آشنایی با سیستم‌های تغذیه و سوخت رسانیReviewed by فاتحان ثریا on Aug 3Rating: 5.0آشنایی با سیستم تغذیه و سوخت رسانی موتورآشنایی با سیستم تغذیه و سوخت رسانی موتور

آشنایی با سیستم‌های تغذیه و سوخت رسانی موتور

مقدمه:

فاتحان ثریا موتورهای احتراق داخلی پیستونی برای تولید انرژی و به‌گردش‌درآوردن میل‌لنگ به سه چیز نیاز دارند: هوا، سوخت و جرقه برای انجام احتراق.

هوای ورودی از مسیر هواکش و پس از سنجش به‌وسیله‌ی حسگر حجم هوا وارد منیفولد می‌شود.منیفولد هوای ورودی را به مسیرهایی تقسیم می‌کند که هریک از آن‌ها به یکی از محفظه‌های احتراق (سیلندر) منتهی می‌شوند. در طول این مسیر، هوای ورودی با سوخت ترکیب و پس از آن مخلوط سوخت و هوا درون محفظه احتراق به‌وسیله‌ی جرقه‌ی شمع محترق می‌شود.

 اوایل دوران فناوری موتور، کاربراتورها و سیستم‌های سوخت‌رسانی انژکتوری تک‌نقطه‌ای (SPFI) داخل منیفولد ورودی یا حتی قبل از آن سوخت و هوا را با نسبتی نه‌چندان دقیق باهم ترکیب می‌کردند. در این سیستم‌ها، تقریبا مقدار صحیح سوخت لازم برای تمام ردیف سیلندرها تأمین می‌شد و هریک از محفظه‌های احتراق تا حد مناسبی سوخت لازم خود را دریافت می‌کردند. بااین‌حال، بسته به نوع طراحی منیفولد ورودی این ترکیب تقریبی سوخت باعث می‌شد سیلندرهایی که در نزدیک‌ترین فاصله با کاربراتور یا انژکتور قرار داشتند، اندکی سوخت اضافی دریافت و با مخلوط غنی کار کنند. همچنین، سیلندرهایی که در دورترین نقطه در ارتباط با کاربراتور و انژکتور قرار داشتند، اندکی با کمبود سوخت مواجه شوند.

کسانی که در تنظیم کاربراتور یا کامپیوتر خودرو مهارت داشتند، مخلوط سوخت و هوا را طوری می‌توانستند تنظیم کنند که وضعیت موتور از کنترل خارج نشود؛ اما طراحی منیفولد ورودی حتی بهترین تنظیم ممکن را نیز محدود می‌کرد.

سیستم سوخت‌رسانی SPFI

سیستم سوخت‌رسانی SPFI

هم‌اکنون اکثر خودروهای جدید از سیستم انژکتور چند‌نقطه‌ای یا MPFI استفاده می‌کنند که سیستم پاشش سوخت در مجرای ورودی سرسیلندر یا پشت سوپاپ‌های هوا نیز نامیده می‌شود.

موتورهای احتراق داخلی پیستونی معمولا به سه روش کلی تغذیه می‌شوند:

۱. کاربراتور:

 وظیفه‌ی اصلی کاربراتور تهیه‌ی مخلوط هوا و سوخت با نسبت مشخص در شرایط مختلف و ایجاد مکش روی مجرای خروج سوخت است. ونتوری که روی بدنه کاربراتور قرار دارد، این کار را انجام می‌دهد. پس از اینکه صفحه‌ی گاز بازشد، سیلندر هوا را می‌مکد و به کاربراتور منتقل می‌کند. به‌دلیل کاهش مقطع عبور، سرعت هوا در هنگام عبور از ونتوری افزایش و درمقابل، فشار محفظه کاهش می‌یابد.

مکش ایجادشده به‌طور چشمگیری بیشتر از سایر مقاطع است. ازاین‌رو، اگر مجرای سوخت به این قسمت متصل شود، سوخت مکیده می‌شود و پس از مخلوط‌شدن با هوا به داخل سیلندر انتقال می‌یابد.

محفظه‌ی گاز، ساسات، بدنه، قسمت راه‌انداز، پمپ شتاب‌دهنده و ونتوری ازجمله اجزای تشکیل‌دهنده‌ی کاربراتور است. ونتوری در بدنه‌ی اصلی و صفحه‌ی گاز در محفظه‌ی گاز و صفحه‌ی ساسات در محفظه‌ی ساسات قرار دارند. قسمت راه‌انداز و پمپ شتاب‌دهنده نیز در کاربراتورهای پیشرفته، به‌منظور جبران برخی کاستی‌های کاربراتورهای اولیه طراحی شده‌اند.

