گذری از سیستم کاربراتوری بر سیستم انژکتوری

البته این موضوع تا سال 1960. م موضوع مهمی بین مردم و تولید کنندگان نبود، تا اینکه دولت های بزرگ مثل ایالت متحده آمریکا و اتحادیه اروپا برحسب موقعیت جغرافیایی قوانین و استاندارد های ویژه ای را وضع کردند و خودروسازان را ملزم به رعایت آن استاندارد ها می نمودند.

استاندارد کلی کاهش مصرف سوخت (به علت کاهش منابع نفتی و استخراج سخت آن) و کاهش مقدار آلاینده های مضر (که باعث تولید گاز های سمی در جو می شد) بود. امرزه این استاندارد ها را با نام Euro می شناسیم و هر چند سال یکبار شاهد نسل جدیدی از این استاندارد بین المللی هستیم.

در ابتدا به معرفی سیر صعودی سیستم های سوخت رسانی می پردازیم.

سیستم های سوخت رسانی به دو دسته کلی تقسم می شوند:

1.کاربراتوری(مکانیکی)

2.انژکتوری( الکترونیکی یا الکترومکانیکی)

کاربراتور چیست؟ و وظایف آن؟

در سیستم سوخت رسانی کاربراتوری مهترین قطعه کاربراتور می باشد، که وظیفه ی تهیه ی مخلوط سوخت و هوا با رعایت ضرایب استوکیومتری است. وظایف عمده ی کاربراتور عبارت اند از:

1. تهیه مخلوط صحیح سوخت و هوا (معمولا در موتور های بنزینی نسبت 1 به 15 و در موتور های دیزلی نسبت 1 به 25 )

2. امکان حداکثر راندمان در حالت بار کامل

3. سریع روشن شدن در هر دما

4. کارکرد منظم و بدون لرزش در حالت دور آرام

5. پایداری تنظیم برای مدت طولانی و امکان تنظیم برای شرایط کاری موتور

6. سادگی و قابلیت اطمینان و دوام

7. سهولت تعمیر و نگهداری

طرز کارکرد کاربراتور

عامل اصلی کار کاربراتور، ایجاد مکش(ایجاد خلاء ساختگی) روی مجرای خروجی سوخت ( ژیگلور)است. این کار، توسط مجرای عبوری کاربراتور بنام گلوگاه یا ونتوری صورت می گیرد. ونتوری یا گلوگاه لوله ی مستقیم ای است که دو سر آن سطح مقطع(قطر) یکسانی و وسط آن سطح مقطع کمتری نسبت به ابتدا انتهای آن دارد. این کار باعث می شود که سرعت گاز عبور افزایش یافته و فشار کاهش یابد(نسبت PV=A مقداری ثابتی در کل لوله است) این کاهش سطح مقطع باعث ایجاد مکشی می شود که سوخت را به ریل آن هدایت می کند و اگر آن را به محفظه ی مجرای سوخت (مونیفلد) متصل کنیم سوخت مخلوط شده با هوا وارد محفظه ی سیلندر می شود.

انواع کاربراتور

1.کابراتور با جریان هوا از بالا به پایین: هوا به علت وجود نیروی جاذبه به جریان عبوری سوخت و هوا کمک کرده و به همین علت استفاده از این کاربراتور رایج تر است این نوع کاربراتور ها از نوع دو مرحله ای و دو مرحله ای باشند.

خودرو های مزدا 1000 ، شورلت نوا ، پراید ، پژو و نیسان از نوع کاربراتور استفاده می کنند.

2.کاربراتور با جریان هوا از پایین به بالا: استفاده از این نوع کابرد زیاد مرسوم نبود. علت استفاده آن جلوگیری از ورود سوخت به صورت مایع به موتور بود.

خودرو های دهه ی 1960 .م اکثرا از این نوع کاربراتور برخوردار بودند.

3.کاربراتور با جریان افقی: این نوع کاربراتور هوا را بصورت جریان افقی به داخل موتور هدایت می کند. مزیت کلی این نوع از کاربراتور ها ارتغاع کم و قرار گیری آن زیر در پوش موتور است. ونتوری این دسته می تواند از نوع متغیر یا ثابت باشد.

خودری پیکان از یان نوع کاربراتور با منتوری متغیر استفاده می کند.

