گزارش کاراموزی احتراق در موتور های اشتعال
| دسته بندی | کارآموزی |
| بازدید ها | 0 |
| فرمت فایل | doc |
| حجم فایل | 25 کیلو بایت |
| تعداد صفحات فایل | 43 |
گزارش کاراموزی احتراق در موتورهای اشتعال در 43 صفحه ورد قابل ویرایش
احتراق در موتورهای اشتعال – جرقه ای
موتورهای اشتعال ( احتراق ) جرقه ای یا اتو
اصول کارکرد
این سیستم ، یک موتور احتراقی می باشد که با استفاده از اشتعال بیرونی ، انرژی موجود در سوخت ( بنزین ) را به انرژی جنبشی ( سینتیک ) تبدیل می کند .
این نوع موتورها برای کارکرد خود از یک مخلوط سوخت – هوا ( بر پایه بنزین یا گاز ) استفاده می کنند .
هنگامی که پیستون در داخل سیلندر به سمت پایین حرکت می کند مخلوط سوخت هوا به داخل سیلندر کشیده شده و هنگامی که پیستون به سمت بالا حرکت می کند این مخلوط به صورت متراکم در می آید.
این مخلوط ، سپس در فواصل زمانی معین و توسط شمع ها ، جهت احتراق آماده می شود . گرمایی که در طی مرحله احتراق حاصل می شود باعث بالا رفتن فشار سیلندر گردیده و سپس پیستون باعث به حرکت درآمدن میل لنگ شده و در نتیجه این فعل و انفعال ، انرژی مکانیکی ( قدرت ) حاصل می گردد .
پس از هر مرحله احتراق کامل ، گازهای موجود از سیلندر خارج شده و مخلوط تازه ای از سوخت – هوا به داخل سیلندر کشیده ( وارد )می شود . در موتوراتومبیلها تبدیل گازها ( جابه جایی گازهای موجود ) بر اساس اصول چهار مرحله آغاز احتراق ( چهار حالت موتور ) و نیز حرکت میل لنگ که برای هر احتراق کاملی مورد نیاز می باشد ، صورت می گیرد . ( شکل 1 )
اصول کارکرد موتورهای چهار زمانه ای
موتورهای احتراقی چهار زمانه ای از سوپاپهایی جهت کنترل جریان گاز بهره می گیرند .
چهار حالت موتور عبارتند از :
1- حالت تنفس
2- حالت تراکم و جرقه
3- حالت انفجار
4- حالت تخلیه
-حالت تنفس
سوپاپ هوا ( ورودی ) : باز
سوپاپ دود ( خروجی ) : بسته
حرکت پیستون : به سمت پایین
احتراق : وجود ندارد .
حرکت 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 تراکم و جرقه
سوپاپ هوا( ورودی ) : بسته
سوپاپ دود ( خروجی ) : بسته
حرکت پیستون : به سمت بالا
احتراق : فاز اشتعال اولیه
هنگامی که پیستون به سمت بالا حرکت می کند باعث کاهش حجم مفید سیلندر شده و مخلوط سوخت – هوا را متراکم می کند .
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 تراکم توسط مقدار حجم سیلندر و حجم تراکم مطابق ذیل محاسبه می شود:
?=( V n + Vc ) Vc
نسبت تراکم در خودروهای مختلف بستگی به طراحی موتور دارد .
افزایش نسبت تراکم در موتورهای احتراق داخلی ، باعث افزایش بازده گرمایی و مصرف سوخت می گردد .
به طور مثال افزایش نسبت تراکم از 6:1 به 8:1 باعث زیاد شدن بازده گرمایی به مقدار 12 درصد می گردد .
آزادی عمل در افزایش نسبت تراکم ، توسط عامل به نام « ضربه » ( یا پیش اشتعال ) محدود می شود . « ضربه » بر اثر فشار ناخواسته و احتراق کنترل نشده به وجود می آید . این عامل باعث به وجود آمدن خساراتی به موتور می شود .
