کاربراتور اتومبیل

در موتورهای اشتعال جرقه ای کاربراتورها وظیفه مخلوط کردن سوخت وهوای مورد نیاز موتور را بر عهده دارند. هوای ورودی از صافی هوا و سوخت از پمپ بنزین در کاربراتور با نسبتی که با شرایط خودرو معیین می شود با یکدیگر مخلوط می شوند. بطور کلی وظایف کاربراتور را می توان، مخلوط کردن سوخت وهوا – اتمیزه کردن سوخت و تعیین نسبت سوخت هوا با توجه به بار موتور دانست.

کاربراتورها از جهت حرکت بنزین (سیستم سوخت رسانی)
1- کاربراتور صعودی :
در این کاربراتور هوای ورودی از پایین کاربراتور وارد شده و در حین بالا رفتن با سوخت پاشیده شده از ژیگلور مخلوط می شود از این نوع کاربراتور بدلیل کاهش راندمان حجمی موتور در اتومبیل های سواری استفاده نمی شود و تنها در ماشینهای کشاورزی و موتورهای دریایی مورد مصرف دارند.
2- کاربراتور نزولی :
در این نوع کاربراتور هوای ورودی از بالای کاربراتور وارد شده و با سوخت تحت تاثیر نیروی جاذبه مخلوط شده و حرکت می کند. این نوع تاز کاربراتور راندمان حجمی بالایی دارد.
3- کاربراتور افقی :
در این نوع کاربراتور سوخت و هوا به صورت افقی حرکت کرده و راندمان حجمی کمتری از کاربراتور نوع نزولی دارد.

کاربراتور ها از نظر ونتوری
1- کاربراتور ونتوری ثابت :
در این نوع کاربراتور جریان هوای عبوری از ونتوری خلا نسبی یا مکشی ایجاد می کند که سبب تخلیه سوخت از نازل می شود تنوع این کاربراتور زیاد است و همگی برا اساس روش مشترکی کار میکنند.
2- کاربراتور ونتوری متغیر :
در این نوع کاربراتور با تغییر شرایط وارد بر موتور اتومبیل سطح موثر ونتوری نیز تغییر می کند.

کاربراتور ونتوری ثابت از نظر تعداد دهانه بیشتر: موتورهای کوچک کاربراتور یک دهانه دارند اما استفاده از کاربراتور دو و چهار دهانه ای سبب افزایش راندمان حجمی موتور می شود که این افزایش راندمان حجمی در دورهای بالا از اهمیت زیادی برخوردار است. اگر این سوال پیش اید که میتوان از یک کاربراتور تک دهانه با قطر زیاد استفاده کرد.
باید گفت که در این صورت مکش ونتوری به اندازه ای ضعیف خواهد شد که نمی توان نسبت سوخت هوا را بوسیله آن تنظیم کرد.
1- کاربراتور یک دهانه :
این کاربراتورها دارای یک ونتوری یک پیاله بنزین و یک سوخت پاش است
2- کاربراتور دو دهانه :
این کاربراتور دارای دو ونتوری یک پیاله بنزین مشترک و دو سوخت پاش است این نوع از کاربراتور اساسا دو کاربراتور تک دهانه ای است که در یک مجموعه جمع شده اند از دهانه دوم به دو روش می توان استفاده کرد. در روش اول از هر دهانه کاربراتور برای ارسال سوخت – هوا به نیمی از سیلندرها استفاده می شود. در روش دوم دهانه اول به همه سیلندرها سوخت هوا می رساند تا اینکه دریچه گاز مثلا بیشتر از 45 درجه باز شود. از این زمان به بعد دریچه گاز دوم نیز به تدریج باز می شود. در این طرح عملکرد موتور در دورهای متوسط به بالا بهتر می شود.
3- کاربراتور چهار دهانه :
این کاربراتور دو کاربراتور دو دهانه ای است که در یک مجموعه جمع شده اند. این کاربراتور به صورت مرحله ای عمل می کند. در مرحله اول مانند یک کاربراتور دو دهانه عمل کرده و در مرحله دوم که با ازدیاد خلا موتور شروع می شود. مانند یک کاربراتور چهار دهانه عمل می کند دو دهانه اول به همه سیلندرها سوخت می رسانند. با باز شدن بیشتر دریچه گاز دو دهانه بعدی نیز وارد می شود این چهار دهانه سوخت هوای اضافی مورد منیاز برای شتاب گرفتن را فراهم می کنند.

