1.17 کلیات
برای کار سیکل یک موتور احتراق داخلی نیاز به مخلوط قابل احتراقی از سوخت و اکسید کننده داریم. به هنگام احتراق انرژی شیمیایی سوخت نبدیل به انرژی حرارتی شده و این انرژی نیز تبدیل مکانیکی برای حرکت وسیله نقلیه می شود.
اتومبیلها و تراکتورهای جدید بیشتر از موتورهای احتراقی زیر استفاده می کنند
1- موتورهایی با تشکیل مخلوط در خارج سیلندر (کاربراتوری) و ایجاد جرقه و احتراق توسط یک منبع خارجی در این موتورها از سوختهای فرار (مایع یا گاز) استفاده می شود که مخلوط سوخت در خارج از سیلندر و محفظة احتراق تشکیل می شود. از این طرح در موتورهای کاربراتوری استفاده می شود. این نوع موتورها همچنین می توانند مجهز به سیستم سوخت رسانی که سوخت را داخل ؟ ورودی می پاشند باشند.
2- موتورهایی با ایجاد مخلوط در داخل موتور و محفظه احتراق و ایجاد احتراق توسط خود اشتعالی سوخت (انژکتوری): در این موتورها از سوختهایی با فراریت کم (سوخت دیزل یا گازوئیل یا ...) استفاده می شود و مخلوط احتراقی در داخل محفظه تشکیل شده و به همین دلیل طراحی محفظه احتراق تأثیر مستقیمی بر مخلوط قابل احتراق و نحوه ایجاد جرقه دارد. با توجه به طراحی محفظه احتراق و سیستم سوخت رسانی ، موتورهای دیزل جدید از محفظه های احتراقی با تزریق سوخت حجمی یا لایه ای و محفظه احتراق های تقسیم شده پیش محفظه و اتاق احتراق های گردبادی بهره می گیرند.
بدون توجه به نوع موتور احتراق داخلی خواسته ها و نیازهای اساس که سیم سوخت رسانی باید تامین کند عبارتند از :
1- اندازه گیری دقیق و صحیح سوخت و اکسید کننده برای سیکل و سیلندر
2- تهیه مخلوط قابل احتراق در شرایط دشوار کاری و در زمان خیلی کوتاه
3- تهیه مخلوط هوا و سوخت به طوری که احتراق به طور کامل انجام شود و موارد آلوده کننده در محصولات احتراق وجود نداشته باشد.
4- تغییر اتوماتیک مقدار هوا و سوخت تشکیل دهنه مخلوط با توجه به سرعت و بار موتور
5- قابلیت استارت موتور در دماهای مختلف را ایجاد نماید.
6- پایداری تنظیمات سیستم سوخت رسانی در طول مدت زمان بین دو سرویس موتور و نیز امکان تغییرات در تنظیمات را با توجه به شرایط سرویس و شرایط موتور ایجاد نماید.
7- قابلیت سویس سیستم سوخت رسانی ، ساختمان ساده و قابل اعتماد؛ نصب آسان؛ تنظیمات و تغییرات ساده و آسان را داشته باشد.
خواسته ها و نیازهای ذکر شده در بالا توسط سیستمی بوجود می آید که شرایط زیر را داشته باشد.
(a) در موتورهایی که مخلوط سوخت آنها در خارج سیلندر ایجاد می شود، از کاربراتور در موتورهای کاربراتوری ، از سیکسر در موتورهای گاز سوز و از پمپ و انژکتور در موتورهای با شش مستقیم برای این منظور استفاده شده است
(b) در موتورهای انژکتوری این کار توسط پمپ فشار بالا و انژکتور (اتمیزر) انجام می شود.
2.17 کاربرداتور:
یکی از قسمت اساسی سیستم سوخت رسانی در موتورهای کاربراتوری ، کاربراتور است. این وسیله دارای سیستم و قسمتهایی مختلفی است که نیازهای و خواسته های ضروری سیستم سوخت رسانی موتور را تأمین می کنند و عبارتند از:
1- سیستم اندازه گیری اصلی با جبران کننده که سوخت مورد نیاز موتور را در زمان کارکرد در شرایط اصلی تأمین می کند.
