سيستم سوخت‌رساني انژكتوري و حسگر‏هاي آن

سيستم سوخت‌رساني انژكتوري

مهم‏ترين عاملي كه سبب شد سازندگان خودرو در ساخت سيستم سوخت‏رساني خودروهاي خود از سيستم انژكتور به جاي كاربراتور استفاده كنند، مزيت سيستم سوخت‌رساني انژكتوري براي دستيابي به استانداردهاي آلودگي مصرف سوخت بود. اين واقعيت را نبايد فراموش كرد كه سيستم سوخت‏رساني انژكتوري از تمامي جهات نسبت به كاربراتور، برتري دارد. سيستم سوخت‏رساني انژكتوري هرگز دچار خفگي نمي‌شود و ذرات بسيار ريز سوخت را مستقيماً به درون موتور اسپري مي‏كند. با اين روش، بيشتر مشكلات استارت سرد موتور كه مربوط به عملكردكاربراتور است، از ميان مي‏رود. همچنين، سوخت‏رساني انژكتوري- الكترونيكي، در مقايسه با كاربراتور مكانيكي، بسيار راحت‏تر با سيستم‏هاي رايانه‏اي كنترل موتور همراه و هماهنگ مي‏شود. در سيستم سوخت‏رساني انژكتوري چند ورودي، هرسيلندر داراي انژكتور مخصوص به خود بوده و مخلوط يكنواخت‏تري از سوخت و هوا را به هريك از سيلندرهاي موتور مي‏رساند. درنتيجه، باعث بهبود توان و عملكرد موتور مي‏شود. يكي ديگر از انواع انژكتورها، سيستم انژكتوري پي‏در‏پي سوخت است. در اين سيستم، شليك هريك از انژكتورهاي منفرد به‏طور جداگانه توسط رايانه كنترل و براساس توالي جرقه‏هاي موتور، زمان بندي شده است. اين امر باعث بهبود توان موتور و كاهش ميزان آلودگي خواهد شد. بنابراين دلايل بسيار ارزشمندي ازلحاظ مهندسي، براي استفاده از انژكتور به جاي كاربراتور وجود دارد.

سيستم‏هاي سوخت رساني انژكتوري اوليه، مكانيكي و بسيار پيچيده‏تر از كاربراتورها بودند. در نتيجه بسيار گران بوده و موارد استفاده از آنها محدود بود. در 1957، شركت شورولت، سيستم سوخت‏رساني انژكتوري مكانيكي روچستر را معرفي كرد كه تا 1967 يكي از ويژگي‏هاي بارز مدل "كوروت" به‏شمار مي‏رفت.

كشورهاي اروپايي، از لحاظ كاربرد تكنولوژي انژكتور، بروزتر و پيشتاز هستند. شركت بوش در اواخر دهه 1960 و اوايل دهه 70، اولين سيستم الكترونيكي را روي موتور فولكس واگن مدل اسكواربك ارائه كرد.

با آغاز دهه 1980 تقريباً تمام خودروسازان اروپايي از برخي انواع سيستم سوخت‏رساني انژكتوري چند ورودي شركت بوش استفاده مي‏كردند. در نيمه دهه 1980، شركت‏هاي خودرو‏سازي امريكايي درگذار از كاربراتورهاي الكترونيكي به سيستم سوخت‏رساني انژكتوري، ج‍زو اولين شركت‏هايي بودند كه به‏ عنوان راه حلي موقت، به سيستم انژكتوري Throttle body روي آوردند. اين سيستم كه به اختصار آن را TBI مي‏نامند، مشابه كاربراتور بوده، اما در آن از كاسه بنزين، شناور، سوپاپ سوزني، لوله ونتوري، ژيگلور سوخت و پمپ شتاب‌دهنده يا خفگي، خبري نيست. دليل عدم نياز به اين قطعات در سيستم TBI اين است كه سوخت به جاي كشيده شدن توسط خلاء ورودي، به طور مستقيم به درون منيفولد ورودي افشانده مي‏شود. اين سيستم، از محفظه‏اي گلويي با يك يا دو انژكتور و يك رگلاتور فشار تشكيل مي‏شود.

