سيستم سوخت رساني انژكتوري بنزيني

اين مقاله به بررسي سيستم هاي تزريق سوخت بنزين در موتورهاي جرقه اي پرداخته است كه از دير باز مورد توجه سازندگان خودرو بوده است ودر اين راستا فعاليتهاي زيادي انجام شده است كه منجر به توليد انواع سيستمهاي سوخت رساني بنزيني انژكتوري Jetronic شده است .

مقدمه :

موتورهاي انژكتوري با سيستم سوخت تزريقي ابتدا براي موتورهاي ديزلي اختراع شد و توسط آلماني ها و به دستور هيتلر اصلاح گرديد تا بتواند مورد استفاده موتور هواپيما هاي ارتش هيتلري قرار گيرد .

مي توان گفت كه موتور كاربراتوري به نمونه انژكتوري برتري و ارجعيت دارد . ولي عدم استفاده از كاربوراتور و انتخاب انژكتور توسط آلماني ها به اين دليل بود كه استفاده از كاربوراتور در هواپيما در مناطق نامناسب تمايل زياد به توليد يخ دارد وهمچنين امتياز ديگر انواع انژكتوري تاثير ناپذير بودن عملكرد آن در حين انجام مانورهاي جنگي خطر ناك بود .

تبديل يك سيستم انژكسيون ديزل به سيستمي كه بنزين استفاده كند كاري بس مشكل است چون سوخت گازوييل كه يك روغن سبك وزن مي باشد باعث مي شود كه نوعي روغن كاري بين پمپ ها و سيلندر هاي سيستم انژكتوري انجام شود . در مقابل ، بنزين سوختي بي نهايت خشك است وبه كلي فاقد هر گونه قابليت روغن كاري مي باشد . بنابراين در تبديل از گازوييل به بنزين نياز به يك تحقيق بسيار دقيق در زمينه فلزهاي مورد استفاده در ساختمان پيستون ها و سيلندرها دارد كه نتيجه چنين عملي گران شدن هزينه ساخت مي باشد .

تزريق سوخت بنزين در موتورهاي جرقه اي بيشتر در مانيفولد هوا يا روي سوپاپ ورودي و بندرت در داخل سيلندر انجام مي شود .

مزاياي سيستم تزريقي عبارتست از :

۱-    راندمان حجمي زياد موتور

۲-    مصرف سوخت ويژه قابل قبول موتور

۳-    گشتاور زياد موتور با دور كم

۴-    احتراق كامل

۵-    شتاب گيري سريع موتور

سيستم هاي Jetronic موجود :

• K-Jetronic
• KE-Jetronic
• KE3-Jetronic
• L- Jetronic
• LE-Jetronic
• LH-Jetronic
• Mono-Jetronic
• Mono-Motronic
• Motronic 4.1
• Motronic 1.5
• Motronic 1.7
• Motronic 2.8.1

سيستم هيل بورن : در سال ۱۹۴۵ يك سيستم انژكتوري توسط يك آمريكايي به نام ” استوارت هيل بورن” براي اتومبيل فورد ساخته شد . به طوري كه اين سيستم فاقد هر گونه نوآوري بود . اما امتياز آن كيفيت ساخت آن بود و در مقايسه با معروف ترين انواع كاربوراتوري آن زمان كه اتسرومبورگ نام داشت به مراتب كارآيي بهتري داشت . فقط يكي از نقاط ضعف سيستم هيل بورن اين بود كه تمامي سوختي كه از پمپ انژكتور به داخل كانال هاي ارتباطي پاشيده مي شد به داخل موتور راه پيدا نمي كرد . فشار در داخل نازل هاي سيستم تزريق از طريق دو كانال ارتباطي نازك و باريك در حد متوسط تنظيم شده و مقدار اضافي بنزيني كه از نازل پمپ پاشيده مي شود از طريق اين دو كانال به باك بنزين برگردانده مي شود . در راه بازگشت ميزان اضافي سوخت پاشيده شده يك دريچه كوچك قرار دارد كه در هنگام به اصطلاح تخت گاز كردن بخشي از اين سوخت برگردانده شده از طريق اين دريچه مورد استفاده قرار گرفته تا مخلوط سوخت مورد نياز حاصل شود . بعد از ورود طرح هيل بورن به بازار اظهار شد كه چنين طرح سيستم تزريق سوختي براي استفاده در موتورهاي خياباني مناسب نيست . حقيقت اين بود كه اين طرح به طور كلي طرحي مناسب براي اتومبيل هاي موتور بنزيني نبود .

