غلظت مخلوط هوا و سوخت و عملكرد آن
بنزين از اجزاي مختلفي تشكيل گرديده است كه بطور كلي ميتوان آنها را به سه دسته تقسيم كرد:
پارافينها، مانند اكتان C8H18
نفتنها، مانند سيكلوهگزان C6H12
تركيبات آروماتيك، مانند بنزن C6H6
نسبت ايده آل (تئوري) سوخت و هوا براي هر يك از اين اجزا را ميتوان براساس معادله شيميايي موازنه شده آن
بدست آورد. اين نسبت جرمي ايده آل (1 : 14/7 ) نسبت استوكيومتريك ناميده ميشود؛ يعني براي احتراق كامل
يك كيلوگرم بنزين به 14/7 كيلوگرم هوا نياز ميباشد.
عدد لامبدا λ (ضريب نسبت هوا)
مقدار عدد لامبدا به ازاي نسبت استوكيومتري (1 : 14/7) را برابر واحد فرض ميكنند. باتوجه به اين تعريف و شرايط موتور سه محدوده براي لامبدا بوجود مي آيد:
1 <λ : چنين مخلوطي داراي بنزيني بيشتر از نسبت استوكيومتريك بوده و به آن مخلوط غني (Rich) يا غليظ گفته مي شود.
1 =λ : چنين مخلوطي داراي بنزيني معادل نسبت استوكيومتريك بوده و به آن مخلوط ايدهآل (Sto) گفته مي شود.
1 >λ : چنين مخلوطي داراي بنزيني كمتر از نسبت استوكيومتريك بوده و به آن مخلوط رقيق (Lean) گفته مي
شود.
در برخي مراجع نيز عددي بنام ضريب نسبت غنيسازي (Richness ) تعريف گرديده و از آن استفاده ميشود. اين
عدد معادل معكوس لامبدا ميباشد.
تاثير نسبت هوا و سوخت بر روي توان توليدي موتور و مصرف سوخت ويژه
توان خروجي موتور بنزيني (P) و مقدار مصرف سوخت ويژه (be) به ازاي تغييرات نسبت سوخت و هوا در نمودار زير آمده است. همانطوركه از نمودار پيداست مقدار توان توليدي موتور به ازاي 0.85≈λ (مخلوط هوا و سوخت غني تر از مقدار استاندارد) Maximum است. درصورتيكه مقدار مصرف سوخت ويژه در 1.1≈λ مقدار minimom خود را دارا مي باشد.
تاثير نسبت هوا و سوخت بر روي آلاينده هاي خروجي موتور
NOX ، HC و CO آلايندههاي اصلي يك موتور بنزيني ميباشد.
CO :گازي بي بو، بيرنگ و بسيار سمي است كه غلظت يك درصد آن در هواي تنفسي انسان باعث خفگي مي شود.
HC :به هيدروكربن هاي نسوخته اطلاق ميشود كه مشخصه آن استشمام بوي بنزين خام خارج شده از موتور خارج ميباشد.
NO :NOX گازي بي بو و بيرنگ ميباشد كه تمايل زيادي به تركيب با اكسيژن و تشكيل NO2 دارد. NO2 قهوهاي
قرمز رنگ است.
عدد اکتان
در سالها قبل براي كاهش تمايل سوخت به انفجار (Detonation (به بنزين موادي از قبيل تترا اتيل سرب اضافه مي-
نمودند تا عملكرد بهتري در هنگام احتراق داشته باشد؛ اما اين كار مشكل آلودگي را حادتر مينمود و اثرات بسيار
مخربي بر روي مبدلهاي كاتاليزوري داشت. سوختي كه خاصيت ضدكوبش خوبي دارد ايزواكتان (C8H18) است
(عدد اكتان 100 ،(ولي هپتان نرمال (C7H16 ) مقاومت خوبي در برابر خودسوزي ندارد (عدد اكتان صفر).
براي بدست آوردن عدد اكتان يا درجة ضدكوبش(ضربه) بودن يك سوخت متشكل از اين تركيبات، تحت شرايط
مورد نظر روي موتور آزمايشگاهي (Engine CFR ) در حال كار، آزموني انجام ميشود. شرايط شروع به انفجار
اين سوخت، با شرايط شروع انفجار در مخلوط هايي با درصدهاي مختف ايزواكتان و هپتان نرمال مقايسه ميشود.