فشار سوخت نيز توسط پمپي الكترونيكي فراهم مي‏شود. اين سيستم، از لحاظ نصب، نسبتاً ساده است و مشكلات اندكي دارد، اما از تمامي امتيازهاي سيستم سوخت‏رساني انژكتوري تمام عيار نظير سيستم انژكتوري پي‏درپي برخوردار نيست.

پس از TBIها، گام بعدي در روند توسعه سيستم‏هاي انژكتوري، سوختپاشي چند ورودي بود. هر سيلندر در موتورهاي مجهز به اين سيستم، داراي سوختپاشي مجزاست كه در منيفولد ورودي يا در سيلندر و درست بالاي دريچه ورودي نصب مي‏شود. با وجود اين سيستم در خودرو، يك موتور 4سيلندر داراي4 انژكتور، 6 سيلندر6 انژكتور و 8 سيلندر 8 انژكتور خواهد بود. سيستم انژكتوري چند ورودي، به‏دليل برخورداري از انژكتورهاي بيشتر، بسيار گران‏تر از ديگر سيستم‏هاست. درنظر گرفتن انژكتور جداگانه براي هريك از سيلندرها، باعث ايجاد تفاوت‏هايي آشكار در عملكرد موتور مي‏شود. در دو موتور يكسان، يكي داراي سيستم سوخت‏رساني انژكتوري چند ورودي و ديگري داراي سيستم TBI، به دليل توزيع سيلندر به سيلندر سوخت در حالت اول، توان خروجي 10 تا 40 اسب بخار بيشتر خواهد بود. همچنين تزريق مستقيم سوخت به دريچه‏هاي ورودي، نيازبه پيش‌گرم كردن منيفولد ورودي را بر‏طرف مي‏كند. اين مسئله، آزادي عمل بيشتري در تنظيم لوله‏كشي ورودي سوخت به منظور توليد بيشترين گشتاور موتور فراهم مي‏كند. همچنين، نياز به پيش‌گرم شدن هواي ورودي، ازطريق عبورهوا از ميان يك بخاري در اطراف منيفولد خروجي نيز برطرف خواهد شد. در واقع، تفاوت‏هاي ديگري در سيستم‏هاي انژكتوري چند ورودي وجود دارد كه يكي از آنها ضرباهنگ انژكتورهاست. دربرخي سيستم‏ها، تمامي انژكتورها به يكديگر سيم‏كشي شده و به‏طور همزمان در هر چرخش ميل‌لنگ، يك‌بار پاشش مي‏كنند. در انواع ديگر، انژكتورها به‏طور جداگانه سيم‏كشي شده‏ و به نوبت پاشش مي‏كنند. اين روش، نيازمند لوازم كنترل الكترونيكي گران قيمت است، اما با ايجاد تغييرات سريع‏تر در مخلوط سوخت و هوا، عملكردي بهتر دارد و واكنش مناسب‏تري به پدال گاز نشان مي‏دهد.

انژكتور كثيف و تمييز كردن آن

استفاده از واژه كثيف در اين مورد، غلطي مصطلح است. انژكتورها به ندرت با كثيفي مسدود مي‏شوند. آنها معمولاً به دليل انباشت رسوب‏هاي روغن موجود در سوخت، دچار گرفتگي يا تنگي مي‏شوند. اين حالت، باعث كاهش ميزان سوخت افشانده شده توسط انژكتور مي‏شود و عامل عمده حركت ضعيف موتور و استارت نزدن، تعلل يا توقف كامل موتور است. انژكتور سوخت، درواقع يك سوزن افشاننده است. در انژكتورهاي مكانيكي، به‌هنگام افزايش فشار خط انتقال سوخت بر نيروي كششي كه سوپاپ را بسته نگه مي‏دارد، يك سوپاپ تحت فشار اجازه مي‏دهد تا سوخت به سوزن انژكتور فوران كند. در انواع الكترونيكي، زماني كه انژكتور توسط رايانه فعال شد، سيم‌پيچ تحت فشار، فنري براي باز كردن سوپاپ ميله‏اي يا توپي، فشار وارد كند. اين عمل، باعث اعمال فشار به سوخت در مسير حركت آن براي جاري شدن در ميان انژكتور و فوران از سوزن آن مي‏شود.

