احتراق در موتورهای اشتعال – جرقه ای موتورهای اشتعال ( احتراق ) جرقه ای یا اتو

این سیستم ، یك موتور احتراقی می باشد كه با استفاده از اشتعال بیرونی ، انرژی موجود در سوخت ( بنزین ) را به انرژی جنبشی ( سینتیك ) تبدیل می كند
دسته بندی فنی و مهندسی
فرمت فایل doc
حجم فایل 29 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل 60

احتراق در موتورهای اشتعال – جرقه ای  موتورهای اشتعال ( احتراق ) جرقه ای یا اتو

فروشنده فایل

کد کاربری 8044

اصول كاركرد

این سیستم ، یك موتور احتراقی می باشد كه با استفاده از اشتعال بیرونی ، انرژی موجود در سوخت ( بنزین ) را به انرژی جنبشی ( سینتیك ) تبدیل می كند .

این نوع موتورها برای كاركرد خود از یك مخلوط سوخت – هوا ( بر پایه بنزین یا گاز ) استفاده می كنند .

هنگامی كه پیستون در داخل سیلندر به سمت پایین حركت می كند مخلوط سوخت هوا به داخل سیلندر كشیده شده و هنگامی كه پیستون به سمت بالا حركت می كند این مخلوط به صورت متراكم در می آید.

این مخلوط ، سپس در فواصل زمانی معین و توسط شمع ها ، جهت احتراق آماده می شود . گرمایی كه در طی مرحله احتراق حاصل می شود باعث بالا رفتن فشار سیلندر گردیده و سپس پیستون باعث به حركت درآمدن میل لنگ شده و در نتیجه این فعل و انفعال ، انرژی مكانیكی ( قدرت ) حاصل می گردد .

پس از هر مرحله احتراق كامل ، گازهای موجود از سیلندر خارج شده و مخلوط تازه ای از سوخت – هوا به داخل سیلندر كشیده ( وارد )می شود . در موتوراتومبیلها تبدیل گازها ( جابه جایی گازهای موجود ) بر اساس اصول چهار مرحله آغاز احتراق ( چهار حالت موتور ) و نیز حركت میل لنگ كه برای هر احتراق كاملی مورد نیاز می باشد ، صورت می گیرد . ( شكل 1 )

اصول كاركرد موتورهای چهار زمانه ای

موتورهای احتراقی چهار زمانه ای از سوپاپهایی جهت كنترل جریان گاز بهره می گیرند .

چهار حالت موتور عبارتند از :

1- حالت تنفس

2- حالت تراكم و جرقه

3- حالت انفجار

4- حالت تخلیه

-حالت تنفس

سوپاپ هوا ( ورودی ) : باز

سوپاپ دود ( خروجی ) : بسته

حركت پیستون : به سمت پایین

احتراق : وجود ندارد .

حركت رو به پایین پیستون باعث افزایش حجم مفید داخل سیلندر شده و بدین طریق مخلوط سوخت – هوای تازه از داخل سوپاپ ورودی ، وارد سیلندر می شود .

حالت تراكم و جرقه

سوپاپ هوا( ورودی ) : بسته

سوپاپ دود ( خروجی ) : بسته

حركت پیستون : به سمت بالا

احتراق : فاز اشتعال اولیه

هنگامی كه پیستون به سمت بالا حركت می كند باعث كاهش حجم مفید سیلندر شده و مخلوط سوخت – هوا را متراكم می كند .

درست چند لحظه قبل از رسیدن پیستون به نقطه مرگ بالا شمع بالای سیلندر جرقه زده و باعث احتراق مخلوط سوخت – هوا می شود .

نسبت تراكم توسط مقدار حجم سیلندر و حجم تراكم مطابق ذیل محاسبه می شود:

ε=( V n + Vc ) Vc

نسبت تراكم در خودروهای مختلف بستگی به طراحی موتور دارد .

