آشنایی با سیستم سوخت رسانی خودرو و اجزای آن‌

اتومبیل برای حرکت کردن به چه چیز نیاز دارد؟ قطعا پاسخ اول همه ما سوخت است. خب این سوخت چطور به موتور خودرو می‌رسد تا آن را تبدیل به انرژی مکانیکی کرده و اتومبیل را به حرکت درآورد. این همان کاری است که سیستم سوخت رسانی خودرو انجام می‌دهد. سیستم سوخت‌رسانی یا سیستم تزریق سوخت در خودرو وظیفه‌ای شبیه به سیستم گردش خون در بدن را دارد.

یعنی موظف است انرژی لازم برای عملکرد بخش‌های مختلف خودرو را تامین کند. بنابراین این سیستم یکی از حیاتی‌ترین سیستم‌های فنی یک اتومبیل محسوب می‌شود و سلامت و کیفیت عملکرد آن تاثیر مستقیم بر بازده خودرو و دیگر سیستم‌های آن می‌گذارد. می‌خواهیم با هم جزئیات بیشتری از این سیستم را به همراه انواع آن بررسی کنیم.

وظایف سیستم سوخت رسانی خودرو

وظیفه‌ سیستم سوخت‌رسانی در خودروها تزریق مخلوط هوا و سوخت بهینه شده به موتور خودرو است. این کار باید متناسب با شرایط عملکردی موتور در هر لحظه انجام شود. به این معنی که، سوخت رسانی باید متناسب با شرایط مختلف موتور در طول حرکت انجام شود. یعنی در زمان‌های استارت اولیه و هنگامی که موتور سرد است، فاز پس از استارت و گرم شدن موتور، موقع به حرکت در آمدن و شتاب‌گیری خودرو، موتور نیاز دارد که سوخت با سرعت‌های متفاوتی درون آن تزریق شود و سیستم سوخت‌رسانی باید این سرعت‌ها را ضمن تزریق تنظیم کند.

تاریخچه‌ استفاده از سیستم‌های سوخت‌رسانی در خودروها به دهه‌ ۸۰ قرن هجدهم بازمی‌گردد. اما گسترش این سیستم‌ها و پیشرفت عملکرد آن‌ها از دهه‌ی ۲۰ قرن نوزدهم توسط کمپانی بوش کلید خورد.

انواع سیستم سوخت رسانی خودرو

سیستم‌های سوخت‌رسانی به ۲ دسته کلی کاربراتوری و انژکتوری تقسیم می‌شود. سیستم‌های کاربراتوری تنها سیستم رایج تا پیش از ۱۹۸۰ بودند. اما از دهه‌ ۸۰ میلادی به بعد، خودروسازان به فکر مدیریت بهینه‌ سوخت در خودرو و به دنبال آن مدیریت عملکرد موتور به طور گسترده‌تر افتادند. چرا که در غیر این صورت، قادر به سازگاری با قوانین زیست محیطی نبودند و صنعت خودروسازی آسیب جدی در مواجه با این قوانین می‌دید.

همچنین سیستم‌های قدیمی قادر به تامین نیاز‌های موتورهای جدید‌تر نبودند. بنابراین سیتم‌های انژکتوری پا به این عرصه گذاشتند. تفاوت عمده‌ این دو سیستم در نحوه‌ تزریق سوخت درون سیلندرها است. سیستم‌های انژکتوری سوخت را به صورت ذرات بسیار ریز درون سیلندر می‌پاشند، در حالی که سیستم‌های کاربراتوری سوخت را درون سیلندر می‌ریزند.

۱. سیستم‌ سوخت رسانی کاربراتوری

اساس کار این سیستم بر قرار گرفتن اصلی‌ترین قطعه‌ آن یعنی کاربراتور در وسط منیفولد هوا است. (منیفولد هوا یا منیفولد ورودی، قطعه‌ای است که وظیفه‌ هدایت مخلوط هوا و سوخت را به داخل محفظه‌ی احتراق یا همان سیلندر بر عهده دارد.) کاربراتور منجر به ایجاد خلاء و ورود هوا در هنگام مکش سوخت درون سیلندرها می‌شود و مخلوط سوخت و هوای آماده‌ احتراق برای موتور تامین خواهد شد. قطعات اصلی این سیستم شامل این موارد می‌شود:

∗باک بنزین

∗ پمپ بنزین

∗ لوله‌های سوخت رسانی

∗ فیلتر بنزین

∗ کاربراتور

∗ شیر اطمینان

بنابر آن‌چه گفته شد، اصلی‌ترین بخش این سیستم کاربراتور است که وظیفه‌ تهیه‌ مخلوط هوا و سوخت را متناسب با شرایط مختلف موتور بر عهده دارد.

