سيستم سوخت رساني و جرقه خودروهاي سواري (بخش اول)

فرايند احتراق (Combustion process)

برای ايجــاد قدرت در موتورهای احتــراق داخلی، لازم است كه ســوخت در كنار اكسيژن هوا قرار گيرد و محترق گردد و يا به عبارت ديگر بسوزد، تا انرژی سوخت آزاد گردد. به واكنش شــيميايی، كه طی آن سوخت میسوزد و انرژیآن آزاد میشود، احتراق میگويند.

از نظر شیمیایی به فرآیند واکنش یک ماده با اکسیژن، اکسیداسیون گفته می شود. مثل زنگ زدن فلزات آهنی که نوعی اکسیداسیون است که به کندی انجام می شود. ولی اگر واکنش اکسیداسیون خیلی تند و به سرعت انجام پذیرد، حالت سوختن پدید می آید. لذا به فرآیند اکسیداسیون سریع، احتراق نیز می گویند.

بیشتر سوخت ها به صورت هیدروکربن هستند. در احتراق از ترکیب اتم های هیدروژن و کربن موجود در یک سوخت با اکسیژن، محصولاتی همچون گاز دی اکسید کربن (CO₂) و آب (H₂O) تولید می شود (CH₄+O₂=2H ₂O+CO₂).

احتراق کامل

هرگاه از واکنش یک سوخت (هیدروکربن) با اکسیژن تنها دی اکسید کربن و آب حاصل شود به ان احتراق کامل می گویند. در این حال بیشترین انرژی ممکن تولید می شود.

احتراق ناقص

همواره به دلایل مختلفی که بستگی به شرایط احتراق و کیفیت سوخت دارد، احتراق به طور کامل صورت نمی گیرد و تمامی کربن و هیدروژن موجود در سوخت به CO₂ و H₂O تبدیل نمی شود. بلکه مقداری از سوخت به هیدروکربنهای نسوخته، گاز مونواکسید کربن (CO)، اکسیدهای نیتروژن (NO_x) و یا به سایر ترکیبات واسطه ای HC تبدیل می شود که به آن احتراق، ناقص گفته می شود. هرچه احتراق ناقص تر انجام پذیرد، مقدار انرژی تولید شده کمتر و میزان آلایندگی بیشتر خواهد شد.

باید توجه داشت، هر قدر اختلاط سوخت و هوا بهتر انجام شود و اکسیژن به مقدار کافی به سوخت برسد، احتراق کامل تری خواهیم داشت و بالعکس عواملی چون مخلوط نشدن مناسب سوخت و هوا، نبودن اکسیژن کافی، ناخالصی در سوخت، شکل نامناسب محفظه احتراق و جمع شدن دوده و رسوب در اتاق احتراق و .... باعث می شوند احتراق ناقص انجام پذیرد.

2H₂O + O₂ ------> 2H₂O C + O₂ ------> CO₂
CH₄ + 2O₂ ------> CO₂ + 2H₂O
C₈H₁₈ + 3/2 O₂ ------> CO₂ + 9H₂O
C₂H₆ + 7/2 O₂ ------> 2CO₂ + 3H₂O

مراحل انجام احتراق

هرچند واکنش احتراق بسیار سریع و در زمان کوتاهی انجام می شود (0.003 ثانیه)، ولی می توان مراحل زیر را برای آن تعریف نمود:

1) تبخیر سوخت و مخلوط شدن آن با هوا
2) ایجاد تلاطم برای اختلاط بهتر سوخت با هوا
3) گرم نمودن مخلوط تا دمای احتراق
4) ایجاد جرقه و شروع اشتعال
5) پیشروی و انتشار جبهه آتش

شرایط جوی موثر بر احتراق

تغییر دما، رطوبت و فشار جو بر احتراق سوخت در موتور اثر می گذارند. این عوامل بر نحوه احتراق سوخت و بر توان تولید موتور نیز اثر می گذارند. توان موتور در هوای گرم و خشک کمتر از هوای خنک و مرطوب است. هوای خنک چگالتر است (اتم ها به یکدیگر نزدیک تر هستند). بنابراین مقدار بیشتری هوا وارد موتور می شود.

