تصفيه و تهيه بنزين اتومبيل
بنزين يكی از چند مشتقات نفتی است كه از نفت خام بدست می آيد. نفت خام در تصفيه خانه و در داخل يك مخزن بلند فلزی تقطير می شود. اين مخزن را برج تقطير جزء به جزء (Fractionating Tower) می نامند. نفت خام در داخل كوره گرم شده و به درجه حرارتی می رسد كه تمام مشتقاتی كه بايد تهيه گردند به صورت گاز در می آيند. گاز متصاعد شده پس از عبور از مراحل مختلف تقطير شده و به مايع تبديل می شود.
بنزينی كه از برج تقطير بدست می آيد دارای اكتان پايين است. درنتیجه بايستی عمل آورده شود و اكتان مناسب را كسب نمايد و فرآيندی را طی کند كه عوامل زنگ زدگی و چسبندگی را از بين برده و يا اينكه حداقل آن ها را بی اثر کند. سپس به گريد يا درجات مختلف جداسازی شده و برای افزايش مقاومت آن ها در برابر انفجار و نيز جلوگيری از يخ زدن كاربراتور، افزودنی های لازم به آن اضافه می شود.
بنزين، مخصوصا از برخی از گريدهای بالا به عنوان فرآورده جانبی و به روش شيميايی نيز توليد می گردد اما منبع اكثر بنزين ها، نفت خام می باشد.
سيستم سوخت
1- چگونگی كار سيستم سوخت
برای اينكه موتور به راحتی روشن شود و بدون اشكال گاز خورد، همچنین از نظر مصرف سوخت نيز مقرون به صرفه باشد و درعين حال بتواند تمام قدرت را توليد نمايد و درحين رانندگی خاموش نشود، كاربراتور نقش اساسی خواهد داشت.
به طور خلاصه، وظيفه كاربراتور مخلوط كردن مقدار صحيح از سوخت با مقدار متناسب از هوا جهت احتراق در سيلندرها و نيز ارسال به موقع از مخلوط تبخير شده مذكور به هر سيلندر و برابر نياز آن می باشد. سيكل كامل كاربراتور از لحظه مخلوط شدن سوخت با هوا شروع می شود و تا لحظه احتراق در سيلندرها ادامه دارد. از اين رو اين سيكل شامل كاربراتور، منيفولد هوا، سوپاپ هوا، و حتی اتاق احتراق و پيستون نيز می گردد.
سوخت لازم برای كاربراتور از طريق سيستم سوخت تامين می شود و اين سيستم شامل باك بنزين، تلمبه يا پمپ بنزين و تعدادی صافی بنزين می باشد. پمپ بنزين، سوخت را با فشار به پياله سوخت كه دارای شناور است می فرستد و صافی نيز از ورود مواد زايد به سيستم سوخت جلوگيری می کند.
نسبت اختلاط سوخت و هوا: بنزين از نظر درجه اكتان انواع مختلفی دارد و در مورد اكثر آنان تناسب صحيح اختلاط بنزين و هوا از حيث وزن عبارت است از حدود 15 قسمت هوا به 1 قسمت از بنزين؛ كه آن را « نسبت شيميايی» اختلاط می گويند و احتراق كامل سوخت را تضمين می کند. اما در عمل اين اختلاط يا نسبت بنزين و هوا حداكثر قدرت راتوليد نمی كند و از نظر مصرف بنزين، اقتصادی نمی باشد. برای رانندگی معمولی و سرعت اقتصادی نسبت اختلاط حدود 16 به 1 يعنی 16 قسمت هوا و يك قسمت بنزين لازم است. درحالی كه روشن كردن موتور در هوای سرد ممكن است حتی به مخلوطی از 1 قسمت بنزين و 1 قسمت هوا نياز باشد. به طور كلی نسبت اختلاط در شرايط مختلف به شرح زير می باشد:
-
لحظه استارت زدن با نسبت اختلاط كمتر و متوسط
-
در سرعتهای پايين و دور آرام با نسبت اختلاط كمتر و متوسط
-
در سرعت اقتصادی با نسبت اختلاط ضعيف ( 16 به 1 )
-
هنگام گاز دادن و سرعت های بالا با نسبت اختلاط قوی
ازسوختن بنزين و هوا موادی باقی می ماند كه شامل مونوكسيد كربن (CO)، انيدريد كربنيك (CO2) و هيدروكربن های مختلف و اكسيدهای ازت می باشد. ميزان اين مواد در دود اگزوز بستگی به مقدار بنزين در مخلوط سوخت و هوا دارد.