اگر عملكرد سوخت با عملكرد مخلوط متشكل از مثلا 90درصد ايزواكتان و 10درصد هپتان نرمال، يكسان باشد؛
ميگويند كه عدد اكتان سوخت مورد آزمايش 90 درصد است.
سوختي كه درجهي اكتان آن بالاتر است مقاومت در برابر كوبش آن نيز بالاتر ميباشد. دو روش بين المللي براي
تعيين درجه ي اكتان بنزين وجود دارد:
Research Octane Number (RON) -1
Motor Octane Number(MON) -2
RON بعنوان شاخص اصلي شتاب كوبش ميباشد و بيانگر عملكرد بنزين در دورهاي پايين و هنگام شتابگيري
خودرو ميباشد.
MON در آزمايشي كه بر روي يك موتور تك سيلندر آزمايشگاهي (Engine CFR) انجام مي شود، بدست مي آيد و بيانگر عملكرد بنزين در دورهاي بالا و بار زياد موتور ميباشد (به ندرت از اين عدد استفاده ميشود). مقادير MON همواره (حدود 10 واحد) كمتر از RON ميباشد.
نسبت هوا و سوخت در شرايط مختلف كاركرد موتور
موتورهاي احتراق داخلي جهت كاركرد صحيح خود به مخلوط بهينه اي از هوا و سوخت احتياج دارند. نسبت تئوري ايده آل جهت اين منظور 1=λ يا 1 :14/7 ميباشد كه بسته به شرايط مختلف كاركرد، اين نسبت تغيير خواهد
كرد.
استارت در هواي سرد و فاز گرم كردن موتور
در حين استارت زدن موتور در دماهاي پايين، بدليل سرد بودن منيفولد مقدار بنزين در مخلوط كاهش پيدا خواهد
كرد. در اين حالت براي استارت بهتر موتور و سريعتر گرم شدن آن، مركز كنترل الكترونيكي (ECU) ميزان پاشش
سوخت را بيشتر مينمايد 0.9≈λ تا موتور راحت تر روشن شده و سريعتر گرم شود. درصورت مجهز بودن موتور به سنسور اكسيژن تا رسيدن موتور به دماي كاري عادي (دماي 80 درجه سانتیگراد)، از اطلاعات اين سنسور استفاده نشده و كنترل موتور بصورت حلقه باز صورت ميگيرد.
كاركرد موتور در حالت نيمه بار و دورهاي مياني
در مرحله كاركرد موتور در حالت نيمه بار، به منظور كاهش مصرف سوخت و كاركرد صحيح مبدل كاتاليزوري نسبت هوا و سوخت بر روي مقدار استوكيومتريك 1=λ كنترل ميگردد.
كاركرد موتور در حالت تمام بار و شتاب گيري
در حالت تمام بار و شتاب گيري خودرو، مركز كنترل الكترونيكي موتور در پاسخ به اين نياز كمي مخلوط هوا و سوخت ورودي به موتور را با افزايش زمان پاشش انژكتورها، غليظ 0.9(≈λ) مينمايد. پس از شتاب گرفتن خودرو دوباره نسبت هوا و سوخت به مقدار قبلي (1=λ) برگردانده ميشود.
كاركرد موتور در حالت شتاب منفي
در سرعت هاي بالاي موتور زمانيكه راننده پاي خود را بصورت ناگهاني از روي پدال گاز برميدارد (شتابگيري منفي)، به منظور كاهش آلودگي موتور، مركز كنترل الكترونيكي موتور تا رسيدن موتور به دور پايين، بطور موقت پاشش سوخت توسط انژكتورها را قطع مي نمايد.
دورهاي بسيار بالاي موتور
زماني كه راننده پدال گاز را تا انتها فشار ميدهد، براي جلوگيري از وارد آمدن صدمات مكانيكي به موتور، يا زمانيكه خودرو در سرازيري هاي با شيب زياد حركت مي نمايد، به منظور جلوگيري از داغ شدن بيش از حد مبدل كاتاليزوري و سوختن آن و همچنين كاهش مصرف سوخت و آلودگي، مركز كنترل الكترونيكي موتور پاشش انژكتورها را قطع مي نمايد.