موتورهای چند کاربراتوری
با توجه به مورد مصرف خودرو می توان از بیش از یک کاربراتور بهره برد. برای مثال در خودروهای مسابقه ای و خودروهای پرقدرتی که برای مصارف خاصی طراحی شده اند می توان از دو سه یا به ازای هر سیلندر از یک کاربراتور استفاده نمود.

کاربراتورهای ونتوری ثابت
در مسیر جریان ورودی هوا در کاربراتور مقطع باریکی وجود دارد که ونتوری کاربراتور نامیده می شود. در اثر این تغییر سطح مقطع در ونتوری خلا یا مکشی ایجاد می شود که شدت این مکش با سرعت هوای عبوری از ونتوری متناسب است. به عبارتی با افزایش سرعت هوای عبوری از ونتوری کاهش فشار این منطقه افزایش یافته و در اثر اختلاف فشار این ناحیه و پیاله کاربراتور سوخت از ژیگلور بنزین در هوای ورودی به موتور تخلیه می شود که این مخلوط از دریچه گاز عبور کرده و وارد منیفولد بنزین می شود. مقدار باز بودن دریچه گاز کاربراتور متناسب با فشرده شدن پدال گاز توسط راننده می باشد. بنابراین با فشرده شدن گاز دریچه گاز نیز بیشتر باز شده و هوای عبوری از کاربراتور افزایش می یابد. در اثر افزایش هوای عبوری از لوله کاربراتور سوخت بیشتری از ژیگلور خارج شده و مخلوط سوخت هوای غنی تری وارد سیلندرها شده و نیاز موتور برای افزایش سرعت خودرو براورده می شود. در کاربراتورهای ونتوری ثابت برای حالتها و شرایط مختلف حاکم بر موتور یک مدار جداگانه در نظر گرفته شده است. در مجموع کاربراتور ونتوری ثابت مدارات زیر می باشد:
1- مدار شناور
2- مدار دور ارام
3- مدار دور متوسط
4- مدار دور زیاد
5- مدار شتاب دهنده
6- مدار ساسات
دار شناور شامل یک مخزن کوچک است که آن را پیاله کاربراتور می نامند و در داخل آن یک شناور و یک سوپاپ سوزنی وجود دارد. پمپ بنزین سوخت مکیده شده از باک را به لوله ورودی کاربراتور تحویل می دهد. سوخت وارد شده به کاربراتور سوپاپ سوزنی متصل به شناور را باز کرده و وارد پیاله کاربراتور می شود. با وارد شدن سوخت به پیاله کاربراتور شناور و سوپاپ سوزنی متصل به آن تا جایی که سوخت در پیاله به حد تراز خود برسد بالا می اید وقتی سطح سوخت به تراز مناسب خود رسید سوپاپ سوزنی کاملا در تکیه گاه خود نشسته و جریان ورود سوخت به پیاله قطع می شود. با مصرف شدن سوخت و پایین رفتن سطح سوخت در پیاله شناور نیز پایین رفته و سوپاپ سوزنی از تکیه گاه خود جدا می شود و سوخت پمپ شده اجازه ورود به پیاله را می یابد.

اگر کاربراتور بخوبی تنظیم شده باشد سوپاپ سوزنی زمانی راه ورود بنزین به پیاله کاربراتور را می بندد که سوخت به سطح تراز مناسب خود رسیده باشد. هرگاه سوخت بالاتر از سطح تراز خود قرار گیرد سوخت زیادی از پیاله خارج شده ونسبت سوخت هوا غنی شده و اگر سوخت پایین تر از سطح تراز خود قرار گیرد سوخت کافی از ژیگلور بنزین خارج نشده و نسبت سوخت وهوا فقیر می شود. نیروی رانش شناور و گشتاور موثر بر سوزن طوری طراحی می شود که نیروی فشاری سوزن بر بنزین بیشتر از نیروی فنر دیافراگم پمپ بنزین باشد تا در موقع رسیدن سوخت به سطح تراز خود سوزن در تکیه گاه خود قرار گرفته و پمپ بنزین را در حالت ایستاده نگه دارد.. بعضی از شناور ها تو خالی و بعضی دیگر توپرند اما در هر دو حالت سبکتر از بنزین ساخته می شوند.

