تحقیق در مورد سیستم سوخت

بخشی از مقاله

مقدمه
تصفيه و تهيه بنزين اتومبيل – بنزين يكي از چند مشتقات نفتي است كه از نفت خام بدست مي آيد نفت خام در تصفيه خانه و در داخل يك مخزن بلند فلزي تقطير مي شود . اين مخزن را برج تقطير جزء به جزء‌(Fractionating Tower) مي گويند .
نفت خام در داخل كوره گرم شده و به درجه حرارتي مي رسد كه تمام مشتقاتي كه بايد تهيه گردند بصورت گاز در مي آيند . گاز متصاعد شده پس از عبو از مراحل مختلف تقطير شده و به مايع تبديل مي گردد .

بنزيني كه از برج تقطير بدست مي آيد داراي اكتان پايين است وبايستي عمل آورده شود و اكتان مناسب را كسب نمايد و فرآيندي را طي نمايد كه عوامل زنگ زدگي و چسبندگي را از بين برده و يا اينكه حداقل آنها را بي اثر نمايد . سپس به گريد يا درجات مختلف جداسازي شده و براي افزايش مقاومت آنها در برابر انفجار و نيز چلوگيري از يخ زدن كاربراتور، افزودني هاي لازم به آن اضافه مي شود .
بنزين ، مخصوصاً‌ برخي از گريد هاي بالا بعنوان فرآورده جانبي و به روش شيميايي نيز توليد مي گردد اما منبع اكثر بنزين ها نفت خام مي باشد .

سيستم سوخت
1-چگونگي كار سيستم سوخت : براي اينكه موتور به راحتي روشن شود و بدون اشكال گاز خورده . از نظر مصرف سوخت نيز مقرون به صرفه باشد و درعين حال بتواند تمام قدرت را توليد نمايد و د رحين رانندگي خاموش نشود ، كاربراتور نقش اساسي خواهد داشت .
به طور خلاصه ، وظيفه كا ربراتور مخلوط كردن مقدار صحيح از سوخت با مقدار متناسب از هوا جهت احتراق در سيلندرها و نيز ارسال به موقع از مخلوط تبخير شده مذكور به هر سيلندر و برابر نياز آن مي باشد . سيكل كامل كاربراتور از لحظه مخلوط شدن سوخت با هوا شروع شد ه و تا لحظه احتراق در سيلندرها ادامه دارد . از اينرو اين سيكل شامل كاربراتور ، منيفولد هوا ، سوپاپ هوا ، وحتي اتاق احتراق و پيستون نيز مي گردد .

سوخت لازم براي كاربراتور از طريق سيستم سوخت تامين مي گردد و اين سيستم شامل باك بنزين ، تلمبه يا پمپ بنزين و تعدادي صافي بنزين مي باشد . پمپ بنزين ،‌سوخت را با فشار به پياله سوخت كه داراي شناور است مي فرستد و صافي نيز از ورود مواد زايد به سيستم سوخت جلوگيري مي نمايد .

نسبت اختلاط سوخت و هوا : بنزين از نظر درجه اكتان انواع مختلفي دارد و در مورد اكثر آنان تناسب صحيح اختلاط بنزين و هوا از حيث وزن عبارت است از حدود 15 قسمت هوا به 1 قسمت از بنزين كه آنرا « نسبت شيميايي » اختلاط گويند و احتراق كامل سوخت را تضمين مي نمايد . اما در عمل اين اختلاط يا نسبت بنزين و هوا حداكثر قدرت راتوليد نمي كند و از نظر مصرف بنزين اقتصادي نمي باشد . براي رانندگي معمولي و سرعت اقتصادي نسبت اختلاط حدود 16 به 1 يعني 16 قسمت هوا و يك قسمت بنزين لازم است .درحاليكه روشن كردن موتور در هواي سرد ممكن است حتي به مخلوطي از 1 قسمت بنزين و 1 قسمت هوا نياز باشد . به طور كلي نسبت اختلاط در شرايط مختلف به شرح زير مي باشد :

• لحظه استارت زدن با نسبت اختلاط كمتر و متوسط
• در سرعتهاي پايين و دور آرام با نسبت اختلاط كمتر و متوسط
• در سرعت اقتصادي با نسبت اختلاط ضعيف ( 16 به 1 )
• هنگام گاز دادن و سرعت هاي بالا با نسبت اختلاط قوي