سوختهای نامناسب و نیز شکل نامناسب محفظه احتراق باعث بوجود آمدن این پدیده در نسبت تراکم های بالاتر می شود .
-مرحله قدرت
سوپاپ هوا ( ورودی ) : بسته
سوپاپ دود ( خروجی ) : بسته
حرکت پیستون : به سمت بالا
احتراق : به صورت کامل انجام گرفته است .
هنگامی که شمع ، جهت احتراق مخلوط سوخت - هوا جرقه می زند ، مخلوط گاز منفجر شده و در نتیجه دما افزایش پیدا می کند . در اثر این فعل و انفعال سطح فشار نیز در داخل سیلندر افزایش پیدا کرده و پیستون را به سمت حرکت می دهد .
نیروی حاصله از حرکت پیستون از طریق شاتون به میل لنگ و به شکل انرژی مکانیکی 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.?
-مرحله تخلیه
سوپاپ هوا ( ورودی ) : بسته
سوپاپ دود ( خروجی ) : باز
حرکت پیستون : به سمت بالا
احتراق : وجود ندارد .
هنگامی که پیستون به سمت بالا حرکت می کند گازهای مصرف شده ( دود ) را از طریق سوپاپ دود باز شده به سمت بیرون حرکت می دهد . این سیکل پس از این مرحله دوباره تکرار خواهد شد . مدت زمان باز بودن سوپاپها در یک زاویه معین باعث جریان بهتر گاز شده و پر شدن تخلیه کامل سیلندر را بهبود می بخشد .
( شکل 2 )
سیستم های آرایش مخلوط سوخت – هوا
وظیفه سیستمهای کاربراتوری یا انژکتوری ، تامین مخلوط سوخت و هوا جهت شرایط کارکرد آنی موتور می باشد .
در سالهای اخیر سیستمهای انژکتوری روش جدیدی را ابداع نمودند که مزایایی از قبیل صرفه اقتصادی ، بازده بیشتر موتور ، قابلیت رانندگی بهتر و نیزآلودگی کمتر را در بر داشته است .
سیستمهای انژکتوری با تعیین دقیق مقدار هوای ورودی وظیفه تامین مقدار مشخصی از سوخت را مطابق با شرایط بار موتور به عهده داشته و نیز کمترین آلودگی خروجی را نیز در بر خواهند داشت . در این سیستم و به جهت ثابت نگه داشتن کمترین آلودگی ترکیب و ساختار مخلوط سوخت – هوا به صورت کاملاً دقیق کنترل می شود .
قابلیت شتابگیری سریع
تمامی سیستمهای انژکتوری خود را با تغییرات بار موتور در هر شرایط کارکرد ، بدون هیچ وقفه ای مطابقت می دهند . این قابلیت در هر دو سیستم انژکتوری تک نقطه ای و نیز سیستم چند نقطه ای وجود دارد . سیستمهای چند نقطه ای سوخت را مستقیماً به طرف سوپاپ ورودی پاشش می کنند . در این نوع سیستم مشکلات مربوط به تغلیظ سوخت را در داخل سیلندر وجود ندارد . در سیستمهای انژکتوری تک نقطه ای ، بایستی مشکل وجود لایه های تغلیظ شده سوخت در سیلندر را بطریقی رفع کرد . این مشکل با ایجاد سیستم طراحی جدید که سوخت را مخلوط کرده 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 امکان استارت سریع و پایداری سیستم موتوردر دور آرام را فراهم می کند .
در فاز گرم شدن موتور ، سیستم دقیقاً از مقدار مشخصی سوخت جهت راه اندازی سیستم و در پاسخگویی به نیاز دریچه گاز در تامین کمترین مقدار مصرف سوخت استفاده می کند .
