انژکتور و کاربرد آن در خودرو

از ابتدای ظهور موتورهای درون‌سوز تا امروز، شرکت‌های خودروسازی به دنبال کاهش مصرف سوخت و افزایش بهره‌وری، کاهش آلاینده‌های تولیدی از پیشرانه و بالابردن قدرت تولیدی موتورها بوده و هستند. سیستم سوخت رسانی خودرو به عنوان یکی از اصلی‌ترین بخش‌های موتور از کاربراتور تا انژکتورهای امروزی، تا امروز در چندین مرحله به‌روزرسانی شده است و در حال حاضر تزریق مستقیم سوخت به عنوان پیشرفته‌ترین سیستم سوخت‌رسانی شناخته می‌شود.

انژکتور چیست؟

انژکتور در واقع همان وظیفه کاربراتور را با دقت و سرعتی بالاتر و در عین حال دردسر کمتر انجام می‌دهد. انژکتور وظیفه رساندن سوخت را به درون موتور عهده‌دار است تا این سوخت با هوای ورودی به موتور ترکیب و وارد مرحله سوختن و احتراق شود.

انژکتور یا افشانک در علم مهندسی مکانیک سیالات یک وسیله پرکاربرد است و برای آن معادلات خاصی وجود دارد. اما انژکتوری که امروزه در خودرو ها می‌بینیم و از نوع الکترونیکی است، در واقع یک نازل است که با قطع و وصل جریان، راه ورود بنزین را باز و بسته می‌کند. با این تفاوت که سر این نازل با کمک بنزین پرفشاری که در پشت آن قرار دارد، سوخت را به‌صورت ذرات بسیار ریز در حد دانه‌های پودر در می‌آورد.

انژکتور در سال ۱۸۵۸ توسط هنری گیفرد طراحی و ساخته شد، اما روی کار آمدن آن در دنیای خودروسازی سال‌ها بعد صورت گرفت و در حالی که این سیستم در موتورهای دیزلی وجود داشت، در خودرو های بنزینی از سال ۱۹۵۲ و با مرسدس بنز SEL 300 به‌طور رسمی معرفی شد. این خودرو از یک انژکتور مکانیکی بهره می‌برد تا اینکه طرح‌هایی از سوی کمپانی کرایسلر به‌صورت الکترونیکی مطرح شد و در سال ۱۹۶۸ شرکت فولکس واگن از اولین انژکتور الکترونیکی ساخت بوش رونمایی کرد.

نحوه عملکرد انژکتور خودرو

انژکتورهای امروزی یک قطعه الکترونیکی هستند که یک سوکت برق مثبت و منفی به آن وصل می‌شود. برق مثبت به‌طور همیشگی درون انژکتور خودرو وجود دارد؛ اما جریان منفی توسط ECU قطع و وصل می‌شود که همین تحریکات باعث به کار افتادن و پاشش انژکتور می‌شود. در واقع با اتصال و جریان منفی، سیم‌پیچ درون انژکتور آهن‌ربایی می‌شود و سوزن انژکتور را از محل خود به سمت عقب می‌کشد. بنزین که فشاری بین ۵ تا ۸ اتمسفر دارد، از دهانه انژکتور تزریق می‌شود و با دستور ECU مبنی بر پایان پاشش، جریان منفی قطع می‌شود و سوزن با کمک فنری که پشتش قرار دارد، به محل خود باز می‌گردد.

انژکتورهای مکانیکی نیز کارکردی شبیه به نمونه‌های برقی آن دارند. با این تفاوت که برای باز شدن مسیر و به عقب رفتن میله مسدودکننده مسیر، از نیروی بادامک میل بادامک انژکتور استفاده می‌کنند. این میل بادامک که شبیه به میل بادامک سوپاپ‌هاست، نیروی خود را از میل لنگ می‌گیرد و طبق یک زمان‌بندی بسیار دقیق، روی سر انژکتور مکانیکی ضربه می‌زند تا با هر بار ضربه، مسیر عبور سوخت باز شود. یک فنر نیز وظیفه به عقب راندن میل مرکزی انژکتور و بستن مسیر سوخت را عهده‌دار است. از انژکتورهای مکانیکی تا چند سال پیش در برخی از پیشرانه‌های دیزل نیز استفاده می‌شد.

