دانستنی‌های سوخت‌رسانی خودرو

در سال‌های ابتدایی ساخت خودرو، وظیفه انجام این فرآیند را سیستم سوخت‌رسانی کاربراتور انجام می‌داد، ولی همزمان با پیشرفت فناوری طراحی ساخت از یک طرف و عوارض مخربی که این سیستم بر محیط‌زیست باقی می‌گذاشت، جای خود را به سیستم سوخت‌رسانی انژکتور داد. در ادامه به طور کامل با تاریخچه پیشرفت این فرآیند مهم آشنا خواهیم شد.

کاربراتور؛ پردردسر و دشمن محیط‌زیست

کاربراتور وظیفه مخلوط کردن هوا و سوخت با نسبتی مشخص در شرایط مختلف فعالیت موتور و ایجاد مکش روی مجرای سوخت را عهده‌دار است و به طور کلی می‌توان نحوه کار آن را به این شکل بیان کرد: با باز شدن دریچه گاز و پایین رفتن سیلندر، هوا وارد کاربراتور می‌شود؛ همزمان میزان مشخصی سوخت از طریق محفظه ورودی، به هوای موجود در محفظه اضافه شده و در مرحله بعد این مخلوط فشرده شده از طریق مجرای مخصوصی که منیفولد سوخت نام دارد وارد محفظه احتراق می‌شود. هر چقدر میزان این دریچه که با سیم به پدال گاز متصل است بیشتر باز شود به همان میزان نیز هوا و سوخت بیشتری با یکدیگر مخلوط می‌شوند. یکی از بزرگ‌ترین معایب سیستم کاربراتور، وابستگی آن به محیط بود؛ به طوری که در مناطق با آب و هوای متفاوت این سامانه از حالت تنظیم خارج می‌شد و عملا نمی‌توانست کارایی واقعی خود را داشته باشد. همچنین در این سیستم پاشش سوخت به صورت قطرات نسبتا درشت بود که همین مساله باعث می‌شد احتراق در سیلندرها بخوبی انجام نشود و این به عدم احتراق کامل و در نتیجه ناتوانی موتور در تولید قدرت کافی منجر می‌شد. از بین رفتن انرژی حرارتی سوخت و کاهش عمر قطعات موتور از نواقص بزرگ این سیستم به شمار می‌رفت. همچنین به علت از تنظیم خارج شدن این قطعه، میزان آلایندگی خودرو نیز افزایش پیدا می‌کرد و تاثیرات مخربی در محیط‌زیست باقی می‌گذاشت. به همین دلیل نیز در طرح جایگزینی خودروهای فرسوده اولویت از رده خارج کردن خودروها با وسایل نقلیه‌ای است که از این مکانیسم بهره می‌برند. این سامانه سوخت‌رسانی مدت‌هاست از دنیای خودرو و خودروسازی کنار گذاشته شده است.

بلای جان انژکتورها

همان طور که اشاره شد به علت حساسیت بسیار زیاد برای ساخت این قطعه تعداد کمی از شرکت‌های معتبر در جهان به ساخت انژکتور اقدام می‌کنند. از همین رو قیمت این وسیله کوچک بسیار بالاست، اما گرانقیمت بودن انژکتور نمی‌تواند آنچنان جدی به نظر برسد، زیرا این قطعات قادرند سال‌ها به فعالیت خود ادامه دهند. اما عواملی نیز وجود دارد که باعث کوتاه شدن طول عمر این قطعه حساس می‌شود. یکی از علل خرابی انژکتور در خودروهای کشورمان ناخالصی‌های فیزیکی موجود در بنزین است. این ناخالصی‌ها گاه آنقدر ریز هستند که از فیلتر اولیه نصب شده روی پمپ‌بنزین و حتی در مرحله بعد فیلتر بنزین عبور کرده و خود را به انژکتور می‌رسانند و باعث گرفتگی فیلتر ظریف نصب شده در ورودی این قطعه خواهند شد. همچنین گاهی ذرات کوچک و محلول در بنزین از این فیلتر نیز عبور کرده و در مسیر سوراخ‌های خروجی انژکتور رسوب می‌کنند و باعث کم شدن میزان پاشش سوخت خواهند شد. در این حالت با توجه به این که یک مشکل مکانیکی اتفاق افتاده، ECU متوجه نشده و مدت زمان پاشش سوخت تغییر نمی‌کند، اما این قطعه به دلیل آن که نمی‌تواند سوخت کافی را به سرسیلندر تزریق کند سبب ضعف موتور در تولید قدرت خواهد شد. یکی دیگر از عوامل مشکل‌ساز برای انژکتور، اجزای مومی‌شکل موجود در بنزین است. البته این مشکل مختص ایران نیست و تقریبا در بنزین مصرفی تمام کشورها به چشم می‌خورد. این ذرات در زمان روشن بودن موتور به دلیل گرمای محیط بسرعت رقیق و پس از آن بخار می‌شوند، اما پس از آن که خودرو خاموش و انژکتور سرد می‌شود روی بخش‌های داخلی و خروجی انژکتور ته‌نشین شده و به مرور رسوب می‌کنند. این عمل باعث تغییر در جهت و همچنین میزان پاشش سوخت شده و عملکرد موتور را با مشکل مواجه می‌کند.

در مجموع به دلیل ساختار بسیار ظریف انژکتور و اثرات نامطلوبی که وجود رسوبات بر کارآیی آن خواهد داشت، کارشناسان توصیه می‌کنند این قطعات با روش‌های صحیح شست و شو شوند که به همین منظور دستگاه‌های مخصوص که بر اساس اولتراسونیک طراحی‌ شده‌اند بهترین گزینه برای انجام این فرآیند به شمار می‌روند. همچنین استفاده از محلول‌های انژکتور نیز برای کاهش رسوبگذاری مواد زائد تاثیر زیادی خواهند داشت.