ا زسوختن بنزين و هوا موادي باقي مي ماند كه شامل مونوكسيد كربن (CO) ، انيدريد كربنيك (CO2) و هيدروكرتن هاي مختلف و اكسيدهاي ازت مي باشد . ميزان اين مواد در دود اگزوز بستگي به مقدار بنزين در مخلوط سوخت و هوا دارد .
2-لوله كشي سوخت
بنزين از باك بنزين كه در عقب اتومبيل قراردارد به محفظه شناور كاربراتور جريان مي يابد . از آنجايي كه اين محفظه در سطحي بالاتر از باك بنزين قرار گرفته ،‌يك عدد پمپ در مسير قرار دارد تا بنزين را با فشار به كاربراتور بفرستد كه معمولاً در نزديكي كاربراتور قرار گرفته است .
3-ساختمان كاربراتور ساده
هوا پس از عبور از صافي به داخل «‌دهانه مخروطي* » مكيده مي شود . اين كانال در يك نقطه باريك است و باعث مي گردد تا در آن نقطه هوا با سرعت بيشتري حركت كند و فشار كمتر شود ( زيرا حاصلضرب فشار در سرعت مقداري ثابت است .)

در دهانه مخروطي يك نوع خلاء جزيي ايجاد مي گردد و بنزين در اثر آن از پياله كاربراتور كشيده شده و پس از مخلوط شدن با هوا از طريق منيفولد هوا به داخل موتور فرستاده مي شود . مقدار و سرعت جريان مخلوط بنزين و هوا توسط پدال گاز كنترل مي گردد .
سوزن شناور براي كنترل جريان سوخت از باك بنزين بوده و شناور نيز همواره سطح بنزين در پياله را كنترل مي كند . هرزمان كه سطح بنزين در پياله بالارود ، شناور نيز بالارفته و به كمك اهرم ، سوزن را به طرف بالا حركت مي دهد و روزنه را تنگتر يا مسدود مي نمايد .
اصول كاربراتور
همان طور كه دربالا گفته شد هوا تحت تأثير خلاء ايجاد شده د ردهانه مخروطي به داخل اتاق احتراق كشيده مي شود د رحقيقت اين خلاء وقتي ايجاد مي شود كه پيستون در داخل سيلندر براي نفس كشي (مرحله تنفس ) پايين مي رود و همزمان سوپاپ هوا نيز باز شده و مرحله تنفس آغاز مي گردد هوايي كه از كاربراتور مي گذرد به وسيله يك درچه لولايي به نام دريچه كفگيرك گاز كنترل شده كه آن نيز به نوبه خود به وسيله پدال گاز كم و زياد مي شود مقدار اين هوا علاوه بر وضعيت و قرارگرفتن دريچه گاز به سرعت موتور نيز بستگي دارد اين وظيفه كاربراتوراست كه تعيين نمايد كه بنزين مجاز كه به داخل جريان هوا كشيده شده يا مخلوط مورد نياز به اتاق احتراق فرستاده مي شود .