وظایف انژکتور ماشین

انژکتور ماشین آخرین مرحله از ورود سوخت به پیشرانه است که وظیفه پاشش سوخت پرفشار به داخل موتور خودرو را بر عهده دارد. البته باید در نظر داشت که در موتورهای GDI که از سیستم تزریق مستقیم سوخت بهره می‌برند، نازل انژکتور در محفظه احتراق قرار دارد و پاشش سوخت به‌طور مستقیم به داخل محفظه احتراق صورت می‌گیرد. اما در بقیه مدل‌های انژکتوری، سوخت در منیفولد هوا یا پشت سوپاپ هوا پاشش می‌شود.

انژکتور دستور عملکرد خود را از ECU دریافت می‌کند. این دستور بر اساس دیگر فاکتورهایی است که ECU به کمک سنسورهای مختلف موتور از وضعیت کارکرد پیشرانه جمع‌آوری می‌کند و در نهایت به انژکتور دستور پاشش می‌دهد تا انژکتور با چه شدتی این کار را انجام دهد. برای مثال بر اساس دور موتور و اینکه چه فشاری به پدال گاز وارد می‌شود یا موقعیت دریچه گاز در کجا قرار دارد، پاشش انژکتورها تنظیم می‌شود تا سوخت‌وساز موتور با مشکلی مواجه نشود.

انواع انژکتور خودرو

انژکتور خودرو را می‌توان بر اساس فاکتورهای مختلفی، دسته‌بندی کرد. معمولا انژکتورها از نوع مکانیکی یا برقی هستند. همچنین نوع پاشش و قرارگیری انژکتورها نیز متفاوت از هم است. ضمن اینکه انژکتورها را بر اساس میزان پاششی که دارند، دسته‌بندی می‌کنند. چرا که برای پیشرانه‌ها با حجم موتور مختلف، انژکتورهای متفاوتی باید استفاده شود.

انواع انژکتور از نظر پاشش سوخت

ساده‌ترین و ابتدایی‌ترین نوع انژکتور که به آنها در اصطلاح عامیانه سوخت‌پاش نیز گفته می‌شود، یک نازل سوخت به جای کاربراتور هستند و دقیقا در همان محل کاربراتور نیز بسته می‌شوند. نمای ظاهری این سیستم شبیه به سیستم‌های کاربراتوری است و با یک واسطه می‌توان آن‌ها را نصب و استفاده کرد. این نوع انژکتورها را SPFI یا TBI یا CFI می‌نامند که البته اسامی دیگری نیز به آن‌ها اطلاق می‌شود.

مدل دیگر، انژکتورهایی هستند که برای هر سیلندر یک نازل در نظر گرفته می‌شود و به همین خاطر به آن‌ها انژکتورهای چندنقطه‌ای (MPFI) می‌گویند. امروزه اکثر خودروها از این نوع پاشش انژکتور استفاده می‌کنند. در این روش هم فاصله پاشش سوخت تا ورود به موتور کمتر از مدل‌های اولیه است که باعث می‌شود تا تغییر در ماهیت سوخت کمتر شود و هم مقدار پاشش برای همه سیلندرها برابر است که احتراق و کارکرد موتور را بهتر و نرم‌تر می‌کند.

پیشرفته‌ترین سیستم تزریق سوخت که امروزه در حال رایج شدن است، نمونه‌های تزریق مستقیم سوخت است که GDI نام دارند. در این نوع تزریق سر نازل درون محفظه احتراق قرار دارد و به جای اینکه سوخت با هوا مخلوط شود و با باز شدن سوپاپ به سیلندر راه پیدا کند، مستقیما درون سیلندر و به هوای واردشده در آن پاشیده می‌شود که هم ترکیب سوخت و هوا بهتر صورت می‌گیرد و هم به خاطر داغ بودن هوای فشرده‌شده درون سیلندر، بهسوزی بهتر اتفاق می‌افتد.