حتما بخوانید: آشنایی با سیستم برق خودرو و اجزای آن

• نحوه‌ کار کاربراتور و انواع آن

همانطور که گفته شد، محل قرارگیری کاربراتور میانه‌ منیفولد هوا است. هنگامی که پیستون در سیلندر به سمت پایین حرکت می‌کند، دریچه‌ گاز کاربراتور باز می‌شود و هوا از طریق پمپ مخصوصش از این دریچه وارد کاربراتور شده، درون بدنه‌ آن با سوخت مخلوط و سپس مخلوط سوخت و هوا به درون سیلندر تزریق می‌شود. در ورودی دریچه‌ گاز کاربراتور، قطعه‌ای به نام ونتوری وجود دارد که در هوای وارد شده ایجاد خلاء می‌کند. این خلاء باعث مکش سوخت از ژیگلور کاربراتور می‌شود. ژیگلور، مخزن سوخت درون کاربراتور است. سوخت از طریق لوله‌های سوخت رسانی به درون این مخزن منتقل می‌شود. این لوله‌ها نیز به پمپ بنزین متصل هستند که عمل مکش سوخت را از باک انجام می‌دهد. بنابراین قطعات اصلی هر کاربراتور را محفظه و صفحه‌ گاز، محفظه و صفحه‌ ساسات،‌ بدنه، محفظه‌  راه‌انداز و ونتوری یا پمپ شتاب ‌دهنده تشکیل می‌دهد. کاربراتورها به سه دسته تقسیم می‌شوند:

– کاربراتور با جریان هوا از بالا به پایین:

کاربراتورهایی که از نیروی جاذبه برای جریان مخلوط سوخت و هوا به داخل موتور کمک می‌گیرند. این کاربراتورها هنوز هم در برخی خودروها استفاده می‌شوند.

– کاربراتور با جریان هوا از پایین به بالا:

 این کاربراتورها که استفاده از آن کاملا منسوخ شده است، سوخت را به صورت جامد وارد موتور می‌کرد. عملکرد این کاربراتورها، در هوای سرد به شدت ضعیف بود.

– کاربراتور با جریان هوای افقی:

این نوع کاربراتور که دارای ونتوری ثابت و متغیر است در خودروهای قدیمی‌تر مانند پیکان مورد استفاده بود.

• معایب سیستم‌ سوخت رسانی کاربراتوری

اینکه کاربراتور تا ۱۹۶۰ میلادی تقریبا در تمام سیستم‌های سوخت رسانی مورد استفاده بود و پس از آن به دنبال پیشرفت صنعت خودروسازی و ابداع سیستم‌های انژکتور، به تدریج کنار گذاشته شد نشان از این دارد که این  نوع سیستم‌ها ضعف‌هایی غیرقابل چشم‌پوشی و لاینحل دارند. برخی از این معایب و ضعف‌ها را به اختصار بررسی می‌کنیم؛

– تولید مخلوط نامتناسب از سوخت و هوا: این نسبت که باید در شرایط خاص موتور، به میزان دقیق رعایت شود، در سیستم‌های کاربراتوری معمولا متناسب نبود. تنها در برخی شرایط این نسبت به شکلی که باید رعایت می‌شد.

– وابستگی شدید این سیستم به شرایط محیطی: تنظیم کاربراتورها، برای عملکرد صحیح و کارکرد متناسب آن‌ها، در هر زمان و مکانی که صورت بگیرد جوابگو است. به این معنی که، با تغییر ساعات و شرایط روز یا مکان و شرایط آب و هوایی، کاربراتور قدرت تنظیم خودکار با اوضاع جدید را ندارد. مانند مشکلات رایجی که مالکان خودروهای کاربراتوری هنگام روشن کردن‌ اتومبیل در زمستان یا صبح زود با آن‌ها مواجه بودند.