آلودگی خروجی کمتر
در این سیستم مخلوط سوخت – هوا تاثیر مستقیمی بر عمل تجمع گازهای خروجی از اگزوز خواهد داشت . در صورت کارکرد موتور با کمترین سطح آلودگی خروجی سیستم تشکیل مخلوط سوخت – هوا بایستی نسبت این مخلوط در حد ثابتی نگه دارد . دقت کارکرد سیستمهای ketronic امکلان ثابت نگه داشتن شکل مخلوط سوخت – هوا را فراهم آورده است .
تاریخچه سیستمهای سوخت رسانی انژکتوری
استفاده از سیستمهای سوخت رسانی انژکتوری به حدود 100 سال قبل باز می گردد . Gasmotorenfabik deutz سازنده پمپهای پلانجری پاشش سوخت از سال 1898 از این سیستم ابتدایی استفاده می کرد . مدت زمانی بعد ، استفاده از سیستم و تئوری در طراحی کامپیوتر ابداع گردید و سیستم های سوخت رسانی انژکتوری بر پایه طول مدت زمان پاشش سوخت ، بوجود مد . شرکت Bosch از سال 1912 تحقیقات وسیعی را در خصوص پمپهای انژکتوری بنزینی آغاز نمود. اولین موتور هواپیمایی که از سیستم انژکتوری Bosch استفاده می کرد با قدرت 1200 اسب بخار در سال 1937 وارد تولید سری گردید . مشکلات مربوط به سیستمهای کربراتوری 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 یک دوره جدید از سیستم انژکتوری در شرکت Bosch بود ولی تا زمان کاربرد این سیستم در خودروها راه طولانی باقی مانده است . در سال 1951 برای نخستین مرتبه سیستم انژکتوری پاشش مستقیم در یک خودروی کوچک نصب گردید . چند سال بعد این سیستم در خودروی 300SL از محصولات شرکت دایملر – بنز نصب گردید . درسالهای بعد پیشرفت های حاصله در خصوص ساخت و نصب پمپ های انژکتوری مکانیکی تداوم پیدا کرد . در سال 1967 این نوع سیستم گام بزرگتری رو به جلو برداشت . ابداع اولین سیستم انژکتوری الکترونیکی بنام سیستم کنترل فشار ورودی یا D-jetronic . در سال 1973 سیستم کنترل جریان هوا بنام L-jetronic در بازار خودرو ظاهر گردید و در همان زمان سیستم کنترل مکانیکی – هیدرولیکی و نیز سیستم مجهز به سنسور جریان هوا ابداع گردید . سال 1979 مقدمه ای جهت ظهور سیستم جدید دیگری بنام Motronic بود که از خصوصیات کنترل دیجیتال کارکرد موتور ، بهره برد . این سیستم شامل سیستم L-jetronic به همراه کنترل الکترونیکی اشتعال در موتور بود ( اولین میکروپروسسور در صنعت خودرو ) . در سال 1982 سیستم K-jetronic در شکل وسیع تری که شامل مدار کنترل حلقه بسته و سنسور اکسیژن ( لامبدا ) kejetronic بود در صنعت ظهور پیدا کرد . این سیستم به همراه سیستم mono – jetronic شرکت bosch و نیز سیستم پاشش تک نقطه ای در سال 1983 در خودروهای کوچک نصب گردید . در سال 1991 بیش از 37 میلیون خودرو در سرتا سر جهان مجهز به سیستمهای انژکتوری سوخت رسانی bosch گردیدند . 6/5 میلیون در سال 1992 مجهز به سیستم مدیریتی هوشمند شدند ، هم چنین تعداد 5/2 میلیون موتور کجهز به سیستم mono – jetronic و 2 میلیون موتور مجهز به سیستم های motronic شدند . امروزه سیستم های انژکتوری سوخت رسانی یکی از اجزاء ضروری صنعت خودرو سازی شده اند .