انواع انژکتور از نظر مکانیسم پاشش

انژکتورها را بر اساس مکانیزم پاشش می‌توان به دو دسته مکانیکی و الکترونیکی تقسیم کرد. نوع مکانیکی آن برای دهه‌هاست که در خودروهای بنزینی استفاده نمی‌شود؛ اما هنوز هم می‌توان آن را برای پیشرانه‌های دیزل به کار برد. ساختار کاری انژکتورهای مکانیکی شبیه به عملکرد سوپاپ‌های موتور است. به این معنی که با یک میل بادامک مخصوص که روی سر میله مرکزی انژکتور و طبق زمان‌بندی موتور، فشار وارد می‌شود، مسیر سوخت به موتور باز و بسته خواهد شد.

در نوع الکترونیکی انژکتور ماشین، باز و بسته شدن توسط یک سلونوئید برقی انجام می‌شود و دستور و زمان باز شدن انژکتور نیز توسط کامپیوتر خودرو به انژکتور داده می‌شود. بدون شک نوع برقی انژکتور هم دقت بیشتری دارد و هم می‌توان آن را به راحتی برای تغییر در قدرت و توان تولیدی موتور، برنامه‌ریزی کرد. ضمن اینکه عیب‌یابی این سیستم نیز راحت‌تر از نوع مکانیکی آن است.

انواع انژکتور از نظر شکل ظاهری

انژکتورها به یک شکل نیستند و شرکت‌های خودروساز و طراحان موتور از انواع مختلفی از انژکتورها می‌توانند استفاده کنند. اما اساس کاری همه آنها یکسان است و باید گفت که در بین موتورهای مختلف، امکان شبیه بودن سوزن‌های انژکتور نیز ممکن است. همچنین می‌توان با تغییر در محل بسته شدن انژکتور و ریل سوخت، انژکتور متفاوتی از انژکتور اصلی موتور نیز بست که این کار یکی از روش‌هایی است که تیونرهای خودرویی استفاده می‌کنند.

انواع انژکتور از نظر مقدار پاشش سوخت

مقدار سوختی که برای یک موتور یک لیتری نیاز است با مقدار سوختی که یک موتور ۲ لیتری لازم دارد، متفاوت است. ازاین‌رو برای پیشرانه‌ها نیز از انژکتورهایی متناسب با نوع و حجم موتور استفاده می‌شود. مقدار پاشش سوخت انژکتور را هم با مقدار زمان باز بودن انژکتور می‌توان تنظیم کرد و هم با مقدار خروجی انژکتور که این دو فاکتور در زمان طراحی موتور و طراحی انژکتور، مدنظر قرار می‌گیرد.

اجزای انژکتور

انژکتور دقیقا شبیه به یک شیر برقی است. با این تفاوت که به خاطر وجود سوخت پرفشار در پشت آن، سوخت بعد از عبور از انژکتور به ذرات بسیار ریزی تبدیل می‌شود.

سوزن انژکتور از چندین قسمت تشکیل شده است. ابتدای آن یک فیلتر ظریف قرار دارد تا ناخالصی‌هایی که احتمالا از فیلتر سوخت هم رده شده‌اند، در پشت این فیلتر به دام بیفتند. چرا که خروجی انژکتور آن‌قدر باریک و تنگ است که کوچک‌ترین ناخالصی نیز می‌تواند باعث مسدودشدن خروجی‌ها و در نتیجه ایراد در پاشش سوخت شود.

درون انژکتور یک سلونوئید وجود دارد که با جریان برق، آهنربا می‌شود. آهنربا شدن این قطعه به معنی باز شدن مسیر سوخت است. در نتیجه سوخت از مجرای مرکزی انژکتور عبور می‌کند و به خروجی آن می‌رسد.

یک فنر در جلوی سلونوئید قرار دارد که مسئول عقب‌راندن میله سلونوئید و بستن مسیر در زمان قطع جریان برق است.

در دهانه خروجی انژکتور، خروجی‌های بسیار ریزی قرار دارند که سوخت با عبور از آنها به ذرات بسیار ریزی تبدیل می‌شود.