– توزیع نابرابر سوخت به سیلندرها: از آن‌جا که در این سیستم‌ها توزیع سوخت بین سیلندرها مستقیم از طریق کاربراتور و بدون دخالت عاملی تنظیم‌کننده انجام می‌شود، سوخت به سیلندرهای نزدیک کاربراتور بیشتر ریخته می‌شود و کمتر بودن سوخت در سیلندرهای دورتر به این دلیل، بالانس موتور را دچار اختلال می‌کند.

– وابستگی به نوع بنزین: تنظیم کاربراتور، علاوه بر زمان و مکان، به نوع بنزین نیز وابسته است و با تغییر اکتان بنزین مصرفی، کاربراتور قادر به تجدید خودکار تنظیماتش نیست. بنابراین تغییر کیفیت بنزین  پس از تنظیم کاربراتور، عملکرد آن را مجددا تضعیف می‌کند.

به غیر از این نقاط منفی، کاربراتورها مشکلاتی از قبیل خفه کردن کاربراتور، قفل گازی و مشکل پیچیدگی تنظیمات و تعمیرات را هم دارند.

۲. سیستم‌ سوخت رسانی انژکتوری

سیستم‌های انژکتوری به دلیل بهبود عملکرد موتور، تقریبا در حال همه‌گیر شدن در صنعت خودروسازی هستند. این سیستم‌ها در واقع مانند یک سرنگ، عمل پاشش سوخت را درون سیلندرها انجام می‌دهند. سیستم سوخت‌رسانی انژکتوری برای اولین بار در دهه‌ ۵۰ میلادی توسط شورولت و پونتیاک مورد استفاده قرار گرفت. سپس بنز اولین خودروی بنزینی انژکتوری خود را عرضه کرد. اما این‌ها نمونه‌هایی از انژکتورهای مکانیکی را همراه داشتند و اولین خودرو با انژکتور الکتریکی را کرایسلر به جهان معرفی کرد. اجزای اصلی این سیستم عبارتند از:

∗ سنسور دریچه‌ گاز:

میزان دقیق سوخت برای شرایط موتور به کمک این سنسور اندازه‌گیری می‌شود.

∗ سنسور دمای هوا:

این سنسور دمای هوا را که در میزان سوخت و شرایط موتور موثر است اندازه‌گیری می‌کند.

∗ سنسور فشار هوا:

این سنسور میزان فشار هوای ورودی به موتور را در شرایط مختلف اندازه‌گیری می‌کند. میزان باز و بسته بودن درچه‌ گاز از طریق گزارش این سنسور تنظیم می‌شود.

∗ سنسور دور موتور:

این سنسور که دارای یک میدان مغناطیسی است، دور موتور را اندازه گیری می‌کند تا زمان دقیق جرقه‌زنی توسط شمع‌ها مشخص شود.

حتما بخوانید: علائم خرابی گیربکس؛ ۱۱ نشانه وجود اختلال در گیربکس ماشین

∗ سنسور ضربه:

در صورت احتراق ناقص در موتور، ضربه‌هایی به موتور وارد می‌شود. این سنسور وظیفه‌ گزارش این ضربه‌ها و در نتیجه احتراق ناقص درون سیلندر را دارد.

∗ سنسور دمای آب:

دمای آب موتور توسط این سنسور اندازه‌گیری می‌شود. در صورت دمای بیش از حد آب موتور، سیستم خنک‌کننده فعال می‌شود و در صورت سرد بودن، حالت ساسات ایجاد می‌شود. همچنین میزان و زمان پاشش سوخت در دمای بالای آب موتور از طریق گزارش این سنسور مشخص می‌شود.

∗ سنسور اکسیژن:

میزان اکسیژن گازهای خروجی از موتور توسط این سنسور اندازه‌گیری می‌شود. این کار از خام‌سوزی موتور و تولید آلودگی بیش از حد آن جلوگیری می‌کند. به این ترتیب که زیاد بودن اکسیژن درون گازها نشان از رقیق بودن سوخت است و کم بودن اکسیژن علامت غلظت آن. با گزارش این سنسور، میزان دقیق سوخت برای عملکرد بهتر موتور مشخص می‌شود.