عامل اصلی کار کاربراتور ایجاد خلأ در مجرای خروج سوخت (ژیگلور) است.

ایجاد خلأ براساس دو قانون مهم در مکانیک سیالات به نام‌های معادله‌ی پیوستگی و برنولی به‌وجود می‌آید. این کار را قسمتی از کاربراتور به‌نام ونتوری یا گلوگاه انجام می‌دهد. با بازشدن صفحه‌ی گاز، سیلندر موتور هوا را می‌مکد و به داخل کاربراتور منتقل می‌کند.

هنگام عبور از ونتوری به‌دلیل کاهش مقطع عبور، سرعت هوا افزایش و فشار محفظه‌ی ونتوری کاهش می‌یابد. در این وضعیت، ونتوری مکشی ایجاد می‌کند که به‌مراتب از سایر مقاطع کاربراتور بیشتر است. بنابراین چنانچه مجرای سوخت به این قسمت متصل شود، سوخت مکیده  و پس از مخلوط‌شدن با هوا به داخل سیلندر وارد می‌شود.

۲. انژکتور:

تزریق‌کننده یا پاشانه یا افشانک و نازلی برای تزریق سوخت و هوا و بخارآب زیرفشار است. در سال ۱۸۵۸، آنری ژیفار فرانسوی این وسیله را اختراع کرد. انژکتورها از انواع شیرهای سلونوییدی هستند و عمل بازوبسته‌شدن مجرای خروجی انژکتور به‌وسیله‌ی فرمان صادره از واحد کنترل (ECU) صورت می‌گیرد. برای این منظور در انتهای سوزن انژکتور یک سلونویید وجود دارد که هنگام صدور فرمان از واحد کنترل (ECU) جریان ضعیفی از درون سیم‌پیچ آن عبور می‌کند و باعث مغناطیسی‌شدن هسته‌ی آن و به‌حرکت‌درآمدن سوزن انژکتور می‌شود.

 

اواخر دهه‌ی ۱۹۵۰ و اوایل دهه‌ی ۱۹۶۰، کارخانه‌های شورولت و پونتیاک اولین طرح سوخت‌رسانی انژکتوری مکانیکی نوع تزریق دائم را عرضه کردند. در همین بازه‌ی زمانی، کرایسلر تعدادی خودروی انژکتوری با سیستم الکترونیکی تولید کرد و نام این طرح را بندیکس الکتروژکتور نامید. در سال ۱۹۶۸ و با ظهور ترانزیستور و دیود در صنعت الکترونیک، فولکس‌واگن نمونه پیشرفته‌ای از طرح بوش را در پیشرانه‌های خود به‌کار برد.

سیستم‌های انژکتوری انواع مختلفی ازجمله SPFI و MPFI دارند. سیستم MPFI، سیستم پاشش سوخت در مجرای ورودی سرسیلندر یا پشت سوپاپ‌های هوا نیز نامیده می‌شود. درادامه، سیستم انژکتور چند‌نقطه‌ای یا MPFI را به‌اختصار شرح می‌دهیم.

در این سیستم، به‌جای‌ اینکه از یک انژکتور استفاده شود که تقریبا مقدار صحیح سوخت را پاشش می‌کند. هریک از مسیرهای ورودی در منیفولد هوا به‌صورت مجزا یک انژکتور یا انژکتورهای مخصوص به‌خود را دارند و نازل‌های زیرفشار سوخت را به‌شکل پودرشده یا اتمیزه به داخل هوای ورودی به منیفولد می‌پاشند.

در اثر حرکت عمودی پیستون رو‌به‌‌پایین، داخل منیفولد هوا خلأ ایجاد می‌شود که به مخلوط‌شدن سوخت‌ و‌ هوا در ابتدای ورود به مجرای سرسیلندر و سپس ورود به محفظه‌ی احتراق منجر می‌شود. بعدازآن، سوپاپ هوا محکم بسته می‌شود و احتراق مخلوط سوخت‌ و هوا درون سیلندری رخ می‌دهد که اکنون آب‌بندی شده است.

۳. تزریق مستقیم سوخت (GDI): 

احتمالا متوجه شده‌اید طی تغییر ناگهانی سیستم‌های سوخت‌رسانی از کاربراتور به سیستم پاشش تک‌نقطه‌ای یا چندنقطه‌ای، محلی که در آن سوخت به هوای ورودی اضافه می‌شود، از قسمت قبل از دریچه‌ی گاز به منیفولد ورودی و پس از آن به راهگاه‌های مجرای منیفولد منتقل و به‌تدریج به محفظه‌ی احتراق نزدیک‌تر شده است.