2- لوله كشی سوخت
بنزين از باك بنزين كه در عقب اتومبيل قراردارد به محفظه شناور كاربراتور جريان می يابد. از آنجايی كه اين محفظه در سطحی بالاتر از باك بنزين قرار گرفته است، يك عدد پمپ در مسير قرار دارد تا بنزين را با فشار به كاربراتور بفرستد كه معمولاً در نزديكی كاربراتور قرار گرفته است.
3- ساختمان كاربراتور ساده
هوا پس از عبور از صافی به داخل «دهانه مخروطی » مكيده می شود. اين كانال در يك نقطه باريك است و باعث می گردد تا در آن نقطه هوا با سرعت بيشتری حركت كند و فشار كمتر شود (زيرا حاصلضرب فشار در سرعت مقداری ثابت است). در دهانه مخروطی يك نوع خلاء جزيی ايجاد می شود و بنزين در اثر آن از پياله كاربراتور كشيده شده و پس از مخلوط شدن با هوا از طريق منيفولد هوا به داخل موتور فرستاده می شود. مقدار و سرعت جريان مخلوط بنزين و هوا توسط پدال گاز كنترل می شود.
سوزن شناور برای كنترل جريان سوخت از باك بنزين بوده و شناور نيز همواره سطح بنزين در پياله را كنترل می كند. هر زمان كه سطح بنزين در پياله بالا رود، شناور نيز بالارفته و به كمك اهرم، سوزن را به طرف بالا حركت می دهد و روزنه را تنگ تر يا مسدود می نمايد.
اصول كاربراتور
همان طور كه دربالا گفته شد هوا تحت تأثير خلاء ايجاد شده دردهانه مخروطی به داخل اتاق احتراق كشيده می شود درحقيقت اين خلاء وقتی ايجاد می شود كه پيستون در داخل سيلندر برای نفس كشی (مرحله تنفس) پايين می رود و همزمان سوپاپ هوا نيز باز شده و مرحله تنفس آغاز می گردد. هوايی كه از كاربراتور می گذرد به وسيله يك دریچه لولايی به نام دريچه كفگيرك گاز كنترل شده كه آن نيز به نوبه خود به وسيله پدال گاز كم و زياد می شود مقدار اين هوا علاوه بر وضعيت و قرارگرفتن دريچه گاز به سرعت موتور نيز بستگی دارد. اين وظيفه كاربراتوراست كه تعيين نمايد كه بنزين مجاز كه به داخل جريان هوا كشيده شده يا مخلوط مورد نياز به اتاق احتراق فرستاده می شود.
بنزين از مخزن ذخيره يا پياله كارپراتور تا دهانه مخروطی لوله كشی شده و وارد جريان ها كه به سوی اتاق احتراق در حركت است می گردد. دهانه مخروطی بر اساس اصل نهاده شده در همين اساس نيز كار می كند اصل می گويد اگر در نقطه ای سرعت جريان آب يا گاز زير فشار در آن نقطه كمتر می شود به طوری كه حاصلضرب فشار در سرعت در هر نقطه همواره مقداری ثابت است.
وقتی هوا از قسمت باريك دهانه مخروطی عبور می كند، سرعت آن افزايش يافته و در معرض فشار هوای كمتر قرار می گيرد و لذا بنزين از ژيگلور به داخل محفظه كشيده شده و به همراه جريان هوا به اتاق احتراق می رسد. سرعت زمانی حداكثر خواهد بود كه اتومبيل با حداكثر سرعت در حركت و دريچه يا كفگيرك گاز نيز كاملاً باز باشد و سرعت عبور هوا از داخل دهانه مخروطی بيشتر باشد، مقدار بيشتری بنزين مكيده شده و به اتاق احتراق فرستاده می شود. درعمل، يك كاربراتور با چنين مكانيزم ساده، كارآيی نداشته و قابل قبول نخواهد بود زيرا بنزين و هوا از نظر سرعت و غيره دارای خصوصيات مشترك نيستند.
