مقالات خودرو : فنی : انژکتور چگونه کار می‌کند؟

انژکتور چگونه کار می‌کند؟

طی سال های اخیر، سیستم سوخت خودروهای مدرن به منظور این که با استانداردهای مربوط به کاهش مصرف و آلایندگی مطابقت داشته باشد، دستخوش تغییراتی شده اند. سوبارو Justy مدل 1990، آخرین خودرو کاربراتوری بود که در ایالات متحده به فروش رسید، این خودرو در سال 1991 به انژکتور مجهز شده بود. البته تزریق سوخت انژکتوری از دهه 1950 مورد استفاده قرار می‌گرفت و خودورهای اروپایی نیز ار سال 1980 مجهز به انژکتورهای الکترونیکی بودند. در حال حاضر، تمامی خودروهایی که در ایالات متحده به فروش می‌رسند، مجهز به انژکتور هستند. در این مقاله خواهیم دید سوخت چگونه به موتور و سیلندرها می‌رسد و معنای انژکتور چند مخرجی چیست؟

انقراض کاربراتور

در بیشتر مدت زمانی که از عمر موتورهای درون سوز می‌گذرد، این گونه موتورها از کاربراتور به عنوان ابزاری که سوخت را به موتور می‌رساند استفاده کرده اند. البته سایر ابزارآلات نظیر دستگاه های چمن زنی و اره های برقی، هنوز هم کاربراتور این نقش را ایفا می‌کند. وقتی خودروها پیشرفت کردند، کاربراتورها برای این که از عهده همه وظایفی که به آن ها محول می‌شد بر بیایند، پیچیده و پیچیده تر شدند. برای مثال، کاربراتورها برا یاین که بتوانند همه آن وظایف را انجام بدهد، به پنج مدار مجزا مجهز شدند:

مدار اصلی: سوخت کافی جهت پیمایش خودرو را تأمین می‌کرد.

مدار درجا: سوخت کافی برای درجا کار کردن موتور را تأمین می‌کرد.

پمپ گاز: هنگامی که پدال گاز برای نخستین بار فشرده می‌شد، پیش از این که موتور روی دور بیفتد باعث پاشش ناگهانی سوخت می‌شد تا وقفه ای پیش نیاید. 

مدار افزایش قدرت: وقتی خودرو از سربالایی بالا می‌رفت یا چیزی را یدک می‌کشید، سوخت بیشتری تزریق می‌کرد.

ساسات: وقتی موتور سرد بود، سوخت بیشتری تزریق می‌کرد تا بتواند روشن شود.

به منظور این که خودروها با استانداردهای سختگیرانه مطابقت داشته باشند، مبدل کاتالیستی تولید و معرفی شد. این مبدل، نسبت ترکیب هوا و سوخت را به دقت کنترل می‌کند تا موتور بیشترین کارایی و کمترین میزان آلایندگی را داشته باشد. حسگرهای اکسیژن، میزان اکسیژن موجود در اگزوز را تشخیص می‌دهند، واحد کنترل موتور (ECU) نیز از این اطلاعات استفاده می‌کند تا هر لحظه نسبت ترکیب هوا و سوخت را تعیین کند. به این سیستم "چرخه کنترل بسته" اطلاق می‌شود و این نوع کنترل به همراه کاربراتور قابل دستیابی نبود. البته پیش از این که کابراتورها به طور کامل کنار گذاشته شوند، کاربراتورهای الکتریکی برای مدت کوتاهی وارد میدان شدند ولی از انواع مکانیکی هم پیچیده تر بودند. کاربراتور ابتدا با سیستم "تزریق سوخت مرکزی" جایگزین شد که در آن چند سوپاپ الکتریکی، سوخت را به داخل دریچه هوا تزریق می‌کردند. نهایت کاری که می‌شد برای جایگزین کردن کاربراتور انجام داد همین بود چون خودروسازان مجبور نبودند تغییرات عمده ای در طراحی موتور انجام بدهند. رفته رفته، موتورهای جدید طراحی شدند و سیستم تزریق "سوخت چند مخرجی" جایگزین سیستم قدیمی گردید. در این سیستم، برای هر سیلندر یک انژکتور مجزا نصب می‌شود که معمولاً در جایی قرار می‌گیرد که سوخت را درست روی سوپاپ بنزین می‌پاشد. این سیستم باعث می‌شود واکنش موتور بالا برود.