بنزين از مخزن ذخيره يا پياله كارپراتور تا دهانه مخروطي لوله كشي شده و وارد جريان ها كه به سوي اتاق احتراق در حركت است مي گردد . دهانة‌ مخروطي بر اساس اصل نهاده شده در همين اساس نيز كار مي كند اصل مي گويد اگر در نقطه اي سرعت جريان آب يا گاز زير فشار در آن نقطه كمتر مي شود به طوريكه حاصلضرب فشار در سرعت در هر نقطه همواره مقداري ثابت است .
وقتي هوا از قسمت باريك دهانه مخروطي عبور مي كند ، سرعت آن افزايش يافته و در معرض فشار هواي كمتر قرار مي گيرد و لذا بنزين از ژيگلور به داخل محفظه كشيده شده و به همراه جريان هوا به اتاق احتراق مي رسد . سرعت زماني حداكثر خواهد بود كه اتومبيل با حداكثر سرعت در حركت و دريچه يا كفگيرك گاز نيز كاملاً باز باشد و سرعت عبور هوا از داخل دهانه مخروطي بيشتر باشد ، مقدار بيشتري بنزين مكيده شده و به اتاق احتراق فرستاده مي شود . درعمل ، يك كاربراتور با چنين مكانيزم ساده ،‌كارآيي نداشته و قابل قبول نخواهد بود زيرا بنزين و هوا از نظر سرعت و غيره داراي خصوصيات مشترك نيستند .
وقتي هوا سريعتر حركت كند ، غلظت يا چگالي آن كمتر مي شود ، در حاليكه غلظت بنزين در سرعتهاي مختلف تغيير نمي كند . از آنجايي كه براي احتراق مفيد و مؤثر ، بنزين و هوا بايد به صورت وزني مخلوط شوند ( بانسبت اختلاط حدود 15به1 ) با افزايش سرعت هواكه موجب نزول غلظت آن مي گردد ، مخلوط از نظر مقدار بنزين تديجاً غليظ تر و غني تر شده و در نهايت آنقدر غني مي شود كه قابل احتراق در سيلندر نخواهد بود و اين مشكلي بود كه بايد چاره جويي مي گرديد . براي غلبه بر اين مشكل دو راه حل اتخاذ گرديد . در كاربراتور هاي با ژيگلور ثابت ،

بنزين قبل از اينكه از ژيگلور عبور كند با مقداري هوا مخلوط شده و سپس از طريق لوله سوراخدار (Emulsion Tube) * و يا ژيگلور كمكي (Correction jec?) خارج مي شود را محل دوم استفاده از كاربراتورهاي با ژيگلور متغير مي باشد كه مقدار عبور بنزين از پيگلور و نيز دهانه مخروطي آن بر حسب نياز تغيير مي كند و لذا نسبت صحيح اختلاط بنزين و هوا حفظ مي گردد .
سطح بنزين بوسيله والو و سوزن شناور در داخل پياله كاربراتور حفظ و كنترل مي شود . انتهاي لوله بنزين در دهانه مخروطي نيز بايستي اندكي بالاتر از سطيح بنزين در پياله باشد تا از سرريز كردن بنزين جلوگيري نمايد . اين بدان معني است كه قبل از اينكه بنزين بتواند وارد جريان هوا در دهانه مخروطي گردد بايستي مقداري ( حدود نيم سانتيمتر ) به بالا كشيده شود و در اين حالت خلاء ايجاد شده كافي خواهد بود تا بنزين را به بالاي لولهيا ژيگلور كشيده و به صورت ذرات ريز وارد محفظه نمايد .
علاوه برمكش مخلوط بنزين و هوا ، سيستم كاربراتور بايد قادر باشد كه بنزين را تبخير نموده و آنرا كاملاً باهوا مخلوط كند و سپس به طور يكسان بين سيلندرها تقسيم نمايد .

بنزين به صورت قطره وارد دهانه مخروطي مي شود ؛چنانكه كاربراتور داراي ژيگلور ثابت باشد قبلاً باهوا مخلوط و آماده مي شود ؛ اما اگر داراي ژيگلور متغير باشد ،‌قطرات بنزين توسط سرعت جريان هوا به صورت پودر و تبخير شده در مي آيد .
وقتي هوا و بنزين به صورت اسپري يا افشان از ژيگلور خارج مي شود ، با ناحيه اي كه بر اثر مكش پيستون از قبل در آن خلاء به وجود آمده ، مواجه گشته و تغيير شكل مي دهد و به گاز مبدل مي گردد . درجه و شدت تبخير بستگي به ميزان خلاء در منيفولد ورودي داشته كه آن نيز با سرعت موتور و مقدار باز و بسته بودن كفگيرك گاز تغيير مي كند .

در سرعت بالا وقتي دريچه گاز كاملاً باز شود ، خلاء ايجاد شدهمي تواند به حدي پايين باشد كه قسمت اعظم بنزين كه هنوز به صورت مايع است به همراه هوا و يا از ناحيه جدار منيفولد به سوي اتاق احتراق حركت نمايد .