سيستم روچستر : بعد از چندي كمپاني جنرال موتورز سيستم انژكتوري روچستر را به عنوان جانشين براي كاربوراتورهاي چهار دهنه خود معرفي كرد كه متأسفانه اين سيستم نتوانست باعث به وجود آمدن نيروي توليدي بيشتري براي موتورها شود . اما اظهار مي شود كه اتومبيل با چنين سيستمي از شتاب بهتري برخوردار است . سيستم روچستر تا حدودي مشابه سيستم هيل بورن بود و در اين سيستم تنظيم جريان سوخت با تغيير فشار سوخت انجام مي گرفت .

متأسفانه براي روچستر و جنرال موتورز ، مشكلات سوخت رساني در هنگام آهسته كار كردن موتور توسط مهندسين حل نگرديد و نازل هاي اسپري كننده تا حدودي در اين كار مؤثر بودند و اين حقيقت را مي شد از رنگ سياهي كه از اگزوز اين گونه اتومبيل متصاعد مي شد ، دريافت . كمپاني معظم بوش آلمان توانست تا حد زيادي مشكل قطرات سوخت را مرتفع كند با ابداع سيستم K-Jetronic مشكلات به طرز چشمگيري برطرف شد . اين سيستم داراي توانايي و قابليت بالايي بوده ولي در مقايسه با ساير سيستم هاي انژكتوري گران مي باشد . برنامه تدارك و تنظيم ميزان سوخت در سيستم K-Jetronic بسيار پيچيده مي باشد .

اساس كار سيستم K-Jetronic  :

اين سيستم با تزريق دائم بوده و اندازه گيري سوخت در آن بطور مستقيم با جريان هواي مصرفي موتور انجام مي شود . در اين سيستم پمپ عامل جريان يافتن سوخت ، حجم هواي عبوري به موتور بوده و سيستم محرك مكانيكي نيست . نظر به اين كه هواي مصرفي موتور بطور مستقيم قابل اندازه گيري و كنترل ميباشد ، طرح K-Jetronic براي كنترل گازهاي خروجي اگزوز و استفاده از پس سوز نيز بسيار مناسب است . هواي مصرفي موتور پس از عبور از فيلتر هوا به صفحه اندازه گير هوا برخورد مي كند و آنرا به حركت در مي آورد . با حركت صفحه اندازه گير ، اهرم آن قرقره سوپاپ سوخت را حركت داده و معبري از سوخت را متناسب با حجم هوا به موتور باز مي كند . سوخت از باك توسط پمپ الكتريكي به آكومولاتور مي رسد ، پس از ذخيره سازي در آن كه براي نوسان گيري ضربان هاي سوخت ضروري است ، به فيلتر رسيده و سپس وارد قسمت توزيع كننده مي شود .

يك رگلاتور اوليه در قسمت توزيع كننده فشار سوخت را در مقدار ثابتي نگه مي دارد و از برگشت سوخت اضافي به باك و يا ارسال بيش از حد به موتور جلوگيري مي كند .

واحد اندازه گير هوا :

واحد اندازه گير هوا شامل يك محفظه مخروطي است كه در ميان آن يك صفحه اي متصل به اهرم قرار گرفته است . تعادل وزني صفحه واهرم را يك وزنه عهده دار است . اين تعادل در حالت خاموش بودن موتور مي باشد و در هنگام روشن بودن موتور به نسبت مصرف هوا ، تعادل صفحه اندازه گير با دبي هواي مصرفي موتور بهم مي خورد . البته بعداً توسط نيروي هيدروليكي سوختي كه به پلانجر كنترل سوخت تاثير مي كند ، نوعي تعادل در سيستم ايجاد مي شود .در حقيقت موقعيت صفحه اندازه گير با مقدار هواي عبوري از محفظه مخروطي تعيين مي شود و حركت آن توسط اهرم به پلانجر توزيع كننده سوخت منتقل مي شود و آنرا بسمت بالا حركت مي دهد

شرح كامل سيستم K-Jetronic :

سوخت از باك توسط پمپ برقي به آكومولاتور مي رسد و ضربان آن در اين قسمت جذب مي شود سپس به فيلتر رسيده و ناخالصي از سوخت جدا مي شود .