انژكتورها طراحي‏هاي گوناگوني دارند. در انژكتورهاي اوليه ساخت شركت بوش، از سوپاپ ميله‏اي استفاده شده است كه يكي از مستعدترين انواع براي گرفتگي است. در1989، شركت جنرال موتورز طرح جديد انژكتورهاي مولتك1 معرفي كرد كه سوپاپ توپي داشت.

به ادعاي جنرال موتورز، اين طراحي در برابر گرفتگي‏ها مقاومت بيشتري نشان مي‏دهد. ديگر انژكتور‏ها، از طراحي ديسك - سوپاپ برخوردارند و در برابر گرفتگي‏هاي رايج انژكتورها، مقاوم هستند. واقعيت اين است كه همه انژكتورها مي‏توانند دچار گرفتگي شوند. انژكتور ساخت هيچ كارخانه‏اي، در برابر اين مشكل مصون نيست. كوچكترين انباشت رسوب نيز مي‏تواند مشكل ايجاد كند زيرا سوراخ انژكتور بسيار كوچك است و براي بسته شدن جريان سوخت يا اختلال در حالت اسپري، به آلودگي زيادي نياز ندارد. انژكتور براي احتراق خوب بايد غبار مخروطي شكلي از سوخت توليد كند. فرسودگي يا رسوب در سوزن مي‏تواند نوارهايي از سوخت مايع ايجاد كند كه فرايند بخار شدن يا سوختن آن بخوبي انجام نمي‏شود. در واقع، اين حالت مي‏تواند باعث بروز مكث، مشكلات آلودگي و عملكرد نا مطلوب موتور شود.

انژكتور

- انژكتور مكانيكي

- انژكتور الكتريكي

انژكتور مكانيكي

اين نوع انژكتور در سيستم‏هاي انژكتوري بنزيني اوليه و معمولاً K-jetronic بوش، استفاده مي‏شده است. اين سيستم از سوزن انژكتور، بدنه انژكتور، سيت انژكتور به همراه فنر و بشقابي كه سوزن انژكتور را روي سيت آن مي‏فشارد، تشكيل شده است. در اين نوع انژكتور، فشار موجود در لوله انتقال سوخت، در اين مدل مستقيماً به انژكتور منتقل مي‏شود. گفتني است كه در اين سيستم، به تعداد سيلندرهاي موتور، لوله انتقال سوخت و انژكتور وجود دارد.

درصورت افزايش فشار لوله سوخت، (معمولاً بين 5/3 تا 5 بار) سوزن انژكتور از روي سيت خود بلند شده و به كمك ارتعاش سوزن باعث تزريق سوخت و اتميزه شدن آن مي‏شود. اين نوع انژكتور در دو گونه معمولي و با پوشش هوايي، استفاده مي‏شود. گونه‏هاي داراي پوشش هوايي از كيفيت پاشش و اتميزه كردن به مراتب بهتري (بويژه در هنگام كاركردن موتور درحالت درجا يا بار كم) برخوردارند.

اين نوع از انژكتور كه به گونه كاراند از سلونوئيدي معروف است، در بيشتر خودروهاي انژكتوري بنزيني صرف‏نظر از EFIا4 يا MPFIا5 بودن سيستم، استفاده مي‌شود.

دراين سيستم، تمامي انژكتورها به ريل مشترك سوخت رساني6 اتصال دارند و درون اين ريل، سوخت با فشاري بين 5/2 تا 3 بار وجود دارد. انژكتور در اين سيستم از بدنه (شامل سيم پيچ و راهنماي سوزن به همراه خود بدنه) و يك سوزن انژكتور، تشكيل مي‏شود كه اين سوزن به آرميچر داخل سلونوئيد انژكتور متصل است.