سیستم تزریق مستقیم با قراردادن نازل سوخت یا انژکتور مستقیما درون محفظه‌ی احتراق این فرایند تکاملی را یک پله ارتقا می‌دهد. با انتقال انژکتور به داخل محفظه‌ی احتراق، سیستم تزریق مستقیم سوخت درمقایسه‌ با سیستم‌های کاربراتوری و انژکتوری مزیت‌های بسیاری دارد.

با قراردادن انژکتور داخل سیلندر، کامپیوتر خودرو می‌تواند مقدار سوختی که در مرحله‌ی مکش به داخل سیلندر تزریق می‌شود، با دقت بیشتری کنترل و مخلوط سوخت‌وهوا را بهینه‌تر کند. تا احتراق پاک و کامل‌تری انجام شود و سوخت بسیار کمی هدر رود و قدرت افزایش یابد.

سیستم‌های چندنقطه‌ای فقط می‌توانند در طول مرحله‌ی مکش پیستون، هنگام بازبودن سوپاپ هوا سوخت را داخل موتور تزریق کنند؛ ولی سیستم تزریق مستقیم می‌تواند در مواقع لازم پاشش سوخت را انجام دهد. به‌عنوان مثال، برخی از موتورهای مجهز به سیستم تزریق مستقیم می‌توانند زمان‌بندی پاشش سوخت را طوری تنظیم کنند تا حجم کمی از سوخت طی مرحله تراکم داخل موتور تزریق شود که احتراق بسیار کوچک‌تر و کنترل‌شده‌ای داخل سیلندر ایجاد می‌کند. این حالت که اصطلاحا سوختن بیشازحد فقیر سوخت نامیده می‌شود، اندکی قدرت موتور را کاهش می‌دهد؛ اما در شرایطی مانند کارکردن موتور در دور آرام، حرکت بدون گازدادن و حین ترمزکردن که خودرو به گشتاور بسیار کمی نیاز دارد، مصرف سوخت را تاحدزیادی کاهش می‌دهد.

خودروهایی که به سیستم تزریق مستقیم مجهز هستند، دربرابر تغییرات در زمان‌بندی و میزان پاشش سوخت، سریع‌تر واکنش نشان می‌دهند. این امر قابلیت‌های خودرو حین رانندگی را افزایش می‌دهد.

علاوه‌‌براین، چنین خودروهایی می‌توانند براساس داده‌های حسگرهایی که بعد از محفظه‌ی احتراق قرار دارند، پاشش سوخت را سریع‌تر اصلاح کنند و گازهای آلاینده‌ای را در کنترل داشته باشند که از اگزوز خارج می‌شوند.

بعضی از خودروسازان حتی استفاده از سیستم تزریق مستقیم برای اشتعال اندکی سوخت اضافه‌ی داخل سیلندر برای ایجاد انفجار ثانویه در چرخه‌ی احتراق را نیز آزمایش کرده‌اند. این موضوع به افزایش قدرت و راندمان بالقوه موتور منجر می‌شود.

حقیقتی جالب درباره‌ی سیستم تزریق مستقیم سوخت این است که این سیستم درواقع آن‌قدرها هم که فکر می‌کنید جدید نیست. این فناوری از دهه‌ی ۱۹۲۰ در موتورهای بنزینی وجود داشته و درواقع پیش‌‌ازاین، در بسیاری از موتورهای دیزل کاربرد داشته است.

 

در سیستم تزریق مستقیم سوخت مشکلات بالقوه‌ای وجود دارد؟

شاید از خود پرسیده باشید اگر سیستم GDI این‌قدر خوب است؛ چرا از آن در تمام خودروهای جدید استفاده نمی‌شود؟

تا حدی به این دلیل است که تولید پیشرانه‌ی تزریق مستقیم به‌دلیل پیچیدگی قطعاتش پرهزینه‌تر است و درنتیجه، قیمت نهایی خودرو نیز گران‌تر خواهد بود. به‌عنوان مثال، انژکتورهای پیشرانه‌ی GDI باید از انژکتورهای سیستم پاشش چندنقطه‌ای مقاوم‌تر باشند؛ زیرا باید حرارت و فشار ناشی از صدها یا حتی هزاران انفجار کوچک در هر دقیقه را تحمل کنند. علاوه‌براین، به‌دلیل اینکه سیستم GDI باید بتواند سوخت را داخل محفظه‌ی احتراقی تزریق کند که فشار زیادی دارد، فشار در ریل‌ها و مسیرهای سوخت‌رسانی آن باید بسیار بیشتر باشد.