افزایش نسبت تراكم در موتورهای احتراق داخلی ، باعث افزایش بازده گرمایی و مصرف سوخت می گردد .

به طور مثال افزایش نسبت تراكم از 6:1 به 8:1 باعث زیاد شدن بازده گرمایی به مقدار 12 درصد می گردد .

آزادی عمل در افزایش نسبت تراكم ، توسط عامل به نام « ضربه » ( یا پیش اشتعال ) محدود می شود . « ضربه » بر اثر فشار ناخواسته و احتراق كنترل نشده به وجود می آید . این عامل باعث به وجود آمدن خساراتی به موتور می شود .

سوختهای نامناسب و نیز شكل نامناسب محفظه احتراق باعث بوجود آمدن این پدیده در نسبت تراكم های بالاتر می شود .

مرحله قدرت

سوپاپ هوا ( ورودی ) : بسته

سوپاپ دود ( خروجی ) : بسته

حركت پیستون : به سمت بالا

احتراق : به صورت كامل انجام گرفته است .

هنگامی كه شمع ، جهت احتراق مخلوط سوخت – هوا جرقه می زند ، مخلوط گاز منفجر شده و در نتیجه دما افزایش پیدا می كند . در اثر این فعل و انفعال سطح فشار نیز در داخل سیلندر افزایش پیدا كرده و پیستون را به سمت حركت می دهد .

نیروی حاصله از حركت پیستون از طریق شاتون به میل لنگ و به شكل انرژی مكانیكی انتقال می یابد . این مرحله منبع اصلی قدرت موتور می باشد.

توان خروجی با افزایش سرعت موتور و گشتاور بیشتر و مطابق معادله ذیل افزایش می یابد :

P=M.ω

مرحله تخلیه

سوپاپ هوا ( ورودی ) : بسته

سوپاپ دود ( خروجی ) : باز

حركت پیستون : به سمت بالا

احتراق : وجود ندارد .

هنگامی كه پیستون به سمت بالا حركت می كند گازهای مصرف شده ( دود ) را از طریق سوپاپ دود باز شده به سمت بیرون حركت می دهد . این سیكل پس از این مرحله دوباره تكرار خواهد شد . مدت زمان باز بودن سوپاپها در یك زاویه معین باعث جریان بهتر گاز شده و پر شدن تخلیه كامل سیلندر را بهبود می بخشد .

( شكل 2 )

سیستم های آرایش مخلوط سوخت هوا

وظیفه سیستمهای كاربراتوری یا انژكتوری ، تامین مخلوط سوخت و هوا جهت شرایط كاركرد آنی موتور می باشد .

در سالهای اخیر سیستمهای انژكتوری روش جدیدی را ابداع نمودند كه مزایایی از قبیل صرفه اقتصادی ، بازده بیشتر موتور ، قابلیت رانندگی بهتر و نیزآلودگی كمتر را در بر داشته است .

سیستمهای انژكتوری با تعیین دقیق مقدار هوای ورودی وظیفه تامین مقدار مشخصی از سوخت را مطابق با شرایط بار موتور به عهده داشته و نیز كمترین آلودگی خروجی را نیز در بر خواهند داشت . در این سیستم و به جهت ثابت نگه داشتن كمترین آلودگی تركیب و ساختار مخلوط سوخت – هوا به صورت كاملاً دقیق كنترل می شود .

سیستم های انژكتوری چند نقطه ای

در این نوع سیستم از هر انژكتور به طور جداگانه برای پاشش سوخت ، مستقیماً از سوپاپ ورودی به داخل سیلندر مجزا استفاده می شود . به عنوان مثالی از این سیستم می توان سیستمهای KE-jetronic و L-jetronic رانام برد ( شكل 4 )

سیستمهای انژكتوری مكانیكی

سیستم K- jetronic یك سیستم انژكتوری مكانیكی با كاربردی وسیع می باشد این سیستم سوخت را بطور مداوم و پیوسته پاشش می كند .