اگر سيم پيچ، تحريك نشده باشد (جرياني از آن عبور نكند) سوزن انژكتور به ‏وسيله يك فنر مارپيچي بر روي سيت خود فشرده مي‏شود. در صورت تحريك، سيم پيچ آرميچر (و به تبع آن سوزن) حدود 1/0 ميلي‌متر از روي سيت بلند شده و اين امكان را به سوخت مي‏دهد كه از ميان يك اريفيس كوچك، تزريق شود. سوزن انژكتور براي به‏دست آوردن بهترين حالت اتميزه كردن، مجهز به دنباله‏اي خاص است.

در بعضي از سيستم‌ها، انژكتورها با لوله مشترك سوخت يكپارچه ساخته مي‏شوند. در اين سيستم، سوخت از كنار وارد انژكتور شده و از جهت مقابل ورودي به لوله بعدي و در نتيجه به انژكتور بعدي مي‌رود. اين حالت، موجب كاهش تبخير و تشكيل حباب در سيستم به‌هنگام استارت زدن در حالت گرم مي‏شود. همچنين، نياز به سوخت جداگانه درمجراي ورودي انژكتور نيز مرتفع مي‏شود.

درسيستم‏هاي جديد سوخت‏پاشي مستقيم FSIا7 (گونه‏هائي كه سوخت مستقيماً به درون اتاق احتراق تزريق مي‏شود)، انژكتور از مكانيزم مشابهي استفاده مي‏كند با اين تفاوت كه فشار كاري سيستم بالاتر و دماي كاري و مقاومت انژكتور،بيشتر از حالت قبلي است.

در مورد موتورهاي CI (انژكتوري ديزل) نيز انژكتور به سه گروه اصلي تقسيم مي‏شود:

- انژكتور مكانيكي

- انژكتور مكانيكي با حسگر

- انژكتور الكتريكي

انژكتور مكانيكي

اين نوع از انژكتور در گونه اصلي انژكتور توپي‏دار و انژكتور نگهدار توليد مي‏شود.

گونه توپي‏دار، مجهز به يك سوزن نازل است كه در صورت افزايش فشار سوخت از حدي معين، توپي فشاري (و به تبع آن سوزن) از روي سيت خود بلند شده و با ارتعاش، موجب اتميزه شدن و تزريق سوخت مي‏شود. اين سوزن در انتهاي خود، يك دنباله تزريق براي كمك به اتميزه شدن بهتر مخلوط سوخت دارد. در اين سيستم، سوراخ تزريق به قطر حدود 8/0 تا 2 ميلي‌متر انتخاب مي‏شود. زاويه پاشش حداكثر 30 درجه و فشار گشايش انژكتور (فشار مورد نياز براي بازكردن سوزن) 110 تا 120 بار است. كاربرد اين سيستم، معمولاً در ديزل‏هاي كم فشار و مجهز به اتاقك احتراق گردابي مقدماتي (در ايران معروف به نيم ديزل) است.

گونه دوم يا انژكتور نگهدار، ازلحاظ طرز كار كلي و مكانيزم، مشابه گونه قبلي است با اين تفاوت كه براي تزريق با زاويه بيشتر، سوزن درون يك محفظه مخصوص قرار مي‏گيرد و دنباله تزريق نيز حذف مي‏شود. اين محفظه بسته به نوع انژكتور، عمل سوخت پاشي و اتميزه كردن سوخت را به دو روش انجام مي‏دهد:

ه كمك سوراخ استوانه‏اي

 به كمك سوراخ مخروطي

در هر دو سيستم كه از نظركار تقريباً مشابه يكديگرند، تعداد سوراخ‏هاي تزريق بسته به نوع انژكتور از يك تا 12 و قطر آنها از 2/0 تا 45/0 ميلي‌متر متغير است. زاويه پاشش حداكثر تا 180 درجه و فشار گشايش بين 150 تا 450بار است. كاربرد اين سيستم براي ديزل‏هاي پرفشار و تزريق مستقيم به درون اتاقك احتراق است.

هر دوگونه (توپي‏دار و نگهدار) به محفظه تعديل فشار، واشرهاي تنظيم فشار و لوله برگشت سوخت اضافي مجهز هستند.