∗ انژکتور:

این قطعه بخش الکتریکی-مکانیکی سیستم سوخت‌رسانی انژکتوری است و همان‌طور که از اسمش مشخص است اصلی‌ترین قطعه‌ این نوع سیستم سوخت رسانی است. این قطعه پاشش میزان دقیقی از سوخت را به پشت ورودی سیلندر انجام می‌دهد.

حتما بخوانید: آشنایی با سیستم اگزوز و عملکرد آن

∗ کویل دوبل:

این قطعه در سیستم‌های انژکتوری بدون دلکو دیده می‌شود و عمل جرقه‌زنی را انجام می‌دهد. امروزه برای هر سیلندر یک کویل مورد استفاده قرار می‌گیرد و جرقه‌زنی به صورت تکی انجام می‌شود.

∗ دلکو:

وظیفه‌ تنظیم احتراق را بر عهده دارد. دلکو این کار را از طریق کمک به کویل در ایجاد جریان قوی‌تر برق و انتقال این جریان به سیلندرها انجام می‌دهد. دلکو جریان برق را بین سیلندرها برای جرقه‌زنی در آن‌ها تقسیم می‌کند.

پمپ، لوله‌های سوخت‌رسانی، فیلتر سوخت،‌ ریل سوخت، منیفولد هوا و بدنه، واحد کنترل الکتریکی(ECU)، رگلاتور فشار شکن، سوئیچ اینرسی و پتانسیومتر دریچه‌ گاز از دیگر قطعات این سیستم هستند. همه‌ گزارش‌های سنسورهای سیستم سوخت رسانی انژکتوری به ECU خودرو یا همان کامپیوتر منتقل می‌شود و در این بخش میزان دقیق سوختی که باید توسط انژکتور به درون سیلندرها پاشیده شود مشخص می‌گردد. همچنین سنسورها گزارش خرابی‌های احتمالی را از این طریق به ECU می‌رسانند.

• نحوه‌ کار سیستم سوخت رسانی انژکتوری و انواع آن

در این سیستم سوخت توسط پمپ که می‌تواند الکتریکی یا مکانیکی باشد به داخل لوله‌های انتقال و ریل سوخت با فشار زیاد تزریق و به انژکتور منتقل می‌شود. انژکتور که در این سیستم مانند یک سرنگ تزریق عمل می‌کند سوخت را به صورت پودری از طریق سوزن خود درون سیلندر هوا می‌پاشد. به این ترتیب ترکیب سوخت و هوای مورد نیاز موتور برای احتراق تامین می‌شود.

میزان سوخت و مدت زمان پاشش آن توسط انژکتور به درون سیلندر را ECU یا همان کامپیوتر اتومبیل با توجه به اطلاعات دریافتی از سنسورها به صورت دقیق مشخص می‌کند. حلقه‌ پاشش سوخت توسط انژکتور از کمترین تا بیشترین زاویه قابل تغییر است و  به این ترتیب میزان سوخت تزریق شده درون سیلندرها و غلظت آن تنظیم می‌شود. سیستم سوخت‌رسانی انژکتوری نیز انواع مختلفی دارد که به دو دسته‌ کلی مکانیکی و الکتریکی تقسیم می‌شوند. استفاده از سیستم‌های سوخت رسانی مکانیکی-انژکتوری سال‌هاست که در صنعت خودروسازی منسوخ شده است. اسامی و نحوه‌ این سیستم‌ها به شرح زیر هستند؛ ‌

 

– سیستم‌های مکانیکی-انژکتوری

 

♦ سیستم کا-جترونیک (K-Jetronik): این سیستم که ابتدایی‌ترین نوع سیستم سوخت‌رسانی است توسط کمپانی بوش ابداع شد و در آن تزریق سوخت به صورت مکانیکی و مداوم و پیوسته انجام می‌شود. در این سیستم تنها انژکتور جایگزین کاربراتور در سیستم‌های سوخت رسانی کاربراتوری شده و در آن خبری از ECU و سنسورهای حساس آن نیست.