سیستمهای انژكتوری مكانیكی الكترونیكی

سیستم KE-jetronic نوع جدیدتری از سیستم K- jetronic و با قابلیتهای بیشتری می باشد . این سیستم محدوده بیشتری از اطلاعات كاركرد موتور را به سیستم كنترل حافظه باز الكترونیكی فراهم كرده و در نتیجه وظیفه تامین دقیق سوخت را در شرایط مختلف كاركرد موتور به عهده خواهد داشت .

سیستمهای انژكتوری الكترونیكی

سیستمهای انژكتوری الكترونیكی از انژكتورهای الكترو – مغناطیسی جهت پاشش سوخت به طور متناوب استفاده می كنند . به عنوان مثالی از این نوع سیستمها می توان سیستمهای L-ketronic و LH-jetronic و MotronicSystem را نام برد .

سیستم های انژكتوری تك نقطه ای

سیستم های انژكتوری تك نقطه ای ازیك واحد انژكتوری كنترل الكترونیكی و نیز یك انژكتور الكترو – مغناطیسی كه مستقیماً در بالای دریچه گاز قرار دارد ، استفاده می كنند . این انژكتور سوخت را به صورت متناوب به داخل مانیفولد ورودی پاشش می كند . به عنوان مثالی از این نوع سیستم ، می توان Mono-jetronic را نام برد . ( شكل 5 )

مزایای سیستم های انژكتوری سوخت رسانی

كاهش مصرف سوخت

این سیستم تمامی اطلاعات ضروری كاركرد موتور ( نظیر سرعت موتور ، بار موتور، درجه حرارت ، میزان گشودگی دریچه گاز ) را جهت تطابق دقیق شرایط كاركرد دینامیكی یا ساكن ، مشخص كرده و بدینوسیله مقدار دقیق سوخت خورد نیاز موتور را تحت شرایط مشخص شده تامین می كند .

افزایش بازده موتور

سیستمهای K-jetronic و L-jetronic آزادی عمل بیشتری را جهت پر شدن كامل سیلندر ( بازده حجمی ) و گشتاور بالاتر فراهم می كند . این عمل باعث افزایش توان خروجی و نیزبهبود نمودار گشتاور خواهد شد . هم چنین Mono-jetronic قابلیت تطابق با سیستمهای اندازه گیری جداگانه سوخت و هوا رانیز دارا می باشد.

قابلیت شتابگیری سریع

تمامی سیستمهای انژكتوری خود را با تغییرات بار موتور در هر شرایط كاركرد ، بدون هیچ وقفه ای مطابقت می دهند . این قابلیت در هر دو سیستم انژكتوری تك نقطه ای و نیز سیستم چند نقطه ای وجود دارد . سیستمهای چند نقطه ای سوخت را مستقیماً به طرف سوپاپ ورودی پاشش می كنند . در این نوع سیستم مشكلات مربوط به تغلیظ سوخت را در داخل سیلندر وجود ندارد . در سیستمهای انژكتوری تك نقطه ای ، بایستی مشكل وجود لایه های تغلیظ شده سوخت در سیلندر را بطریقی رفع كرد . این مشكل با ایجاد سیستم طراحی جدید كه سوخت را مخلوط كرده و اندازه می گیرد رفع خواهد شد .

قابلیت استارت بهتر در هوای سرد

مقدار دقیق سوخت با درجه حرارت موتور و سرعت استارتر مشخص گریده و امكان استارت سریع و پایداری سیستم موتوردر دور آرام را فراهم می كند .

در فاز گرم شدن موتور ، سیستم دقیقاً از مقدار مشخصی سوخت جهت راه اندازی سیستم و در پاسخگویی به نیاز دریچه گاز در تامین كمترین مقدار مصرف سوخت استفاده می كند .