سوخت وارد شده به سيلندر اندازه گيري كننده يا خارج شده از آن به كناره هاي مخالف صفحه نازك فولادي ديافراگمي منتقل مي شود و اين صفحه هنگامي كه فشار پمپ بيش از فشار طرف بيروني صفحه باشد ، راه هاي انتقال سوخت را به انژكتورهاي ميخي شكل مسدود مي كند . هنگامي كه بنزين وارده به سيلندر اندازه گيري كننده در وضعيتي باشد كه فشار در هر دو طرف صفحه ديافراگمي يكسان با شد ، خطوط ارتباطي مفتوح شده و بنزين يا هر سوخت ديگر با فشار پمپ انژكتورها هدايت مي شود  البته با باز شدن خطوط ارتباطي به انژكتورها ، فشار طرف بيروني صفحه ديافراگمي افت پيدا كرده و بلافاصله باعث بسته شدن اين خطوط مي شود تا زماني كه دوباره فشار در دو طرف يكسان شود .

هدف تمامي اين مجموعه ايجاد يك جريان سوخت مداوم و در عين حال متغير با وجود يك فشار سوخت كمتر از فشار ديافراگم بود . سوخت به طرف بالاي آن رانده مي شد و سيستم  K-Jetronic كار مي كرد . نحوه انتقال سوخت به طرف انژكتور به صورت امواج و دايره هاي بسته اي صورت گرفته و فركانس اين مربع با افزايش هواي ورودي به داخل موتور افزايش پيدا مي كرد .

قسمت كنترل سوخت ارسالي به انژكتورها :

بين فيلتر هوا و دريچه گاز موتور واحد كنترل سوخت ارسالي قرار دارد . اين قسمت شامل يك سنسور و كنترل دبي هوا و يك تقسيم كننده سوخت بين لوله هاي انژكتور ها ست . سنسور دبي سنج هوا ، در مقابل حجم هواي ورودي تغيير موضع داده وروي سوخت ارسالي تاثير مي گذارد ورود ، هوا مصرفي موتور از دهانه مخروطي شكل ، باعث حركت صفحه حساس سنسور شده و در نتيجه اهرم متصل به صفحه اندازه گير به بالا حركت كرده و پلانجر كنترل سوخت نيز به سمت بالا هدايت مي شود . با بالا رفتن پلانجر شيار خروجي آزادشده و سوخت بيشتري به انژكتور ها فرستاده مي شود . هر چه هواي مصرفي موتور افزايش يابد ، پلانجر حركت بيشتري به سمت بالا داشته و در نتيجه ارسال سوخت از شيار پلانجر به انژكتور ها زيادتر خواهد بود . وقتي موتور خاموش است ، صفحه اندازه گير و پلانجر توسط وزنه تعادل و فنر برگردان در پايين ترين وضعيت قرار دارد . در اين حالت سوخت ارسالي به انژكتور ها به صفر مي رسد . هرگاه موتور حالت پس زدن شعله داشته و فشار مانيفولد گاز بالا رود ، صفحه اندازه گير به سمت پائين حركت كرده و دريچه را بزرگتر مي كند تا تاثير فشار منفي سيستم را معيوب نسازد .

نحوه توزيع سوخت :

سوخت بطور يكنواخت براي هر سيلندر توسط شيار سوپاپ قرقره اي ارسال مي شود . در بارل اندازه گير كه پلانجر حركت مي كند ، يك مجراي چهار گوش براي هر سيلندر پيش بيني شده كه حركت پلانجر در بارل ، تعدادي از اين مجاري براي سيلندرها باز شده و سوخت از آنها به لوله هاي انژكتور ارسال مي شود . در ابتداي لوله ورودي هر سيلندر ، در واحد اندازه گير يك سوپاپ كنترل فشار وجود دارد كه وظيفه اش ثابت نگهداشتن سوخت در لوله هاي انژكتور است .