به اين عمل (Overrun Fuel Cut off) گفته ميشود. اين دور براي موتورهاي مختلف كمي متفاوت (بين 5500 تا 6500 دور بر دقيقه) ميباشد.
سيستم هاي تركيب هوا و سوخت
در سوخت رساني انژكتوري از سيستمهاي مختلفي از جمله سيستم پاشش تك نقطه اي ،سيستم پاشش چند نقطه اي و سيستم پاشش مستقيم استفاده مي شود. سيستم هاي انژكتوري كه در حال حاضر بر روي خودروهاي توليد داخل از آنها استفاده ميشود از نوع پاشش چند نقطه ای بوده و سوخت را به داخل منيفولد و پشت سوپاپ ورودي هوا تزريق می نمايند. در حال حاضر برخي از خودروهاي وارداتي مانند مرسدس بنز مدل 350 CLS داراي سيستم سوخت رساني از نوع تزريق مستقيم ميباشند.
حالات پاشش سوخت
حالت پاشش سوخت يكي از پارامترهاي مهم در صرفه جويي مصرف سوخت و نيز كاهش گازهاي آلاينده
خروجي از موتور ميباشد. در سيستم هاي سوخت رساني MPFI از سه حالت پاشش سوخت استفاده ميشود. انواع
اين حالتها عبارتند از:
. پاشش همزمان
. پاشش گروهي
. پاشش ترتيبي
پاشش همزمان
در اين حالت پاشش، فرآيند پاشش سوخت يك مرتبه در هر دور گردش ميل لنگ (دو مرتبه در هر سيكل كامل
موتور و هر بار نيمي از بنزين مورد نياز براي احتراق سيلندر) در يك زمان معين و در تمامي انژكتورها صورت مي گيرد. به اين حالت، پاشش استاتيك نيز گفته ميشود. حالت پاشش خودروهاي پژو پرشيا و سمند اوليه با ECUي
مدل MM8P بصورت همزمان ميباشد
پاشش گروهي
در اين حالت انژكتورها به دو گروه دسته بندي مي شوند كه هر گروه يكبار به ازاي هر سيكل كاري موتور بطور جداگانه فعال مي شوند. فاصله زماني بين دو گروه فعال انژكتورها، برابر مدت زمان يك دور چرخش ميل لنگ مي باشند. حالت پاشش گروهي دقيق تر از پاشش همزمان بوده و همچنين از پاشش ناخواسته ي اسپري سوخت در حين باز بودن سوپاپهاي ورودي جلوگيري بعمل مي آورد. حالت پاشش خودروهاي پژو 405 ، سمند، پژو RD و پيكان با ECUي مدل SL96 بصورت گروهي ميباشد. در اين حالت مصرف سوخت و ميزان آلايندگي توليدي موتور كمتر از پاشش همزمان مي باشد.
پاشش ترتيبي
اين نوع حالت پاشش سوخت، آزادي عمل بيشتري را به انژكتورها در پاشش سوخت فراهم مي آورد. در اين
حالت، انژكتور هر سيلندر مستقل از ديگر سيلندرها در چند درجه قبل از باز شدن سوپاپ ورودي، پاشش سوخت
براي سيلندر مربوطه را انجام ميدهد.
مزایای سیستم های سوخت رسانی انژکتوری
سيستم هاي سوخت رساني انژكتوري داراي مزاياي بسياري نسبت به سيستم كاربراتوري مي باشد. از مهمترين اين
ويژگيها ميتوان به موارد زير اشاره كرد:
1 .كاهش آلودگي خروجي از موتور
2 .كاهش مصرف سوخت
3 .قابليت استارت بهتر در هواي سرد و بهبود عمليات گرم شدن موتور
4 .بهبود عملكرد موتور: حذف ونتوري، طراحي راحت تر و بهينه منيفولد ورودي هوا، كنترل دور آرام و
قابليت شتابگيري سريعتر و ..
