انژکتور

یکی از مهترین مسایلی که همیشه مورد توجه بوده کاهش مصرف سوخت و کم کردن آلایندگی موتورها و استفاده بهینه بوده و به همین خاطر طراحان خودروها چه در طراحی موتور و چه در طراحی بدنه همیشه این مسائله را در نظر دارند.
در همین راستا یکی از دستاوردها مهم خودروسازان در دهه 90 میلادی طراحی و تولید موتورهای EGI بود که این موتورها در کشورهای پیشرفته به سرعت جای موترهای کاربراتوری را گرفت .( در ایران هم چند سالی است که خودرو سازان یا همان مونتاژ کاران ! از این نوع موترهای استفاده می کنند. ا اونجا که من یادمه البته دقیق نیست ولی فکر کنم از سال 80 بود که تولید خودروهای انژکتوری در ایران آغاز شد و با تولید وانت نیسان با موتور انژکتوری که همین چند وقت پیش صورت گرفت نسل موترهای کاربراتوری برای همیشه در ایران منقرض شد. جالب است بدانید که در بسیاری از کشورهای پیشرفته استفاده از انژکتور در همان سالهای اول ساخت آن اجباری شد.

موتور EGI یا انژکتوری

کلمه EGI مخفف Electronic Gasoline Injection به معنای تزریق الکترونیکی سوخت است .طرز کار اصلی این سیستم استفاده از مخلوط بهینه سوخت و هوا در شرایط کارکرد مختلف موتور و بستگی به شرایط است که علاوه بر کاهش مصرف سوخت باعث افزایش قدرت و کاهش قابل توجه گازهای آلاینده هوا نیز می گردد .
به طور مثال یک موتور 1600 سی سی معمولی در شرایط مطلوب دارای قدرتی در حدود 70 تا 80 اسب بخار با مصرف 10 تا 12 لیتر در 100 کیلومتر هست ( البته منظور از موتور 1600 موتور پیکان نیست! موتور پیکان خودشو بکشه تا نهایت 70 اسب نیرو تولید میکنه و گاهی با مصرفی در حدود 15 لیتر! ) اما یک موتور انژکتوری با گنجایش 1600 سی سی دارای قدرتی در حدود 90 تا 95 اسب بخار هست و مصرفی در حدود 7.5 تا 8 لیتر در 100 کیلومتر هست . به علاوه میزان آلایندگی این موتر از یک موتر کاربراتوری 1100 سی سی هم کمتر هست . چنین اختلاف فاحشی در قدرت و مقدار مصرف به این علت است که بازده موتر بستگی کاملی به نسبت هوا و سوخت دارد . در یک موتور کاربراتوری در شرایط مختلف رانندگی نسبت سوخت و هوا ثابت است و تنها با دستکاری مکانیکی می توان آن را تغییر داد اما تفاوت اصلی موتور انژکتوری در همین جاست که با توجه به شرایط مختلف بار زیاد استارت سرد شتاب مثبت یا منفی نسبت سوخت و هوا همواره در بهترین شرایط قرار دارد.

نحوه عملکرد انژکتور

انژکتور به سه قسمت اصلی تقسیم می شود.
1-سیستم مربوط به هوای ورودی به موتر
2- سیستم سوخت رسانی
3-سیستم کنترل که شامل یک کامپیوتر مرکزی که به اختصار PCM یا ECU نامیده میشود و تعدادی سنسور برای مشخص کردن وضعیت موتر .

سیستم هوای ورودی :