مدار دور ارام مخلوط سوخت وهوا را در هنگام بسته بودن دریچه گاز (در جا کار کردن موتور) برای موتور فراهم می کند. در هنگام در جا کار کردن موتور (زمانی که خودرو روشن ولی پدال گاز فشار داده نمی شود) بدلیل بسته بودن دریچه گاز هوای کمی از لوله کاربراتور عبور می کند. در نتیجه مکش ونتوری به اندازه ای کم می شود که سوختی از ژیگلور اصلی بیرون نمی اید. برای جلوگیری از خاموش شدن موتور در این وضعیت مداری از مدار اصلی منشعب شده و تا زیر دریچه گاز امتداد می یابد مدار دیگری د ر بین راه به این مدار ملحق شده که هوای دور ارام را تامین می کند. بنابراین سوخت مصرفی دور ارام توسط پیچ تنظیم ژیگلور دور ارام و هوای مصرفی آن توسط ژیگلور دور ارام تنظیم و تامین می شود.

در هنگام بسته شدن دریچه گاز در طرفین آن دو مجرا وجود دارد. مجرای زیر دریچه گاز مربوط به مدار دور ارام و مجرای بالای دریچه گاز مربوط به مدار تغییر دور می باشد. وقتی دریچه گاز کمی باز می شود، لبه دریچه گاز از مقابل مجرای دور ارام بالاتر رفته و به مجرای مدار تغییر دور می رسد. در این حالت مکش منفولد ورودی بر مجرای مدار تغییر دور اثر کرده و باعث می شود سوخت بیشتری از مجرای تغییر دور خارج شود.

دلیل استفاده از مدار تغییر دور آن است که با باز شدن دریچه گاز فاصله هوایی موجود بین مجرای دور ارام و لبه دریچه گاز زیاد می شود و لذا خلا مقابل مجرای دور ارام کاهش می یابد که نتیجه ان کم شدن جریان سوخت مدار دور ارام است. از طرف دیگر مدار دور اصلی فعالیت نمی کند. بنابراین موتور در دورهای کم با کمبود سوخت مواجه می شود که برای جلوگیری از این عیب مدار تغییر دور طراحی شده است. با افزایش فشار بر روی پدال گاز دریچه گاز بیشتر باز شده و هوای بیشتری از لوله کاربراتور عبور می کند. زمانی که دریچه به اندازه ای باز شود که لبه آن از مقابل مجرای مدارهای دور ارام و تغییر دور بگذرد دیگر از این مجاری سوخت بیرون نمی اید زیرا در این حالت سرعت عبور هوا از مقابل این مجاری کاهش می یابد اما با افزایش هوای عبوری از ونتوری مکش ونتوری افزایش یافته  ژیگلور اصلی سو را وارد هوای عبوری می کند. وقتی دریچه گاز در حالت دور متوسط کمی باز شود سوخت پاش هم متناسب با هوای عبوری سوخت را وارد هوای عبوری میکند. لازم به ذکر است مدار متوسط جز مدار دور اصلی می باشد. برای اینکه خودرو هنگام بار زیاد وارد بر موتور توانایی پاسخگویی داشته باشد. نیاز به ارسال سوخت بیشتری از طرف کاربراتور دارد که این ارسال سوخت بیشتر متناسب با باز بودن کامل دریچه گاز می باشد.

مدار قدرت شامل یک پیستون خلائی می باشد که در حالت عادی با تاثیر خلا موتور به طرف بالا کشیده می شود. وقتی خلا قسمت ونتوری موقع باز شدن کامل دریچه گاز کاهش می یابد. نیروی خلا موثر بر پیستون کاهش یافته و فنر آن را به پایین هدایت می کند. در این حرکت دسته پیستون سوپاپ قدرت را که بوسیله فنر کوچکی بسته و راه ژیگلور قدرت را تنگ کرده بود بازتر می کند و به این ترتیب سوخت اضافی به موتور ارسال می شود.

موقعی که راننده تصمیم می گیرد با شتاب حرکت کند بطور ناگهانی پدال گاز را فشار داده و دریچه گاز دفعات باز می شود. در این هنگام مقدار هوای ورودی به کاربراتور بطور ناگهانی افزایش می یابد و اگر سریعا سوخت کافی متناسب با هوای مکیده شده تامین نشود مخلوط سوخت هوا به اندازه ای فقیر می شود که موتور مکث می کند در این حالت ممکن است شعله پس بزند یا خاموش شود. برای برطرف کردن این مشکل در کاربراتور ونتوری ثابت مدار شتاب دهنده طراحی شده است. این مدار یک پمپ ارسال سوخت که با اهرم بندی خاصی به دریچه گاز متصل می شود دو سوپاپ کنترل یک ژیگلور هوا و یک ژیگلور کمکی برای تخلیه سوخت اضافی دارد. زمانی که دریچه گاز بسته است پیستون پمپ شتاب دهنده به طرف بالا حرکت کرده و سوخت از طریق سوپاپ ورودی وارد فضای زیر پیستون می شود و وقتی دریچه گاز دفعتا باز می شود پیستون پکپ هم بطور ناگهانی به طرف پایین حرکت کرده و سوخت زیر پیستون را با بازشدن سوپاپ خروجی از ژیگلور کمکی وارد هوای عبوری از لوله کاربراتور می کند.

در روزهای سرد برای روشن کردن خودروهای کاربراتوری نیاز به مخلوط غنی تری از سوخت هوا داریم. زیرا سوختی که برای احتراق مناسب می بایست به صورت اتمیزه وارد سیلندرها شود. در برخورد با دیوارهای سرد کاربراتور و منیفولد ورودی تقطیر شده و از رسیدن به سیلندر باز می ماند. به همین منظور در ابتدای کار موتور در روزهای سرد باید برای مدت کوتاهی از مدار ساسات که سوخت غنی تری را فراهم می کند استفاده نماییم تا موتور به دمای کارکرد مناسب خود رسیده و کاربراتور بتواند مخلوط سوخت هوا را تقریبا بصورت بخار خشک که حالت ایده ال می باشد به سیلندرها برساند. در بالای لوله کاربراتوری ونتوری ثابت دریچه ای بنام ساسات وجود دارد. باز و بسته شدن این دریچه بصورت مکانیکی یا خودکار کنترل می شود با بستن این دریچه جریان عبوری هوا کاهش یافته و مکش کاربراتور در هنگام استارت زدن افزایش می یابد در نتیجه سوخت بیشتری از ژیگلور برای روشن شدن موتور در هوای سرد فراهم می شود.

در روش مکانیکی بستن دریچه ساسات دکمه ای بر روی داشبورد خودرو تعبیه شده که بایستی به دریچه ساسات متصل شود. با کشیدن این دکمه دریچه ساسات بسته می شود. بسیاری از کاربراتورها ساسات خودکاری دارند که با گرمای منیفولد خروجی ومکش منیفولد ورودی کار میکند.
در این نوع از ساساتها یک فنر ترموستاتی و یک پیستون در داخل پوسته ساسات قرار دارند که هر دوی انها به دریچه ساسات متصل اند. در موتور سرد فنر ترموستاتی کوک می شود و دریچه ساسات را می بندد. وقتی موتور گرم می شود گرمای منیفولد دود از ساسات گذر کرده و فنر را باز می کند (کشش آن را می کاهد) لذا مکش منیفولد ورودی پیستون را جذب نموده دسته پیستون دریچه ساسات را باز می کند.

کاربراتورهای ونتوری متغییر
این نوع از کاربراتور بر خلاف کاربراتورهای ونتوری ثابت برای شرایط مختلف وارد بر موتور مدار جداگانه برای تامین سوخت ندارد بلکه ونتوری متغیری دارد که متناسب با بار وارد بر موتور سطح مقطع ان تغییر کرده و سوخت متناسب با آن شرایط را وارد هوای عبوری از ونتوری می کند تغییر ونتوری این کاربراتورها می تواند متاثر از حرکت پیستون یا دریچه ای باشد که متناسب با مکش منیفولد ورودی سطح مقطع متغیری را ایجاد می کند این تاثیر می تواند از طریق مسیری تامین شود که از قسمت منیفولد ورودی تا بالای پیستون کاربراتور امتداد یافته است.
براساس شکل پیستون کاربراتورهای ونتوری متغیر را به دو دسته تقسیم می کنند:
1- کاربراتورهای ونتوری متغیر با پیستون گرد
2- کاربراتور ونتوری متغیر با پیستون چهار گوش

پیستون کاربراتور استوانه دو گانه ای است (قطر قسمت بالای پیستون بیشتر از پایین آن است) که قسمت میانی آن مخزن روغن دمپر می باشد (کاربراتور نوع H-SU)

پیستون از طریق مجرایی متاثر از خلا موتور می باشد بنابراین با باز شدن دریچه گاز در اثر اختلاف فشار فضای بالای پیستون و منیفولد ورودی پیستون بر فنر تعبیه شده در بالای خود غلبه کرده و به سمت بالا حرکت می کند و هرگاه مقدار خلا کاهش یابد فنر بالای پیستون انرا به سمت پایین میراند بنابراین پیستون در هر لحظه به سمت بالا و پایین حرکت کرده و سطح ونتوری را تغییر می دهد سوزن کاربراتور به پیستون متصل بوده و تابع حرکت آن می باشد سوزن کاربراتور به شکل مخروطی است که قطر آن از بالای (محل اتصال به پیستون) به پایین کاهش می یابد این سوزن در داخل ژیگلور حرکت خطی عمود داشته و متناسب با اینکه چقدر در داخل ژیگلور فرو رفته باشد مقدار سوخت متفاوتی را وارد هوای عبوری از لوله کاربراتور می کند بنابراین به هر میزان که حجم هوای ورودی به موتور افزایش یابد و سطح مقطع ونتوری با بالا رفتن پیستون زیاد شود کاربراتور بیشتر از ژیگلور خارج شده و قسمت باریکتری از آن داخل ژیگلور می ماند و به سوخت بیشتری اجازه خارج شدن می دهد.
در قسمت میانی پیستون کاربراتور مخزنی تعبیه شده است که در داخل آن روغن میریزند یک قطعه لغزنده متصل به درپوش کاربراتور داخل این مخزن قرار گرفته و نفش ضربه گیر را بازی می کند یعنی در هنگام تغییرات ناگهانی خلا منیفولد ورودی که با فشردن ناگهانی پدال گاز بوجود می اید این قطعه لغزنده به واسطه وجود روغن از حرکت سریع پیستون جلوگیری کرده و حرکت آن را به تاخیر می ندازد مزیت این کار این است که از حرکتهای سریع پیستون که م تواند سبب احتراق ناقص شود جلوگیری می شود.

در تغییر دورهای ناگهانی نیز این تاخیر حرکت پیستون باعث کوچک باقی ماندن سطح ونتوری در زمانی می شود که هوای زیادی از زیر پیستون عبور می کند این عبور جریان زیاد هوا از سطح مقطع کوچک ونتوری باعث ایجاد خلا زیادی شده که ارسال سوخت بیشتری به موتور را سبب می شود.
در هوای سرد برای ارسال سوخت بیشتر به موتور اهرم ژیگلور پایین کشیده می شود و سطح بیشتری برای خروج سوخت از ژیگلور فراهم می شود در نوع دیگری از کاربراتور ونتوری متغییر پیستون دارای قطر یکنواخت اس و دیافراگمی به پیستون متصل می شود که وظیفه قسمت قطور تر پیستون نوع قبل را بازی می کند لبه های این دیافراگم در زیر درپوش فوقانی کاربراتور قرار گرفته و منطقه خلایی را گازبندی می کند سیستم ساسات این کاربراتور سوخت اضافی مورد نیاز خود را از مدار مجزایی تامین می کند در کاربراتورهای جدید نسبت سوخت هوا در کاربراتور توسط سیستمهای الکترونیکی تعیین و تنظیم می شود در این سیستمها از یک سنسور اکسیژن در مسیر گازهای خروجی موتور استفاده می شود که مقدار اکسیژن موجود در دودهای خروجی را تعیین کرده و متناسب با مقدار آن سیگنالی را به واحد کنترل الکترونیکی خودرو می فرستد واحد کنترل الکترونیکی بعد از پردازش داده ورودی در صورت نیاز به تصحیح سوخت هوا به کاراندازهای کاربراتور سیگنالی می فرستد تا این نسبت را تصحیح کنند.