♦ سیستم کا‌ای-جترونیک (KE-Jetronik ): نمونه‌ پیشرفته‌تر سیستم کا-جترونیک که در آن پاشش سوخت انژکتور به صورت مکانیکی و منقطع توسط واحد کنترل سیستم تنظیم می‌شود. در این سیستم واحد کنترلی وجود دارد که الکتریکی نیست و سنسورهای حساس ECU را ندارد.

حتما بخوانید: زمان تعویض تسمه تایم و نشانه‌هایی که باید جدی بگیرید

 

– سیستم‌های الکتریکی-انژکتوری (EFI)

 

♦ سیستم ال-جترونیک (L-Jetronik ): در این سیستم انژکتور که هیچ ارتباط مکانیکی با موتور ندارد، سوخت را به صورت تناوبی داخل منیفولد هوا تزریق می‌کند. انژکتور در این سیستم تنها با ECU در ارتباط است.

♦ سیستم‌های ال‌اچ-جترونیک (LH-Jetronik): فرمی پیشرفته‌تر از سیستم ال-جترونیک است که در آن درصد اختلاط هوا و سوخت به صورت دقیق‌تر اندازه‌گیری می‌شود.

♦ سیستم پاشش سوخت تک نقطه‌ای (SPFI): در این سیستم از یک انژکتور برای عمل پاشش استفاده می‌شود و زمان پاشش برای رسیدن سوخت به هر ۴ سیلندر طولانی‌تر خواهد شد. این میزان و زمان که توسط ECU مشخص می‌شود توسط منیفولد ورودی در سیلندرها تقسیم می‌شود. تفاوت این سیستم با قبلی‌ها شرایط متناسب‌تر سوخت با وضعیت موتور است که توسط ECU تنظیم می‌شود.

♦سیستم پاشش سوخت چند نقطه‌ای (MPFI): در این سیستم برای هر سیلندر از یک انژکتور استفاده می‌شود و انژکتورها که بر روی ریل سوخت‌رسانی تعبیه شده‌اند سوخت را به پشت سوپاپ هوای ورودی سیلندر می‌پاشند. در این سیستم میزان تغییر حالات سوخت از زمان پاشش تا زمان احتراق بسیار کمتر از سیستم SPFI است در نتیجه احتراق بهتر صورت می‌گیرد. در حال حاضر این سیستم رایج‌ترین سیستم سوخت رسانی انژکتوری مورد استفاده در خودروها است.

♦ سیستم پاشش سوخت مستقیم (GDI): این سیستم نمونه‌ پیشرفته‌تر سیستم قبلی یعنی MPFI است و در آن سوخت مستقیما درون سیلندر پاشیده می‌شود و سوپاپ‌های هوای ورودی سیلندرها در آن حذف می‌شوند. این سیستم به دلیل هزینه‌ بالای تولید و حساسیت قطعات، بیشتر در خودروها فرمول یک و مسابقه‌ای و یا تولیدات لوکس و گران‌قیمت استفاده می‌شود.

• مزایای استفاده از سیستم‌های انژکتوری

پیشتر برخی برتری‌های این سیستم را نسبت به سیستم‌های قدیمی‌تر ذکر کردیم. اکنون به تفصیل این مزایا و برتری‌ها را بررسی می‌کنیم.

– افزایش بازده موتور: به دلیل ترکیب دقیق هوا و سوخت برای شرایط مختلف موتور، راندمان آن با این سیستم بهبود چشم‌گیری دارد. در واقع در این سیستم با بالا رفتن راندمان حجمی و حرارتی موتور، گشتاور نیز تا ۱۵ درصد بالا رفته و عملکرد موتور بهتر می‌شود.

– بیشتر شدن سرعت شتاب‌گیری: این مزیت که هم در نوع پاشش چند نقطه‌ای و هم تک‌نقطه‌ای مشاهده می‌شود به دلیل سرعت عمل مطابقت شرایط سوخت و درصد اختلاط آن با هوا با وضعیت موتور اتفاق می‌افتد. البته این مزیت در سیستم‌های چند نقطه‌ای تزریق مستقیم بیشتر و محسوس‌تر مشاهده می‌شود، چرا که در این روش با پاشش مستقیم سوخت درون سیلندرها، مشکل تغلیظ سوخت و زمان لازم برای اندازه‌گیری این درصد وجود ندارد.

