این وقفه بلند در استفاده از انژکتور بوجود آمد ؟! شاید به دلیل این که در آن روزگار هزینه چنین کاری بسیار سنگین بوده و یا اینکه مشکل کامپیوتر بوده ، بهرحال در این خصوص به تفصیل قبلاً صحبت کردیم . در هر صورت در چند سال اخیر زمینه مناسب برای چنین حرکتی فراهم شده و این حرکت نیز صورت گرفته تا آنجا که به کشور ما نیز رسیده .

حال به اختصار اگر در مورد مزایای سیستم سوخت رسانی انژکتوری نسبت به

کاربراتوری بخواهیم صحبت کنیم می توانیم به این موارد بطور کلی اشاره کنیم ؛

تنظیم بودن خودرو به مدت زمان بیشتر و نیاز کمتر به تنظیم های پی در پی . نسبت سوخت و هوای متناسب تر با حالت و وضعیتی که خودرو در آن قرار دارد و جلوگیری از احتراق ناقص و ایجاد نسبت تراکم مناسب تر و ... که همه این موارد یعنی تاثیر مثبت در قدرت و توان موتور و کاهش آلاینده ها .

مقدمه

قبل از ورود به بحث سیستم های سوخت رسانی بد نیست نگاهی بیندازیم به تاریخچه موتور های احتراق داخلی تا بهتر بتوانیم مسیر تکاملی سیستم سوخت رسانی خودرو را درک کنیم .

تاریخچه موتورهای احتراق داخلی ، به سال 1876 باز می گردد ، که «نیکولاس اتو» (1891 – 1832 ) اوین موتور جرقه ای را ساخت . این موتور در ابتدا بنابر سیکل ویژه ای کار می کرد و با بازدهی حداکثر برابر با 11% ، دارای وزن زیادی بود . اتو با ارائه سیکل عملکرد 4 زمانه ، بازده را به 14% افزایش ، و در کنار کاهش حجم موتور ، وزن آن را نیز به کمتر از  حالت قبل کاهش داد . در سال 1884 ، امتیاز ثبت شده یک شخص فرانسوی به نام «آلفونس بیودی روشاس» (1893-1815) مربوط به سال 1862 منتشر شد ، که معلوم ساخت او قبل از اتو ، اصول سیکل 4 زمانه را شرح داده است . البته چون روشاس نتوانسته بود ایده های خود را عملی سازد ، در نتیجه امروزه اتو به عنوان مخترع موتور شناخته می شود .

از آن پس اشخاص بسیاری در اواخرقرن نوزدهم دست به ابداع موتورهای

دیگری دست زدند ، و جملگی به این نتیجه رسیدند که «نسبت تراکم» تاثیر مستقیمی بر روی بازده موتور دارد ، ولی به دلیل مشکل «کوبش» ، مقدار آن به کمتر از 4 محدود شده بود . در دهه 1880 ، با توسعه کاربراتور و سیستم جرقه ، سرعت موتورها افزایش یافت ، و امکان استفاده از موتور در اتومبیلها فراهم شد . در سال 1892 ، یک مهندس آلمانی به نام «رودلف دیزل» (1913 – 1858) ، نوع جدیدی از موتور را به ثبت رساند . در طرح وی ، در مرحله تراکم، تنها هوا متراکم ، و در انتهای این مرحله سوخت مایع به داخل هوای داغ پاشیده می شد . از آنجایی که در این طرح ، هوا دچار کوبش نمی شود ، لذا وی توانست تراکم را بالا ببرد ، و بازده موتو را دو برابر کند . یکی از دیگر طرحهای موتور ، موتور دورانی است ، که اولین آنها توسط «فلیکس وانکل» ، در سال 1957 به نتایج رضایتبخشی رسید .

سوختها نیز تاثیر فراوانی در توسعه موتورها داشته اند . اولین موتورها با سوختن گار ، توان مکانیکی تولید می کردند . بنزین در اواخر قرن نوزدهم ، برای استفاده از کاربراتورها مورد استفاده قرار گرفت . بنزینهای اولیه کاملاً فرار بودند و در نتیجه ، امکان افزایش نسبت تراکم به بیش از 4 نبود ، ولی در عوض راه اندازی موتور (استارت زدن) راحت بود . «ویلیام برتون» (1954 – 1865) توانست با «گراکینگ حرارتی» نفتهای سنگین ، بنزینی تولید کند تا بتوان به تقاضاهای روز افزون بنزین پاسخ داد . البته به دلیل بالا بودن نقطه جوش ، استارت حالت سرد موتور مشکلتر بود ، که این مشکل نیز با اخترع «استارتر برقی» در سال 1912 حل شد . تاثیر ضد کوبش «تترااتیل سرب» ، در سال 1923 ، توسط شرکت «جنرال موتورز» کشف شد و در دهه 1930، استفاده از کاتالیزو فعال به جای کراکینگ حرارتی ، باعث تولید بنزینهای دارای کیفیت بالا شد .