محفظه احتراق(Combustion Chamber)

کیفیت احتراق بستگی زیادی به شکل محفظه احتراق دارد. جداره سیلندر، که دیواره احتراق را شکل می دهد، همواره به صورت استوانه ای است ولی کف پیستون گاهی به صورت تخت و گاهی به صورت کروی است و بیشتر به شکل سر سیلندر بستگی دارد.

قسمت بالای محفظه احتراق را نیز سرسیلندر تشکیل می دهد. سرسیلندر یه شکل تخت، شیب دار، هلالی و یا کروی می باشد تا باعث گردش و اختلاط کامل سوخت و هوا گردد.

آلاینده ها و انواع آن ها

در چند سال گذشته دانش ما نسبت به مسایل زیست محیطی به طور چشمگیری افزایش یافته و با استفاده از این دانش اطلاعات ما نسبت به عوامل تخریب کننده محیط زیست بیشتر شده است.

یکی از این منابع آلوده کننده هوا، احتراق حاصل از سوخت های فسیلی، به خصوص مشتقات نفتی است که امروزه جهت سوخت اصلی صنایع، گرمایش سیستم های مسکونی و خودروها به کار می رود.

با توجه به رشد و توسعه شهر ها و هم چنین افزایش جمعیت، شرکت های خودروساز روز به روز در تلاشند تا با تولید بیشتر نیاز روزافزون بشر را به خودرو پاسخ دهند. در کنا این تلاش و باتوجه به دانش و قوانین بازدارنده و حمایتی از محیط زیست، خودروسازها در تلاشند تا آلاینده های خروجی خودروها را کاهش دهند. این امر در طراحی خودروها تأثیر بسزایی داشته و به تغییراتی در سیستمهای سوخت رسانی گذشته (کاربراتوری) و امروز (انژکتوری) منجر گردیده است.

در خودروهای کنونی سیستم های هوشمند الکترونیکی جهت کنترل دقیق سوخت در خودروها طراحی و نسب شده است. به طور کلی آلاینده های خودرو را می توان به چند دسته تقسیم نمود

1- آلاینده های هوا (20% بخش هیدروکربن خروجی از کارتل 60% هیدروکربن، مونوکسید و اکسیدهای نیتروژن از دود خروجی لوله اگزوز 20% سوخت تبخیر شده یا همان بخارها)

2- آلاینده های صوتی

3- آلاینده های مایعات مصرفی در خودرو

4- آلاینده های جامد

در این مبحث گازهای آلاینده حاصل از احتراق بررسی می شود.

گازهای آلاینده حاصل از احتراق

تغییرات آب و هوایی که با پدیده گرم شدن زمین شناخته می شوند، یکی از بزرگترین تهدیدهای زیست محیطی است که جهان امروز با ان روبرو است.
گازهای خروجی اگزوز همان گازهای تولیدد شده در اثر احتراق هستند. مهمترین محصولات احتراق کامل، گاز دی اکسید کربن (CO₂) و بخار آب است که کم ضرر و بی ضرر هستند. ولی عملا در گازهای خروجی اگزوز مواد دیگری همچون مونوکسید کربن (CO)، هیدروکربن (HC)، اکسیدهای نیتروژن (NO_x)، اکسیدهای گوگرد (SO₂) و ضرات ریز (PP) وجود دارند. میزان این آلاینده ها بیشتر به فناوری وسیله نقلیه، نوع سوخت و چگونگی نگهداری از آن بستگی دارد.
کیفیت سوخت مورد استفاده در خودرو نیز به مقدار خیلی زیاد بر کیفیت احتراق و میزان مواد آلاینده ای که تولید می شود تأثیر می گذارد.
عوامل دیگری مانند روش رانندگی، شرایط رانندگی و دمای محیط نیز بر انتشار آلاینده های مرثر هستند.
سازندگان موتور برای کاهش آلایندگی خودرو بر چهار عامل اصلی متمرکز شده اند.

