سوخت رسانی

سیستم های تزریق سوخت بنزین در موتورهای  جرقه ای ، از دیرباز مورد توجه سازندگان خودرو  بوده است و در این راستا فعالیتهای زیادی انجام شده است که منجر به تولید انواع سیستمهای سوخت رسانی  بنزینی انژکتوری Jetronic شده است.

انژکتورinjector که معادل فارسی آن افشانه یا اسپری کننده است در واقع یک شیر پودر کننده سوخت بر روی هوای ورودی(موتور بنزینی) یا متراکم شده( موتور دیزل) می باشد.

انژکتوردراوایل قرن بیستم توسط رابرت بوش بنیانگذار کمپانی بوش (bosch) درآلمان اختراع شد. انژکتور هرچند امروزه درتمام موتورهای درونسوز شامل بنزینی ودیزل -گازسوزودوگانه سوز کاربرد دارد ولی در ابتدا صرفاً برای استفاده  درموتورهای دیزل طراحی شد.

    باید یادآور شد که مهمترین سیستم سوخت رسانی انژکتوری بنزینی باسیستم سوخت رسانی دیزل ،درزمان پاشش سوخت توسط انژکتوراست.بطوریکه درسیستم سوخت رسانی دیزل عمل پاشش سوخت پس ازتراکم هوا صورت گرفته اما درسیستم بنزینی پاشش سوخت برروی هوا،قبل ازعمل تراکم انجام میشود.       انژکتور های الکترومغناطیسی که در موتورهای جدید استفاده می شوند بطور هوشمند توسط واحد مدیریت موتور (ECU)کنترل می شوند .  از دیگر شرکتهای مهم سازنده انژکتور زیمنس می باشد.

 تلاش ها به منظور تزریق سوخت ازحدود یک قرن پیش آغاز شد . درسال1898 شرکت موتور سازی Deutz پمپ پلانجری رابه منظور تزریق سوخت در سری محدودی از تولیدات خود بکار برد    مدتی پس ازآن کاربردهای اثرونتوری برای طراحی کاربراتورکشف شدوسیستم های تزریق سوخت مبنی برتکنولوژی آن زمان ازدایره رقابت خارج شدند.

در سال 1912کمپانی بوش (BOSCH) آلمان شروع به تحقیقات برروی پمپ های تزریق بنزین کرد .کمپانی بوش پس ازسالها تلاش فراوان وصرف هزینه های بسیار،موفق شددر سال 1937 تولید انبوه سیستم تزریق سوخت انژکتوری مکانیکی جهت نصب برروی موتور هواپیما را آغاز کند. این موتور می توانست 1200 hp  قدرت تولید کند. برتری این موتور که به دستورهیتلرطراحی شده بود نسبت به رقبایش در جریان جنگ جهانی دوم، عدم یخ زدگی ونتوری کاربراتور وخطرآتش سوزی بود که حاصل سیستم سوخترسانی انژکتوری میباشد .

می توان گفت که در آن زمان موتور کاربراتوری به نمونه انژکتوری برتری و ارجعیت داشت. ولی عدم استفاده از کاربوراتور و انتخاب انژکتور توسط آلمانی ها به این دلیل بود که کاربوراتورموتورهواپیما درمناطق نامناسب  تمایل زیاد به تولید یخ داشت و همچنین امتیاز دیگر انواع انژکتوری تاثیر ناپذیر بودن عملکرد آن در حین انجام مانورهای جنگی خطرناک بودوبرای اولین بار سیستم تزریق زمان بندی شده مکانیکی ساخته شد .

تبدیل یک سیستم انژکتوری دیزل به سیستمی که بنزین استفاده کند کاری بس مشکل است چون سوخت گازوییل که یک روغن سبک وزن می باشد باعث می شود که نوعی روغنکاری بین پمپ ها و سیلندرهای سیستم انژکتوری انجام شود.در مقابل، بنزین سوختی بی نهایت خشک است و به طور کلی فاقد هر گونه قابلیت روغنکاری می باشد. بنابراین در تبدیل از گازوییل به بنزین نیاز به یک تحقیق بسیار دقیق در زمینه آلیاژهای مورد استفاده در ساختمان پیستون ها و سیلندرها بود .