انژكتورها :

انژكتورها بطور خودكار با فشار ثابت ۳٫۶ bar باز شده و سوخت را به موتور تزريق مي كند ، انژكتورها در سيستم K-Jetronic فقط تزريق سوخت را بعهده دارد ، نه اندازه گيري آنرا ، سوخت وارد شده در داخل انژكتور سوپاپ فشار آنرا باز كرده و ضمن ايجاد ارتعاش با فركانس ۱۵۰۰ HZ كنترل دقيق در باز و بستن سوزن به وجود مي آورد .

اجزاء تشكيل دهنده سيستم K-Jetronic :

۱  . باك

۲ . پمپ بنزين برقي

۳ . آكومولاتور

۴ . فيلتر سوخت

۵ . واحد كنترل كننده مخلوط سوخت

۵٫۱ .  صفحه حساس در مسير هوا

۵٫۲ . سوپاپ فشار

۵٫۳ . مدار اوليه فشار سنج

۶ . انژكتور

۷ . سوپاپ حالت استارت

۸ . وسيله ارسال هواي اضافي دور آرام

۹ . كليد تايمر گرمايي

۱۰٫ كنترل كننده حرارتي

سيستم سوخت رساني KE – Jetronic :

اين سيستم نسبت به سيستم K – Jetronic گران بوده ولي داراي انعطاف بيشتري است . و تجهيزات اضافي آن عبارتند از :

۱ . حسگر تعيين كننده مقدار هوا مصرفي موتور

۲ . سوپاپ كنترل فشار كه مقدار سوخت ارسالي را تحت كنترل دارد

۳ . رگلاتور تنظيم فشار كه فشار مدار اوليه را ثابت نگاه مي دارد و نيز در هنگام خاموش كردن موتور سوخت را كاملاً قطع مي كند .

اجزاء سيستم  KE– Jetronic در شكل زير نشان داده شده است :

۱ . پمپ برقي

۲ . آكومولاتور سوخت

۳ . فيلتر سوخت

۴ . رگلاتور فشار سوخت

۵ . انژكتور

۶ . سوپاپ سوخت رساني استارت

۷ . توزيع كننده سوخت

۸ . اندازه گير جريان هوا

۹ . كليد ترمو تايم

۱۰ . سوپاپ هواي اضافي

۱۱ . سنسور گرمايي موتور

۱۲ . سوئيچ دريچه گاز

۱۳ . سنسور لامبدا

۱۴ . واحد كنترل مركزي  ECU

طرز كار :

در اين سيستم سوخت پس از فيلتر شدن به دو قسمت تقسيم مي شود ، يك قسمت به رگلاتور و قسمتي ديگر وارد تقسيم كننده مي شود . خروجي رگلاتور تنظيم فشار روي پلانجر كنترل سوخت تاثير گذارده و حركت آنرا كنترل مي كند . در حاليكه در سيستم K – Jetronic عمل كنترل سوخت بعهده يك صفحه ديافراگمي است . سوخت خارج شده از رگلاتور از يكطرف به پلانجر و از طرف ديگر به سوپاپ كنترل فشار الكتروهيدروليكي تاثير مي كند اين سوپاپ از نوع الكترومگنتي است و موازي با مدار محفظه پلانجر قرار گرفته است .

سوپاپ استارت سرد Bosch در سيستم K و KE – Jetronic :

سوپاپ استارت سرد يك سوپاپ با عمل كننده مغناطيسي است . و به دماي موتور وابسته است . و مقداري سوخت اضافي براي يك دوره محدود به درون محفظه پيش بيني شده تزريق مي كند .