در سرعت متوسط و اقتصادي ، وقتي دريچه گاز نيمه باز باشد ، مقدار خلاء بيشتر شده و قسمت اعظم بنزين به صورت گاز در مي آيد .
در موتورهايي كه براي هر سيلندر يك عدد كاربراتورنصب شده ، با اينكه مخلوط بنزين و هوا هنوز به صورت مايع است ، مشكل نداشته و به اتاق احتراق خواهد رسيد و در آنجا توسط حرارت موجود به گاز تبديل مي گردد . اگر چند سيلندر توسط يك كاربراتور تغذيه گردد ، تقسيم درست و مناسب از اهميت خاصي برخوردار است و چنانچه مخلوط مرطوب باشد احتراق آن با اشكال مواجه خواهد شد .

دماي اضافي كه از منيفولد دود و يا خروجي آب گرم به منيفولد هوا مي رسد ، در تبديل بنزين به گاز تسريع بخشيده و در نتيجه فشار يكنواخت مخلوط را تضمين مي نمايد .
درمواردي كه موتور سرد است ، تبخير و يا تبديل بنزين به گاز در موتورهاي گرم زماني كامل مي گردد كه مخلوط وارد سيلندر شده و با ديواره سيلندر و سوپاپ دود تماس حاصل نمايد و با دود يا گاز باقيمانده از احتراق قبلي مخلوط گردد.

4-كابراتور ژيگلور ثابت
كاربراتور ژيگلور ثابت ( ياساسات ثابت ) متشكل از تعدادي ژيگلور و يك كعدد پمپ شتابدهنده است تا مقدار لازم از مخلوط بنزين و هوارا مطابق با نياز به اتاق احتراق برساند .
وقتي جريان يا كوران هوا در دهانه مخروطي سرعت مي گيرد ، غلظت هواكمتر شده و بدون اينكه وسيله اي باشد كه اين امر را جبران نمايد ، مخلوط به تدريج از بنزين غني مي شود و به حدي خواهد رسيد كه اشباع و غير قابل سوختن مي گردد اين مشكل در كاربراتور ژيگلور ثابت با مخلوط شدن مقداري هوا بابنزين و قبل از ورود به دهانه مخروطي برطرف مي گردد .

در اكثر كاربراتورها ،‌لوله اي سوراخدار اين مشكل را مرتفع و مخلوط را براي احتراق آماده مي سازد . در حقيقت اين لوله سوارخدار از دو عدد لوله ، يكي در داخل ديگري تشكيل شده و بنزين قبل از ورود به دهانه مخروطي ، به داخل اين لوله ها كشيده مي شود و با توجه به دور موتور ، هوا به مقدار لازم از طريق يك ژيگلور كمكي هوا ( يا ژيگلور تعديل ) وارد لوله داخلي مي شود كه داراي تعداي سوراخ در سطوح مختلف بوده و به طور خودكار مخلوط را رقيقتر و مناسب احتراق مي سازد .

بخش دوم ، مدارهاي كاربوراتور
الف –مدار شناور : مدار شناور شمل يك پياله سوخت ( پياله شناور ) ، يك شناور و يك سوپاپ سوزني است
كارشناور و سوزن اين است كه سطح سوخت را در پياله تقريباً ثابت نگهدارد . اگر سطح سوخت از حد عادي بالاتر باشد مقدار زيادي سوخت ا زلوله سوخت پاش خارج مي شود و اگر سطح سوخت خيلي پائين باشد مقدار خيلي كمي سوخت از آن خارج مي گردد و د رهر دو حال مخلوط غني يا ضعيف حاصل موجب بدكار كردن موتور مي گردد .

تبصره – مخلوط غني مخلوطي است كه نسبت سوخت آن زياد باشد .
اگر سوخت با سرعتي بيش از سرعت خروج سوخت وارد پياله شود سطح سوخت بالاخواهد آمد . اين عمل موجب مي شود كه شناور سوزن سوپاپ را بالا برده و آن را در نشيمن خود قراردهد و لوله ورودي بنزين را مسدود كند به طوري كه بنزين نتواند وارد پياله سوخت بشود .
سپس اگر سطح سوخت پايين رفت شناور نيز پايين رفته و سوزن سوپاپ را نيز پائين مي كشد به طوري كه سوراخ ورودي بنزين باز مي گردد . در اين حالت سوخت مي تواند وارد پياله سوخت بشود