در سال 1945 یک سیستم انژکتوری بنام هیل بورن توسط یک آمریکایی به نام "استوارت هیل بورن" برای اتومبیل فورد ساخته شد. این سیستم فاقد هرگونه نوآوری بود اما امتیاز آن کیفیت ساخت آن بود و در مقایسه با معروف ترین انواع کاربوراتوری آن زمان که اتسرومبورگ نام داشت به مراتب کارآیی بهتری داشت. فقط یکی از نقاط ضعف سیستم هیل بورن این بود که تمامی سوختی که از پمپ انژکتور به داخل کانال های ارتباطی پاشیده می شد به داخل موتور راه پیدا نمی کرد. فشار در داخل نازل های سیستم تزریق از طریق این کانال ها به باک بنزین برگردانده می شود. در راه بازگشت میزان اضافی سوخت پاشیده شده ،یک دریچه کوچک قراردارد که در هنگام به اصطلاح تخت گاز کردن ،بخشی از این سوخت برگردانده شده از طریق این دریچه مورد استفاده قرار گرفته تا مخلوط سوخت مورد نیاز حاصل شود. بعد از ورود طرح هیل بورن به بازار اظهار شد که چنین طرح سیستم تزریق سوختی برای استفاده در مورتورهای خیابانی مناسب نیست.

حقیقت این بود که این طرح به طور کلی طرحی مناسب برای اتومبیل های موتور بنزینی نبود.

بعداز چندی کمپانی جنرال موتورز سیستم انژکتوری روچستر را به عنوان جانشین برای کاربوراتورهای چهار دهنه خود معرفی کرد که متأسفانه این سیستم نتوانست باعث به وجود آمدن نیروی تولیدی بیشتری برای موتورها شود. اما اظهار می شود که اتومبیل با چنین سیستمی از شتاب بهتری برخوردار است. سیستم روچستر تا حدودی مشابه سیستم هیل بورن بود و در این سیستم تنظیم جریان سوخت با تغییر فشار سوخت انجام  می گرفت.

متأسفانه برای روچستر و جنرال موتورز، مشکلات سوخت رسانی در هنگام آهسته کار کردن موتور توسط مهندسین حل نگردید و نازل های اسپری کننده تا حدودی در این کار مؤثر بودند و این حقیقت را می شد از رنگ سیاهی که از اگزوز این گونه اتومبیل متصاعد می شد، دریافت.

درسال 1951برای اولین باریک واحدتزریق مستقیم بنزین به داخل سیلندر(GDI)که به عنوان بخشی ازقطعات استانداردیک خودروی کوچک طراحی شده بود،درمعرض دیدعموم قرارگرفت.

 دراواخردهه پنجاه میلادی کمپانی مرسدس بنز یک واحد تزریق سوخت رابرروی اتومبیل اسپرت مرسدس SL-300 نصب کرد.

    درسال 1967تکنولوژی تزریق سوخت پیشرفت بسیار خوبی داشت ویک گام اساسی به جلووبه سوی تکامل وعملکردبراساس اطلاعات دریافتی از شرایط واقعی موتوربرداشت واولین سیستم تزریق سوخت الکترونیکی به نام  D-jetronic که برمبنای کنترل فشار هوای ورودی کارمیکرد ،طراحی شد .

     درسال 1973 سیستم مدیریت سوخت L-jetronic که برمبنای کنترل جریان هوای ورودی کارمیکرد به بازارعرضه شد .

   درهمان زمان سیستمی دیگر طراحی شد که درحد سیستم L-jetronic توانایی داشت. این سیستم  K-jetronic نام داشت وتفاوت آن با سیستم L-jetronic دراین بودکه به جای استفاده ازسنسور مربوط به جریان هوا به شکل هیدرولیکی - مکانیکی جریان هواراکنترل می کرد .

