کاربوراتور و انژکتور

Monday, January 21, 2008

 

Understanding Fuel Delivery Systems

By Larry Carley c2004

 

Carbs or fuel injection?

 

کاربوراتور و انژکتور

مقدمه :

در حال حاضر روش سوخت رساني  به موتور خودروها بنزینی با استفاده  از انژكتور صورت می گیرد و استفاده از كاربراتور دهها سال است که منسوخ شده است علتش هم این بود که  سيستم سوخت رساني انژكتوري راه مناسب تري براي دستيابي به استانداردهاي آلودگي به مصرف سوخت فراهم مي كند.

بیش از سه دهه است که در آمریکا استفاده از کاربوراتور کنار گذاشته است و این در حالی است که در این زمینه اروپایی ها پیشگام بوده اند .

اما هنوز هم بخش عمده ای از خودرو های سواری ما کاربوراتوری هستند و با این وضع هیچگونه امیدی به کاهش مصرف سوخت و کاهش آلودگی هوا و بالا بردن کارآیی موتور وجود ندارد .

هیچ چاره ای نداریم جز اینکه از جدیدترین فن آوری تزریق سوخت آن هم از نوع الکترونیکی و قابل برنامه ریزی و کامپیوتری استفاده شود که نیاز به فن آوری بالایی هم دارد .

امروز دنیای صنعتی و مدرن با سه چالش اساسی در این مورد روبرو است :

1-     کاهش مصرف سوخت تا حد ممکن

2-     کاهش میزان انتشار گازهای آلاینده تا جایی که امکان دارد

3-     بالابردن توان موتور به بهترین حالت ممکن

 

فراهم کردن زمینه برای رسیدن به این هدفها نیاز به بازنگری اساسی در ساخت و طراحی خودرو دارد و این کاری است که ژاپن اروپا و آمریکای شمالی بشدت دنبال می کنند ولی ما همچنان بیراهه خود را می رویم و کاری به این روند جهانی نداریم و این جای بسی تاسف است خودروسازان ما تک تک یا همه این موارد را نادیده می گیرند . این است که متوسط مصرف سوخت  خودرو در ایران چند برابر هنجارهای بین المللی است . شاید بخاطر اینکه روی اقیانوسی از نفت نشسته ایم : بقول سعدی : چه دانند جیحونیان قدر آب ؟   ز واماندگان پرس در آفتاب !!

اما شاید بتوان آب جیحون را بی هیچ گونه تغییری مورد مصرف قرار داد ولی نفت خام باید تصفیه شود تا تبدیل به فرآورده های ارزشمندی چون بنزین و گازوئیل گردد وبرای این کار باید خون دلها خود و پولها مصرف کرد و پالایشگاهها ساخت  و نیروهای انسانی ماهر را بکار گرفت . وقایع سالهای اخیر بخوبی نشان داد این چالش تا چه اندازه بزرگ است و مسئولان تا چه حد در این امر سهل انگاری کرده و مسامحه به خرج داده اند بطوریکه سهمیه بندی بنزین تنها گزینه ای بود که باید انجام می دادند . ولی نباید کار به اینجا می کشید و خیلی ها باید حساب پس بدهند که ما اشاره کردیم و می گذریم و بیش از این وارد جزئیات نمی شویم .

متن زیر بحثی است در همین مورد که امیدوارم به اطلاعات تخصصی شما چیزی اضافه کرده باشد .

 

تا مدتها بعد از اختراع خودرو برای ارسال سوخت از کاربوراتور استفاده می شد ولی بعد ها مه معایب کاربوراتور آشکار شد استفاده از انژکتور رواج پیدا کرد با این وجود سيستم هاي سوخت رساني انژكتوري اوليه مكانيكي و بسيار پيچيده تر از كاربراتورها بودند. همین امر باعث می شد که  قیمت آنها بسيار گران  باشد ودر نتیجه  موارد استفاده آنها  نيز محدوده بود.  تا اینکه در سال ۱۹۵۷ شرکت خودرو سازی  شورولت سيستم سوخت رساني انژكتوري مكانيكي بنام  روچستر را به بازار عرضه کرد  كه تا سال ۱۹۶۷ به عنوان يكي از ويژگي هاي بارز مدل كوروت به شمار مي رفت.

ولی باید اذعان کرد که در زمینه کاربرد انژکتور این کشورهای اروپایی بودند که همواره پیشرو بوده اند

 مثلا شرکت  بوش در اواخر دهه ۱۹۶۰ و اوايل دهه ۷۰ اولين سيستم الكترونيكي را روي موتور فولكس واگن مدل اسكواربك ارايه كرد.

این روند ادامه داشت تا با آغاز دهه ۱۹۸۰ تقريباً تمام اتومبيل سازان اروپايي از برخي انواع سيستم سوخت رساني انژكتوري(با چندین ورودي) شرکت  بوش استفاده مي كردند.