وقتی پدال گاز را می‌فشارید چه اتفاقی می‌افتد؟

پدال گاز خودرو شما به دریچه هوا متصل است، این دریچه همان دریچه ای است که میزان ورود هوا به موتور را تنظیم می‌کند، به این ترتیب می‌توان گفت پدال گاز در واقع پدال هواست. وقتی پدال گاز را می‌فشارید، دریچه هوا بیشتر باز می‌شود و به هوای بیشتری اجازه ورود می‌دهد. واحد کنترل موتور (ECU یا همان کامپیوتری که همه اجزاء الکترونیکی موتور را کنترل می‌کند) باز شدن دریچه هوا را تشخیص می‌دهد میزان پاشش سوخت را افزایش می‌دهد تا در کنار هوا وارد موتور بشود. این امر که نرخ پاشش سوخت، بی درنگ بالا برود از اهمیت زیادی برخوردار است، در غیر این صورت وقتی پدال گاز فشرده می‌شود یک وقفه ایجاد خواهد شد تا موتور واکنش نشان بدهد. در این حالت هوا وارد سیلندر می‌شود ولی مقدار کافی سوخت در آن جا وجود ندارد. حسگرها میزان سوخت ورودی به موتور و سطح اکسیژن درون اگزوز را تشخیص می‌دهند. ECU از این اطلاعات استفاده می‌کند تا نسبت ترکیب سوخت و هوا را درست میزان کند.

انژکتور

انژکتور سوخت چیزی نیست جز یک دریچه کوچک که به صورت الکترونیکی کنترل می‌شود. پمپ بنزین، بنزین فشرده شده را به انژکتور می‌رساند. انژکتور نیز می‌تواند در هر ثانیه چندین بار باز و بسته شود. وقتی جریان برق به انژکتور می‌رسد، یک آهنربای مغناطیسی، اهرمی که باعث باز شدن سوپاپ می‌شود را به حرکت در می‌آورد و به بنزین فشرده شده اجازه می‌دهد از طریق یک نازل بسیار نازک پاشیده شود. این نازل به گونه ای طراحی شده است که سوخت را به ذرات بسیار ریز تبدیل کند، آن قدر ریز که به شکل غبار در بیاید و بتواند به آسانی مشتعل شود. میزان سوختی که وارد موتور می‌شود بستگی به مدت زمانی دارد که انژکتور باز باقی می‌ماند. این زمان "پهنای پالس" نامیده می‌شود و توسط ECU تعیین می‌شود. انژکتورها در دهانه ورودی منیفولد بنزین قرار گرفته اند، به این ترتیب می‌توانند سوخت را مستقیم روی سوپاپ های بنزین بپاشند. لوله ای که "ریل بنزین" نامیده می‌شود، بنزین فشرده شده را به همه انژکتورها می‌رساند.

حسگرهای موتور

واحد کنترل موتور برای این که بتواند در هر شرایطی از عملکرد، میزان مناسب سوخت را تعیین کند، از تعدادی حسگر استفاده می‌کند که برخی از آن ها عبارتند از:

حسگر جریان حجم هوا: حجم هوای ورودی به موتور را به ECU اطلاع می‌دهد.

حسگر (های) اکسیژن: سطح اکسیژن موجود داخل اگزوز را تشخیص می‌دهد تا ECU بتواند تشخیص بدهد ترکیب سوخت و هوا به چه میزان رقیق یا غلیظ است و آن را درست تنظیم کند.

حسگر دریچه هوا: وضعیت دریچه هوا را کنترل می‌کند تا ECU بتواند بدون درنگ به تغییرات واکنش نشان بدهد و در صورت لزوم، میزان ورود سوخت را کاهش یا افزایش بدهد. 

حسگر دمای آب رادیاتور: به ECU اجازه می‌دهد بداند چه وقت موتور به دمای مناسب رسیده است.

حسگر ولتاژ: ولتاژ برق کل سیستم را کنترل می‌کند تا چنانچه ولتاژ افت پیدا کند، ECU بتواند دور موتور را بالا ببرد تا ولتاژ نیز بالا برود.

حسگر فشار منیفولد: فشار هوای ورودی به منیفولد را کنترل می‌کند. میزان هوایی که وارد موتور می‌شود شاخص خوبی است برای این که چه میزانی از نیرو تولید می‌شود. هرچه میزان هوای ورودی به موتور بیشتر باشد، فشار منیفولد پایین تر است. ECU از این شاخص استفاده می‌کند و میزان نیروی تولید شده را تشخیص می‌دهد. 