   سال 1979 سال بلوغ سیستم های مدیریت موتوربود چراکه سال 1979 سرآغازظهور یک سیستم جدید ، کامل وماندگاربرای 30سال بعد به نام Motronic بود

  دراین سال باپیشرفت علم الکترونیک پردازشگرهای دیجیتالی برای موتورطراحی شد که می توانستند وظایف متعددی ازموتوررا به عهده گیرند .در موتورهای انژکتوری با کنترل الکترونیکی تمام سیستم های یک موتور زیر نظر واحد مدیریت موتورECU عمل می کنند. واحد مدیریت موتور با دریافت اطلاعات مورد نیاز خود با سرعت 1000 بار در ثانیه توسط حسگرها از ابزارها واجزای مختلف ومحیط ، و پردازش آنها اقدام به تعیین شرایط پاشش سوخت و زمان جرقه زنی می کند. واحد بودن مرکز تصمیم گیری در یک موتور) که یک هدف را با وجود دارا بودن اجزاء مختلف دنبال می کنند) این مزیت را دارد که تمام موتور هماهنگ تر عمل میکند.

درواقع سیستم مدیریت موتور (Motronic) از یک سیستم مدیریت سوخت L-jetronic بایک برنامه الکترونیکی برای کنترل سیستم جرقه زنی ترکیب شده است.

L-jetronicسیستم مدیریت سوخت است که فقط می تواند با اطلاع ازشرایط هوای ورودی میزان سوخت ارسالی به موتوررا تنظیم کند در حالی که سیستم مدیریت موتور (Motronic) همان گونه که ازاسمش برمی آید تمام موتوررا مدیریت می کند یعنی علاوه بر سیستم سوخترسانی ، سیستم جرقه زنی راهم کنترل می کند .

سیستم سوخترسانی وسیستم جرقه زنی دو سیستم اساسی یک موتورهستند که اگر بتوانیم این دوسیستم رابا یک واحد کنترل مشترک مدیریت کنیم می توان ادعا کنیم که تمام موتوررامدیریت کرده ایم . کنترل همزمان سیستم سوخترسانی وسیستم جرقه زنی مشکل است ولی این مزیت رادارد که می توان با اعمال برنامه های متنوع برموتور قابلیت ها ومزایای جدید ومتفاوتی از موتوررا دریافت کرد

 درسال 1982 مدلی دیگرازسیستم تزریق سوخت K-jetronic درطرح های متنوع شامل یک مدارکنترل حلقه بسته الکترونیکی وسنسور اکسیژن لاندا با نام KE-jetronic به بازارعرضه شد . این سیستم مانند سیستم K-jetronic برمبنای یک سیستم تزریق سوخت هیدرولیکی –مکانیکی است ودرواقع سیستم K-jetronic به منظورافزایش انعطاف پذیری وتوانایی انجام وظایف بیشتر توسط یک واحد کنترل الکترونیکی پشتیبانی می شود . دراین زمان بود که روند تبدیل سیستم های سوخترسانی از کاربراتوری به سیستم سوخترسانی انژکتوری سرعت گرفت وشرکت های خودروسازی یکی پس از دیگری موتورهای تولیدی خود را به این سیستم ها مجهز می کردند واز آن به عنوان بهترین تبلیغ برای محصولاتشان استفاده می کردند وخودروهای خود رانسبت به رقبای کاربراتوری خود قوی تر، سریعتر و با آلودگی کمتر معرفی می کردند

   دراواسط دهه 80 میلادی بسیاری ازخودروهایی که خط تولید راترک می کردند مجهز به یکی ازسیستم هایی که دربالا معرفی شد بودند ولی قیمت بالای این سیستم ها باعث شده بود که درصد قابل توجهی از خودروهای تولیدی کماکان کاربراتوری بمانند وهمچنین تکنولوژی بالا وپیچیدگی زیاد این سیستم ها برای دارندگان این خودروها درکشورهای کمترتوسعه یافته مشکل سازشده بود ازاین رو بود که درسال1983 مدل مونو-جترونیک (Mono-jetronic) به مدل های بالا اضافه شد .این واحد تزریق سوخت تک نقطه ای کارآمد باقیمت پایین وسادگی بسیار امکان تجهیز خودروها ی کوچک به سیستم سوخترسانی انژکتوری را فراهم آورد .این سیستم درواقع نسخه ساده شده یک سیستم مدیریت سوخت انژکتوری ویا یک کاربراتور پیشرفته است که سوخت را اتمیزه تر وبادقت بالاتر به هواتزریق می کرد .ازاین سیستم بدلیل سادگی وارزانی بخصوص برای خودروهای کوچک ودرکشورهای جهان سوم ،بسیار استقبال شد