2- سیستم دور آرام که وظیفه این سیستم فرآهم آوردن کارکرد پایدار موتور تحت بارهای کوچک است.
3- سیستم غنی سازی مخلوط که در شرایط تحت بارها و سرعتهای ماکزیمم برای بدست آوردن حداکثر توان موتور به کار برده می شود
4- سیستم غنی سازی سوخت برای هنگام شتاب گیری موتور
5- سیستم ها و دستگاهایی که قابلیت استارت موتور را فرآهم می آورند
6- دستگاههای کمکی برای تامین کارکرد مطمئن کاربراتور
هنگام طراحی کاربراتور به طور کلی محاسبات اجزاء اصلی مواد اندازه گیری بر پایه ایجاد و تئوری و ژیلگورها انجام می گیرد.
؟
شکل 1.17 : شکل شماتیک یک کاربراتور.
طراحی ونتوری : در هنگام محاسبات ونتوری ما سرعت جریان هوا و مقاطع مختلف را تعیین کرده و ابعاد ساختمان کاربراتور را بدست می آوریم.
هوا از داخل فیلتر هوا و مانیفولر ورودی عبور کرده و وارد ونتوری می شود. در آنجا و در مقطع مینیمم سرعت هوا افزایش یافته و یک خلاء جزئی ایجاد می شود.
روابط سرعت و فشار جریان هوا در این مقطع از رابطه برنولی برای جریان تراکم ناپذیر بدست می آید. با این فرض که فشار در مقطع I-I برابر فشار اتمسفر باشد PI-I , P0 در این صورت سرعت در مقطع I-I برار صفر می باشد. WI-I=0 علاوه بر این بدلیل رفتار نزدیک هوا به سیال تراکم ناپذیر تعداد چگالی هوا P0 در هر نقطه در طول خط مکش ثابت در نظر گرفته می شود. این فرضیات باعث ایجاد خطایی در حدود 2% در فشار در مقاطع مختلف کاربراتور می شوند که خیلی کوچک است. ماکزیمم کاهش فشار در مینیمم مقطع ونتوری II-II 5PN=5P0- 5P7 نباید از 15 – 20 kpa تجاوزنماید.
؟
شکل 2.17 دیاگرام ضریب هوای مصرفی نسبت به مقدار وکیوم (خلاء) ونتوری
بنابر این مقدار سرعت تئوری هوا Wa(m/s) (بدون در نظر گرفتن افت فشار هوا) در هر مقطع از ونتوری برابر است با:
(17.1)
در اینجا 5Px , Px مقادیر فشار و خلاء در هر مقطع از ونتوری را نشان می دهند. P0 , Pa مقدار چگالی هوا بر حسب kg/m3 است.
برای مینیمم مقطع ونتوری داریم (مقطع I-I)
(17.2)
مقدار سرعت واقعی هوا در ونتوری برابر است با:
(17.3)
در اینجا QE ضریب سرعت برای افت فشار اصطکاکی در ماینفولدورودی است؛
ضریب انقباض جریان هوا است که برابر با نسبت مینیمم مقطع جریان هوا ff به مینیمم مقطع عبوری هوا در ونتوری در مقطع I-I است؛ ؟ ضریب جریان ونتوری است.
شکل 17.2 نشان دهنده ؟ جریان هوا نسبت به 5Pv در لوله وانتوسی برای کاربراتورهای مختلف است.
تغییرات با مراجعه به منحنی می بینیم که با افزایش افت فشار ؟ به شدت افزایش یافته و بعد از این افزایش ناگهانی تغییرات آن مختصر است و در برخی جاه ها نیز با افزایش ؟ کاهش نیز می یابد. محدوده هاشور خورده بین دو منحنی ؟ محدوده ؟ در اکثر کاربراتورهای اتومبیل های جدید را نشان می دهد. در هنگام محاسبات لوله ونتوری منحنی ؟ بر پایه داده های آزمایشگاهی انتخاب می شود.
با توجه به ابعاد ونتوری میزان دبی واقعی عبوری از ونتوری با معادله زیر تعیین می شود.
در اینجا dN قطر ونتوری است P0 , m چگالی هوا اس . kg/m3
همچنین مقدار دبی هوای عبوری از ونتوری برابر است با مقدار هوای تحویلی به سیلندرهای موتور در یک سرعت خاص که برای یک موتور چهار زمانه داریم.