دو جز اساسی سیستم کاربراتوری دلکو و کاربراتور اند که وظایف اصلی آنان عبارتند از:

کاربراتور: 1. مخلوط کردن سوخت و هوا با رعایت نسبت استوکیومتری 2.توزیع سوخت به شکل یکنواخت و پودر به نسبت برابر در سیلندر

دلکو: 1.تولید برق با استفاده از کوئل، پلاتین و فیوز(خازن) دلکو 2.توزیع برق در زمان خاص در هر سیلندر

معایب ذاتی و عمده ی کاربراتور

با وجود تمام دقت در انجامم کار کاربراتور، یکسری عیوب غیر قابل چشم پوشی دارد:

1. عدم رعایت تناسب بین میزان مخلوط سوخت و هوا به علت اغتشاشات وچگالی نامتناسب این دو ماده که یکی گاز و دیگری مایع است که در زاویه خاصی از باز شدن دریچه این نسبت رعایت می شود ولی در باقی موارد این تناسب به هم می خورد.

2. وابستگی کاربراتور به شرایط محیط اطراف از جمله ارتفاع از سطح دریا و به پیروی از آن دما و فشار با این حساب می توان دریافت که هیچ خودروی در حالت تنظیم خود قرار ندارد.

3. عدم توزیع یکسان سوخت به سیلندر ها به علت وجود پیچ و خم و نامتقارنی مجرای سوخت (مونیفلد) می توان دریافت که سیلندر های 1 و 4 سوخت بیشتری را نسبت به سیلندر های 2 و 3 دریافت می کنند.

4. خفه کردن کاربراتور: این مشکل در کاربراتور هایی رخ می دهد که دارای پمپ شتاب دهده هستند و در حین خاموش بودن موتور با فشاردن پدال گاز مقداری سوخت وارد مونیفلد می شود و اصطلاحا ((فلوت)) می کند.

5. پدیده قفل گازی: علت آن گرمای حاصل از خاموش کردن در اطراف موتور است که سوخت تبخیر شده و به صورت گاز در می آید. موتور دیر روشن می شود و پس از چند لحظه خود بخود خاموش می شود.

6. وابستگی کاربراتور به نوع بنزین: اوکتان بنزین یکی از فاکتور های کیفی آن است این معیار بدون واحد است و برای تعیین فشار قرار دادن بنزین بدون دچار شدن به خودسوزی و انفجار. اگر کاربراتور خودرو را با بنزین اوکتان 100 تنظیم کنیم در هنگام عوض کردن بنزین با اوکتان کمتر از 100 متوجه خارج شدن از تنظیم کاربراتور می شویم.

7. ارتفاع زیاد موتور به علت وجود کاربراتور

8. تنظیمات زیاد و پیچیدگی در هر کاربراتور که باعث سر در گمی تعمیرکاران و به علت کمبود تجهیزات و آگاهی کافی در مورد تنظیمات هم جانبه آن غفلت می کنند.

بنابراین با این تفاسیر خودروسازان با توجه به قوانین وضع شده مجبور به تغییر سیستم سوخت رسانی شدند. پیدایش سیستم انژکتور به صورت زیر شکل گرفت:

برای اولین بار موتور انژکتوری در 1912 توسط شرکت رابرت بوش عرضه گردید، که اهدف از طراحی این موتور برای نصب روی هواپیما بود. این سیستم تا سال 1952 در هواپیما ها مورد استفاده قرار می گرفت، تا اینکه بعد از آن شرکت تصمیم گرفت موتوری را با سیستم انژکتوری بروی یک خودرو نصب کند. ایالات متحده آمریکا تحقیقات خود را از دهه ی 1940 آغاز کرد، اندرل و هیلبورن در آن زمان روی سیستم انژکتوری کار می کردند، تا آن که سیستم انژکتوری را بروی خودرو های مسابقه ای نصب نمایند.

سرانجام این تحقیقات و فعالیت ها در سال 1957 سیستم انژکتوری وارد تولیدات داخلی شد. البته این سیستم بصورت مکانیکی عمل می کرد و بروی شورلت رستر و تعداد محدودی پونتیاک نصب گردید.

شرکت کرایسلر برای اولین سیستم خود را در سال 1958 پیشنهاد کرد و توسط بندیکس تولید شد و لقب الکتروجکتور گرفت.

تا آن زمان تمام سیستم های پیشنهاد شده توسط خودروسازان بصورت مکانیک و یا الکرومکانیک بود و سیستم الکترونیکی ارائه نشده بود.

در سال 1968 گام مهمی در راستای الکترونیکی شدن سیستم انژکتوری توسط شرکت فولکس واگن (واقع در آلمان) صورت گرفت.