وقتی هوا سريعتر حركت كند، غلظت يا چگالی آن كمتر می شود، در حالي كه غلظت بنزين در سرعت های مختلف تغيير نمی كند. از آنجايی كه برای احتراق مفيد و مؤثر، بنزين و هوا بايد به صورت وزنی مخلوط شوند (با نسبت اختلاط حدود 15 به 1) با افزايش سرعت هوا كه موجب نزول غلظت آن می گردد، مخلوط از نظر مقدار بنزين تدريجاً غليظ تر و غنی تر شده و در نهايت آن قدر غنی می شود كه قابل احتراق در سيلندر نخواهد بود و اين مشكلی بود كه بايد چاره جويی می گرديد. برای غلبه بر اين مشكل دو راه حل اتخاذ گرديد. در كاربراتورهای با ژيگلور ثابت، بنزين قبل از اينكه از ژيگلور عبور كند با مقداری هوا مخلوط شده و سپس از طريق لوله سوراخدار Emulsion Tube)) و يا ژيگلور كمكی (Correction jec) خارج می شود خاصیت خود را تغییر نمی دهد. محل دوم استفاده از كاربراتورهای با ژيگلور متغير می باشد كه مقدار عبور بنزين از ژيگلور و نيز دهانه مخروطی آن بر حسب نياز تغيير می كند و لذا نسبت صحيح اختلاط بنزين و هوا حفظ می گردد.
سطح بنزين بوسيله والو و سوزن شناور در داخل پياله كاربراتور حفظ و كنترل می شود. انتهای لوله بنزين در دهانه مخروطی نيز بايستی اندكی بالاتر از سطح بنزين در پياله باشد تا از سرريز كردن بنزين جلوگيری کند. اين بدان معنی است كه قبل از اينكه بنزين بتواند وارد جريان هوا در دهانه مخروطی شود بايستی مقداری (حدود نيم سانتيمتر) به بالا كشيده شود و در اين حالت خلاء ايجاد شده كافی خواهد بود تا بنزين را به بالای لوله يا ژيگلور كشيده و به صورت ذرات ريز وارد محفظه نمايد.
علاوه برمكش مخلوط بنزين و هوا، سيستم كاربراتور بايد قادر باشد كه بنزين را تبخير نموده و آن را كاملاً باهوا مخلوط كند و سپس به طور يكسان بين سيلندرها تقسيم نمايد. بنزين به صورت قطره وارد دهانه مخروطی می شود؛ چنان كه كاربراتور دارای ژيگلور ثابت باشد قبلاً با هوا مخلوط و آماده می شود؛ اما اگر دارای ژيگلور متغير باشد، قطرات بنزين توسط سرعت جريان هوا به صورت پودر و تبخير شده در می آيد.
وقتی هوا و بنزين به صورت اسپری يا افشان از ژيگلور خارج می شود، با ناحيه ای كه بر اثر مكش پيستون از قبل در آن خلاء به وجود آمده، مواجه گشته و تغيير شكل می دهد و به گاز مبدل می گردد. درجه و شدت تبخير بستگی به ميزان خلاء در منيفولد ورودی داشته كه آن نيز با سرعت موتور و مقدار باز و بسته بودن كفگيرک گاز تغيير می كند.
در سرعت بالا وقتی دريچه گاز كاملاً باز شود، خلاء ايجاد شده می تواند به حدی پايين باشد كه قسمت اعظم بنزين كه هنوز به صورت مايع است به همراه هوا و يا از ناحيه جدار منيفولد به سوی اتاق احتراق حركت نمايد. در سرعت متوسط و اقتصادی، وقتی دريچه گاز نيمه باز باشد، مقدار خلاء بيشتر شده و قسمت اعظم بنزين به صورت گاز در می آيد.
در موتورهايی كه برای هر سيلندر يك عدد كاربراتورنصب شده، با اينكه مخلوط بنزين و هوا هنوز به صورت مايع است، مشكل نداشته و به اتاق احتراق خواهد رسيد و در آنجا توسط حرارت موجود به گاز تبديل می گردد. اگر چند سيلندر توسط يك كاربراتور تغذيه گردد، تقسيم درست و مناسب از اهميت خاصی برخوردار است و چنانچه مخلوط مرطوب باشد احتراق آن با اشكال مواجه خواهد شد.
دمای اضافی كه از منيفولد دود و يا خروجی آب گرم به منيفولد هوا می رسد، در تبديل بنزين به گاز تسريع بخشيده و در نتيجه فشار يكنواخت مخلوط را تضمين می کند. در مواردی كه موتور سرد است، تبخير و يا تبديل بنزين به گاز در موتورهای گرم زمانی كامل می شود كه مخلوط وارد سيلندر شده و با ديواره سيلندر و سوپاپ دود تماس حاصل نمايد و با دود يا گاز باقي مانده از احتراق قبلی مخلوط شود.
ادامه این مقاله، هفته آینده منتشر خواهد شد؛ حتما به بخش مقالات مراجعه کنید.
مطالب مرتبط:
انواع سوخت خودرو، از بنزین تا انرژی پاک
اکتان چیست؟