انژكتور مكانيكي با حسگر

اين سيستم، نظير دوگونه قبلي انژكتور است با اين تفاوت كه يك حسگر الكتريكي، نقطه آغاز حركت واقعي سوزن را حس كرده و آن را براي مقايسه مقادير واقعي با مقادير برنامه‏ريزي شده، به سيستم كنترل موتور اعلام مي‏كند.

انژكتور الكتريكي

اين سيستم دقيقاً مشابه سيستم Common Rail خودروهاي بنزيني است و تمامي انژكتورها مستقيماً به يك ريل مركزي سوخت اتصال دارند. فشار موجود در ريل مركزي بين 1200 تا 1800 بار است.

هر انژكتور به كمك سيگنال الكتريكيارسالي از سوي سلونوئيد موجود بر روي انژكتور، تحريك شده و سوزن انژكتور براي تزريق از روي سيت خود بلند مي‏شود. تفاوت‏هاي اين سيستم با سيستم Common Rail بنزيني، درفشار تزريق سيستم و همچنين موقعيت قرارگيري انژكتور و توانايي آن براي كاركرد در شرايط كاري پرفشار با حرارت بالا و ارتعاشات بسيار بالا ست.

حسگرهاي به كار رفته در سيستم انژكتوري عبارتند از:

1. حسگر دماي هوا8

اين حسگر در مسير هواي ورودي به منيفولد هوا قرار گرفته و اطلاعات مربوط به دماي هوا و مقدار هواي ورودي به موتور را به واحد كنترل الكترونيكي ارسال مي‏كند. واحد كنترل، اين اطلاعات را براي تنظيم مقدار پاشش سوخت در منيفولد ورودي به‌كار مي‏برد. اين حسگر در واقع حسگر حرارتي و بيانگر نوعي مقاومت است كه با دماي هواي ورودي تغيير مي‏كند. براساس ولتاژ خروجي، رايانه موتور، دماي هواي ورودي را تعيين كرده و مطابق با آن ميزان سوخت تزريقي را تنظيم مي‏كند.

2. حسگر دماي آب9

اين حسگر بر روي سرسيلندر و منيفولد هوا قرار گرفته و اطلاعات مربوط به دماي آب خنك‌كننده را توسط يك مقاومت حساس در برابر حرارت به واحد كنترل موتور (براساس ولتاژ خروجي سنسور) ارسال مي‏كند تا ميزان گرم شدن موتور مشخص شود. در نتيجه، هنگامي كه موتور سرد است، مخلوط مناسبي از هوا و بنزين را فراهم مي‏كند.

3.حسگر فشار هواي منيفولد10

اين حسگر توسط يك شيلنگ، ميزان خلا داخل منيفولد را حس كرده و اختلاف ولتاژ را به واحد ECU ارسال مي‏دارد. اين حسگر بر روي بدنه خودرو در كنار ECU و شير برقي EGR قرار دارد. توسط اين دستگاه، اطلاعات نيازمندي‏هاي سوخت تعيين شده و دستور پاشش سوخت به انژكتورها ارسال مي‏شود. اين حسگر، 5 ولت ولتاژ دارد. تمامي حسگرهاي MAP به همين شيوه عمل مي‏كنند.

حسگر اكسيژن11

اين حسگر، مقدار اكسيژن گازهاي خروجي منيفولد را اندازه گرفته و ولتاژي مناسب با اكسيژن موجود در سيستم را كه نشانه رقيق يا غني‌بودن مخلوط است، به واحد ECU ارسال مي‏كند. ولتاژ كم، نشانه زياد بودن اكسيژن و ولتاژ زياد، نشانه كم‌بودن اكسيژن است. كنترل سوخت در اين سيستم، به روش حلقه بسته انجام مي‏شود. بنابراين، حسگر اكسيژن زماني فعال مي‏شود كه دماي موتور به حد نرمال رسيده باشد (300 درجه سانتي‌گراد). اين حسگر به تك‌سيم12 معروف است و تمامي اطلاعات از اين طريق به ECU منتقل مي‏شود. اين واحد، تزريق سوخت را حسب نياز موتورتغيير مي‏دهد. اين حسگر، در مسير جريان گازهاي خروجي نصب مي‏شود. با اطلاع از مقدار اكسيژن در گازهاي خروجي، ECU مقدار مخلوط سوخت و هوا را محاسبه خواهد كرد. واحد ECU از سيگنال‏هاي ارسال شده از حسگر O2 استفاده مي‏كند. روش استفاده از حلقه بسته، از اين ‏رو به كار مي‏رود كه موتور را تا حد امكان در نسبت استوكيومتريك (سوخت / هوا 7:1/14) نگه دارد.