در اینجا S , D به ترتیب مقادیر قطر و کورس پیستون هستند n , m سرعت موتور استrpm.
از معادلات (17.5) , (17.4) می توان روابط بین افت فشار در ونتوری و سرعت موتور را بدست آورد.
و قطر ونتوری برابر است با
قطر ونتوری باید برای شرایط سرعت موتور پائین و دریچه گاز بسته انتخاب شود. به طوری که سرعت هوای عبوری از 40-50 m/s کمتر نشود و در سرعتهای بالا نیز سرعت هوا از 120-130 m/s تجاوز نکند.م سرعتهای زیر 40 m/s بر روی نحوه تمیز شدن سوخت تاثیر می گذارد و ممکن است سبب افزایش سوخت ویژه مصرفی موتور شود. سرعتهای بالای 130 m/s نیز باعث ایجاد تاثیراتی بر بازده حجمی موتور شده و قدرت خروجی موتور را کاهش می دهد.
طراحی ژیگلورها: قسمت اصلی اندازه گیری مدارات سوخت رسانی ژیگلورها هستند که با افزایش سرعت موتور و مقدار باز شدگی دریچه گاز باعث غنی سازی مخلوط موجود در ونتوری می شوند. برای دیدن منحنی مشخصه کاربراتور مقدماتی 1 و کاربراتور ایده آل 2 نگاه کنید به شکل 17.3 ژیگلور کاربراتور مقدماتی با افزایش افت فشار سوخت را غنی می کند. بنابر این برای رسیدن از مشخصات کاربراتور مقدماتی به کاربراتور ایده آل نیاز به وسیله ای است که مخلوط را در شرایط کاری مختلف موتور ضعیف کند. (AB در شکل 17.3) برای این هدف مدار اصلی سوخت رسانی کاربراتور مجهز به قسمتی به نام جبران کننده می شود.
جبران کننده مخلوط معمولاً برای دو هدف عمده به کار می رود. 1- کنترل افت فشار ونتوری 2- کنترل افت فشار در ژیگلورها . که هر دو اصل یاد شده ممکن است به طور همزمان مورد استفاده قرار گیرند.
؟
شکل 17.3 : منحنی مشخصه کاربراتور مقدماتی 1 و کاربراتور ایده آل 2
ژیگلور موازنه کننده (جبران کننده) کاهش فشار ونتوری با وجود ژیگلور اصلی (شکل 17.4) می تواند در زمانی که از سوپاپ هوای کمکی 3 (شکل a17.4( استفاده می شود باعث کاهش افت فشار در ونتوری می شود و همچنین این کار می تواند توسط سوپاپ الاستیک S که سطح عبوری ونتوری را تغییر می دهد انجام شود.
جبران کننده مخلوط برای کنترل افت فشار در ژیلگور می تواند توسط ژیلگور جبران کننده 8 نیز انجام شود.
سوخت عبوری از آن با هوای عبوری از ژیگلور 7 که با هوای آزاد در ارتباط است مخلوط شده و از نازل 6 به داخل ونتوری اسپری می شود (شکل c17.4) همچنین این کار می تواند توسط ژیگلور شماره 0 او نیز 0 ژیگلور هوای 9 (شکل d17.4) انجام شود. در این مدار جبران کننده (شتاب منفی دهنده پنوماتیکی سوخت) مخلوط مواد سوخت داخل ونتوری اسپری می شود.