تمام قسمت‌های گفته‌شده در یک بدنه فلزی قرار دارند که روی ریل سوخت قرار گرفته و با پیچ روی آن محکم می‌شوند. برای آب‌بندی بین نازل انژکتور و ریل سوخت نیز از اورینگ‌های لاستیکی استفاده می‌شود که خرابی آنها باعث نشتی بنزین از محل بسته شدن انژکتور خواهد شد.

نشانه های خرابی انژکتور

واشرها یا همان اورینگ انژکتور که وظیفه آب‌بندی آن را به عهده دارد، در صورت خشک‌شدن، پارگ و خرابی می‌تواند بنزین پرفشاری را که پشت انژکتور خودرو قرار دارد، از خود عبور دهد و در نتیجه پاشش به‌درستی صورت نگیرد. این اتفاق باعث ضعیف‌شدن یک سیلندر می‌شود.

همچنین وجود ذرات و ناخالصی بنزین از بزرگ‌ترین موارد مشکل‌ساز در انژکتورهاست. ناخالصی‌های بنزین می‌توانند با عبور از فیلتر بنزین و حتی صافی انژکتور، در پشت محل خروجی و سوزن انژکتور جمع شوند و در پاشش آن اثر منفی بگذارند.

همچنین بنزینی که درون انژکتور باقی مانده است، بعد از خاموش و سردشدن موتور، رسوب می‌کند و تکرار این موارد در صورتی که انژکتور نیز ضعیف شده باشد، می‌تواند منجر به خرابی و پاشش نادرست آن شود.

از دیگر معایب احتمالی در انژکتورهای خودرو می‌توان به شکستن آن در حین باز و بست یا تغییر در زاویه پاشش آن اشاره کرد. انژکتور با زاویه‌ای در حدود ۱۰ درجه، سوخت را تزریق می‌کند و تغییر در این زاویه می‌تواند اثرات نامطلوبی در کارکرد موتور بگذارد.

برای تمیزکردن انژکتورها می‌توان هم از محلول‌های باکیفیت این کار استفاده کرد و هم با باز کردن انژکتور و بستن روی دستگاه انژکتورشور، ضمن تمیزکردن آن، نوع و زاویه پاشش را نیز بررسی کرد. یک سلونوئید در انژکتور وظیفه باز کردن مسیر عبور سوخت را دارد. این قطعه نیز ممکن است به مرور زمان کارایی خود را از دست بدهد یا بسوزد.

نحوه شستن انژکتور ماشین

برای شستن انژکتور ماشین باید از دستگاه مخصوص این کار استفاده کرد. برای شستشو با بعضی از دستگاه‌ها باید سوزن‌ها را باز کنیم و روی دستگاه ببندیم تا مراحل تست و شستشو انجام شود. اما در بعضی از دستگاه‌ها، نیازی به باز کردن سوزن‌ها از روی ریل سوخت نیست که با این روش، احتمال خرابی اورینگ‌های انژکتور و همچنین خارج‌شدن سوزن‌ها از آب‌بندی از بین می‌رود.

برای شستن سوزن انژکتور از محلول مخصوص این کار استفاده می‌شود تا ضمن شستن سوزن‌ها، آسیبی نیز به آنها وارد نشود. همچنین در حین شستن، دستگاه می‌تواند سلامت سوزن را نیز با توجه به مقدار پاشش آن، بررسی کند.

ضمن اینکه زاویه پاشش نیز با چشم دیده می‌شود و در صورتی که زاویه پاشش سوخت ایراد داشته باشد، باید سوزن را تعویض کرد. نادرستی زاویه پاشش و یا حجم کمتر یا بیشتر از استاندارد پاشش، منجر به ایراد در کارکرد موتور خواهد شد. البته باید در نظر داشت که برای شستشوی انژکتور باید از محلول‌های باکیفیت و معتبر استفاده کرد تا باعث آسیب به خروجی سوزن انژکتور و ایراد در کار آن نشود.

زمان تعویض انژکتور خودرو

برای تعویض انژکتور خودرو زمان خاصی از سوی خودروسازان اعلام نمی‌شود. چرا که این قطعه از جمله قطعات با عمر بالاست که فقط در صورت خرابی و اثبات عدم کارایی صحیح آن، باید تعویض شود. به همین خاطر هر زمان که متوجه عملکرد نادرست این قطعه شدیم و خرابی آن با تست پاشش به اثبات رسید، باید آن را تعویض کرد.