مساله آلودگی هوا در دهه 1940 در لس آنجلس بروز کرد . در سال 1952، کشف شد که مشکل «مه دود» ، از واکنش مابین اکسیدهای نیتروژن و ترکیبات هیدروکربنی در مجاورت نور خورشید صورت می گیرد ، که موتورها از عوامل اصلی آن هستند . موتورهای دیزل نیز منبع اصلی دوده و ذرات ریز هستند . لذا برای حفظ محیط زیست ، در کشورهای پیشرفته ، استانداردهایی در زمینه محدود ساختن آلاینده های خروجی موتور ارائه شد . همچنین در موتور از تجهیزاتی مانند«مبدلهای کاتالیزوری» ، و در سوخت از مواد افزودنی برای بهبود کیفیت آن و حذف سرب ، برای این مهم استفاده شد. از دهه 1970 ، به دلیل افزایش بهای فراورده های نفتی ، برای کاهش مصرف موتور ، تلاش زیادی برای بالا بردن بازده صورت گرفت. البته باید در نظر داشت که کنترل آلودگی موتور ، باعث بالا رفتن مصرف سوخت می‌شود .

تلاش بسیاری نیز درباره سوختهای جایگزین بنزین و گازوییل صورت گرفته ، که از بین آنها می توان به گاز طبیعی ، متانول و اتانول اشاره کرد . هیدروژن ، بنزین و گازوییل مصنوعی حاصل از سنگهای نفتی و زغال سنگ ، نیز جایگزینهایی بلندمدت محسوب می شوند .

بعد از گذشت بیش از یک قرن ، ممکن است به نظر برسد که موتورها به حداکثر توسعه خود رسیده اند ، ولی در عمل موتورها همچنان به توان و بازده بالاتر و آلودگی کمتری می رسند . استفاده در موارد جدید باعث کاهش وزن ، قیمت و تلفات حرارتی شده است .

تزریق سوخت یکی از ایدههای مدرن و با تکنولوژی بالا بوده و در صورتیکه بخواهیم بیشترین بازدهی ر ا د اشته باشیم استفاده از آن یک پیش نیاز می باشد .

ولی در حقیقت تزریق سوخت چندین دهه است که مورد استفاده قرار گرفته و از قبل از جنگ جهانی دوم روش استاندارد تحویل سوخت به موتور می باشد .

کاربراتور ها

هدف: وظیفه کاربراتور ،تأمین سوخت به مقداری است که در هر زمان ، مخلوط مناسب مورد نیاز موتور را فراهم سازد .

سیستم سوخت رسانی کاربراتور

کارمرتب موتور بستگی به مخلوط بنزین و هوا با نسبت صحیح دارد با دانستن ترکیبات شیمیائی بنزین (مواد سوخت) و وزن اتمی عناصر اصلی آن یعنی کربن هیدروژن درصد اکسیژن موجود در هوا می توان مقدار هوای لازم را برای احتراق کامل بنزین که به صورت گاز وارد سیلندر می شود حساب نمود محاسبه ای که به عمل آمده نشان می دهد برای یک کیلو سوخت تقریبا 15 کیلو هوا لازم است مخلوطی که از لحاظ بنزین غنی است اکسیژن لازم برای احتراق تمام سوخت را ندارد و تولید کربن می نماید که به صورت دود سیاه از اگزوز خارج می شود و علاوه بر این باعث گرم شدن موتور و نقصان قدرت می گردد .

مخلوطی که از لحاظ هوا غنی باشد باعث کاهش قدرت و احتراق نامرتب می گردد و علامتش ایجاد شعله و یا به اصطلاح یک فایرین از دهانه کاربراتور می کند به طور کلی عواملی که در تنظیم موتور موثر است عبارتند از بار موتور سرعت موتور اندازه و نوع موتور نوع سیستم خنک کننده و نوع سوخت مصرف شده است .

ساختمان کاربراتور و اعمال آن

کاربراتور به صورت ساده دارای پیاله با شناور و سوزن مربوطه مجرای تنفس وینتوری ژیگلور و دریچه گاز است .