سوخت تخلیه شده از اسپری شماره 2 در نتیجه افت فشار بوجود آمده در ونتوری 4 در ونتوری تخلیه می شود مقدار سرعت تئوری سوخت عبوری از ژیگلور اصلی برابر است با :
در اینجا pf وزن مخصوص سوخت است (برای بنزین pf-730 -750) kg/m3 ؛g=9.8 شتاب جاذبه ثقل است ؟ مقدار ارتفاع قرار دادی سوخت است که با تخلیه سوخت از اسپری مخالفت می کند؛ (0.002 – 0.005)m= ؟ فاصله بین سطح سوخت موجود در پیاله در کاربراتور و لبه اسپری داخل ونتوری است (شکل a,b27.4)
؟
شکل 17.4: اشکالی از کاربراتورهای مختلف با سیستمهای مختلف جبران کننده
؟ ارتفاع قرار دادی سوخت است که با میزان نیروی کشش سطحی سوخت در هنگامی که از دهانه اسپری جریان می یابد متناسب است. (برای بنزین hp.t در حدود 3*10-6m است که معمولاً در نظر گرفته نمی شود)
مقدار سرعت جریان عبوری از ژیگلور جبران کننده وابسته به ارتفاع ستون سوخت H روی ژیگلور است و d مقدار آن از رابطه زیر بدست می آید:
مقدار سرعت تئوری جریان عبوری از ژیگلور 10 (شکل d17.4) از معادله زیر بدست می آید.
در اینجا ?Pwell مقدار افت فشار در گذرگاه جبران کننده 7 است؛ Fs, fa مساحت سوراخهای ژیگلور هوای 9 و اسپری 11 هستند.
مقدار سرعت واقعی سوخت تخلیه شده در اسپری با تغییرات ضریب دبی تغیر می کند.
در اینجا qf ضریب سرعت است که برای افت فشار سوخت تخلیه شده از ژیگلور در محاسبات وارد می شود ?f ضریب انقباض جریان سوخت است.
به علت سختی و پیچیدگی تعیین Qfو ؟ از اطلاعات آزمایشگاهی برای تعیین مقدار ؟ استفاده می شود.
مقدار ضریب سوخت مصرفی به طور کلی تحت تاثیر شکل و ایجاد ژیگلور قرار دارد و اول از همه تحت تاثیر نسبت طول ژیگلور Lf به قطر زیگلور df قرار دارد. شکل 17.5 منحنی نشان دهنده ؟ نسبت به افت فشار در ونتوری برای سه نوع ژیگلور با نسبت Lf/dj=2.6 ,10 می باشد
شکل 17.5: دیاگرام ضریب سوخت مصرفی نسبت به افت فشار
؟
سرعت واقعی سوخت خروجی از ژیگلور wj , wj ? در سرعتهای موتور بین 0-6 m/s تغییر می کند در صورتیکه سرعت جریان سوخت فرعی از عبارت زیر تعیین می شود.
برای ژیگلور اصلی داریم:
برای ژیگلور جبران کننده داریم:
برای ژیگلور سوخت داریم:
در جبران کننده امولسیونی (پنوماتیکی) مقدار دبی که مخلوطی از هوا و سوخت است برابر است با:
در اینجا da.e قطر ژیگلور مخلوط کننده (امولسیونی) است ئ؛ ؟ و Wa,e بترتیب مقادیر مربوط به ضریب دبی هوا و سرعت تئوری هوای خروجی از ژیگلور مخلوط کننده هستند.قطر ژیگلور سوخت برابر است با :
قطر ژیگلور امولسیون برابر است با:
مشخصات و ویژگی های کاربراتور: ویژگی های کاربراتور از روی منحنی نشان دهنده تغییرات نسبت هوا به سوخت ؟ نسبت به افت فشار ونتوری شناخته می شوند. نسبت هوا به سوخت بر اساس افزایش ضریب هوا ارزیابی می شود Ga/GfLo=؟ که به افت فشار ونتوری وابسته است:
برای کاربراتورهایی با یک ژیگلور اصلی داریم:
برای کاربراتورهای دارای ژیگلور اصلی و جبران کننده داریم:
برای کاربراتورهای دارای ژیگلور امولسیونی داریم:
منحنی مشخصه کاربراتور در بین حدود ?PN=(0.5-1.0)kpa تا مقدار ?PN در ماکزیمم مقدار سرعت هوا در ونتوری رسم شده است. محاسبات انجام شده در یک جدول داده می شوند (نگاه کنید به قسمت 17.3) با روش محاسباتی گفته شده در بالا به طور تقریبی می توان ابعاد ونتوری و ژیگلورها را پیدا کرد.
ابعاد اجزاء کاربراتور بوسیله محاسباتی که بعداً توسط ماشین تست چک می شوند تعیین می شوند.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 77 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلودمقاله طراحی اجزاء سیستم سوخت رسانی