هوای ورودی ابتدا از مجرایی گذشته و وارد محفظه ف_ * ل*_ ت ر می شود و سپس از محفظه کنترل جرم هوای ورودی گذشته در این محفظه دریچه متحرک در مسیر هوای مکیده شده قرار دارد که با میزان تغییر حجم هوای ورودی زاویه آن تغییر پیدا می کند. یک سنسور به این دریچه متصل است که با توجه به میزان باز و بسته بودن این دریچه سیگنالهای را به ECU ارسال می کند.این محفظه به گونه ای طراحی شده که درون آن مقداری هوای ذخیره شده وجود دارد که از یک مجرای جانبی تامین می شود ( By Pass ) از این هوای اضافه برای شتاب گیری ناگهانی استفاده میشود که علاوه بر کارکرد بهتر موتر در شرایط شتاب ناگهانی و افزایش شتاب موجب کاهش گاز سمی منو اکسید کربن در گازهای خروجی می شود. در همین مرحله یک سنسور دمای هوای ورودی را به ECU ارسال می کند تا کامپیوتر مرکزی با توجه به دما و حجم به دست آمده جرم هوای ورودی به موتر را اندازه گیری کند.
عملکرد پمپ بنزین هم در این محفظه و به وسیله علائم ارسالی از دریچه متحرک کنترل می گردد. بعد از این مرحله هوای ورودی از دریچه گاز می گذرد که به پدال گاز متصل است در اینجا نیز سنسور کنترل شتاب خودرو به دریچه گاز متصل است و مقدار فشرده شدن پدال گاز را به ECU گزارش می کند. همچنین در هنگام استارت سرد یک شیر هوا و کمکی بر اساس دمای موتر فعال شده و عملکرد آن توسط ECU کنترل می گردد .
هوا پس از عبور از دریچه گاز وارد محفظه تنظیم می شود در این محفظه نوسان فشار هوا از بین رفته و هوا در اختیار سیلندری که در حال مکش است قرار می گیرد . به این ترتیب که هوا وارد منیفولد سیلندر در حال مکش شده و درست قبل از ورود به درون سیلندر مقدار سوخت مورد نیاز که توسط ECU کنترل می شود از سوزن انژکتور با فشار تزریق می شود سوخت در این حالت به صورت پودر در می آید.
و سپس مخلوط سوخت و هوا وارد سیلندر می شود. طراحی مسیرهای جریان هوا به گونه ای صورت گرفته که کمترین میزان فشار و نوسان و یا مقاومت را در برابر جریان هوا داشته باشد.

واحد باز بینی موتور(ECU)

واحد باز بینی موتور که با نام دیگری یعنی سیستم مدیریت موتور (Engine Management System) نیز شناخته میشود, قطعه ای الکترونیکی است ,اساسا یک محاسبه کننده و بخشی از سیستم درونی احتراق موتور است که سیگنالهای متعددی را در موتور می خواند واز آن اطلاعات, برای کنترل سیستم احتراق استفاده میکند.
این وسیله کنترل کننده دقیق عملیات موتور, بهینه کننده سوخت( اما نه بطور مستقیم) برای ایجاد قدرت بیشتر موتور و در نهایت ایجاد کننده شرایطی برای آلودگی کمتر محیط زیست توسط موتورهای دارای این مزیت نسبت به نسل اولیه موتورها (موتورهای با سیستم کاربراتوری) است.
ECU به دلیل درگیری تنگاتنگ با عملیات موزون موتور ( درحد میلی ثانیه به میلی ثانیه) میتواند نتایج مختلفی به همراه داشته باشد که موتورهای کاربراتوری فاقد انجام آن هستند؛ از قبیل: تنظیم درجه حرارت و رطوبت اسبابی که دایما در حال چرخش هستند, تراکم هوا(چگالی) و درجه بندی اکتان سوخت.
همچنین قادر به انجام موازنه بین ایجاد دوام بیشتر موتور و گذشتن عمر موتور, وقتی که کار و ممارست بیشتر آن موجب ایجاد عمر طولانی تر موتور به حدود دو برابر طول عمر موتورهای قبلی میشود.