سیستم‌های سوخت‌رسانی GDI می‌توانند با فشار صدها بار یا اتمسفر (هزاران پاوند بر اینچ مربع) کار ‌کنند؛ درحالی‌که فشار در سیستم‌های پاشش چندنقطه‌ای از ۲.۵ تا ۴ بار یا اتمسفر (۴۰ تا ۶۰ پاوند بر اینچ مربع) است.

ذکر این نکته لازم می‌نماید که قیمت قطعات سیستم GDI روبه‌کاهش است؛ اما همچنان سیستم انژکتور چندنقطه‌ای کم‌هزینه‌تر و برای اکثر خودروهای اقتصادی به‌اندازه‌ی کافی جواب‌گو است. علاوه‌‌براین، بعضی از مالکان خودروهایی با پیشرانه‌های GDI (به‌خصوص در خودروهای مجهز به توربوشارژر) اعلام کرده‌اند افزایش تشکیل رسوبات کربن در پشت سوپاپ‌های هوا را شاهد هستند که به‌مرورزمان، باعث کاهش جریان هوای ورودی به موتور و افت عملکرد آن می‌شود.

 دلیل تشکیل رسوبات کربن این است که در اکثر خودروها با وجود فیلتر هوا، هوای ورودی به موتور تا حدی کثیف است و سیستم‌های جدید بازگشت دوباره گازهای اگزوز به داخل موتور و سیستم‌های تهویه‌ی بخارهای روغن در محفظه‌ی میل‌لنگ می‌توانند میزان چشمگیری آلودگی وارد هوای ورودی به موتور کنند. همچنین، در سیستم تزریق مستقیم برخلاف سیستم‌های پاشش چندنقطه‌ای، انژکتوری پشت سوپاپ‌ها وجود ندارد که بنزین و مواد پاک‌کننده‌ی موجود در آن را به‌طرف سوپاپ‌ها بپاشد. به‌همین‌دلیل، در طول هزاران کیلومتر رانندگی ممکن است رسوبات و کثیفی زیادی داخل موتور تشکیل شود.

 

سیستم تزریق مستقیم سوخت با دیگر فناوری‌های خودرو سازگاری دارد؟

خودروسازان مشغول یافتن انواع و اقسام روش‌های جدید برای بهبود و اصلاح بیشتر موتور احتراق داخلی به کمک فناوری تزریق مستقیم سوخت هستند. به‌عنوان مثال، بعضی خودروسازان از سیستم GDIهمراه‌با توربوشارژر استفاده می‌کنند تا پیشرانه‌هایی با حجم پایین تولید کنند که ازنظر مصرف سوخت مشابه موتور تنفس ‌طبیعی ‌کم‌حجم، ولی ازنظر توان تولیدی درحد انواع حجیم تنفس ‌طبیعی باشند.

ایران خودرو و سایپا نیز تلاش‌هایی در این زمینه انجام داده‌اند. برای مثال، سایپا خانواده‌ی پیشرانه‌های سه سیلندر را به‌کمک شریک خارجی طراحی و در سال ۱۳۹۶، مهندس جهرودی، مدیرعامل وقت این شرکت، آن را رونمایی کرد. همچنین انواع پیشرانه‌های سه سیلندر ایران خودرو در شرکت ایپکو درحال‌طراحی است.

قطعات و سیستم‌های کمکی و جانبی پیشرانه‌های احتراقی

  • سیستم برق شامل شمع، وایر، کوئل (دلکو)، دینام و باتری
  • سیستم خنک‌کاری شامل رادیاتور، فن، سیال خنک‌کننده، لوله و شلنگ‌های انتقال سیال و درِ رادیاتور
  • سیستم اگزوز شامل انبارهای اگزوز و منیفولد چدنی (هدرز آلیاژی) و لوله‌‌ی اگزوز
  • سیستم ورودی هوا شامل منیفولد ورودی هوا و فیلتر هوا و توربوشارژ (سوپرشارژ)
  • سیستم روان‌کاری شامل روغن، فیلتر روغن، پمپ روغن و کارتر
  • سیستم فرمان هیدرولیک
  • تسمه‌دینام

برای اطلاعات بیشتر درمورد عملکرد موتور خودرو به مقالات زیر مراجعه کنید:

آشنایی با نحوه کار موتور و معرفی اجزای آن

آشنایی با سیستم خنک‌کاری و گرمایش موتور

 آشنایی با سیستم روان‌کاری موتور

آَشنایی با سیستم برق موتور



مطالعه این مقاله در وب سایت منبع

  این مطلب را پسندیدم

پاسخ دهید