آلودگی خروجی كمتر

در این سیستم مخلوط سوخت – هوا تاثیر مستقیمی بر عمل تجمع گازهای خروجی از اگزوز خواهد داشت . در صورت كاركرد موتور با كمترین سطح آلودگی خروجی سیستم تشكیل مخلوط سوخت – هوا بایستی نسبت این مخلوط در حد ثابتی نگه دارد . دقت كاركرد سیستمهای ketronic امكلان ثابت نگه داشتن شكل مخلوط سوخت – هوا را فراهم آورده است .

تاریخچه سیستمهای سوخت رسانی انژكتوری

استفاده از سیستمهای سوخت رسانی انژكتوری به حدود 100 سال قبل باز می گردد . Gasmotorenfabik deutz سازنده پمپهای پلانجری پاشش سوخت از سال 1898 از این سیستم ابتدایی استفاده می كرد . مدت زمانی بعد ، استفاده از سیستم و تئوری در طراحی كامپیوتر ابداع گردید و سیستم های سوخت رسانی انژكتوری بر پایه طول مدت زمان پاشش سوخت ، بوجود مد . شركت Bosch از سال 1912 تحقیقات وسیعی را در خصوص پمپهای انژكتوری بنزینی آغاز نمود. اولین موتور هواپیمایی كه از سیستم انژكتوری Bosch استفاده می كرد با قدرت 1200 اسب بخار در سال 1937 وارد تولید سری گردید . مشكلات مربوط به سیستمهای كربراتوری از قبیل یخ زدگی و نیز خطرات آتش سوزی ، باعث بوجود آمدن انگیزه بیشتری در خصوص توسعه این دانش در صنعت هوانوردی گردید .

این پیشرفت نشانگر یك دوره جدید از سیستم انژكتوری در شركت Bosch بود ولی تا زمان كاربرد این سیستم در خودروها راه طولانی باقی مانده است . در سال 1951 برای نخستین مرتبه سیستم انژكتوری پاشش مستقیم در یك خودروی كوچك نصب گردید . چند سال بعد این سیستم در خودروی 300SL از محصولات شركت دایملر – بنز نصب گردید . درسالهای بعد پیشرفت های حاصله در خصوص ساخت و نصب پمپ های انژكتوری مكانیكی تداوم پیدا كرد . در سال 1967 این نوع سیستم گام بزرگتری رو به جلو برداشت . ابداع اولین سیستم انژكتوری الكترونیكی بنام سیستم كنترل فشار ورودی یا D-jetronic . در سال 1973 سیستم كنترل جریان هوا بنام L-jetronic در بازار خودرو ظاهر گردید و در همان زمان سیستم كنترل مكانیكی – هیدرولیكی و نیز سیستم مجهز به سنسور جریان هوا ابداع گردید . سال 1979 مقدمه ای جهت ظهور سیستم جدید دیگری بنام Motronic بود كه از خصوصیات كنترل دیجیتال كاركرد موتور ، بهره برد . این سیستم شامل سیستم L-jetronic به همراه كنترل الكترونیكی اشتعال در موتور بود ( اولین میكروپروسسور در صنعت خودرو ) . در سال 1982 سیستم K-jetronic در شكل وسیع تری كه شامل مدار كنترل حلقه بسته و سنسور اكسیژن ( لامبدا ) kejetronic بود در صنعت ظهور پیدا كرد . این سیستم به همراه سیستم mono – jetronic شركت bosch و نیز سیستم پاشش تك نقطه ای در سال 1983 در خودروهای كوچك نصب گردید . در سال 1991 بیش از 37 میلیون خودرو در سرتا سر جهان مجهز به سیستمهای انژكتوری سوخت رسانی bosch گردیدند . 6/5 میلیون در سال 1992 مجهز به سیستم مدیریتی هوشمند شدند ، هم چنین تعداد 5/2 میلیون موتور كجهز به سیستم mono – jetronic و 2 میلیون موتور مجهز به سیستم های motronic شدند . امروزه سیستم های انژكتوری سوخت رسانی یكی از اجزاء ضروری صنعت خودرو سازی شده اند .