اصول کارکرد
سیستم اشتعال جهت آغاز مرحله احتراق در مخلوط متراکم شده سوخت – هوا و در زمان معینی بکار می رود . در موتورهای احتراق – جرقه ای ، این عمل توسط قوس الکتریکی ایجاد شده ما بین دو الکترود شمع ، انجام می گیرد . اشتعال صحیح ، زمینه ای برای عملکرد مناسب سیستم مبدل کاتالیتیکی در خودروها می باشد . عدم اشتعال به موقع ، منجر به وارد آمدن خسارت به مبدل کاتالیتیکی می شود که بر اثر گرمای زیاد ناشی سوخته شدن گازهای نسوخته در داخل مبدل کاتالیتیکی حاصل می شود .
نیازمندیهای سیستم
اشتعال در مخلوط
جهت اشتعالی قابل قبول در مخلوط استوکیومتریک سوخت – هوا قوس الکتریکی 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 کافی تولید نشود ، اشتعالی وجود نداشته و در نتیجه مخلوط سوخت – هوا بدرستی محترق نشده ودر نتیجه باعث بدکارکردن موتور خواهد شد. به همین علت ، بایستی انرژی اشتعال به حد کافی تولید گردد تا مخلوط سوخت – هوا تحت شرایط گوناگون ، محترق گردد. مخلوط قابل اشتغال کوچکی نیز ، جهت اشتعال کل مخلوط سوخت – هوا توسط شمع ، کافی می باشد . این مخلوط قابل اشتعال پس از احتراق ، اکثرا به سایر قسمتهای مخلوط داخل سیلندر انتقال می یابد. یک مخلوط مناسب از لحاظ عدم وجود مانع در عملکرد شمع ها ، خصوصیات اشتعال را بهبود بخشیده و مدت زمان جرقه و قوس الکتریکی بین دو الکترود را افزایش داده و بزرگتر می کند. 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 کنترل می گردد.
تولید جرقه
قبل از تولید جرقه ، به یک ولتاژ کافی جهت ایجاد قوس الکتریکی مابین دو الکترود شمع مورد نیاز می باشد. هنگامی که مرحله اشتغال آغاز می گردد ، ولتاژ سرالکترودها به سرعت از مقدار صفر تا ولتاژ نهایی مورد نیاز جهت ایجاد قوس الکتریکی ما بین دو سر الکترودها ، می رسد. ( ولتاژ اشتعال )
در نقطه اشتعال ، ولتاژ شمع ، کاهش پیدا کرده و ولتاژ را در حد ثابتی نگه می دارد. مخلوط سوخت – هوا تا زمانی که قوس الکتریکی ایجاد شده مابین دو سر الکترود وجود داشته باشد . قابل احتراق خواهد بود ( مدت زمان جرقه )
سرانجام ، قوس الکتریکیر سر الکترود شمع از بین رفته و ولتاژ به آرامی به صفر باز می گردد. ( شکل 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 کویل بایستی به اندازه ای باشد که مرحله اشتعال در شمع ها به طور کامل انجام گیرد.
طراحی سیستم
پمپ بنزین الکتریکی شامل عناصر ذیل می باشد :
- مجموعه پمپ
- موتور الکتریکی و قاب آن
موتور الکتریکی و مجموعه پمپ به طور مشترک در یک محل قرار گرفته اند بطوریکه در داخل سوخت به طور شناور می باشند . این ترتیب قرار گیری باعث ایجاد خاصیت خنک کنندگی بهتری در موتور الکتریکی می گردد . بخاطر عدم وجود اکسیژن مخلوط قابل احتراقی تشکیل نشده و در نتیجه خطر وجود انفجار و آتش سوزی در سیستم وجود ندارد . قاب انتهایی شامل رابط های الکتریکی سوپاپ مانع برگشت سوخت و رابطه های فشار در سمت پر فشار سیستم می باشد . سوپاپ مانع برگشت فشار سیستم رالحظاتی پس از خاموش شدن واحد و جهت جلوگیری از تشکیل شدن حبابهای بخار ثابت نگه می دارد . ابزار و تجهیزات متوقف کننده دیگری نیز می تواند در بخش انتهایی پمپ بکار رود .