   درسال1992تعداد6/5میلیون واحدسیستم مدیریت موتورتولیدشدکه ازاین تعداد حدود5/2میلیون واحدسیستمهای مونوجترونیک ومونوموترونیک وحدود2میلیون واحدسیستمهای موترونیک بود

درسال1997 حدود 40 میلیون خودرو درجهان تولید  شد که بیش از 37 میلیون دستگاه از آنها مجهز به یکی ازانواع سیستم انژکتوری ساخت شرکت بوش بود . شرکت بوش (BOSCH) عمده ترین تولید کننده سیستم های انژکتوری برای خودروهاست .این شرکت آلمانی همواره در این زمینه ازنظر تکنولوژی ، کیفیت ونوآوری پیشتاز بوده وهمواره بهترین سیستم های جانبی موتورهای درونسوزاحتراق تراکمی واحتراق جرقه ای راتولید می کند وتاکنون بیشترین بار پیشرفت سیستم های سوخترسانی انژکتوری ،تزریق سوخت ومدیریت موتورومدیریت سوخت را برعهده داشته است

     دومین شرکت فعال دراین زمینه شرکت زیمنس آلمان میباشد.زیمنس پس ازبوش فعال ترین شرکت است که با صرف هزینه وانرژی بسیار پیشروی خوبی درزمینه تکنولوژی های نودارد

     ازدیگر شرکت های ارائه کننده این سیستم ها شرکت مگنتی مارلی وجانسون می باشد

 یکی از مهترین مسایلی که همیشه مورد توجه بوده کاهش مصرف سوخت و کم کردن آلایندگی موتورها و استفاده بهینه ازمنابع بوده و به همین خاطر طراحان خودروها چه در طراحی موتور و چه در طراحی بدنه همیشه این مسئله را در نظر دارند. رسیدن به این مطلوب بدون استفاده از سیستم‌های تزریق سوخت الکترونیکی  تقریباً غیرممکن است.

     هم اکنون سیستم های انژکتوری تقریبا درتمام موتورهای درونسوز ازکوچکترین موتورهای بنزینی موترسیکلت های cc 125 با10 اسب بخارنیرو تا بزرگترین وقویترین موتورهای دیزل کشتی های اقیانوس پیما با حجم موتور 24 مترمکعب وقدرت 100 هزار اسب بخار (که می توانند 400،000 تن باررادردریا جابه جا کنند) وازموتورهایی که حداکثر دورمجاز آنها 2000 دوردر دقیقه است تا موتور اتومبیل های فرمول یک با دورموتور بالای 20 هزار دور دردقیقه نصب شده ودر سخت ترین شرایط بهترین بازده وکمترین آلودگی را برای موتورفراهم می کنند

 سیستم های سوخت رسانی بکار گرفته شده در اتومبیلها در طی سالیان دراز تغییرات زیادی کرده است . سوبارو 1990 آخرین اتومبیلی در ایالات متحده بود که از کاربوراتور استفاده می کرد . امروزه تمام اتومبیلهایی که در ایالات متحده بفروش می رسند از سیستم انژکتوری استفاده می کنند .اما در اروپا از حدود دهه 1980 میلادی سیستم انژکتوری مورد استفاده قرار می گرفته است

     در ایران هم حدوداً از سال 1380 بود که تولید خودروهای انژکتوری آغاز شد و با تولید وانت نیسان با موتور انژکتوری ، نسل موتورهای کاربراتوری برای همیشه در ایران منقرض شد. جالب است بدانید که در بسیاری از کشورهای پیشرفته استفاده از انژکتور در همان سالهای اول ساخت آن اجباری شد.