 ولی شرکت های  اتومبيل سازي  آمریکایی های فرصت طلب با درک اهمیت استفاده از انژکتور در اواسط  دهه ۱۹۸۰ به کنار گذاشتن کاربوراتورهای  الكترونيكي به سيستم سوخت رساني انژکتور روی آوردند و به عنوان يك راه حل موقتي به سيستم انژكتوري throttle body رو آوردند.

اين سيستم كه به اختصار آن را با TBI نشان مي دهند، مشابه يك كاربراتور است كه در آن ديگر خبري از پیاله  بنزين،  شناور، سوپاپ سوزني، لوله ونتوري، ژيگلور سوخت، پمپ شتاب دهنده يا خفگي نيست، عدم نياز به اين بخش ها در سيستم TBI به اين خاطر است كه سوخت به جاي كشيده شدن توسط خلا ورودي به طور مستقيم به درون منيفولد ورودي افشانده مي شود. اين سيستم از يك محفظه گلويي با يك يا دو انژكتور و يك رگلاتور فشار تشكيل مي شود و فشار سوخت نيز توسط يك پمپ الكترونيكي فراهم مي شود. اين سيستم به لحاظ نصب نسبتاً ساده است و مشكلات كمي به همراه دارد، اما از تمامي امتيازهاي يك سيستم سوخت رساني انژكتوري تمام عيار مثل سيستم انژكتوري پي درپي برخوردار نيست.  

سيستم سوخت رساني انژكتوري از خیلی جنبه های دیگر نیز  به كاربراتور برتري دارد. سيستم سوخت رساني انژكتوري هرگز دچار خفگي نمي شود و ذرات بسيار ريز سوخت را مستقيماً به درون موتور اسپري مي كند. با اين روش بيشتر مشكلات هنگام استارت سرد موتور كه مربوط به كاربراتور است، از ميان مي رود. همچنين سوخت رساني انژكتوري الكترونيكي بسيار راحت تر از يك كاربراتور مكانيكي با سيستم هاي كامپيوتري كنترل موتور همراه مي شود. سيستم سوخت رساني انژكتوري چند ورودي (در آن هر سيلندر انژكتور مخصوص به خودش را دارد) مخلوط يكنواخت تري از سوخت و هوا را به هر يك از سيلندرهاي موتور مي رساند كه در نتيجه باعث بهبود توان و عملكرد موتور مي شود. يكي ديگر از انواع انژكتورها، سيستم انژكتوري پي درپي سوخت است؛ در اين سيستم شليك هر يك از انژكتورهاي منفرد به طور جداگانه توسط كامپيوتر كنترل و با توالي جرقه هاي موتور زمان بندي شده است كه باعث بهبود توان و كاهش ميزان آلودگي ها خواهد شد. بنابراين همانطور كه ملاحظه مي كنيد از لحاظ مهندسي دلايل بسيار ارزشمندي براي استفاده از انژكتور  به جاي كاربراتور وجود دارد.

 

هنگامی که سوختی وجود ندارد حرکتی هم نیست این موضع ساده است همه موتورهای احتراق داخلی نیاز به سوخت دارند اما سوخت رسانی به موتور باید به گونه ای باشد که سوخت نیز به هوا ترکیب شود و این ترکیب به گونه ای باشد که بیشترین کارآیی و توان و کمترین آولودگی را ایجاد کند .

نسبت سوخت / هوا در سیستم های سوخت رسانی متغییر است . وبستگی کامل به شرایط کاری موتور در لحظه های مختلف دارد .

هنگامی که موتور داغ است و زیر بار سبک کار می کند مخلوط سوخت/هوا چیزی در حدود 7/14 به 1 است یعنی 7/14 قسمت هوا با 1 قسمت سوخت ترکیب می شود ( منظور 7/14 وزنی است ) دراین حالت این ترکیب بهترین شکل را از نظر توان و مصرف و سوخت و نیز انتشار گازهای آلاینده دارد .

هنگامی که موتور سرد است باید مقدار نسبت سوخت بیشتر باشد و بسته به درجه حرارت این مقدار دو تا سه برابر مقدار معمول است . این حالت را مخلوط غنی می گویند چون نسبت سوخت به هوا بیشتر از حالت عادی است که همان 7/14 به 1 باشد

stoichiometric ratio or 14.7:1.

مخلوط غنی سوخت و هوا مثلا (نسبت 12:1 حالت ایده آل است ) می تواند توان بیشتری را تولید کند . اما این امر باعث مصرف سوخت بیشتری می شود و آلودگی هوا هم که عمدتا انتشار گاز مونو اکسید کربن است افزایش می یابد .

 

از طرفی مخلوط رقیق سوخت باعث بهبود مصرف سوخت و کاهش انتشار گازهای آلاینده می گردد اما توان موتور را هم می کند .

هرگاه مخلوط هوا/سوخت خیلی رقیق شود و به 18:1 برسد ممکن است که اصلا احتراق صورت نگیرد یا ناقص انجام شود  که بدلیل ناکافی بودن مقدار سوخت . نتیجه آن هرز کار کردن و از دست رفتن توان و افزایش انتشار  هیدروکربن ها hydrocarbon (HC) emissions بعلت نسوختن آنها ست و فقط باعث می شود که سوخت بصورت ناقص از موتور خارج شود .