اجزاء :

۱ . اتصال الكتريكي

۲ . سوخت اعمال شده با صافي

۳ . سوپاپ ( آرميچر الكترومغناطيسي )

۴ . سيم پيچ

۵ . نازل چرخشي

۶ . نشيمنگاه سوپاپ

سيستم سوخت رساني L-Jetronic

اساس كار :

هواي ورودي به موتور از اندازه گير هوا يا دبي سنج عبور كرده و با انحراف دريچه آن ، علائم الكتريكي مناسبي به واحد كنترل ارسال ميدارد . دريچه گاز نيز داراي سنسور تعيين وضعيت بوده كه مقدار باز بودن آن به واحد كنترل گزارش مي شود . انژكتورها مگنتي هستند و در صورت فعال بودن انژكتور ، سوخت متناسبي  را بداخل مانيفولد هوا روي دريچه گاز تخليه مي كنند . انژكتورها نسبت بهم موازي قرار داشته و داراي فشار ثابتي هستند . كه بين ۲٫۵ تا ۳٫۵ آتمسفر مي باشد مقدار سوخت تزريق شده به زمان باز بودن انژكتور ها بستگي دارد . در هر انژكتور يك رگلاتور كنترل فشار بكار رفته است كه از نوع ديافراگمي فنردار بوده و وظيفه دارد فشار تزريق در انژكتور ها را ثابت نگهدارد .

دستگاه اندازه گير هوا :

جريان هواي ورودي موتور از اندازه گير هوا عبور مي كند ، با عبور هوا صفحه اندازه گير منحرف شد ه و فنر برگشت دهنده آن متراكم مي شود . انحراف اين صفحه در پتانسيومتر حركت به وجود آورده و تغييرولتاژي در مدار آن توليد مي شود اين تغيير ولتاژ  طول زماني پالس هاي الكتريكي در واحد كنترل را تغيير مي دهد . سنسور حرارت سنج هوا نيز وجود دارد كه تغييرات وزن مخصوص هوا با تغييرات دما را مشخص مي كند .

در ضمن در اين سيستم از كليد الكتريكي دريچه گاز استفاده شده كه دو وضعيت را مشخص مي كند يكي مربوط به بسته بودن دريچه دردور آرام وديگري مربوط به حالت تمام بار ، در هر دو وضعيت علائمي به واحد كنترل ارسال شده وروي زمان باز بودن انژكتورها تاثير مي گذارد . همچنين با توجه به سنسور حرارت سنج موتور ، متناسب با گرم شدن موتور ، زمان باز بودن انژكتورها كمتر مي شود .

اجزاء سيستم L– Jetronic در شكل زير نشان داده شده است :

۱ . پمپ سوخت الكتريكي

۲ . فيلتر سوخت

۳ . تنظيم كننده فشار سوخت

۴ . انژكتور

۵ . سنسور جريان هوا

۶ . سوئيچ گرمايي

۷ . تنظيم كننده هواي كمكي

۸ . سوئيچ سوپاپ دريچه گاز

۹ . سنسور لامبدا ( Lambda )

۱۰ . ECU

طريقه پاشش انژكتورها در سيستم L– Jetronic  :

دلكو در اين سيستم داراي دو دست پلاتين ميباشد  ، يك دست پلاتين مانند دلكو هاي معمولي مربوط به قطع و وصل مدار اوليه و دست دوّم مربوط به علامت دادن به دستگاه الكترونيكي ميباشد . هرگاه اين پلاتين ها جريان الكتريكي در مدار توليد كنند . دستگاه كنترل مركزي نصف انژكتورهاي موتور را فعال مي كند .

حسگر فشار سنج هوا :

در اين حسگر از دو كپسول توخالي روي محور آن وجود دارد كه داخل كپسولها خلا نسبي وجود دارد . در فشار زياد محيط سطوح خارجي كپسولها مقعر و در فشار كم محيط سطوح خارجي آنها محدب مي شود . حركت ناشي از انبساط و انقباض كپسولها ميله مياني را حركت داده و در سيم پيچ آن ولتاژي القاء مي شود تغيير حوزه و ايجاد ولتاژ در آن علامتي به دستگاه كنترل كننده الكتريكي ارسال مي كند

سيستم LH – Jetronic :