حسگر دور موتور: این حسگر دور موتور را تحت نظر قرار می‌دهد. دور موتور یکی از فاکتورهایی است که برای محاسبه پهنای پالس مورد استفاده قرار می‌گیرد. در سیستم های چند مخرجی، به دو صورت می‌توان انژکتورها را کنترل کرد: انژکتورها می‌توانند همگی به طور همزمان باز باشند، و یا هر کدام از آن ها درست قبل از باز شدن سوپاپ بنزین، باز بشوند (که به آن تزریق سوخت ترتیبی اطلاق می‌شود). مزیت تزریق سوخت ترتیبی این است که چنانچه راننده به ناگهان تغییر سرعت بدهد، سیستم سریع تر می‌تواند واکنش نشان بدهد.

الگوریتم هایی که موتور را کنترل می‌کنند بسیار پیچیده اند. نرم افزار کامپیوتر باید به گونه ای باشد که خودرو بتواند میزان گازهای آلاینده را مطابق با استاندارهای سختگیرانه تنظیم کند، مصرف سوخت را پایین بیاورد و از بد کار کردن موتور جلوگیری کند. ECU برای تعیین پهنای پالس هر حالت از عملکرد، از یک فرمول خاص و چندین و چند جدول استفاده می‌کند. فرمول نیز چیزی نیست جز یک معادله که در آن مجموعه ای از فاکتورهای مختلف در یکدیگر ضرب می‌شوند. در این جا برای مثال، از یک فرمول که محاسبات ساده ای دارد استفاده می‌کنیم. این معادله فقط سه فاکتور دارد، ولی یک سیستم کنترل واقعی ممکن است از صدها فاکتور استفاده کند:

پهنای پالس= (پهنای پالس پایه) × (فاکتور A) × (فاکتور B)

ECU به منظور محاسبه پهنای پالس، ابتدا به دنبال پهنای پالس پایه می‌گردد. پهنای پالس پایه، تابعی از دور موتور (RPM) و بار (Load، که می‌تواند از روی فشار مطلق منیفولد محاسبه گردد) است. بیایید فرض کنیم که دور موتور برابر با 2000 و بار برابر با 4 است، در این حالت پهنای پالس پایه، مساوی با 8 میلی ثانیه خواهد بود.

در مثال بعد، A و B پارامترهایی هستند که از حسگرها دریافت می‌گردند. فرض کنید A برابر است با دمای آب رادیاتور و B نیز سطح اکسیژن را نشان می‌دهد. اگر دمای آب رادیاتور برابر با 100 و سطح اکسیژن برابر با 3 باشد، جدول زیر به ما می‌گوید که فاکتور A برابر خواهد بود با 0.8 و فاکتور B برابر است با 1.0.

به این ترتیب، با علم به این که پهنای پالس پایه، تابعی از دور موتور است و طبق فرمول بالا، پهنای پالس کل برابر است با: 

8 × 0.8 × 1.0 = 6.4 میلی ثانیه

با مشاهده این مثال، متوجه می‌شوید که سیستم کنترل چگونه محاسباتش را انجام می‌دهد. سیستم های کنترل واقعی، ممکن است از بیش از 100 پارامتر استفاده کنند. بعضی از این پارامترها با گذشت زمان تغییر می‌کنند تا در عملکرد موتور یا مبدل کاتالیستی تغییراتی به وجود بیاورند. بسته به دور موتور، ECU ممکن است این محاسبات را 100 بار در هر ثانیه انجام بدهد.

چیپ عملکرد

حال که درباره نحوه عملکرد الگوریتم های ECU اطلاعاتی به دست آوردیم، می‌توانیم متوجه بشویم که چیپ عملکرد چگونه می‌تواند نیروی بیشتری از موتور بیرون بکشد. چیپ عملکرد توسط شرکت های متفرقه تولید می‌شود و می‌تواند به منظور افزایش قدرت موتور مورد استفاده قرار بگیرد. یک چیپ در ECU نصب شده است که تمام جدول ها را در خودش ذخیره می‌کند و چیپ عملکرد جایگزین این چیپ می‌شود. این چیپ می‌تواند نرخ تزریق سوخت را در شرایط مختلف رانندگی بالا ببرد. البته بهتر است بدانید کمپانی های تولید کننده چیپ عملکرد مانند کمپانی های خودروساز به کم مصرف بودن و میزان کم تولید گازهای آلاینده اهمیتی نمی‌دهند و ممکن است تنظیمات نا متعارفی برای چیپ های عملکرد تعریف کنند.