- استفاده از یک سیستم سوخت رسانی و جرقه دقیق و قابل اطمینان
- کاهش آلایندگی گازهای خروجی اگزوز به وسیله مبدل کاتالیزوری
- بازیابی هیدروکربنهای نسوخته داخل محفظه موتور
- جذب بخار سوخت از مخزن سوخت (باک)

استانداردهای بین المللی کنترل آلاینده ها

استانداردهای یورو در اروپا تصویب گردید و تمام کشورهای جهان موظف به رعایت آن هستند.
در سال 1992 محدوده مجاز آلاینده های خروجی یورو 1 (Euro) برای خودروهای مطرح شدو نتیجه آن تکنیکهای و فنون پیشرفته مهار آلاینده ها بود. در سال های 1997 و 1998 محدودیت های سخت گیرانه تر آلاینده های یورو 2 با توجه به نوع وسیله نقلیه الزامی شد. در سال 2001 میلادی استاندارد یورو 3 و سپس در سال 2006 استاندارد یورو 4 و در سال 2008 میلادی استاندارد یورو 5 به تصویب رسید.
در هریک از استانداردها نسبت به استانداردهای قبلی شرایط سخت گیرانه تری در مورد گازهای آلاینده تعریف شده است.

سوخت (Fuel)

به منظور ایجاد قدرت درون موتور، لازم است که درون سیلندرها، ماده ای محترق گردد و در اثر این احتراق، مقداری انرژی آزاد شود. به ماده ای که درون سیلندر محترق می گردد، سوخت (Fuel) گویند.
سوخت های متداول مورد استفاده در خودروها، بنزین، گازوئیل و گاز است. در برخی موارد از سوخت های دیگری چون الکل، زغال سنگ (قطران زغال سنگ) استفاده می شود. کلیه این سوخت ها به سوخت فسیلی شهرت دارند. امروزه در مراکز تحقیقاتی به دنبال یافتن سوخت های دیگری هستند که قابلیت جایگزینی با سوخت های فسیلی را داشته باشند. یکی از این سوخت های جدید، هیدروژن است که از آن در موتورهای هیبریدی استفاده می شود.
اکثر سوخت های مورد استفاده در خودروها جزء مشتقات نفت خام اند که از طریق حفاری از زیرزمین استخراج می شود.
از تقطیر نفت خام در درجه حرارت های مختلف، سوخت های مورد استفاده در خودروها و روغن ها به دست می آید که به صورت هیدروکربن های مختلف هستند. یعنی مولکول آن ها از اتم هیدروژن و کربن تشکیل گردیده است.
معروف ترین این ترکیبات خانواده آلکان ها هستند. این موارد جزء هیدروکربن های سیر شده خطی محسوب می شوند و از فرمول عمومی C_nH_2n+2 پیروی می کند.
چهار ماده اول در دماهای معمولی بصورت گاز، شش ماده بعدی به صورت مایع و از الکان یازدهم به بعد بصورت جامد هستند.
 

بنزین (Gasoline)

متداول ترین سوختی که در خودروها مورد استفاده قرار می گیرد، بنزین است. بنزین ترکیبی از پنتان، هگزان، هپتان، اکتان، نونان و دکان است.
بنزین از طریق روش کراکینگ (شکستن مولکول های هیدروکربن های سنگین) و روش پلی مریزاسیون (ترکیب اتم های کوچک) تولید می شود.
تبخیر بنزین در دماهای بالاتر از 37 درجه سانتیگراد شروع می شود و آخرین ماده ای که از بنزین تبخیر می شود، دکان با نقطه جوش 204 درجه است. بنزین مناسب برای موتور خودرو باید دارای مشخصات زیر باشد:
1- فراریت مناسب
2- مقاومت در برابر انفجار
3- عدم تشکیل رسوب در سیستم سوخت رسانی
4- جلوگیری از زنگ زدن قطعات فلزی در سیستم سوخت رسانی
5- جلوگیری از یخ زدن بنزین در بدنه دریچه گاز و سیستم سوخت رسانی
6- پاک کنندگی (اجزای مدار سوخت رسانی پاکیزه بماند)
7- دارای رنگ قابل شناسایی
8- مهم ترین مشخصه بنزین مقاومت در برابر خودسوزی و اشتعال خود به خود است. هر قدر عدد اکتان بنزین بالاتر باشد، تمایل آن به خودسوزی کمتر خواهد بود و اگر عدد اکتان پایین باشد، امکان متراکم نمودن بیشتر آن وجود ندارد. و بر عکس هر چه عدد اکتان بالاتر باشد، قابلیت تراکم بیشتری را دارد.