اعمالی که کاربراتور انجام می دهد بطور عمده عبارتند از :

الف- تبدیل بنزین به گاز

ب – مخلوط بنزین به نسبت معین به هوا

ج – رساندن گاز قابل احتراق به موتور

کار شناور در پیاله ثابت نگه داشتن بنزین در سطح ژیگلور است چنانچه اگر بنزین بالاتر از سطح ژیگلور باشد خود به خود بیرون می ریزد و اگر پائین تر از سطح ژیگلور باشد جریان هوا در مسیر خود قادر نیست بنزین رااز دهانه ژیگلور به داخل محفظه احتراق رساند که آن هم در اثر خلاءای است که پیستون ایجاد می کند .

کاربراتور معمولا دارای سه ژیگلور است .

ژیگلور آرام برای روشن نمودن موتور و دورها ی کم .

ژیگلور کمکی برای دور گرفتن موتور .

ژیگلور اصلی برای سرعتهای معمولی و زیاد می باشد .

در صورتی که بخواهیم در موتور از نفت بجای بنزین استفاده کنیم چند نکته را باید رعایت کنیم :

الف – موتور باید در سرعت یکنواخت و تحت بار متوسط یا سنگین کار کند .

ب – موتور باید در وحله اول با بنزین روشن شود و بعد از اینکه مدتی کار کرد و حرار ت به اندازه مطلوب رسید شیر بنزین را بسته و شیر نفت را باز نمود . استفاده از نفت در موتورهایی که روشن و خاموش کردن مکرر آن ضروری است عملی نمی باشد .

ج – ترتیبی باید داده شود که حرارت گاز گاه موتور بالاتر از حرارت گاز گاه موتورهای بنزینی باشد .

د – طرحی باید داده شود که حرارت موتور نسبتا" زیاد باشد و می توان به وسیله ترموستات و پروانه رادیاتور حرارت را کنترل کرد .

ه- نسبت سوخت و هوا باید خیلی دقیق میزان شود .

و – نسبت کمپرس باید طبق دستورالعمل سازنده اجرا شود و معمولا نسبت کمپرس 1 به 5/4 و یا 1 به 5 باشد تا از ایجاد سر و صدا (Detonation ) در کاربراتور جلوگیری شود .

کاربراتور ازنظرجریان هوا 

کاربراتور از نظر جریان هوا به دو نوع است :

الف: کاربراتورهای مستقیم :

در این نوع کاربراتورها صافی هوا بالا و هوا از بالا به پایین جریان دارد .

ب: کاربراتورهای معکوس :

در این نوع کاربراتورهاصافی هوا پایین بوده و هوا از پایین به بالا جریان دارد .

کاربراتور پیکان

نوع دیگری از کاربراتورها کاربراتورهای ونتوری متغیر است مانند کاربراتور موتور پیکان ساختمان کاربراتورهای موتور پیکان باکاربراتورهای ونتوری ثابت کاملا فرق دارد . در کاربراتور موتور پیکان برای دورهای مختلف از یک ژیگلور و سوزن استفاده شده است .

پیستون کاربراتور به وسیله مجرای خلاء خود که با خلاء موتور ارتباط دارد کار می کند  . زمانی که دریچه گاز باز می شود و هوای داخل آن کشیده می شود و در اثر همین اختلاف فشار پیستون کاربراتور به طرف بالا حرکت می کند و هنگامی که مقدار خلاء کم شد باید فنر برگردان پیستون کاربراتور رابه پائین هدایت نماید بالا و پائین رفتن پیستون کاربراتور سطح ونتوری هم تغییر می کند .

طرز کار کاربراتور ونتوری متغیر

سوزن کاربراتور به پیستون بسته می شود هنگام بستن سوزن به پیستون کاربراتور باید سعی شود کاملا سوزن با ژیگلور هم مرکز باشد ثانیا هر سوزن برای مدل های مختلف موتور شماره مخصوصی دارد که در موقع خرید باید به آن توجه داشت . سوزن ها مانند ژیگلورها معمولا دو نوع اند ثابت و متحرک.

ژیگلورهای ثابت برای کاربراتورهای اتوماتیک و ژیگلورهای متحرک برای کاربراتورهای شیردار مورد استفاده قرار می گیرد .

سوزن کاربراتور با شکل مخروطی مخصوصی در داخل ژیگلور حرکت خطی عمودی داردو تابع حرکت پیستون کاربراتور است . هر موقع که پیستون تغییر مکان دهد یعنی سطح ونتوری تغییر کند مقدار سوخت از ژیگلور تغییر خواهد کرد و نوعی تعادل بین سوخت و هوا ایجاد می شود به طور کلی هر چه حجم هوای ورودی به موتور افزایش یابد و سطح عبور هوا در ونتوری زیاد شود متناسب با آن سوخت بیشتری به موتور ارسال خواهد شد . و به این ترتیب نسبت سوخت به هوا همواره ثابت می ماند .