5. حسگر وضعيت دريچه گاز13

اين حسگر، از مقاومت متغير دوراني تشكيل شده است و با گردش محور دريچه گاز، مقدار مقاومت تغيير كرده و باعث تغيير در ولتاژ خروجي حسگر موقعيت دريچه گاز مي‏شود. اين تغيير ولتاژ به ECU ارسال مي‏شود تا آن را از ميزان باز و بسته بودن دريچه گاز مطلع كند.

واحد ECU متناسب با درجه باز شدن دريچه گاز و يا به عبارتي ولتاژ خروجي حسگر، ميزان شتاب را تعيين مي‏كند و مطابق با آن، بهترين ميزان تزريق سوخت را انجام مي‏دهد. اتصال لغزنده اين حسگر با محور دريچه گاز، هم محور است و با كوچكترين حركت دريچه گاز، ميزان بازبودن آن را حس كرده و در اثر باز و بسته شدن دريچه گاز، ولتاژ خروجي از حسگر تغيير مي‏كند. به‌دليل اين تغيير، ولتاژ اطلاعات ECU ارسال شده و واحد كنترل موتور نيز مخلوط سوخت مورد نياز را محاسبه مي‏كند. اين حسگر بر روي دريچه گاز نصب مي‏شود.

 حسگر دور موتور و موقعيت زاويه ميل لنگ

اين حسگر، از ديسك فلزي تشكيل شده تا بر روي آن شكاف‏هايي در دور رديف شعايي با زاويه معلوم نسبت به يكديگر ايجاد شده است و ديسك را به چهار ناحيه با زاويه 90 درجه تقسيم مي‏كند.

دوعدد ديود نوري (LED) و فتوديود در مقابل اين شكاف‏ها قرار داده شده است و بر اثر گردش ديسك، هنگامي كه شكاف در مقابل ديود مربوطه قرار مي‏گيرد، با ولتاژ 5 ولت در خروجي حسگر ظاهر مي‏شود. به اين ترتيب، دور موتور و موقعيت زاويه‏اي را به واحد (ECU) هدايت مي‏كند. محل نصب حسگر، روي دلكو مي‏باشد. ECU، زمان جرقه را انتخاب كرده وهنگام روشن شدن موتور، زمان جرقه، توسط دلكو كنترل مي‏شود. وقتي موتور به كار افتاد، زمان جرقه به واحد كنترل ارسال شده و با روشن شدن موتور تعيين مي‏شود. هدف از زمانبندي مورد بحث اين است كه با تنظيم زمان جرقه مرتبط با نقطه مرگ بالا، حداكثر قدرت در موتور به‏دست آيد. آوانس كلي جرقه از روي محاسبه اطلاعات دريافت شده از حسگرهاي موتور كه بر زمانبندي جرقه تاثير مي‏گذارد، محاسبه مي‏شود. واحد كنترل موتور، اين اطلاعات را از حسگرهاي MAP و دور موتور، دريافت كرده و مقدار و زمان پاشش سوخت را نسبت به ميزان هواي ورودي، محاسبه مي‏كند.

 پانوشت‌ها:

1. Multec

2. Compression Ignition

3. Spark Ignition

4. Electronic Fuel Injection

5. Multi Point Fuel Injection

6. Common Rail

7. Fuel Stratified Injection

8. ATS: Air Temperature Sensor

9. CTS: Coolant Temperature Sensor

10 . MAP : Manifold Absolute Pressure

11 .Oxygen Sensor

12 . Ungeated

13 . TPS: Throttle Position Sensor