 

گازوئیل (Gas Oil)

گازوئیل نیز خمچون نفت خام از پالایش نفت خام بدست می آید. گازوئیل ترکیبی از هیدروکربنهای مختلف است که تبخیر آن از دمای 204 درجه سانتیگراد شروع می شود و آخرین ماده آن در دمای 342 درجه تبخیر می شود.
بر خلاف بنزین، گازوئیل به دلیل نقطه جوش بالا تمایلی به یبخیر سریع ندارد. با این حال قابلیت خودسوزی گازوئیل زیاد است و در اثر تراکم به سرعت مشتعل می شود. زمان بین پاشش سوخت و شروع احتراق را زمان تأخیر احتراق گویند. عدد ستان بیانگرر میزان این تأخیر است. هر قدر عدد ستان بیشتر باشد، زمان تأخیر در شروع احتراق کمتر می شود و احتراق سریع تر رخ خواهد داد. قابلیت سریع سوختن در موتورهای دیزل یک مزیت محسوب می شود.

 

گاز مایع (LPG)

گاز مایع ترکیبی از گاز بوتان و گاز پروپان است. این ترکیب در دماهای معمولی به صورت گاز است. ولی هنگامی که این گاز در مخازن تحت فشار، (در حدود 8 اتمسفر) قرار می گیرد به مایع تبدیل می گردد.
یکی از محاسن گاز مایع مقدار نامی عدد اکتان آن است که از 100 بالاتر است. در نتیجه، موتور گازسوز می تواند نسبت تراکم بزرگتری داشته باشد و با توان و بازده بیشتری کار کند. گاز مایع در محفظه احتراق نیز تمیز می سوزد.

 

گاز طبیعی فشرده(CNG)

گاز طبیعی همان گازی است که در هنگام استخراج نفت از چاه خارج می شود. بیش از 80 درصد گاز طبیعی از گاز متان (CH₄) تشکیل گردیده است و مابقی آن شامل گاز اتان (C₂H₆) است. این همان گازی است که به صورت گاز شهری در خانه ها مورد استفاده قرار می گیرد.
عدد اکتان گاز طبیعی تقریبا 113 است. بالا بودن اکتان به استفاده از نسبت تراکم های بالاتری در موتور منجر می شود.

 

الکل(Alcohol)

اکل نیز از سوخت هایی است که گاهی به عنوان مکمل به بنزین اضافه می شود (10% الکل، 90% بنزین بدون سرب) اگر بیش از 10% الکل به بنزین اضافه شود باید سیستم سوخت رسانی را اصلاح کرد تا موتور بتواند با این نوع سوخت کار کند. برای مصرف الکل خالص باید از نسبت هوا-سوخت 1:9 استفاده کرد (نسبت هوا-سوخت ایده آل برای مصرف بنزین خالص 1:14/7 است).
الکل را می توان از شکر، غلات، زغال سنگ، چوب، کود، زباله و یا سایر مواد آلی تهیه کرد.
الکل دارای فرمول شیمیایی C_nH_(2n+1)OH است.
 

مدار سوخت رسانی(Fuel System)

مدار سیستم سوخت رسانی اتومبیل های بنزینی با توجه به سیستم اختلاط سوخت و هوا (کاربراتوری و انژکتوری) شامل اجزا و قطعات زیر است:
1- مخزن سوخت (باک) برا ی ذخیره سازی سوخت
2- دستگاه اندازه گیری میزان سوخت موجود در مخزن
3- لوله های انتقال سوخت بین مخزن و موتور
4- فیلترها و پاک کننده های سوخت و هوا
5- پمپ سوخت، برای ارسال سوخت از مخزن به کاربراتور (کانال توزیع سوخت و انژکتورها)
6- کاربراتور (انژکتور) برای تنظیم و اختلاط سوخت مورد نیاز موتور در شرایط متغیر
7- مانی فولد گاز برای عبور هوا و سوخت مخلوط شده
8- سسیستم اگزوز برای تخلیه گازهای حاصل از احتراق


 

مخزن سوخت(Fuel Tank)