تفاوت اساسي اين سيستم با سيستم L-Jetronicدر روش اندازه گيري هواي ورودي به موتور ونوع دبي سنجي آن است . در سيستم LH-Jetronic از يك سيم داغ الكتريكي براي اندازه گيري دبي هوا مصرفي موتور استفاده شده است . در اين سيستم يك واحد كنترل ديجيتالي وجود دارد كه نسبت سوخت به هوا را با توجه به بار و دور موتور تغيير مي دهد و بهترين نسبت سوخت ويژه را با توجه به علائمي كه از اگزوز دريافت مي كند تهيه مي نمايد . واحد كنترل الكترنيكي با دريافت علائم از سنسور هاي مختلف ، زمان باز بودن انژكتورها را با توجه به شرايط موجود تنظيم مي كند . در واحد كنترل يك ميكرو كامپيوتر بكار رفته كه شامل حافظه برنامه ريزي شده بوده و مقادير مختلف را ضبط مي كند

اجزاء سيستم LH-Jetronicدر شكل زير نشان داده شده است :

۱ . پمپ الكتريكي

۲ . فيلتر سوخت

۳ . رگلاتور تنظيم فشار سوخت

۴ . لوله هاي توزيع سوخت مشترك

۵ . سيستم سيم داغ الكتريكي

۶ . سنسور حرارت سنج موتور

۷ . سوپاپ هواي اضافي دور آرام

۸ . كليد رئوستاي دريچه گاز

۹ . سنسور لامبدا

۱۰ . ECU

دستگاه اندازه گير دبي هوا :

اين دستگاه از يك سيم حرارتي داغ تشكيل شده كه هواي مصرفي موتور از اطراف آن عبور داده مي شود جريان لازم براي ثابت نگهداشتن درجه حرارت اين سيم داغ به حجم هواي عبور كرده از اطراف آن بستگي دارد جريان الكتريكي براي گرم نگهداشتن سيم داغ كه با هواي ورودي تغيير مي كند ، تغيير ولتاژ در مقاومت آن به وجود مي آورد . بعلاوه دور موتور با حجم هواي مصرفي ارتباط داشته و علامتي هم از دور سنج ارسال مي شود .

دبي سنج :

در اين سيستم دبي سنج از خاصيت گردابي هوا پيچشي استفاده كرده و امواج صوتي مافوق صوت ارسال مي دارد . مقدار فركانس ايجاد شده به مقدار هواي عبور كرده بستگي دارد . فركانس از يك اميتر پخش شده و در يك جذب كننده دريافت شده و تبديل به پالس الكتريكي شده وبه واحد كنترل ارسال مي شود .

سيستم Mono – Jetronic :

در اين سيستم يك انژكتور وجود دارد كه سوخت مورد نياز هر چهار سيلندر موتور را متناوباً در مانيفولد هوا تزريق مي كند به اين سيستم تزريق يك نقطه اي Injection = SPI ) Single – Point  ) يا تزريق مركزي ( Central – Fule – Injection = CFI ) ويا تزريق در دريچه گاز گويند ( Throttle Body Injection = TBI )

واحد انژكتور :در اين سيستم انژكتور درست در بالاي دريچه گاز نصب مي شود و به اين ترتيب سوخت يكنواختي در مدار تخليه مي كند . دستور تزريق سوخت الكترونيكي بوده و فرمان آن از واحد كنترل و سيستم جرقه تامين مي شود  .

اجزاء سيستم Mono – Jetronic در شكل زير نشان داده شده است :

۱ . پمپ سوخت الكتريكي

۲ . فيلتر سوخت

۳a . پتانسيومتر سوپاپ دريچه گاز

۳b . تنظيم كننده فشار

۳c . انژكتور

۳d . كابل اتصال با محفظه دماي هوا

۳e . محرك سوپاپ دريچه گاز در هنگام درجا كار كردن

۴ . سنسور دماي موتور

۵ . سنسور لامبدا (  Lambda )

۶ . ECU

نتيجه گيري :

سيستم هاي سوخت رساني انژكتوري بنزيني انواع مختلف دارند كه در اين مقاله سعي شده كه اولاً يك تاريخچه از نحوه به وجود آمدن و مراحل توسعه اين سيستم ها شرح داده شود .آموزش مكانيك خودرو و ثانياً مختصري از هر سيستم شامل شكل ، اجزاء تشكيل دهنده آن و فرق سيستم هاي موجود با هم توضيح داده شود .