مزایای انژکتور

انژکتور یک سیستم الکترونیکی است که اطلاعات لازم برای پاشش دقیق را به کمک حسگرها به دست می‌آورد و به نازل انژکتور منتقل می‌کند. ازاین‌رو پاشش دقیق و حساب‌شده دارد که باعث کاهش مصرف سوخت، کاهش آلایندگی و افزایش قدرت تولیدی می‌شود.

در سیستم انژکتوری، خفه کردن موتور اتفاق نمی‌افتد و سوخت به‌طور یکسان به همه سیلندرها تزریق می‌شود.

موتورهای انژکتوری، حساسیت بسیار کمتری نسبت به دمای هوا و شرایط محیطی دارند. کارکرد موتورهای انژکتوری روان‌تر و نرم‌تر است و لرزش کمتری نیز پیدا می‌کنند.

عیب‌یابی این سیستم آسان‌تر است چرا که امکان دیاگ زدن تمام سنسورها و دیگر بخش‌ها وجود دارد.

امکان تقویت یک موتور انژکتوری راحت‌تر از یک موتور کاربراتوری است.

امروزه نصب سیستم‌ پرخوران به رویه رایج خودروسازان برای داشتن موتور قوی‌تر با حجم کوچک تبدیل شده است که انجام این کار روی یک موتور انژکتوری بسیار راحت‌تر از یک موتور کاربراتوری است.

معایب انژکتور

سیستم انژکتوری یک سیستم الکترونیکی است که همین قضیه باعث می‌شود تا در صورت خرابی، تعمیر سرپایی آن سخت باشد و نیاز به دستگاه دیاگ داشته باشیم.

هرچند خرابی این سیستم کم است؛ اما در بسیاری از مواقع در صورت خرابی، خودرو زمین‌گیر می‌شود و مثل کاربراتور نمی‌توان آن را روشن کرد. چرا که در خودروهای کاربراتوری فقط وجود برق و جرقه و سوخت برای روشن‌شدن خودرو کافی است.

قیمت انژکتور و قطعات سیستم انژکتوری بیشتر است که باعث افزایش قیمت خودروهای انژکتوری می‌شود.

سیستم انژکتوری به کیفیت سوخت حساسیت بیشتری دارد. این در حالی است که موتورهای کاربراتوری این حساسیت را ندارند.

یکی از حساس‌ترین بخش‌های موتورهای انژکتوری، پمپ بنزین آنهاست که در صورت خرابی، خودرو زمین‌گیر می‌شود. اما در صورت خرابی پمپ بنزین در موتورهای کاربراتوری، روشن‌کردن ماشین به راحتی ممکن است.

تفاوت انژکتور با کاربراتور

یکی از دلایل حرکت به سمت انژکتور، کاهش مصرف سوخت در کارکرد موتور است. انژکتور چون بسیار دقیق‌تر از کاربراتور عمل می‌کند و با کامپیوتر خودرو و دور موتور و شرایط کاری آن در ارتباط است، پاشش دقیق‌تری دارد که از ورود بیش از حد سوخت یا کمتر از حد نیاز به داخل موتور و پیامدهای بعدی آن جلوگیری می‌کند. به همین خاطر با استفاده از انژکتور حتی نمونه‌های مکانیکی، باز هم شاهد کاهش مصرف سوخت خواهیم بود.

از طرفی چون سوخت به شکل دقیق‌تر، ذرات ریزتر و متناسب با نیاز موتور و حجم هوای ورودی به سیلندرها تزریق می‌شود، بهسوزی دارد و نه‌تنها راندمان موتور را بالا می‌برد، بلکه چون سوخت‌وساز به شکل کامل‌تری صورت می‌گیرد، آلاینده‌ها و هیدروکربن‌های نسوخته نیز کاهش می‌یابد. ضمن اینکه به واسطه همین نوع تزریق، هوا و سوخت به شکل بهتر و کامل‌تری با هم ترکیب می‌شوند که راندمان و بازده حرارتی و کاری پیشرانه نیز بالا می‌رود.