آشنایی باتاریخچه سیستم های مدیریت موتور ومدیریت سوخت

تلاش ها به منظور تزریق سوخت ازحدود یک قرن پیش آغاز شد . درسال1898 شرکت موتور سازی Deutz پمپ پلانجری رابه منظور تزریق سوخت در سری محدودی از تولیدات خود بکار برد .
در سال 1912کمپانی بوش (BOSCH) آلمان شروع به تحقیقات برروی پمپ های تزریق بنزین کرد کمپانی بوش پس ازسالها تلاش فراوان وصرف هزینه های بسیارموفق شددر سال 1937 تولید انبوه سیستم تزریق سوخت انژکتوری مکانیکی جهت نصب برروی موتور هواپیما را آغاز کرد این موتور می توانست ( hp 1200 ) اسب بخار قدرت تولید کند.برتری این موتور نسبت به رقبایش در جریان جنگ دوم جهانی عدم یخ زدگی ونتوری کاربراتور وخطرآتش سوزی بود که حاصل سیستم سوخترسانی انژکتوری بود .
دراواخردهه پنجاه میلادی کمپانی مرسدس بنز یک واحد تزریق سوخت رابرروی اتومبیل اسپرت مرسدس SL-300 نصب کرد.
درسال 1967تکنولوژی تزریق سوخت پیشرفت بسیار خوبی داشت ویک گام اساسی به جلووبه سوی تکامل وعملکردبراساس اطلاعات دریافتی از شرایط واقعی موتوربرداشت واولین سیستم تزریق سوخت الکترونیکی به نام (ال-جترونیک)L-jetronic برمبنای کنترل فشار هوای ورودی طراحی شد .
درسال 1973 سیستم مدیریت سوخت L-jetronic به بازارعرضه شد سیستم L-jetronic برمبنای کنترل جریان هوا کارمی کرد.
درهمان زمان سیستمی دیگر طراحی شد که درحد سیستم L-jetronic توانایی داشت .این سیستم (کا-جترونیک) K-jetronic نام داشت وتفاوت آن با سیستم L-jetronic دراین بودکه به شکل هیدرولیکی ، مکانیکی جریان هواراکنترل می کرد به جای اینکه ازسنسور مربوط به جریان هوا استفاده کند
سال 1979 سال بلوغ سیستم های مدیریت موتوربود چراکه سال 1979 سرآغازظهور یک سیستم جدید ، کامل وماندگاربرای 30سال بعد به نام (موترونیک یا مترونیک)Motronic بود .
دراین سال باپیشرفت علم الکترونیک پردازشگرهای دیجیتالی برای موتورطراحی شد که می توانستند وظایف متعددی ازموتوررا به عهده گیرند .
درواقع سیستم مدیریت موتور (Motronic) از یک سیستم مدیریت سوخت L-jetronic بایک برنامه الکترونیکی برای کنترل سیستم جرقه زنی ترکیب شده است .
L-jetronic سیستم مدیریت سوخت است که فقط می تواند با اطلاع ازشرایط هوای ورودی میزان سوخت ارسالی به موتوررا تنظیم کند در حالی که سیستم مدیریت موتور (Motronic) همان گونه که ازاسمش برمی آید تمام موتوررا مدیریت می کند یعنی علاوه بر سیستم سوخترسانی ، سیستم جرقه زنی راهم کنترل می کند (سیستم سوخترسانی وسیستم جرقه زنی دو سیستم اساسی یک موتورهستند که اگر بتوانیم این دوسیستم رابا یک واحد کنترل مشترک مدیریت کنیم می توان ادعا کنیم که تمام موتوررامدیریت کرده ایم ) کنترل همزمان سیستم سوخترسانی وسیستم جرقه زنی مشکل است ولی این مزیت رادارد که می توان با اعمال برنامه های متنوع برموتور قابلیت ها ومزایای جدید ومتفاوتی از موتوررا دریافت کرد.
درسال 1982 مدلی دیگرازسیستم تزریق سوخت K-jetronic درطرح های متنوع شامل یک مدارکنترل حلقه بسته الکترونیکی وسنسور اکسیژن لاندا با نام( کایی-جترونیک) KE-jetroonic به بازارعرضه شد . این سیستم مانند سیستم K-jetronic برمبنای یک سیستم تزریق سوخت هیدرولیکی –مکانیکی است ودرواقع سیستم K-jetronic به منظورافزایش انعطاف پذیری وتوانایی انجام وظایف بیشتر توسط یک واحد کنترل الکترونیکی پشتیبانی می شود . دراین زمان بود که روند تبدیل سیستم های سوخترسانی از کاربراتوری به سیستم سوخترسانی انژکتوری سرعت گرفت وشرکت های خودروسازی یکی پس از دیگری موتورهای تولیدی خود را به این سیستم ها مجهز می کردند واز آن به عنوان بهترین تبلیغ برای محصولاتشان استفاده می کردند وخودروهای خود رانسبت به رقبای کاربراتوری خود قوی تر، سریعتر و با آلودگی کمتر معرفی می کردند.