تغییر در طراحی سیستم
بسته به نوع انتظارات از سیستم طراحیهای مختلفی را جهت برآورده کردن این نیازها می توان در نظر گرفت ( شکل 4 )
پمپ های جابجایی مثبت
شبکه چرخان ( RZP ) و پمپ های دنده داخلی ( IZP ) هر دو دسته پمپ های جابجایی مثبت طبقه بندی می شوند . هر دو نوع این پمپ ها از طریق اندازه متغیر و محفظه چرخان جهت تامین سوخت و مکش آنها از طریق تغییر در حجم عمل می کنند . هنگامیکه حجم به بیشترین مقدار خود می رسد دریچه تامین سوخت بسته شده و دریچه تخلیه باز می شود سپس سوخت تحت فشار ، با فشاری بالا به سمت بیرون تخلیه می گردد و حجم محفظه کاهش می یابد . محفظه های پمپ توسط یک مدور عمل می کنند .نیروی گریز از مرکز و فشار سوخت باعث تخلیه سریع و پر فشار سوخت در مسیر خود می گردد . نیروی گریز از مرکز مابین صفحه مدور و مسیر آن ، باعث افزایش ثابتی در حجم می گردد .
پمپ های هیدرولیک
پمپ های محیطی و کانال جانبی جزو پمپ های هیدرو کینتیک طبقه بندی می شوند. در این پمپ ها یک وسیله پیش برنده ( ایمپلر ) ذرات سوخت را شتاب داده و از این طریق قبل از اینکه سوخت رابداخل مانیفولد هدایت کند آنها را پر فشار می کند . پمپ های محیطی و کانال جانبی از لحاظ تعداد تیغه های بزرگتر و شکل آنها با یکدیگر تفاوت دارند ( هم چنین از لحاظ قرار گیری و موقعیت نیز با یکدیگر تفاوت هایی دارند ) به هر حال پمپ های محیطی تنها قادر به ایجاد فشار در محدوده 300 کیلو پالس می باشند و از این طریق سوختی دائمی و بدون نوسان را تامین خواهند کرد . این عامل سبب ایجاد صدای کمتری در حین کارکرد این نوع پمپ ها گردیده
و بازار مناسبی را در جهت نصب بر روی خودروها فراهم می نماید . پمپ های کانال جانبی تنها قادر به تولید فشار بالاتر از 100 کیلو پاسکال می باشند . یکی از مهم ترین استفاده های این پمپ ها به عنوان یک پمپ تقویت کننده در سیستمهایی می باشد که از پمپ های نوع داخل خط سوخت رسانی استفاده می کنند . از دیگر مواردکاربرد این نوع پمپ ها به عنوان مرحله اول از پمپ های دو مرحله ای نوع داخل باک حساس به مشکلات استارت و نیز در سیستم های انژکتوری پاشش تک نقطه ای می باشد .