انژکتور؛ هوشمند اما گرانقیمت

با منسوخ شدن مکانیسم سوخت‌رسانی کاربراتوری و برای کاهش مصرف سوخت، افزایش عمر موتور، کاهش قطعات مکانیکی و دلایل بسیار دیگر، سیستم انژکتور جایگزین آن شد و تا امروز در این عرصه یکه‌تاز میدان است.

انژکتور که معادل فارسی آن افشانه یا اسپری‌کننده است در اوایل قرن بیستم به وسیله رابرت بوش که بنیانگذار شرکت بزرگی به همین نام در آلمان است، اختراع شد و در ابتدا صرفا برای استفاده در موتورهای دیزل مورد استفاده قرار گرفت. از مهم‌ترین عواملی که سازندگان خودرو را به بهبود طراحی ساخت این سیستم و جایگزینی آن با مکانیسم کاربراتور تشویق کرد، مزیت آن برای دستیابی به استانداردهای آلودگی مصرف سوخت بود. این سیستم هیچ‌گاه دچار خفگی نمی‌شود و ذرات بسیار ریز سوخت را به طور مستقیم درون سیلندر اسپری می‌کند. در نتیجه بیشتر مشکلات موتور از میان برداشته شد. مکانیسم ساخت این سیستم در خودروهای امروزی به این شکل است که هر سیلندر دارای یک انژکتور مخصوص به خود بوده و مخلوط یکنواخت‌تری از سوخت و هوا را به هر یک از سیلندرها منتقل کرده و در زمان‌های مشخص و همزمان با جرقه‌های شمع اقدام به پاشش سوخت می‌کند. این مساله باعث بهبود توان و عملکرد موتور شده و از خام‌سوزی سوخت تا حد بسیار زیادی جلوگیری می‌شود.

انژکتور چگونه کار می‌کند؟

انژکتور استوانه‌ای کوچک است که از یک طرف به ریل سوخت و از طرف دیگر به داخل منیفولد و سرسیلندر متصل است. به دلیل متصل بودن به ریل سوخت، همواره بنزین با فشار بالا داخل انژکتور وجود دارد و هنگامی که دریچه خروجی این قطعه باز شد بنزین وارد سرسیلندر خواهد شد.

ساختمان ظاهری انژکتور بسیار ظریف و ساده به نظر می‌رسد، اما نباید فریب این ظاهر ساده را بخوریم. داخل بدنه هر انژکتور مسیر باریکی برای عبور سوخت وجود دارد که در انتها به سوراخ بسیار ریزی منتهی می‌شود. در مسیر این لوله قطعه کوچک فلزی مغناطیسی به شکل استوانه قرار گرفته که یک سوزن ریز به آن متصل است و همانند سوپاپ عمل می‌کند. این سوزن در شرایط عادی خروجی انژکتور را مسدود کرده و مانع خروج سوخت پرفشار شده و همچنان سوخت پشت این سوزن با فشار بسیار زیاد متوقف می‌ماند. هنگامی که از طریق واحد کنترل مرکزی خودرو (ECU) دستور باز شدن انژکتور ارسال شد، سیم‌پیچی که دور بدنه این قطعه نصب شده، با جریان مستقیم برق، مانند آهنربا عمل کرده و قطعات آهنی را به سمت خود جذب می‌کند. در این حالت پیستون و به دنبال آن سوزن به سمت بالا کشیده می‌شود و سوزن از سوراخ انتهای انژکتور دور شده و مسیر خروجی برای خروج بافشار سوخت باز خواهد شد. این فرآیند چند میلی‌ثانیه به طول می‌انجامد و بلافاصله با قطع جریان برق که دستور مجدد آن از طریق ECU صادر می‌شود با از بین رفتن خاصیت آهنربایی سیم‌پیچ سوزن آزاد شده و مسیر بسته خواهد شد، اما قطع جریان برق به تنهایی نمی‌تواند باعث بسته شدن خروجی انژکتور با سرعت بالا شود. برای رفع این مشکل به مجموعه سوپاپ یا سوزن یک فنر متصل می‌شود. این فنر وظیفه دارد مجموعه را به داخل بکشد. فنر آنقدر قدرت دارد که بتواند انژکتور را سریع ببندد و در عین حال آنقدر هم قوی نیست که در مقابل نیروی مغناطیسی حاصل از سیم‌پیچ مقاومت کند. به این ترتیب این قطعه در کسری از ثانیه باز شده و سوخت را با فشار در محفظه احتراق می‌پاشد. سپس بسرعت بسته می‌شود تا از خروج بی‌دلیل سوخت جلوگیری کند.

اکنون با اطلاع از پیچیدگی‌های منحصر به فرد این قطعه درخواهیم یافت که تا چه حد ساخت انژکتور فرآیند بسیار دقیقی است. به همین علت است که در حال حاضر تعداد شرکت‌های تولیدکننده این قطعه در سطح جهان بسیار محدود است و به تعداد انگشتان دست نیز نمی‌رسند؛ زیرا طراحی این قطعه و اجزای داخلی آن در حد یک میکرون است. از نکات مهم دیگر در مورد انژکتور ترکیب مکانیک و الکترونیک در ساختار آن است و به همین علت، عیب‌یابی آن به دانش ویژه‌ای نیاز خواهد داشت. این قطعه برخلاف بسیاری از سنسورهای موجود در خودرو خرابی خود را به اطلاع ECU نمی‌رساند و برای آزمایش درستی فرآیند کار آن باید به طور جداگانه مورد بررسی قرار گیرد.

محمدرضا نجفی

جام‌جم