دراواسط دهه 80 میلادی بسیاری ازخودروهایی که خط تولید راترک می کردند مجهز به یکی ازسیستم هایی که دربالا معرفی شد بودند ولی قیمت بالای این سیستم ها باعث شده بود که درصد قابل توجهی از خودروهای تولیدی کماکان کاربراتوری بمانند وهمچنین تکنولوژی بالا وپیچیدگی زیاد این سیستم ها برای دارندگان این خودروها درکشورهای کمترتوسعه یافته مشکل سازشده بود ازاین رو بود که درسال1983 مدل مونو-جترونیک (Mono-jetronic) به مدل های بالا اضافه شد .این واحد تزریق سوخت تک نقطه ای کارآمد باقیمت پایین وسادگی بسیار امکان تجهیز خودروها ی کوچک به سیستم سوخترسانی انژکتوری را فراهم آورد .این سیستم درواقع نسخه ساده شده یک سیستم مدیریت سوخت انژکتوری ویا یک کاربراتور پیشرفته است که سوخت را اتمیزه تر وبادقت بالاتر به هواتزریق می کرد .ازاین سیستم بدلیل سادگی وارزانی بخصوص برای خودروهای کوچک ودرکشورهای جهان سوم بسیار استقبال شد .
دراوایل دهه 90 سالانه حدود 40 میلیون خودرو درجهان تولید می شد که بیش از 37 میلیون دستگاه از آنها مجهز به یکی ازانواع سیستم انژکتوری ساخت شرکت بوش بود . شرکت بوش (BOSCH) عمده ترین تولید کننده سیستم های انژکتوری برای خودروهاست .این شرکت آلمانی همواره در این زمینه ازنظر تکنولوژی ، کیفیت ونوآوری پیشتاز بوده وهمواره بهترین سیستم های جانبی موتورهای درونسوز احتراق تراکمی واحتراق جرقه ای راتولید می کند وتاکنون بیشترین بار پیشرفت سیستم های سوخترسانی انژکتوری ،تزریق سوخت ومدیریت موتورومدیریت سوخت را برعهده داشته است .
دومین شرکت فعال دراین زمینه شرکت زیمنس هموطن آلمانی بوش است . زیمنس پس ازبوش فعال ترین شرکت است که با صرف هزینه وانرژی بسیار پیشروی خوبی دارد درزمینه تکنولوژی های نودارد .
ازدیگر شرکت های ارائه کننده این سیستم ها شرکت مگنتی مارلی وجانسون می باشد .
هم اکنون سیستم های انژکتوری تقریبا درتمام موتورهای درونسوز ازکوچکترین موتورهای بنزینی موترسیکیلت های 125cc با10 اسب بخارنیرو تا بزرگترین وقویترین موتورهای دیزل کشتی های اقیانوس پیما با حجم موتور 24 مترمکعب وقدرت 100 هزار اسب بخار قدرت (که می توانند 400،000 تن بارادردریا جابه جا کنند) وازموتورهایی که حداکثر دورمجاز آنها 2000 دوردر دقیقه است تا موتور اتومبیل های فرمول یک با دورموتور بالای 20 هزار دور دردقیقه نسب شده ودر سخت ترین شرایط بهترین بازده وکمترین آلودگی را برای موتورفراهم می کنند .
مطلب فوق تاریخچه سیستم های سوخترسانی درموتورهای بنزینی بود ،هرچند پیشرفت موتورهای بنزینی ودیزل انژکتوری به موازات هم ودر مواردی بسیار نزدیک وشبیه هم بود ولی تفاوت های بسیاری دربرخی مواقع داشته اند که باعث می شود تاریخچه سیستم های انژکتوری دیزل ازبنزینی جدا شود که درآینده به بررسی آن پرداخته خواهد شد . لطفا راجع به مطالب ارائه شده نظر دهید.
تفاوت موتورهای بنزینی كاربراتوری با انژكتوری علاوه بر وجود انژكتور بجای كاربراتور دارا بودن واحد مدیریت موتور یا به اختصار ECU ‌می باشد. در موتورهای كاربراتوری سیستم های مختلفی كه باید فعالیت می كردند تا یك موتور بتواند روشن شود و به كار خود ادامه دهد نظیر سیستم جرقه زنی – سوخترسانی –خنك كننده و...مستقل عمل می كردند ولی در موتورهای انژكتوری با كنترل الكتریكی تمام سیستم های یك موتور زیر نظر واحد مدیریت موتورECU عمل می كنند. واحد مدیریت موتور با دریافت اطلاعات مورد نیاز خود با سرعت 1000 بار در ثانیه توسط حسگرها از ابزارها واجزای مختلف ومحیط و پردازش آنها اقدام به تعیین شرایط پاشش سوخت و زمان جرقه زنی می كند. واحد بودن مركز تصمیم گیری در یك موتور( كه یك هدف را با وجود دارا بودن اجزاء مختلف دنبال می كنند) این مزیت را دارد كه تمام موتور هماهنگ تر عمل كند.