– استارت بهتر در هوای سرد: در سیستم انژکتوری، ECU به کمک سنسورهای دمای هوا و دور موتور، مقدار سوخت متناسب با درجه حرارت و دور موتور را مشخص می‌کند و شرایط مناسب آن را برای پاشش توسط انژکتور تنظیم می‌نماید. همین امر موجب شده که در دمای پایین مشکلی برای استارت خوردن و روشن شدن خودرو به وجود نمی‌آید.

حتما بخوانید: محاسبه افت قیمت خودرو و عوامل موثر بر آن

– مصرف سوخت کمتر: مشخص کردن میزان دقیق سوخت مورد نیاز موتور، در شرایط مختلف تاثیر مستقیم بر جلوگیری از هدر رفت سوخت دارد. این میزان توسط اطلاعات مربوط به کارکرد موتور مانند سرعت، درجه‌ حرارت و بار موتور، درصد گشودگی دریچه‌ گاز در سیستم‌های انژکتوری به صورت صحیح مشخص و تنظیم می‌شود.

– کاهش درصد آلایندگی خودرو: این مزیت نتیجه‌ ثابت نگه داشتن درصد سوخت-هوا در مخلوط این دو است. تثبیت این درصد نیز توسط سنسورها و گزارش‌های دقیق آن‌ها تنظیم می‌شود. این علت که مهم‌ترین عامل ابداع سیستم‌های سوخت رسانی انژکتوری بوده، تعیین‌کننده‌ اصلی استانداردهای آلایندگی یک خودرو است.

توزیع یکنواخت سوخت در سیلندرها، افزایش سقف قدرت خروجی خودرو، پاسخ سریع‌تر به دریچه‌ گاز خودرو، قطع سوخت‌رسانی در فاز شتاب منفی از دیگر مزایای این نوع سیستم‌ها هستند.

معایب سیستم‌های انژکتوری را می‌توان تنها در گران بودن قطعات سیستم، حساس‌تر بودن آن‌ها و نیاز بیشتر به مراقبت، تعمیر سخت‌تر و پردردسرتر آن‌ها و نیاز‌شان به فیلتر سوخت باکیفیت‌تر دانست.

تفاوت خودروهای انژکتوری دیزلی و بنزینی

در سیستم‌های انژکتوری دیزلی احتراق سوخت و جرقه‌زنی درون سیلندرها و به صورت خود به خودی صورت می‌گیرد. به این ترتیب که با ورود هوا درون سیلندر و بالا رفتن تراکم و دمای آن، شرایط انفجار گازوئیل فراهم می‌شود. در همین زمان عمل پاشش انجام شده و با احتراق سوخت پیستون به حرکت درآمده و موتور شروع به کار می‌کند. اما در خودروهای بنزینی مخلوط سوخت و هوا با هم وارد سیلندر می‌شوند و عمل احتراق از طریق سیستم جرقه‌زنی و شمع‌ها انجام می‌شود. به این ترتیب در خودروهای دیزلی نیاز به تراکم بالاتر هوای درون سیلندرها نسبت به خودروهای بنزینی است.

همچنین در خودروهای دیزلی از هوای محیط برای مکش درون سیلندرها استفاده می‌شود اما در خودروهای بنزینی سیستم سوخت رسانی وهوارسانی مجزایی وجود دارد که نتیجه تلفیق کار آن‌ها مخلوط گاز و سوخت وارد شده به درون سیلندرها است. تنظیم زمان جرقه زنی شمع‌ها و درصد مخلوط هوا و سوخت درون سیلندرها بر عهده‌ ECU است.

در نهایت اینکه موتورهای دیزلی توان بیشتری نسبت به موتورهای بنزینی تولید می‌کنند اما درصد آلایندگی بیشتری هم دارند. لازم به ذکر است، مزدا موتور در سال‌های اخیر اقدام به طراحی و ساخت موتوری بنزین سوز با نحوه‌ عملکرد موتورهای دیزلی کرده است. این موتور در برخی محصولات جدید این خودروساز استفاده شده و بازده خوبی داشته است. مزیت این موتور به موتورهای بنزینی معمولی کاهش مصرف سوخت آن‌ها است.