وقتی که مخلوط سوخت و هوا خیلی رقیق باشد می تواند باعث سوختن شمع ها و پیستون ها و صدمه دیدن کلی موتور در اثر بروز انفجار و احتراق پیش از موعد می شود . detonation and preignition

 

ضمن اینکه وقتی مخلوط سوخت و هوا رقیق باشد می تواند سبب نشت خلاء از مانیفولد ورودی هوا شده و شیر EGR نمی تواند بسته شود . کثیف شدن انژکتورهای سوخت و افت فشار سوخت خواهد شد .

از طرفی وقتی مخلوط سوخت بیش از اندازه غنی باشد این امر می تواند سبب فشار اضافی سوخت شده و محدودیت در  مجرای ورودی هوا شده مثل حالتی که در اثر کثیف بودن فیلتر هوا و یا صدمه دیدن حسگر های اکسیژن بوجود می آید .

 

 درواقع نمی توان بین کاربوراتور و انزکتور مقایسه ای انجام داد چون ماشین های یا دارای انژکتور هستند یا کاربوراتور و از این جهت رقابتی با هم ندارند .

استفاده از کاربوراتور به زمانهای گذشته بر می گردد هنگامی که ما جوانتر بودیم آن موقع گزینه دیگری نبود چون هنوز سیستم های تزریق سوخت و انژکتور ابداع نشده بودند . البته نوع ساده تر و تمام مکانیکی انژکتور در برخی خودروهای مسابقه ای مورد استفاده بود اما در خودروهای سواری عمومیت پیدا نکرده بود .

طریقه کارکردن کاربوراتور خیلی جالب است دقیقا مانند یک اسپری کار می کند و طی سالهای متمادی تکامل یافته و به شیوه ای کارآ در آمده است . استفاده از کاربوراتور مزایای زیادی دارد :

مزیت های :

  • ارزانی ؛ سادگی و سبکی
  • ساد
  • سادگی کارگزاری برخی نازل ها برای تغییر مشخصه سوخت .
  • نیاز به هیچگونه برق و باتری ندارد
  • در همه موقعیت ها بخوبی کار می کند
  • می توان آن را از روی یک اتومبیل باز کرد و روی اتومبیل دیگر بست و این کار بسادگی صورت می گیرد .
  • پاسخ مجرای کاربوراتور به نیازهای سوختی موتور فوری است و لازم نیست منتظر بمانیم تا حسگرهای کامپیوتری به ما بگویند که چه اتفاقی افتاده است و منتظر جواب محاسبات آن بمانیم .

معایب کاربوراتور :

  • در هوای خیلی سرد و پر رطوبت بخوبی کار نمی کند .
  •  برخلاف انژکتور کنترل دقیقی بر روی میزان سوخت مصرفی / و مخلوط هوا وسوخت ندارد و با گازهای زائدی که تولید می کند باعث نابودی مبدل های کاتالیستی catalytic Converters  موجود در اگزوز و آلودگی هوا می شود .
  • بعلت اینکه سوخت در کاربوراتور در هوای گرم و در تابستان تبخیر می شود روشن شدن خودرو را مشکل می کند .
  • بخحاطر محدودیت ذاتی که استفاده از مجرای ونتوری وجود دارد عبور هوا با مانع و محدودیت مواجه می شود و حداکثر توان را مقداری کاهش می دهد .
  • وجود سوخت های نسوخته در اگزوز باعث می شود که انتشار گازهای آلاینده افزایش یابد و مخلوط مورد نظر هم بستگی به درجه حرارت اگزوز دارد . قطرات چگالیده شده سوخت که ناخواسته ازمانیفولد ورودی وارد موتور می شوند هم مشکل دیگری است .

 

 

سیستم تزریق سوخت : Fuel Injection systems

استفاده از انژکتور امروزه بصورت گسترده در همه خودروهای سواری  رایج شده است . بزرگترین دلیل برای این کار قوانین سخت گیرانه ای است که در مورد کنترل  انتشار گازهای آلاینده وضع شده است و اغلب ماشین ها هم مجهز به مبدل کاتالیستی هستند تا از آلودگی هوا جلوگیری شود و موضوع این است که هنگام استفاده از کاربوراتور باعث عدم کارآیی و  خرابی زود هنگام این مبدل های کاتالیستی می شود .

چون کاربوراتور قادر نیست مخلوط دقیق سوخت و هوا را تنظیم کند آنگونه که انژکتور این کار را انجام می دهد .

هر گاه مخلوط سوخت و هوا اندکی غنی تر از حد معمول باشد این امر باعث خرابی مبدل کاتالیستی می شود . امروزه ظهور کامپیوترها باعث شده است که انژکتورهای سوخت الکترونیکی با قیمت مناسب در دسترس باشد .

مزیت های استفاده از انژکتور :

  • کنترل بهتر مخلوط سوخت و هوا
/ 2 نظر / 39 بازدید
به تو چه

خیلی گاوی[شیطان]

به تو چه

از تو گاو تر ندیدم