فیلتر سوخت
آلودگیهای موجود در سوخت باعث عدم عملکرد مناسب رگلاتور فشار و انژکتورها می گردد . فیلتر به همین دلیل فیلتر سوخت در پایین پمپ الکتریکی نصب می گردد . این فیلتر شامل یک المنت کاغذی به ضخامت در حدود 10 میکرومتر می باشد . مدت زمانی تعویض بر حسب حجم فیلتر و مقدار آلودگی موجود در سوخت تعیین می شود ( شکل 5 )
سنسور دریچه گاز
این سنسور ، سیگنالی را بر اساس تغییر زاویه درچه گاز به ECU ارسال می کند . این سیگنال اطلاعاتی مانند عملگرهای دینامیکی ، تشخیص مقدار بار سیستم ( دور آرام ، بار کامل و نیم بار ) و ذخیره اطلاعات کمکی و استفاده از آن در صورت خرابی سنسور اصلی را شامل می شود . سنسور دریچه گاز بر روی مجموعه دریچه گاز قرار گرفته است . بطوریکه بر روی شفت هم محور با دریچه گاز می باشد . یک پتانسیومتر ، تغییر زاویه پره دریچه گاز را مشخص کرده و نسبت ولتاژی را از طریق یک مدار مقاومتی به ECU انتقال می دهد ( شکل 10 و 11 )
جهت مشخص کردن دقیق بار سیستم از دو پتانسیومتر یکپارچه شده ، استفاده می شود . واحد کنترل مقدار حجم هوای ورودی را توسط مقدار زاویه دریچه گاز و سرعت موتور ، محاسبه می کند . اطلاعات ارسالی از سنسورهای درجه حرارت ، این امکان را به واحد کنترل می دهند تا تغییرات در مقدار حجم هوای ورودی رابا توجه به تغییر درجه حرارت جبران کند .
شرایط کارکرد سیستم
استارت
محاسبات ویژه ای جهت مشخص نمودن مقدار پاشش سوخت در خلال مدت مرحله استارت انجام می گیرد . هم چنین تایمینگ ( زمان ) پاشش ویژه ای نیز جهت شروع مرحله پاشش بایستی وجود داشته باشد . مقدار پاشش سوخت مطابق با درجه حرارت موتور افزایش می یابد تا ساختار فیلم موجود از سوخت را بر روی مانیفولد ارتقاء دهد .
بدین طریق نیازمندیهای سیستم در رابطه با افزایش مقدار سوخت جهت افزایش سرعت ، به راحتی جبران می شود . به محض اینکه موتور ، استارت خورد ، مقدار سوخت اضافی در ابتدای مرحله استارت کم شده و پس از روشن شدن کامل و پایان مرحله استارت این مقدار سوخت اضافی به طور کامل قطع می شود . زاویه آوانس جرقه با توجه به درجه حرارت و سرعت موتور جهت مرحله استارت زنی بطور خودکار تنظیم می گردد .
مرحله بعد از استارت
در این مرحله مقدار سوخت اضافی که توسط مدار مکمل تهیه می شود ، کاهش خواهد یافت . مقدار کاهش بر اساس درجه حرارت موتور و زمان سپری شده از مرحله شروع بکار استارت صورت می گیرد . زاویه آوانس جرقه ، جهت تصحیح مقدار سوخت و شرایط مختلف کارکرد سیستم ، تنظیم می شود . این مرحله پس از انتقال به مرحله گرم شدن موتور از حرکت باز می ایستد .
مرحله گرم شدن
مراحل مختلفی بسته به نوع طراحی موتور کنترل خروجی آن ، در فاز گرم شدن بکار برده می شود . معیارهای اصلی در این سیستم جهت کنترل عبارتند از : قابلیت رانندگی بهتر ، کاهش آلودگی و صرفه جویی در مصرف سوخت .
تاخیر در تایمینگ جرقه باعث افزایش درجه حرارت گازهای خروجی گردیده و مرحله گرم شدن ضعیفی را به وجود می آورد ، هم چنین استفاده از مخلوط غنی و پاشش کمکی هوا ، درجه حرارت گازهای خروجی راافزایش خواهد داد .
در این حالت هوا به پایین دست سیستم خروجی پاشیده شده و مدت زمان پس از مرحله استارت را کاهش می دهد . پمپ هوا ، وظیفه تامین مقدار هوای کمکی را به عهده دارد .
هنگامیکه درجه حرارت به اندازه کافی بالا باشد ، این مقدار هوای اضافی اکسیداسیون گازهای هیدروکربن ( HC ) و CO در سیستم خروجی راانجام داده و به طور همزمان درجه حرارت مطلوب خروجی را تامین می کند . ( شکل 1 )