اهمیت مسائل زیست محیطی و افزایش وابستگی کشور ها به نفت برای تامین سوخت خودرو ها باعث شد، آمریکا قوانین را مبنی بر حداقل رساند مصرف سوخت و آلاینده های هوا تصویب کند. اجرای این قوانین فقط با طراحی سیستم الکرونیکی میسر بود. سرانجام آمریکا در سال 1975 توانست اولین سیستم انژکتوری الکترونیکی خود را در خودرویی به نام کادیلاک سویل نصب کند.

در دهه ی 1970 طبق تحقیقات و نوآوری هایی سیستم EFI که در آن سوخت توسط انژکتور با کنترل الکترونیکی به مجرای مکش تزریق می شد، به جای کاربراتور در نظر گرفته شد.

سیستم تزریق سوخت الکترونیکی EFI چیست؟

در این سیستم به جای کاربراتور از انژکتوری جهت ارسال مخلوط هوا و سوخت در زمان مناسب و در تمام دامنه های سرعت دورانی موتور، استفاده می شد. برای آنکه سوخت در زمان دقیق، مقدار لازم و شرایط مختلف رانندگی به سیلندر ها ارسال شود نیاز بود از یک کنترل گر استفاده شود.

این کنترل کننده در نوع آنالوگ و دیجیتال ساخته می شد.در سیستم آنالوگ حجم مورد نیاز سوخت بر حسب شارژ و دشارژ شدن خازن تعیین می شد. در سیستم دیجیتال با استفاده از داده های از پیش تعیین شده مقدار سوخت تعیین می شد.

تفاوت عمده سیستم های انژکتوری در موتور های بنزینی و گازوئیلی

در سیستم انژکتوری موتور های دیزلی برخلاف موتور های بنزینی سیستم بنزینی حذف شده و احتراق به صورت خودبخودی انجام می شود.ابتدا، هوا در مرحله مکش یا تنفس وارد محفظه ی سیلندر می شود و در مرحله تراکم تا میزات تقریبی 1 بار به 25 بار متراکم می شود. در این زمان، هوای درون محفظه تا 700 درجه ی سانتیگراد گرم می شود. در این مرحله گازوئیل تحت فشار در ریل سوخت توسط انژکتور به شکل پودر درون سیلندر پاشش می شود و با تماس هوای داغ، باعث انفجار و به حرکت درآوردن پیستون به طرف پایین و در نهایت باعث چرخش دورانی میل لنگ می شود.

اما در موتور بنزینی در مرحله مکش مخلوط سوخت و هوا وارد محفظه شده و با بالا آمدن پیستون سوخت متراکم شده و در این هنگام شمع جرقه زده و باعث انفجار می شود و موتور را به حرکت در می آورد. اگر این جرقه زود یا دیر زده شود حالت Knocking یا Detonation رخ می دهد. این حالت آسیب جدیی به موتور می زند.زمان دقیق این جرقه توسط واحد کنترل الکترونیکی (ECU) با کمک سنسور ها تعیین می شود.

اگر سیستم سوخت رسانی را شبیه بدن یک انسان در نظر بگیریم، حواس چندگانه را به عنوان حسگر ها(سنسور ها) در نظر بگیریم و مغز را به عنوان واحد کنترل ECU بنابراین ماهیچه در بدن وظایف عملگر ها را در این سیستم انجام می دهند.

این سیستم یک سری اطلاعات مورد نیاز خود را از سنسور های واقع در قسمت مختف دریافت می کند و پس از آنالیز و انجام تحلیل های مورد نیاز براساس برنامه ریزی های از پیش تعیین شده به عملگر ها وظایفی محول می کند تا موتور به شرایط عادی خود بازگردد.

برخی از حسگر ها اصلی در سیستم EFI عبارتند از:

1. AFM سنسور اندازه گیری حجم(دبی) هوا

2. MAP سنسور اندازه گیری خلاء درون مونیفلد

3. CTS سنسور اندازه گیری دمای آب درون موتور

4. RPM سنسور اندازه گیری دور موتور

5. TPS سنسور اندازه گیری موقعیت و زاویه دریچه گاز

6. FPS سنسور اندازه گیری فشار موجود در ریل سوخت

7. سنسور اندازه گیری موقعیت میل سوپاپ

8. سنسور ناک(ضربه) مشخص کننده ضربات موتور

9. سنسور اکسیژن جهت تعیین غنی و یا رقیق بودن گاز خروجی و مقدار آلاینده های Co و NOx وHC

10. سنسور سرعت سنج جهت اندازه گیری سرعت

عملگر ها

1. موتور پله ای(اسپتر موتور)

2. پمپ بنزین

3. شیر کنیستر

4. فن

5. انژکتور ها

6. گرمکن های PTC

7. شمع ها

دسته بندی سیستم انژکتوری برحسب نوع ساختار ابداع شده:

1. K_JETRONIC

2. KE_JETRONIC

3. L_JETRONIC

4. LH_JETRONIC

5. SPFI_MONO JETRONIC سیستم های پاشش سوخت تکی

6. MULTI JETRONIC_MPFI سیستم های پاشش سوخت چندگانه

7. GDI سیستم های پاشش مستقیم سوخت

در اینجا به سه مدل آخر که معمول ترین سیستم های سوخت رسانی هستند، بسنده می کنیم.