برای تأمین سوخت موتور اتومبیل، مخزن سوختی از جنس فلز یا پلاستیک ساخته می شود. تین مخزن معمولا حجمی برابر با مصرف حدود (500-400) کیلومتر را دارد.
برای افزایش ایمنی، بدنه مخزن سوخت باید به اندازه کافی، مقاوم و محکم ساخته شود.
در جانمایی محل نصب مخزن سوخت، مواردی از قبیل مسیر سوخت رسانی، محل قرارگیری سایر اجزای خودرو مسائل ایمنی خودرو در هنگام تصادف باید در نظر گرفته شود.
مخزن سوخت یک ورودی دارد که به در مخزن متصل است. این در ورودی و لوله متصل به آن به منظور سوخت گیری و پر کردن مخزن در جایگاه های سوخت تعبیه شده است.
در مسیر لوله یک صافی توری شکل وجود دارد تا از ورود ذرات شناور به مخزن جلوگیری کند. در بعضی از خودروها یک شیر یک طرفه در مسیر لوله نصب شده است تا در هنگام واژگون شدن خودرو، مانع خروج سوخت از مخزن گردد.
یک لوله خروجی (در بعضی از مخزن ها یک پمپ روی لوله خروجی درون باک نصب می شود) کمی بالاتر از کف مخزن قرار می دهند، تا از انتقال رسوبات و ذرات ته نشین شده در کف مخزن، به مدار سوخت رسانی جلوگیری شود.
به منظور اندازه گیری و تعیین سوخت موجود درون مخزن نیاز به یک سیستم اندازه گیری در داخل مخزن نیاز به یک سیستم اندازه گیری در داخل مخزن و یک نشانگر (عقربه ای یا دیجیتال) بر روی پانل جلوی داشبورد نیاز است. علاوه بر آن یک چزاغ نشان دهنده حداقل سوخت بکار گرفته می شود. در این دستگاه عامل یک ترمیستور، یک چراغ اخطار و یک رله است.
ترمیستور، مقاومت متغیر حرارتی است که مقاومت آن با افزایش درجه حرارت کاهش می یابد. هرگاه ترمیستور در بنزین غوطه ور باشد، خنک می ماند و مقاومت الکتریکی آن زیاد می شود. وقتی سوخت مخزن کاهش یابد، ترمیستور گرم می شود و با عبور جریان رله مدار را وصل می کند و چراغ اخطار با حداقل سوخت روشن می شود. لوله دیگری در باک نصب شده است که سوخت برگشتی از مدار سوخت رسانی را به مخزن بر می گرداند.

دستورالعمل پیاده و سوار کردن مخزن سوخت

وسایل مورد نیاز:
- خودرو کامل
- راهنمای تعمیر و نگهداری خودرو
- تجهیزات ایمنی
- ابزار عمومی
- پمپ و مخزن هوای فشرده
 

نکات ایمنی

- اگر مخزن سوخت دارای نشتی و یا سوراخ باشد باید به سرعت توسط افراد متخصص بازسازی شود.
- بقایای سوخت حتی در مخزن خالی به سرعت با هوا مخلوط می شود و قابل انفجار است. درب مخزن را پس از تخلیه در طول عملیات باز بگذارید.
- آب بندی مخزن را با هوای فشرده و کف صابون آزمایش کنید.
- تجهزات آتش نشانی (کپسول استاندارد) در نزدیک محل کار پیش بینی و آماده به کار کنید.
در شرایط زیر نیاز به پیاده کردن، تعمیر و تمیز نمودن سوخت می باشد:
1- سوراخ شدن مخزن سوخت
2- تجمع رسوبات (به نحوی که پمپ سوخت نتواند مکش کند)
3- آسیب دیدن مخزن در اثر بر خورد با اجسام خارجی



 

پیاده کردن مخزن سوخت:

- درب صندوق عقب (و در صورت نیاز، صندلی عقب) را بر دارید.
- اگر لوله اگزوز مزاحم است، قسمت انتهایی را باز کنید
- اتصالات الکتریکی واحد اندازه گیری سوخت را جدا کنید.
- لوله ورودی، خروجی و برگشت سوخت را جدا کنید.
- پیچ درو مخزن سوخت را باز کنید.
- مخزن سوخت را پیاده کنید.
- سوخت باقی مانده در مخزن را خالی کنید.
- رسوبات مخزن را با استفاده از رسوب زدای مناسب پاک کنید.
- مخزن را شست و شو دهید و آن را با هوای فشرده خشک کنید.