مقدمه:

انژکتورinjector که معادل فارسی آن افشانه یا اسپره کننده است دراوایل قرن بیستم توسط رابرت بوش بنیانگذار کمپانی عظیم بوش (bosch) درآلمان اختراع شد. انژکتور هرچند امروزه درتمام موتورهای درونسوز شامل بنزینی ودیزل -گازسوزودوگانه سوز کابرد دارد ولی در ابتدا صرفاً برای استفاده درموتورهای دیزل طراحی شد. انژکتور درواقع نقطه تمایز موتور دیزل با بنزینی است واساس موتردیزل راتشکیل می دهد. بطور خلاصه می توان گفت انژکتور در واقع یک شیر پودر کننده سوخت بر روی هوای ورودی(موتور بنزینی) یا متراکم شده( موتور دیزل) می باشد.انژکتور های الکترومقناتیسی که در موتورهای جدید استفاده می شوند بطور هوشمند توسط واحد مدیریت موتور (ECU)کنترل می شوند . از دیگر شرکتهای مهم سازنده انژکتور زیمنس می باشد.

آشنایی باتاریخچه سیستم های سوخترسانی انژکتوری در موتورهای دیزل

تنها تفاوت موتوردیزل وبنزینی برای سالها فقط سیستم سوخترسانی انژکتوری بود که مخصوص موتوردیزل بود ودرسایر سیستم ها هردونوع موتور تقریبا عین یکدیگر هستند. با این حال بیان تاریخچه ای مستقل برای سیستم سوخترسانی موتور دیزل لطف دیگری دارد . موتوردیزل اختراع رودولف دیزل دراواخر قرن 19 میلادی است . ایده موتوردیزل درجوانی به ذهن رودولف رسید وتاآخرعمر برای تحقق آن تلاش کرد . هرچند ایده اولیه آن کاملا مطعلق به دیزل نیست ولی این رودولف دیزل بود که این ایده را کامل کرد وبه عمل رساند . کمپرس هوای خالص وبدون هیچگونه سوخت تا مرز دمای احتراق سوخت وسپس تزریق سوخت بصورت پودر درهوای بسیار داغ وفشرده هنوز هم بعد ازگذشت یک قرن ایده ناب وکاملی است برای داشتن بهترین احتراق با حداکثر راندمان درعمل وحداقل آلودگی بصورت گازهای سمی . دریک موتوردیزل هواحداقل باید تا یک هفدهم کمپرس شود ؛ تزریق سوخت مایع به دورن محفظه ای با این فشار کار بسیارمشکلی است بخصوص که سوخت تزریق شده باید بصورت پودر باشد وهمچنین زمان دقیق اسپره کردن سوخت تاثیر حیاتی در کارکرد موتور دیزل دارد . تزریق سوخت باچنین شرایطی درهوایی با900 درجه سانتیگراد دما است که پس ازتزریق دما تا2200 درجه نیز می رسد. فراهم آوردن ابزار سوخترسانی برای چنین ایده ای سالها ازوقت رودولف راگرفت پس ازآنکه تمام سالهای جوانیش راصرف تحقیق درزمینه نوع سوخت وشرایط چنین احتراقی کرد.