سیستم های پاشش سوخت تکی

در این نوع سیستم ها، از این انژکتور جهت پاشش سوخت برای تمام سیلندر ها در ابتدای مونیفلد استفاده می شود، که همانند کاربراتور عمل می کند اما چون از طریق واحد کنترل الکترونیکی مقدار و زمان پاشش آن تعیین می شود، شرایط مناسب تری را برای محفظه احتراق فراهم می کند.

سیستم های پاشش سوخت چندگانه

این سیستم برخلاف مدل قبلی برای هر سیلندر از یک انژکتور استفاده شده و تمامی انژکتور ها بروی یک ریل سوخت نصب شده اند. سوخت در این سیستم قبل از سوپاپ پاشیده می شود، بنابراین سوخت با شرایط بهتری وارد سیلندر می شود.این نوع سوخت رسانی رایج ترین نوع سوخت رسانی است که مورد استفاده قرار می گیرد.

سیستم های پاشش مستقیم سوخت

در این نوع سیستم برای آنکه سوخت مسافت کمتر و برای به حداقل رساندن تغییر در شرایط سوخت ورودی به سیلندر ها انژکتور ها بصورت مستقیم سوخت را به سیلندر ها پاشش می کنند.

این سیستم شامل: منیفولد، ریل سوخت، انژکتور و رگلاتور های فشار نصب شده بر روی آن، ECU و... است.

مزایای استفاده از سیستم های انژکتوری در مقایسه با سیستم های کاربراتوری

1. افزایش بازده حجمی و حرارتی موتور به دلیل یکنواختی و ترکیب صحیح نسبت سوخت و هوا در شرایط مختلف اعم کاری، جغرافیایی و...

2. افزایش راندمان و گشتاور و توانخروجی موتور تا 15 درصد

3. نسبت سوخت ورودی هر سیلندر به علت ورودی چندگانه به مقدار ثابت رسیده

4. کنترل دقیق سوخت از طریق واحد کنترل

5. از بین رفتن بخارات بنزین به علت حذف کاربراتور و پیاله ی سوخت

6. به علت کنترل موتور توسط ECU در تمامی شرایط (یخبندان و گرما) در کمترین زمان ممکن روشن شده و به ساسات نیازی ندارد.

7. کارکرد نرم بی سر و صدای موتور به علا یکنواختی مخلوط سوخت و هوا

8. افزایش عمر موتور با افزایش بازده احتراق و کنترل آوانس های موتور

9. کاهش آلودگی و آلاینده های هوا با کنترل سنسور اکسیژن و...

10. شتاب گیری سریع به علت کنترل سریع سوخت

11. افزایش ضریب تراکم حجمی موتور به علت رعایت نسبت استوکیومتری سوخت و هوا

معایب سیستم های سوخت رسانی انژکتوری در مقایسه با کاربراتوری

1. گران بودن موتور به علت گرانی قطعات سیستم انژکتوری

2. نیاز بیشتر به تعمیرات و عیب یابی توسط دستگاه دیاگ

3. نیاز به بنزین با کیفیت بالا و صافی بیشتر

نتیجه گیری

براساس مطالب گفته شده، هر چه سیستم انژکتوری مقادیر سوخت، هوا و گاز های خروجی را دقیقتر اندازه گیری کند، توانایی کارکرد و انطباق موتور با شرایط مختلف و کارایی آن بهتر می شود. باتوجه به اهمیت هوای پاک و کاهش آلودگی که امروزه از دغدغه های عمده ی کلان شهر هاست و نیز کاهش مصرف سوخت و در واقع بهینه سازی منابع تجدید ناپذیر بدون استفاده از سیستم سوخت رسانی EFI تقریبا این امر غیر ممکن است.

گذری از سیستم کاربراتوری بر سیستم انژکتوری

مطالب مشابه :

شورلت نوا

دیزل کردن شورلت نوا

معرفی موتور های شورولت

مونت کارلوهای لوکس

گذری از سیستم کاربراتوری بر سیستم انژکتوری

شورلت نوا

مقاله در مورد کادیلاک سویل

فورد مک وان