 

نصب مخزن سوخت:

پس از رفع عیب مخزن به وسیله افراد متخصص و پس از شستشو و خشک کردن مخزن با هوای فشرده، آن را آماده نصب کنید.
- مخزن را از نظر نشتی آزمایش کنید.
- عملیات نصب مخزن عکس عمل پیاده کردن است.
- در طی عملیات، ضمن اجرای مقررات ایمنی، نکات مربوط به آن ها را کاملا رعایت کنید.
- پس از نصب کامل مخزن، اتصالات و لوله های ورودی و خروجی سوخت را مجددا درون آن بریزید.



 

لوله های سوخت رسان

لوله های انتقال سوخت از فلز، پلاستیک و یا از لاستیک های مقاوم در مقابل خوردگی مواد نفتی ساخته می شوند.
در صورت استفاده از لوله های فلزی (فولاد، مس، آلومینیوم) باید از اتصالات مطمئن مخروطی و یا مشابه آن ها استفاده نمود تا از هرگونه نشتی جلوگیری شود.
برای جلوگیری از نشت سوخت در لوله های غیر فلزی باید از رابط های لاستیکی فشاری و بست آب بندی استفاده نمود.
در لوله های پلاستیکی اتصالات به وسیله قطعات مخروطی قابل انجام می شود.



 

دستورالعمل پیاده و سوار کردن لوله های سوخت رسانی

وسایل مورد نیاز:
- خودرو کامل
- راهنمای تعمیر و نگهداری خودرو
- ابزار عمومی
- تجهیزات ایمنی


 

دستورالعمل پیاده و سوار کردن لوله های سوخت رسانی

نکات ایمنی:
- قبل از بازکردن لوله های سوخت، مدار را از نظر بقایای سوخت نشت یافته کنترل کنید.
- دقت کنید در زمان پیاده کردن لوله ها، آن ها از قسمت مخزن کاملا مسدود شده باشند.
- تجهیزات ایمنی را در دسترس قرار دهید.
- لوله ها را از نزدیک شدن به منبع گرم و اشیاء تیز و برنده دور کنید.
- بست لوله و نحوه آب بندی شدن آن ها را بررسی نمایید.
- در قسمت فشاری چنانچه اتصال ضعیف باشد، بنزین نشت خواهد کرد.
- در قسمت مکش (قبل از پمپ بنزین) چنانچه اتصال محکم نباشد، هوا وارد مدار می شود.
- بست را کنترل کنید تا از اتصال محکم بین لوله لاستیکی و لوله فلزی مطوئن شوید.
- اگر از اتصال مهره و ماسوره یا پیچ و مهره استفاده شده است، باید از دو آچار برای محکم کردن آن استفاده شود.
- لوله سوخت به پمپ سوخت را باز کنید.
- لوله های رفت و برگشت سوخت به مخزن را باز کنید.
- لوله های سوخت رسانی از مخزن تا پمپ سوخت از قسمت زیرین اتومبیل را پس از باز کردن بست های نگه دارنده، پیاده کنید.
- لوله سوخت از پمپ تا کاربراتور را از پمپ جدا کنید.
- لوله سوخت از پمپ تا کاربراتور را از کاربراتور جدا کنید.
- لوله ها را از نظر هرگونه آسیب دیدگی کنترل کنید.
- بست ها و اتصالات لوله ها را کنترل کنید.
- در صورت معیوب بودن لوله ها و بست ها، اتصالات را تعویض کنید.
- عملیات نصب لوله های سوخت رسانی عکس عملیات پیاده کردن آن هاست.
- پس از نصب لوله ها، لوله ها و اتصالات را از نظر نشتی کنترل کنید و در صورت نشتی، آن ها را با ابزار مناسب محکم کنید.



 

منبع : درس فنی سال سوم هنرستان مبحث سیستم سوخت رسانی و جرقه خودرو