اصول كاركرد

سیستم اشتعال جهت آغاز مرحله احتراق در مخلوط متراكم شده سوخت – هوا و در زمان معینی بكار می رود . در موتورهای احتراق – جرقه ای ، این عمل توسط قوس الكتریكی ایجاد شده ما بین دو الكترود شمع ، انجام می گیرد . اشتعال صحیح ، زمینه ای برای عملكرد مناسب سیستم مبدل كاتالیتیكی در خودروها می باشد . عدم اشتعال به موقع ، منجر به وارد آمدن خسارت به مبدل كاتالیتیكی می شود كه بر اثر گرمای زیاد ناشی سوخته شدن گازهای نسوخته در داخل مبدل كاتالیتیكی حاصل می شود .

نیازمندیهای سیستم

اشتعال در مخلوط

جهت اشتعالی قابل قبول در مخلوط استوكیومتریك سوخت – هوا قوس الكتریكی با انرژی معادل mj 2/0 مورد نیاز می باشد . بسته به غنی یا فقیر بودن مخلوط سوخت – هوا مقدار این انرژی نیز متغیر خواهد بود . این ارقام بیانگر بخشی از انرژی موجود در شمع ها می باشد . اگر انرژی اشتعال به مقدار كافی تولید نشود ، اشتعالی وجود نداشته و در نتیجه مخلوط سوخت – هوا بدرستی محترق نشده ودر نتیجه باعث بدكاركردن موتور خواهد شد. به همین علت ، بایستی انرژی اشتعال به حد كافی تولید گردد تا مخلوط سوخت – هوا تحت شرایط گوناگون ، محترق گردد. مخلوط قابل اشتغال كوچكی نیز ، جهت اشتعال كل مخلوط سوخت – هوا توسط شمع ، كافی می باشد . این مخلوط قابل اشتعال پس از احتراق ، اكثرا به سایر قسمتهای مخلوط داخل سیلندر انتقال می یابد. یك مخلوط مناسب از لحاظ عدم وجود مانع در عملكرد شمع ها ، خصوصیات اشتعال را بهبود بخشیده و مدت زمان جرقه و قوس الكتریكی بین دو الكترود را افزایش داده و بزرگتر می كند. موقعیت و طول جرقه توسط ابعاد شمع تعیین می گردد. مدت زمان اشتعال توسط نوع و طراحی سیستم اشتعال و نیز شرایط اشتعال آنی سیستم كنترل می گردد.

تولید جرقه

قبل از تولید جرقه ، به یك ولتاژ كافی جهت ایجاد قوس الكتریكی مابین دو الكترود شمع مورد نیاز می باشد. هنگامی كه مرحله اشتغال آغاز می گردد ، ولتاژ سرالكترودها به سرعت از مقدار صفر تا ولتاژ نهایی مورد نیاز جهت ایجاد قوس الكتریكی ما بین دو سر الكترودها ، می رسد. ( ولتاژ اشتعال )

در نقطه اشتعال ، ولتاژ شمع ، كاهش پیدا كرده و ولتاژ را در حد ثابتی نگه می دارد. مخلوط سوخت – هوا تا زمانی كه قوس الكتریكی ایجاد شده مابین دو سر الكترود وجود داشته باشد . قابل احتراق خواهد بود ( مدت زمان جرقه )

سرانجام ، قوس الكتریكیر سر الكترود شمع از بین رفته و ولتاژ به آرامی به صفر باز می گردد. ( شكل 1)

تلاطم و اغتشاش در مخلوط سوخت – هوا ، باعث از بین رفتن جرقه در شمع ها شده و در نتیجه منجر به احتراق ناقص در موتور می گردد. به همین علت ، انرژی موجود در كویل بایستی به اندازه ای باشد كه مرحله اشتعال در شمع ها به طور كامل انجام گیرد.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *