عملکرد سیستم پاشش سوخت خودرو

در خودروهای امروزی سیستم پاشش یا تزریق سوخت وظیفه دارد سوخت را از باک به درون سیلندر موتور انتقال دهد. در ابتدا انژکتور برای موتور دیزلی طراحی شد اما در حال حاضر جایگزین کاربراتور خودروهای بنزینی شده است. در سیستم کاربراتوری سوخت و هوا پیش از ورود به سیلندر به نسبت مشخصی مخلوط شده و در مرحله مکش پیستون وارد محفظه احتراق پیشرانه می شوند.

ولی در سیستم انژکتوری در مرحله تنفس، تنها هوا روانه موتور شده و هنگامی که پیستون به نقطه مرگ بالا نزدیک می شود، انژکتور سوخت را به ذرات ریز به سیلندر روانه می کند. قابل ذکر است در هر موتوری احتراق داخلی، ترکیبی از هوا و سوخت با روانه شدن به محفظه احتراق و اشتعال پیدا کردن، موجب تولید قدرت می گردند.

برای دستیابی به بیشترین بازده موتور، فرایند احتراق باید کامل صورت گیرد. البته عوامل متعددی روی این هدف تاثیر می گذارند. یکی از این عوامل اصلی نسبت دقیق سوخت به هوا می باشد که توسط کنترل میزان سوخت ورودی به محفظه احتراق کنترل می گردد.

در صورتی که نسبت سوخت از میزان مشخصی بیشتر شود، به علت کمبود اکسیژن تمام سوخت فرصت اشتعال نمی یابد. از این رو خودرو به دشواری استارت می خورد و اصطلاحا خفه می کند. از طرفی اگر نسبت سوخت از میزان معینی کاهش یابد، بازهم ماشین روشن نمی شود.

در هر دو حالت علیرغم کاهش چشمگیر بازدهی پیشرانه، به علت احتراق ناقص گازهای آلاینده زیادی به هوا روانه می شود. از همین رو کنترل دقیق نسبت سوخت به هوا موضوعی مهم برای افزایش بازدهی پیشرانه و حفظ محیط زیست می باشد. در گذشته موتورهای کاربراتوری مشکلات بسیاری برای کنترل نسبت سوخت به هوا ایجاد می کردند.

مشکل اصلی این بود که این پیشرانه ها توان سوخت رسانی یکسان در سیلندرها را نداشتند و اغلب دورترین سیلندر سوخت کم تری نسبت به سیلندرهای نزدیک به کاربراتور دریافت می کرد که این امر سبب کاهش راندمان و افزایش آلایندگی می گشت. برای رفع این مشکل به تدریج مهندسین موتورهای مجهز به دو کاربراتور را طراحی نموده که می توانست تا حدی مشکلات گذشته را برطرف سازد.

ولی مشکل جدید هماهنگ کردن این اجزا با هم و مصرف سوخت بالا بود که در نتیجه آلایندگی و پیچیدگی موتورها را افزایش می داد. این مشکلات طی سال ها سبب شد که مهندسان به فکر طراحی مکانیسم های با بازده بالا کنترل میزان دقیق سوخت افتاده و دقیقا در این زمان سیستم پاشش سوخت متولد شد. در ادامه با عملکرد و اجزای این سیستم بیشتر آشنا می شوید. همچنین از مزایا و معایب آن اطلاع کسب می کنید.

عملکرد سیستم تزریق سوخت در موتور بنزینی

به علت این که تنظیم نسبت سوخت به هوا در سیستم کاربراتوری دقت زیادی ندارد امروزه از پمپ بنزین فشار قوی که به طور مستقیم سوخت را به درون سیلندر پاشش می دهد، استفاده می شود. یکی از مهم ترین عواملی که سبب استفاده از سیستم انژکتوری شد، استانداردهایی بود که جهت کاهش آلودگی تولیدی در موتور از طریق سازمان های بین المللی وضع شد.

در سیستم تزریق سوخت امکان تنظیم دقیق نسبت سوخت به هوا و ضمنا تنظیم زمان پاشش سوخت توسط سیستم مدیریت الکترونیکی پیشرانه وجود دارد. هنگامی که بار موتور به حداقل رسید همانند وقتی که خودرو درجا روشن می کند، یا با سرعت کم در حال حرکت است، انژکتور ترکیب سوخت و هوا را رقیق می نماید.

در این شرایط مقدار سوخت کمی به درون سیلندر پاشیده شده و ذرات سوخت به طور کامل توسط مولکول های هوا احاطه شده و کاملا می سوزند. آلودگی تولیدی در این زمان شدیدا کاهش پیدا می کند. هنگامی که بار موتور متوسط باشد، سیستم مدیریت پیشرانه میزان تزریق سوخت را در حالت استوکیومتری تنظیم می دارد.

در این وضعیت، به ازای یک واحد بنزین ۱۴.۷ واحد مولکول هوا درون موتور وجود دارد و پیشرانه می تواند توان متوسط مورد نیاز را تولید نماید. و هنگامی که بار روی پیشرانه بیشتر شود، سیستم تزریق سوخت نسبت سوخت به هوا را غنی نموده به این مفهوم که میزان بنزین کمی بیشتر از نسبت استوکیومتری پاشیده می شد که این مانع از ایجاد حالت کوبش در موتور می شود.

به طور خلاصه سیستم تزریق سوخت یا انژکتور نازلی است که موجب شده میزان معین و دقیقی از سوخت به شکل غبار، پودر یا اتمی در آید و درون محفظه احتراق پاشیده گردد. از این رو پردازشگر و حسگرهای پیچیده و گوناگونی مورد نیاز بوده که توسط آن ها بتوان میزان دقیق سوخت لازم را اندازه گیری نمود.

حسگرهای تعبیه شده در این سامانه همه پارامترهای لازم برای تعیین میزان دقیق سوخت مورد نیاز را بر مبنای شرایط رانندگی به واحد پردازنده ارسال می نمایند. بعد پردازشگر با ارسال پالس الکتریکی به واحد کنترل کننده میزان سوخت، میزان دقیق سوخت لازم پیشرانه را تنظیم می کند.

عملکرد سیستم تزریق سوخت در موتور دیزلی

از آنجا که در موتور دیزلی جرقه صورت نمی گیرد و با فشرده شدن هوا، حرارت بالا رفته و به این شکل ترکیب هوا و سوخت منفجر می شود، امکان ترکیب سوخت و هوا از ابتدای مرحله تراکم وجود ندارد.

زیرا ممکن است پیش از رسیدن پیستون به نقطه مرگ بالا انفجار صورت گیرد و میل لنگ به شکل برعکس بچرخد. برای حل این معضل نیاز است سوخت به هوای داخل موجود در محفظه احتراق افزوده شود که پیستون به بیشترین نقطه در درون سیلندر رسیده باشد.

سیستم تزریق سوخت خودرو در موتور دیزلی وظیفه ریز کردن و ترکیب سوخت و هوا را بر عهده دارد. بدین منظور پمپ انژکتور، سوخت را با فشار بالا به مدار سوخت رسانی فرستاده و توسط نازل های موجود درون سیلندر سوخت با سرعت بالا و به صورت ذرات ریز پاشیده می گردد.

اجزای اصلی سیستم تزریق سوخت

باید اشاره کرد سیستم پاشش سوخت خودرو مجموعه ای پیچیده از قطعات مختلف می باشد که به طور هماهنگ با هم کار می کنند. این اجزا شامل موارد زیر می باشند.:

پمپ بنزین فشار بالا:

اولین و اصلی ترین اجزا در این سیستم، پمپ بنزین می باشد. این پمپ درون باک خودرو تعبیه شده و وظیفه دارد جریان فشار بالای سوخت را تامین و به نازل ها ارسال کند.

رگلاتور/ تنظیم کننده:

این قطعه روی مسیر سوخت و پیش از نازل قرار دارد و وظیفه داشته فشار سوخت لازم نازل ها را تنظیم کند. این فشار در موتورهای مختلف و در شرایط رانندگی گوناگون تغییر می یابد.

مسیر سوخت:

مجموعه ای از لوله ها بوده که درون آنها سوخت با فشار زیاد جریان دارد. یک سر این لوله ها به پمپ بنزین و سر دیگر آن به نازل ها متصل می باشد. مسیر سوخت یک گذرگاه دو طرفه برای رفت و برگشت سوخت اضافی از نازل ها است.

نازل:

نازل قلب سیستم تزریق سوخت است. این قطعه کوچک درون آن شیر سوزنی تعبیه شده و کنترل و اسپری جریان سوخت را بر عهده دارد. به طور معمول در هزار دور بر دقیقه عملکرد موتور، فاصله هر دو اسپری سوخت متوالی ۵ میلی ثانیه می باشد. بر اساس نوع کنترل حاکم بر نازل، دو نوع کلی از سیستم پاشش سوخت با عناوین مکانیکی و الکترونیکی ابداع شده است.

حسگرها:

واحد پردازنده خودرو جهت کنترل و تعیین میزان سوخت مورد نیاز در هر لحظه، باید حجم بسیاری از اطلاعات دریافتی از حسگرهای مختلف را پردازش کند.

چرخه عملکرد سیستم تزریق سوخت

پمپ فشار بالای به کار رفته در باک خودرو، بنزین را با فشار بالا (حدود ۶۹ نیوتن بر سانتی متر مربع)، به یک منبع ذخیره موقت می فرستد. این منبع وظیفه متعادل سازی اختلاف فشار و کمرنگ کردن حالت پالسی پمپ را بر عهده داشته تا سوخت پیوسته و با فشار ثابت به نازل ها ارسال شود.

سوخت فشار بالا از منبع خارج شده و از یک فیلتر کاغذی می گذرد تا ناخالصی های موجود در آن گرفته شود و مانع گرفتگی در نازل ها گردد. بعد از این مرحله سوخت فشار بالا به واحد کنترل میزان سوخت روانه شده که وظیفه کنترل میزان جریان سوخت عبوری را بر عهده دارد.

در اکثر پیشرانه ها این قطعه زیر دریچه هوای ورودی به موتور نصب شده است. در نمونه الکترونیکی این قطعه مستقیما زیر فرمان واحد کنترل مرکزی خودرو بوده و در نمونه مکانیکی بر اساس میزان فشرده شدن پدال گاز و باز شدن دریچه هوا، میزان عبور از سوخت توسط یک شیر پروانه ای کنترل می شود.

هر اندازه دریچه هوا بازتر گردد این شیر هم میزان بیشتری سوخت را عبور داده و در برخی پیشرانه ها، بعد از این مرحله یک رگلاتور تعبیه شده که فشار سوخت عبوری را دقیقا پیش از رسیدن به نازل تنظیم می کند. در نهایت سوخت با فشار و میزان معینی به نازل ها ارسال می شود.

همانگونه پیشتر ذکر شد، نازل ها از نظر عملکرد به دو دسته مکانیکی و الکترونیکی طبقه بندی می شوند که البته دارای عملکرد یکسانی هستند. با رسیدن سوخت به نازل، به شکل پیوسته یا پالسی سوخت داخل سیلندر یا دریچه ورود هوا تزریق می گردد و سبب کارکرد درست و متناسب پیشرانه می شود.

همچنین با توجه به احتمال تغییر ناگهانی وضعیت رانندگی، یک خط لوله بازگشت سوخت از واحد کنترل میزان عبور سوخت به طرف پمپ بنزین و باک خودرو در نظر می گیرند که وظیفه دارد میزان سوخت اضافی را انتقال دهد.