از دیگر تفاوت‌های سیستم انژکتوری این است که چون پاشش توسط نازل‌ها انجام می‌شود، تزریق به میزان مساوی و یکنواخت در بین همه سیلندرها صورت می‌گیرد و همین کار باعث کارکرد نرم‌تر موتور می‌شود و منجر به جلوگیری از لرزش‌های ناشی از بدسوزی سیلندرها خواهد شد. اما محاسن دیگری نیز با استفاده از انژکتور و به خاطر حذف کاربراتور روی کار می‌آید.

این در حالی است که کاربراتور در بالای موتور قرار دارد تا سوخت به سرعت به واسطه مکش هوای توسط سیلندرها به پایین سرازیر و با هوای مخلوط‌شده وارد سیلندرها شود. با حذف این قطعه از روی موتور، ارتفاع پیشرانه کم می‌شود که در نتیجه هم نقطه ثقل موتور را پایین می‌آورد و هم به طراحان امکان بیشتری برای جانمایی قطعات مختلف پیشرانه و کاهش ارتفاع درب موتور می‌دهد. در حالی که در انژکتور، با اتمیزه‌شدن سوخت، دمای آن کمی افزایش می‌یابد و با وجود گرم‌کن‌هایی در ورودی هوای موتور و هم چنین تنظیم خودکار دور موتور، هوا و سوخت، بحث وجود سیستم مکانیکی ساسات نیز از بین می‌رود.

انژکتور خودرو هر چند پیچیدگی‌های مختلفی دارد؛ اما از آنجا که کاربراتور یک قطعه مکانیکی با قطعات زیاد است، با حذف آن، دردسرهای به‌مراتب کمتری از انژکتور به وجود می‌آید.

نتیجه گیری

پیشرفت تکنولوژی در دنیای خودرو همیشه دو وجه دارد که یک وجه آن، افزایش رفاه و ایمنی و کارکرد بهتر خودرو است و وجه دیگر آن، افزایش پیچیدگی‌ها و مشکلات آن است. سیستم تزریق سوخت انژکتوری نیز از این قضیه مستثنا نیست و در کنار مزایای فراوان، پیچیدگی‌هایی نیز دارد که باعث می‌شود تا عده‌ای سیستم قدیمی کاربراتوری را به آن ترجیح دهند.

این در حالی است که خرابی یک سیستم انژکتوری در طول زمان بسیار کمتر از انواع کاربراتوری است و دیگر مزیت‌های این سیستم که شامل قدرت تولیدی بیشتر از موتور در کنار کاهش مصرف سوخت و کاهش آلاینده‌هاست، باعث می‌شود تا خودروهای انژکتوری امتیازات بیشتری از کاربراتوری‌ها داشته باشند

سوال های متداول

آیا امکان انژکتوری کردن یک پیشرانه کاربراتوری وجود دارد؟

بله، این کار امکان‌پذیر است و هم می‌توان با کمک کیت‌های آماده و مخصوص به این کار، موتورهای کاربراتوری را انژکتوری کرد و هم قطعات پیشرانه‌های دیگر برای انژکتوری کردن یک موتور کاربراتوری را به کار برد.

عملکرد سیستم‌های سوخت‌پاش که به جای کاربراتور نصب می‌شوند، چگونه است؟

سیستم‌های سوخت‌پاش که برای موتورهای کاربراتوری تدارک ‌دیده‌ شده‌اند، از یک یا چند سوخت‌پاش استفاده می‌کنند که با کمک یک کامپیوتر مرکزی و سنسورهای کمتر از موتورهای انژکتوری، نقش یک سیستم انژکتور را به جای کاربراتور بازی می‌کنند.

مهم‌ترین امتیازات سیستم انژکتوری نسبت به کاربراتوری در چیست؟

احتراق بهتر سوخت که باعث کاهش مصرف سوخت و کاهش آلاینده‌های تولیدی می‌شود و از طرفی قدرت تولیدی موتور را نیز تا حدودی افزایش می‌دهد، از مهم‌ترین مزیت‌های یک سیستم انژکتوری نسبت به سیستم کاربراتوری است.

نویسنده: علیرضا داودی