.
در حالت عادي سطح سوخت باندازه تقريباً ثابتي نگهداري مي شود . شناور سوزن را به قسمي در سوپاپ نگه ميدارد كه سوخت ورودي با نقصان سوخت پياله متعادل باشد .
ب – دريچه گاز : در يچه مقدار هوا و بنزيني را كه از كاربوراتور عبور مي كند كنترل مي نمايد . و باين ترتيب سرعت موتوررا كنترل مي كند . دريچه گاز يك صفحه تخت مدور است كه روي يك شافت گاز نصب شده است مجموعه شافت و دريچه نصب شده روي آن در داخل كاربوراتور قرارداده شده است .
موقعيكه دريچه بسته باشد از عبور هوا جلوگيري مي كند و موقعيكه باز باشد به هوا اجازه عبور ميدهد . دريچه گاز توسط اهرم هايي به پدال گاز متصل شده است و وقتي راننده به پدال گاز فشار دهد دريچه گاز باز ميشود .

ج - دستگاه شتاب دهنده
يك نوع دستگاه پمپ شتاب دهنده شامل يك پيستون مي باشد كه به دريچه گاز مربوط شده است . با دو سوپاپ يكطرفه ، يك هواكش و يك ژيگلور . موقعيكه دريچه گاز بسته باشد پيستون سوخت ار از راه سوپاپ يكطرفه ورودي بداخل سيلندر خود مي كشد . وقتي دريچه گاز بطور ناگهاني باز شود ، پيستون بنزين را از طريق سوپاپ يكطرفه خروجي و ژيگلر شتاب دهنده وارد جريان هوامي كند و اين تخليه بنزين آنقدر ادامه مي يابد تا اينكه سوخت بحدكافي از لوله سوخت پاش اصلي خارج گردد .

در نتيجه در موقع افزايش سريع سرعت موتور ، نه تنها دركار موتور هيچ وقفه يا سكته اي بوجود نمي آيد بلكه شتاب خيلي سريع و يكنواخت مي باشد .
از آنجائيكه د رهنگام كاركردن معمولي موتور در دهانه ژيگلور پمپ شتاب دهنده يك خلاء نسبي بوجود مي آيد يك مجراي هواكش در محل ژيگلور تخليه پمپ تعبيه شده است كه تأثير خلاء را خنثي مي كند و از تخليه سيفون سوخت در مواقعي كه پمپ شتاب دهنده كار نميكند جلوگيري مي نمايد . اين عمل با وارد كردن فشار بيشتر به هواكش كه سوپاپ يكطرفه هواكش را مسدود مي كند انجام مي گيرد

.
د - دستگاه ساسات : موقعي كه بخواهيم موتور سرد را روشن كنيم ، مخلوط غني تري مورد لزوم است . بعبارت ديگر درصد بنزين بايد نسبت به موقعي كه موتورگرم است بيشتر باشد .
براي رسيدن باين هدف يك دريچه اضافي در دهانه كاربوراتور در بالاي لولة سوخت پاش اصلي قرارداده اند كه وقتي بسته مي شود مقدار هوايي را كه از دهانه كاربوراتور عبور مي كند به ميزان زيادي كاهش مي دهد .اين عمل تعادل فشار هوارا تااندازه زيادي برهم مي زدند . در لوله هواكش كاربوراتور ، خلاء توليد شده به وسيله پيستون هاي موتور فشار راتا حدود 5 پوند بر اينچ مربع كاهش مي دهد درحاليكه فشار تقريباً 15 پوند براينچ مربع ( در كنار دريا ) روي بنزين در پياله بنزين وارد مي شود .

اين اختلاف فشار باعث مي شود كه مقدار زيادي بنزين از پياله بنزين وارد جريان هوا بشود و مخلوط غليظي براي روشن شدن سريع موتور سرد فراهم گردد . همينكه موتورگرم شد دريچه ساسات بايد باز شود تا اينكه نسبت هوا و بنزين بحد عادي خود باز گردد .
گرچه در بعضي از اتومبيل ها ساسات توسط دست راننده شروع به كار مي كند ، ولي بيشتر كاربوراتور هاي مدرن داراي ساسات اتوماتيك مي باشد كه تركيبي از يك فنر حلزوني دي متال ترموستاتيك و يك پيستون خلائي مي باشد . فنر ترموستاتيك و پيستون هردو به دريچه ساسات متصل شده اند.