انواع سیستم تزریق سوخت بر اساس نازل

همانطور که پیشتر اشاره شد سیستم تزریق سوخت بر اساس نازل به دو دسته مکانیکی و الکترونیکی دسته بندی می شود که در ادامه بیشتر با آنها آشنا می شوید.

نازل مکانیکی

از دهه ۶۰ میلادی که استفاده از سامانه انژکتوری در خودروها مرسوم شد، استفاده از نازل های کنترل مکانیکی در خودرو شروع شد. ساختمان این نازل ها خیلی شبیه نازل های کنترل الکترونیکی بوده و تنها تفاوت در شیوه باز شدن شیر سوزنی نازل می باشد.

در نازل های مکانیکی یک فنر شیر سوزنی را بسته نگاه می دارد که فقط با رسیدن فشار سوخت به حد معینی این فنر جمع شده و سوزن از روی خروجی نازل کنار می رود تا سوخت با فشار به صورت ذرات کوچک از انتهای نازل خارج گردد. این نازل ها در ماشین های قدیمی مورد استفاده بودند و امروزه با نمونه های الکترونیکی جایگزین شده اند.

نازل الکترونیکی

نازل مجهز به کنترل الکترونیکی هم به سوزنی شبیه نمونه های مکانیکی مجهز بوده و فقط دارای یک لایه الکترومغناطیسی برای کنترل سوزن ها هستند. با اعمال جریان الکتریکی به لایه الکترومغناطیسی، سوزن به طرف بالا حرکت کرده و موجب باز شدن خروجی نازل می گردد.

سیستم تزریق سوخت دارای چه مزایا و معایبی است؟

با خاموش شدن ماشین، کمی سوخت داخل نازل باقی می ماند. با توجه به دمای بالای موتور و عدم گردش هوا و آب داخل پیشرانه در این شرایط، سوخت باقی مانده در نازل تبخیر شده و به تدریج سبب تشکیل رسوبات چسبنده می شود. این رسوبات می تواند سوراخ خروجی نازل را مسدود نموده و از عملکرد درست آن جلوگیری و در نتیجه عملکرد خودرو مختل شود.

این موضوع در خودروهایی که در مسافت کوتاه حرکت دارند و با تناوب بیشتری روشن و خاموش می گردند، رایج تر است. مشکل شایع دیگر، ضعیف شدن قطعه الکترومغناطیسی نصب شده در نازل الکترونیکی است. در طی زمان و کارکرد ماشین، این قطعه ضعیف شده و دیگر نمی تواند شیر سوزنی را خوب حرکت دهد. از این رو پاشش سوخت با مشکل روبرو می شود. برای تشخیص این معضل از اهم متر استفاده نمایید.

عیب سوم این سیستم وجود نشتی در نازل می باشد. این مشکل به علت بسته نشدن کامل شیر سوزنی روی می دهد که در نتیجه مصرف سوخت بالا رفته و فشار سوخت در مسیر کاهش پیدا می کند. کاهش فشار سوخت نیز سبب افزایش فشار کارکرد بر پمپ بنزین شده که در نهایت در سایر نازل ها پاشش سوخت مناسب صورت نمی گیرد.

از مزایای سیستم تزریق سوخت این است که موتور، سریعتر شتاب می گیرد زیرا سوخت به هر میزان که نیاز باشد، به سیلندر پاشش می شود. سوخت به طور یکنواخت در بین سلندرها تقسیم شده در حالی که در سیستم های کاربراتوری امکان تقسیم مناسب سوخت در مانیفولد هوا همواره امکان پذیر نیست.

مزیت دیگر این سیستم کاهش ارتفاع موتور و کاهش آلایندگی حاصل از آن است. همچنین راندمان حجمی موتور را ارتقا بخشیده و هوا بدون مخلوط شدن با سوخت به طور آزادانه حرکت نموده و محفظه سیلندر را پر خواهد کرد.

همچنین پیشنهاد می شود در صورت تمایل برای اطلاع از عملکرد سیستم دید در شب خودرو و سیستم رادار نقطه کور روی لینک های مزبور کلیک کنید.